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碳循环对全球气候变化的影响至关重要,全球碳循环研究是当前国内外学者的重要关注点之一。土壤碳库是陆地生态系统的最大碳库,主要由有机碳库和无机碳库两种形式组成。土壤无机碳是干旱、半干旱地区最常见的碳,其中水循环过程中土壤可溶性无机碳是全球碳收支的重要组成部分,并且认知土壤无机碳溶解过程有助于减少二氧化碳浓度的发展策略。
该研究于2012年4-10月在中国科学院阜康荒漠生态系统观测研究站进行。选择不同含盐量的土壤(耕地土(F)、混合土(C)和原生荒漠土(D)),分别种植水稻(R)和棉花(C),进行了一个生长季的淋溶实验,并定期收取并分析土壤淋溶液中的DIC(可溶性无机碳)含量,以及测定试验前后0-50cm各土层(10cm一层)的土壤有机碳含量和理化性质。分析不同盐分土壤分别种植不同作物通过灌溉作用对无机碳的淋洗效应,探讨灌溉作用对试验前后土壤有机碳含量和理化性质的影响。主要得出以下结论:
(1)水稻处理无机碳的淋溶主要集中在秧苗分蘖期和幼穗发育期,而棉花处理则集中在花铃期和吐絮期。耕地土种植水稻在秧苗分蘖期得到的无机碳量最大,而耕地土种植棉花的最大值发生在开花结实期。
(2)不同含盐量土壤在同一灌溉量下,土壤含盐量越高,其淋溶过程得到的无机碳总量越大。其中DR-CK(原生荒漠土种植水稻对照)淋溶得到的无机碳总量最高(约8.4 gm-2a-1),FC-CK(耕地土种植棉花对照)淋溶得到的无机碳总量最低(仅0.7gm-2a-1)。
(3)同种盐分土壤下的不同灌溉量,其水稻的无机碳淋溶总量高于棉花的,其中,FR(耕地土种植水稻)比FC(耕地土种植棉花)高2.9 gm-2a-1,CR(混合土种植水稻)比CC(混合土种植棉花)高4.1 gm-2a-1,DR(原生荒漠土种植水稻)比DC(原生荒漠土种植棉花)高3.1 gm-2a-1;不同灌溉量得到无机碳淋溶总量均大于其相应对照处理的量(p<0.05)。
(4)淋溶前后土体的有机碳含量均呈下降趋势,其值范围为1.09-4.73g·kg-1,淋溶后期要小于淋溶前。在前30cm土层中IF(初始耕地土)有机碳含量高于ID(初始原生荒漠土),但是后20cm要低于ID。从不同土壤类型来看,种植水稻和棉花的有机碳含量相差不大,随着土层的加深,耕地土有机碳含量的减小先缓后急,原生荒漠土则是先急后缓,而混合土较平缓。从种植作物来看,种植作物和对照间无明显差异,土壤有机碳含量随着盐分增大而减小:耕地土>混合土>原生荒漠土。
(5)淋溶前原生荒漠土EC值明显大于耕地土,淋溶后耕地土种植水稻和棉花均为最小值,原生荒漠土种植水稻大于混合土,而原生荒漠土种植棉花与混合土间相差不大。耕地土各处理pH在0-50cm各层土体中变化不大,混合土和原生荒漠土均是先增大后稳定,但是原生荒漠土增大趋势较强。
(6)淋溶前CO32-含量要明显高于淋溶后土体(p<0.01),而淋溶前后土体HCO3-含量无明显差异(p>0.05)。土壤盐分越高,CO32-含量和HCO3-含量越大,原生荒漠土>混合土>耕地土。随着土层的加深,CO32-含量和HCO3-含量均表现为先增大后减小。
(7)通过相关分析得知,有机碳含量和pH值、HCO3-含量呈极显著负相关,而pH和EC值、CO32-含量呈极显著正相关,其中EC值与CO32-含量也呈极显著正相关。
(8)原生荒漠土、混合土种植水稻的淋溶液体积低于其所对应的裸地对照,而耕地土种植水稻的淋溶液体积略高于其所对应的裸地对照。耕地土、混合土及原生荒漠土种植棉花的淋溶液体积均明显低于其所对应的裸地对照。耕地土、混合土及原生荒漠土种植水稻及其所对应裸地对照的淋溶液体积均明显高于三种盐分土壤种植棉花及其所对应裸地对照的。