不同冻结温度下黑土渐次解冻过程有机碳矿化特征及影响因素

作者：刘会敏; 宋媛; 栗现文; 胡亚鲜

来源：中国环境科学, 2022, 1-12.

DOI：10.19674/j.cnki.issn1000-6923.20220916.004

• 冻融
• 温度
• 水盐
• 微生物
• CO2排放

土壤冻融过程剧烈可重塑土体内的水盐养分和微生物空间分布格局，而不同冻结温度决定冻结锋结构及其在土体内的迁移速率，进而影响水盐养分在土体内的迁移扩散效率以及有机碳矿化特征.本研究将粒径＜2mm的黑土填充土柱后，湿润至田间持水量（41%），分别在-10℃、-15℃和-20℃冷冻12小时，于10℃解冻.为捕捉土壤水盐养分在土柱由外而内冻结过程中的再分布特征，在土柱渐次解冻过程中从外到内逐层剥离成六层（T1～T6），并进行指标测定.结果表明：1)土柱最外层T1的含水率最高达48.9%～61.9%，而内核T6最干燥仅为29.3%～35%，其中-20℃ 冻结土柱在解冻后外层的水分富集程度最显著.电导率（EC）则表现为外层T1和内层T6偏高(53.9～66.4μS·cm-1和55.0～64.0μS·cm-1)，而中间层T3偏低(53～56.5μS·cm-1)，且-10℃冻结后各渐次解冻土层间的EC差异最显著.2)可溶性有机碳（DOC）由外层T1向内层T6逐渐降低，而微生物生物量碳（SMBC）则由外层向内层呈现增多趋势，且冻结温度越低，DOC和SMBC在各解冻土层间的差异越明显.3)CO2释放速率表现为外层T1和内层T6较高(34～40.7μgCO2-C·g-1和33.5～63μgCO2-Cg-1)，而中间层T4较低(23.7～25.0μgCO2-Cg-1)，且-10℃冻结后各渐次解冻土层释放的CO2显著少于-20℃冻结温度.4)各解冻土层SMBC与DOC线性负相关，但与CO2释放速率线性正相关，说明冻结过程死亡微生物残体释放的可溶性物质，可促进存活微生物在土壤解冻后的呼吸过程.本研究通过逐层剥离方法可有效捕捉土壤冻融过程极化分布对碳矿化的影响，而不同冻结温度则加剧了渐次解冻土层间的异质性，突破了仅基于全冻全融过程的传统研究方法对土壤冻融环境效应认识的片面性.

• 单位
  建筑工程学院; 西北农林科技大学; 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室