岩溶地区土壤溶解有机碳的季节动态及环境效应


    岩溶区土壤溶解机碳季节动态环境效应
    曹建华1 2潘根兴2袁道先1姜光芒1
    1中国质科学院岩溶质研究国土资源部岩溶动力学重点实验室广西 桂林 5410042南京农业学资源环境学院江苏 南京 210095

    摘:桂林岩溶试验场土壤溶解机碳〔DOC〕进行逐月观测结果显示DOC岩溶生态系统中活泼机碳组分岩溶区碳循环中发挥着重作年中土壤DOC变化特征表现3阶段:〔1〕3~7月气温升高降雨量增加土壤生物活性新陈代谢力极提高土壤溶解机碳呈升高趋势〔2〕8~11月气温保持较高水降雨量偏低土壤枯燥土壤微生物活性极减弱土壤DOC质量分数全年低〔3〕12月次年2月温度降低土壤生物活性逐渐降低土壤DOC呈缓慢升高趋势土壤微生物量碳间存互消长关系土壤碳酸盐岩溶蚀速率季节变化土壤DOC间存负相关文章提出岩溶区土壤碳循环模式DOC中作
    关键词:土壤溶解机碳岩溶作碳循环桂林
    中图分类号:X14 文献标识码:A 文章编号:16722175〔2005〕02022406
    土壤溶解机碳〔DOC〕陆生态系统中碳迁移研究中热点[1~3]CO2研究样溶解机碳已渗透全球碳循环研究领域:Joan D W 等[4]研究雨水中溶解机碳浓度动态浓度海洋陆空雨水分23 μmolL161 μmolL雨水中硝酸硫酸高Aitkenhead J A等[5]通164条陆流海洋河流研究揭示陆海洋排泄机碳中机碳〔HCO3〕占60机碳占40溶解机碳形式存碳约占22〔36×1014 ga〕相missing carbon〞13溶解机碳活泼性陆生态程中作研究具重理意义
    全球碳酸盐岩分布面积2200万km2约占陆面积15[67]碳酸盐岩作物质根底岩溶生态系统陆生态系统重组成局部[8 9]全球岩溶作年回收气CO2碳量608×1014 g [10]碳酸盐岩溶性土壤环境中活泼CO2溶解机碳岩溶作密切相关[11]文桂林岩溶试验场例探索土壤溶解机碳季节动态特征分析土壤溶解机碳岩溶环境中作
    1 材料方法
    11 野外研究点概况
    桂林岩溶试验场位桂林东南8 km处丫吉村附处桂林典型峰丛洼峰林原交界带2 km2峰丛洼系统构成场区峰丛洼岩溶层泥盆统融县组〔D3r〕岩石成分浅灰色白色致密质纯中厚层泥亮晶颗粒石灰岩区顶峰海拔652 m附峰林原原面标高150 m该区属亚热带季风区年均气温188 ℃降雨量19152 mm降雨分配均匀4~8月总降雨量占全年降雨量7032场区土壤棕色石灰土山体部土壤稀薄哑口土壤厚30~50 cmA层机碳质量分数4559 gkg坡土壤较厚达70~150 cmA层机碳质量分数3417 gkg洼中土壤层厚达300~500 cmA层机碳质量分数4580 gkg区土壤覆盖率约30%植覆盖次生灌丛林覆盖度60~80树高2~25 m刺叶革质叶型表现出喜钙耐旱性树种石山樟广西芒林黄荆火棘竹叶椒穿破石云石石岩枫崖棕石山巴豆南天竹水竹杨奶九龙藤桂林紫微苞茅零余薯等
    12 监测指标方法
    土壤呼吸排放CO2速率:碱吸收法监测土壤呼吸排放CO2速率[12]监测点设哑口
    土壤溶解机碳土壤微生物量:0~20 cm20~50 cm取土样冰箱中保鲜土壤微生物量氯仿熏蒸培养提取法[13]土壤溶解机碳TOCV总机碳分析仪[14]
    碳酸盐岩溶蚀率:标准圆形石灰岩溶蚀试片置放土20 cm50 cm处监测碳酸盐岩溶蚀速率季度获组数
    气温降雨量:利实验场型气象设备监测日气温降雨量
    观测周期月1次(碳酸盐岩溶蚀速率3月1次)持续时间1年(2000年3月2001年4月)监测点分哑口坡洼
    2 结果
    21 土壤溶解机碳季节动态
    土壤环境中溶解机碳微生物分解机质代谢产物微生物生长繁殖必需量重源[15]根前研究土壤微生物活性10 ℃温度快增强25~35 ℃间达强[16]外微生物活动土壤湿度关系密切着土水势增加微生物活性减弱001 mP〔相田间持水量〕时微生物活性强[16]水热条件影响土壤微生物活性土壤溶解机碳产生前提土壤溶解机碳奉献中细菌奉献挥发性组分真菌奉献非挥发性组分[17]植物根系新陈代谢强弱分泌物产生少影响土壤溶解机碳动态重素图1桂林岩溶试验场土壤溶解机碳变化三阶段:
    微生物量碳(mg·kg1)

    图1 土壤溶解机碳动态气温降雨土壤呼吸微生物量碳间关系
    Fig 1 Relationship between monthly change of soil DOC and and of temperature rainfall soil respiration and soil microbial biomass carbon

    〔1〕3~7月土壤微生物量碳处较低水土壤溶解机碳土壤呼吸排放CO2速率保持着相升高趋势春季初夏次生灌丛林土壤微生物方面足够易分解新鲜机质存方面气温断升高降雨量逐渐增加活性新陈代谢力极提高时适宜水热条件极提高植新陈代谢速率植物根系土壤环境中释放CO2溶解机碳量增加春季初夏降雨土壤机碳土壤CO2较强雨水淋溶淋失作强生物活性高生物代谢产物产生速率浓度土壤环境中保持持续升土壤微生物处活泼新陈代谢状态土壤微生物周转速率提高活性土壤微生物量碳蓄存量降低
    〔2〕8~11月气温保持较高水降雨量偏低土壤容易枯燥局部微生物难耐受
    土壤枯燥土壤微生物活性极减弱结果土壤呼吸土壤溶解机碳浓度降低里需说明9月27日~10月26日间降雨259 mm刺激微生物量繁殖土壤微生物量碳土壤呼吸速率出现反弹溶解机碳出现全年低值导致现象产生:长时间土壤枯燥降雨雨水淋溶作强微生物代谢产生溶解机碳速率
    〔3〕12月次年2月温度降低微生物活性逐渐降低土壤呼吸速率持续降低时溶解机碳升高动态变化程土壤微生物量碳间存互消长关系降雨较少相均匀温度较低微生物活性微弱情况溶解机碳微生物生长繁殖量源时真菌细菌更耐受低温真菌代谢产物真菌尸体分解产生分子溶解机碳条件适宜土壤微生物繁殖时量消耗土壤中溶解机碳条件适宜微生物伤亡时土壤中溶解机碳累积
    22 土壤溶解机碳空间变化
    野外监测结果显示岩溶洼系统中土壤溶解机碳存空间变化〔图2〕
    〔1〕哑口坡洼土壤溶解机碳具相变化趋势反映动态变化水热分配存密切关系
    〔2〕貌部位土壤溶解机碳质量分数变化幅度土20 cm例:w〔哑口数值46657563909 mgkg〕>w〔坡数值3870955493316 mgkg〕>w〔洼数值3332349728353 mgkg〕结果反映出土壤溶解机碳环境变化敏感性哑口部位土壤层厚30~50 cm仅坡洼土层厚12110雨水土壤成分淋溶淋失产生较强效应哑口土壤环境中物质迁移强烈标准溶蚀试片结果揭示哑口土碳酸盐岩溶蚀速率高


    图2 貌部位土壤层位DOC动态时空分布
    Fig 2 Temporal and spatial distribution of soil DOC in different soil layers in different locations

    〔3〕全年均值土20 cm土壤溶解机碳质量分数高低次:垭口〔22627 mgkg〕→坡〔22030 mgkg〕→洼〔15231 mgkg〕土50 cm土壤溶解机碳质量分数高低次:坡〔21461 mgkg〕→垭口〔17479 mgkg〕→洼〔15428 mgkg〕考虑土壤环境中DOC动态变化土壤微生物活性气温降雨强度分配规律貌部位土壤水分迁移等条件密切相关更深入机理需进步探索
    23 土壤溶解机碳土碳酸盐岩溶蚀关系
    表1 桂林岩溶试验场垭口土深度试片溶蚀量影响子关系
    Table 1 Dissolution rate under soil on saddle and the impacting factors
    日期
    溶蚀量mg
    均气温℃
    降雨量mm
    土壤DOC(mg·kg1)
    排放速率(mg·h1·m2)
    20 cm
    50 cm
    20 cm
    50 cm
    4月~6月
    7月~9月
    10月~12月
    1月~3月
    全年
    1031
    295
    401
    334
    2061
    1585
    726
    376
    628
    3315
    230
    274
    149
    115
    192
    8868
    2595
    1755
    2511
    15729
    16648
    21873
    21767
    27197
    21870
    23445
    18967
    16053
    19030
    19374
    13342
    18170
    10139
    4979
    11658

    土碳酸盐岩溶蚀土壤环境中侵蚀性组分质量浓度〔CO2机酸螯合物〕变化迁移速率关野外监测结果显示:
    〔1〕哑口例4~6月溶蚀量明显季节3季节25~35倍〔表1〕土50 cm处试片溶蚀失重量10~12月略低20cm处外均20 cm处全年总量20 cm处高出6574~6月气温断升高时降雨量渐次增加土50 cm处土20 cm处更修养水分保存土壤生物代谢产物条件
    〔2〕结果土溶蚀量降雨量成正相关土壤DOC成负相关气温土壤呼吸间相关明显应该引起注意岩溶动力系统球表层系统中活泼局部运行规律演化程复杂
    通述土壤环境中碳循环土壤生物活性强度转移定生态系统土壤生物活性强弱动态变化受温度降雨影响缺
    〔3〕峰丛洼系统垭口部位土碳酸盐岩溶蚀量明显高坡洼〔图3〕全年溶蚀量言土20 cm哑口碳酸盐岩溶蚀量〔2061 mg片〕坡〔1006 mg片〕205倍洼〔401 mg片〕514倍土50 cm哑口碳酸盐岩溶蚀量〔3315 mg片〕坡〔1178 mg片〕281倍洼〔293 mg片〕1131倍意味着哑口部位物质量迁移交换迅速岩溶作强烈

    图3 桂林岩溶试验场貌部位土壤层位试片溶蚀量
    Fig 3 Comparison of dissolution rate at different soil layer in various geomorpholgical locations

    3 讨
    然条件土壤机碳源植物光合作枯枝落叶根传输分泌程进入土壤土壤环境中碳迁移规模方植物种类土壤类型外取决土壤微生物植物根系活性土壤溶解机碳30年尤10年时间受环境学家生态学家全球变化研究者关注热点指标[18~20]土壤溶解机碳目前操作定义具结构通045 μm滤孔类机物质包括机酸糖氨基酸等化学性质异种化合物混合物[21 22]
    土壤溶解机碳源植物枯枝落叶土壤腐殖质微生物伤亡体根分泌物土壤溶解机碳奉献者土壤腐殖质期植物凋落物直法[23 24]植物根际环境较高碳通量强烈微生物活动土壤溶解机碳奉献较统认识活泼根分泌程植物光合化机物5~25传输土壤环境中50~75复杂溶解机化合物形式存[25]土壤溶液中溶解机碳结构组成研究说明微生物代谢产物糖脱氧糖土壤溶解机碳中糖类物质源[26]时Yavitt and Fahey [27]实验结果说明抗生素处理土壤中DOC含量提供10倍DOC身微生物获取生长生存需量直接途径Yano等[28]认森林土壤中约12~40%DOC微生物利微生物量DOC间种产生利关系实际种化发生分解消耗关系次野外研究中12月次年2月土壤微生物量碳土壤DOC质量分数间互消长关系程表现认植物根系分泌产物微生物代谢产物土壤溶解机碳源
    土壤溶解机碳土壤固相机碳相具更活性点位[24]强烈影响土壤形成矿物风化污染物质毒性迁移营养物质效性[29~31]时微生物生长生物分解程中重量源[32 33]认土壤碳生物球化学循环中发挥重作土壤溶解机碳组分中分子酸性物质〔≤5碳原子脂肪酸官团酸〕占30~50例[34]岩溶生态系统中具重理意义:〔1〕土壤溶解机碳岩溶作驱动力初步研究结果显示5 mmolL柠檬酸50000×106 CO2碳酸盐岩相侵蚀力[11]〔2〕土壤溶解机碳岩溶区古环境信息载体土壤溶解机碳产生量组成差异运移植物微生物活性生态环境变迁关系密切水运移传输洞穴洞穴沉积物中封存成环境变迁信息载体[35 36]已资料文结果岩溶区土壤碳循环程溶解机碳作纳图4




























    图4 土壤环境中碳循环程生物作
    Fig 4 Map of the biological action in soil carbon cycle
    图中(1):伤亡微生物体活微生物源(2):土壤微生物具极短生命周期时存化生长消亡分解(3)(13):微生物枯枝落叶分解产生中间分解产物DOC终极产物CO2(4)(10):微生物土壤机碳分解产生DOCCO2(5):枯枝落叶微生物作合成土壤机碳(6)(14):失活微生物体极易活性微生物利产生量CO2DOC(7):根系呼吸产生CO2(8):植物根土壤微生物互利互惠:根系微生物提供适宜生长环境微生物植物提供效养分(9):DOC活性微生物源(11):植物根分泌产生DOC(12):DOC易受微生物降解产生CO2(15):CO2溶水生成碳酸

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    Seasonal changes of dissolved organic carbon in soil
    its environmental implication in karst area

    CAO Jinhua1 2 PAN Genxing2 YUAN Daoxian1 JIANG Guanghui1
    1 Institute of Karst Geology Chinese Academy of Geological Science and Key Laboratory
    of Karst Dynamics Ministry of Land and Resources Guilin 541004 China
    2 Resources and Environmental College Nanjing Agricultural University Nanjing 210095 China

    Abstract The role of dissolved organic carbon (DOC) in soil water (or moisture) in karst process is poorly understood In a Guilin karst experimental site the soil DOC was monthly collected and analysed with the TOCV analyzer from SHIMADZU co Japan The results showed the DOC is the active carbon component and plays important role in soil carbon cycle in karst The changes of soil DOC could be expressed 3 stages during the observation (1) From March to July the soil DOC gradually increased with the temperature rainfall the activities of soil organisms and metabolism (2) From August to November the temperature was kept high however the rainwater was substantially reduced The soil became very dry and the soil microorganisms’ activities greatly decreased The concentration of DOC in soil solution was the lowest (3) From December to February both temperature and rainfall were low The fluctuations of soil DOC however were increased which normally related to the carbon of soil microorganism biomass The seasonal erosion rates of limestone tablets beneath the soil were negatively correlated with soil DOC Based on these results a conceptual model of the carbon cycle and DOC role in karst was putted forward
    Key words soil dissolved organic carbon karst process carbon cycle Guilin
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    灰岩是一种较为特殊的岩石,作为可溶性碳酸盐岩的灰岩分布区,通常发育溶沟、溶槽等溶蚀带以及溶洞,甚至引起上覆第四系内部土洞发育。灰岩地区岩溶、土洞发育的地段,在矿井排水、大量开采地下水等引起地下水...

    6年前   
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    有机反应规则总结

    有机反应规则总结 1 Arbuzov    亚磷酸三烷基酯作为亲核试剂与卤代烷作用,生成烷基膦酸二烷基酯和一个新的卤代烷:    卤代烷反应时,其活性次序为:R'I >R'Br >R'C...

    5年前   
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    化学有机实验题

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    4年前   
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    有机重排反应总结

    Claisen 重排   烯丙基芳基醚在高温(200°C)下可以重排,生成烯丙基酚。   当烯丙基芳基醚的两个邻位未被取代基占满时,重排主要得到邻位产物,两个邻位均被取代基占据时,重排得到对位...

    4年前   
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    教育动态

    组建了教育慈善专委会,筹集资金300万元;实现了城乡免费义务教育,惠及40余万学生;资助中职学生3.2万人;生源地助学贷款952人,贷款金额538万元;义务教育教师绩效工资稳步实施,惠及3.8 ...

    4年前   
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    工作动态

    第八组工作动态 3月27日,第八组参加了XX局深入学习实践科学发展观活动,在局长XXX的主持下,XX局党组所属的机关支部书记、XX支部书记、XX支部书记以及局机关全体党员,开始了深入学习实践...

    15年前   
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    季节因素计算表

    季节因素计算表 产品 月 别 说 明 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 十一月 十二月 合 ...

    8年前   
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    毕业感言 离别的季节

    毕业感言 离别的季节  我看过一让我印象挺深的诗,诗中写道:  空气中弥漫着一种情绪, 校园里布满了一种气息,  这个火热的季节, 注定用来离别……  毕业这个分外沉重的词,令人无限伤感与留恋...

    11年前   
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    丰收的季节

    丰收的季节 丰收的季节 活动目标: 1.引导幼儿熟悉某些动物的特征和习性,初步学用“由于”说一句话,进展幼儿的口语表达力量。 2.初步熟悉字宝宝:小猴、小羊、老鼠、小鸭、螃蟹、游...

    1年前   
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    《不同的季节》教学设计

    本课研究的是地球家园经历不同季节时所产生的典型现象,以及季节变化对动植物和人类生活的影响。

    2年前   
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    人事管理_人事动态_人事动态及费用资料表

    第一节 人事动态人事动态及费用资料表年 月份 填表日期: 月 日本月人数编制人数男 人女 人计 人人事费用月薪编制...

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    有机知识点总结

    有机知识点总结   高中有机化学知识点总结 1.需水浴加热的反应有: (1)、银镜反应(2)、乙酸乙酯的水解(3)苯的硝化(4)糖的水解 (5)、酚醛树脂的制取(6)固体溶解度的测定 凡是在不...

    3年前   
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    我国有机小麦

    我国小麦品质提升对策研究 摘 要:小麦品种品质是商品麦质量的基础。科学合理发展优质小麦,对于满足消费升级、促进农民增收具有重要意义。本文总结了10多年来我国小麦品种品质现状,分析了我国小麦品...

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    推进碳达峰碳中和工作报告

    推进碳达峰碳中和工作报告 “十四五”规划纲要提出,力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,这是我国向国际社会做出的一项庄严承诺,也是一场广泛而深刻的经济社会变革。实现“双碳”目标,...

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    碳达峰、碳中和基本学问点

    一、碳达峰、碳中和基本情况气候转变是人类面临的全球性问题,随着各国二氧化碳排放,温室气体猛增,对生命系统形成威逼。在这一背景下,世界各国以全球协约的方式减排温室气体,2020年x月xx日,习近平...

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    原油的动态交接

    小议原油的动态交接中存在的几个问题 内容摘要: 原油动态交接所占原油交接比例很大,国标《原油动态计量油量结算》对原油的动态交接、计量已有明确规定,在细节方面,还有待于进一步完善。 关键字...

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    文档贡献者

    郭***芳

    贡献于2021-11-24

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