大气温度和CO2增加对黑土有机碳稳定性的影响

作者：薛海清; 岳娅; 冯茜; 龙杰琦; 苗欢; 苗淑杰; 乔云发^*

来源：水土保持通报, 2023, 43(03): 366-373.

DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.20230221.002

• 气候变化
• 有机碳
• 团聚体
• 黑土
• 密度组分
• 红外光谱

[目的]从有机碳分子结构角度来揭示气候变化对黑土有机碳(SOC)稳定性的影响，阐明未来气候变化对黑土有机碳稳定性以及土壤肥力的影响。[方法]以中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验为平台，对当前大气温度和CO2浓度(aTaCO2),增温2℃和当前大气CO2浓度(eTaCO2),增温2℃和CO2浓度增为(700±25)μmol/mol(eTeCO2)3个处理条件下0—20 cm黑土耕层土壤的团聚体和密度组分的有机碳含量和红外光谱特征进行分析。[结果]与aTaCO2相比，eTaCO2和eTeCO2均未对全土有机碳含量产生显著影响(p>0.05),但是eTaCO2使<0.053 mm团聚体和闭蓄态轻组(occluded light fractionation, OF)中SOC含量分别增加了13.45%和52.89%(p<0.05);eTeCO2处理中游离态轻组(free light fractionation, LF)SOC含量增加了46.89%(p<0.05)。红外光谱分析结果表明：与aTaCO2相比，eTaCO2和eTeCO2处理均对全土有机碳的分子结构产生了影响，尤其是eTeCO2处理除了脂肪族外，其他官能团特征峰相对强度均受到显著影响(p<0.05)。eTeCO2处理减弱了全土以及>0.25 mm团聚体有机碳的脂肪性，增加了0.25～0.053 mm团聚体中有机碳的官能团(-CH/C=C)比值(p<0.05),且主成分分析结果表明：气候变化影响较大的官能团为醇酚、脂肪族、芳香族和多糖。此外，相比于aTaCO2,eTaCO2和eTeCO2处理使得LF和OF组分中有机碳的-CH/C=C比值升高，加速了轻组有机碳脂肪化。[结论]气候变化未对黑土有机碳含量产生影响，虽然增温和增CO2对有机碳分子结构组分和比例有不同程度的影响，但最终黑土有机碳储量保持稳定。在合理利用的前提下，未来气候变化可能对黑土有机碳库储量的影响不大，黑土肥力水平仍能维持。

• 单位
  南京信息工程大学