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【科研新进展】(193)安韶山研究员团队在黄土高原乔木及草地光合碳在植被-土壤系统间的分配取得新进展

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近日,水土保持研究所安韶山研究员团队联合德国哥廷根大学,在土壤科学领域著名期刊Geoderma上发表题为“Belowground allocation and fate of tree assimilates in plant-soil-microorganisms system: 13C labeling and tracing under field conditions”和Biology and Fertility of Soils上发表题为“Newly assimilated carbon allocation in grassland communities under different grazing enclosure times”的研究论文。水保所白雪娟博士为论文第一作者,安韶山研究员为通讯作者,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室为第一单位。该研究工作得到了国家自然科学基金(41671280, 42077072, 41877074和41771317)等项目的资助。

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图1 山杨和辽东栎原位标记装置

研究发现山杨和辽东栎表层土壤富集的新近光合碳在标记后的第5天达到最大值,表明光合碳的运输具有时效性;标记6小时后,山杨和辽东栎叶片13C分配比例达到90%,且随着标记后采样时间逐渐降低(图2)。结合本研究根系和土壤13C分配比例间的相关性及已有研究,得到山杨和辽东栎地下净输入碳量分别为109和283 g C m2 yr-1,其中包括4.2和28 g C m2 yr-1的净根际碳输入量。

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图2山杨和辽东栎植被-土壤系统13C分配比例变化及根际碳输入量

不同封育草地土壤中富集的13C绝对含量均高于过度放牧地(图3),封育草地通过增大植被地上部固定CO2量及降低植被-土壤呼吸导致土壤富集的13C绝对含量高于过度放牧地;封育10年及30年草地土壤富集的13C绝对含量低于封育5年主要是因为前者通过植被-土壤呼吸消耗的新近光合碳高于后者。

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图3过度放牧地及封育草地植被-土壤系统中13C分配比例变化趋势

该论文运用13C同位素原位标记技术,首次研究了黄土高原恢复乔木及草地新近光合碳在植物-土壤系统间的分配。结合已有研究,估算了黄土高原子午岭林区典型建群种山杨和辽东栎年均净根际碳沉积量;通过计算不同封育年限草地植物-土壤系统13C分配比例,为草地植被恢复土壤有机碳含量变化提供直接的数据支撑。

森林和草地生态系统是陆地生态系统重要的碳库,碳在乔木和草本植物-土壤系统中分配的微小变化会对陆地生态系统碳平衡产生显著影响。碳循环研究的进展往往受到建模所需的野外数据,特别是关于演替阶段植被和植被类型中C分配动态数据缺乏的阻碍。黄土高原经过30多年的植被恢复,乔木及草本植被覆盖度及土壤有机碳含量均大幅度提高。在气候变化背景下,开展乔木和草本光合碳在植物-土壤中分配的研究,对进一步加深森林及草地生态系统固碳能力的理解、定量估算植被类型或者措施对土壤有机碳固定的速率有重要意义,对准确估算植被恢复对“碳达峰”和“碳中和”战略目标的实现提供了重要的计算依据。

论文链接:

Geoderma论文:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016706121003761

Biology and Fertility of Soils论文:https://link.springer.com/article/10.1007/s00374-021-01549-1


编辑:张晴

终审:徐海