碳同位素技术在土壤碳循环研究中的应用

碳在土壤中的储量和存储时间是陆地生态系统碳库中最大和最长的,而土地利用方式会影响到土壤碳储量及其循环周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成为一个碳汇。土壤储存碳的过程就是土壤有机碳动态平衡的变化,因此认识土壤有机碳的动态变化是揭示土壤碳循环过程及其调控机制的重要方面。首先介绍了碳的一种稳定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生态系统长期动态过程的重建(如C3/C4植被的历史格局)、土壤有机碳周转周期等方面的应用,探讨了同位素示踪技术在土壤有机碳来源、周转周期、土壤CO2通量的变化和组分区分、同位素富集等研究领域的应用,归纳了土壤碳循环研究中的基本问题,提出了未来土壤碳循环同位素示踪的主要研究方向。

生态系统类型之间的转变会极大地影响土壤有机碳的变化和温室气体的释放,但土壤作为碳源/汇的潜力及其持久性的认识仍然不十分清楚。碳循环的定量化知识对于评价不同土壤生态系统土壤碳存储潜力是必要的。为了能预测土壤有机碳循环过程(土壤碳将如何响应与气候变化和土地利用变化有关的土壤环境变化) ,需要更好地认识土壤碳周转周期和初级生产力如何随着土壤环境状况变化。因此,我们应深入探讨土壤有机碳随深度的垂直变化规律,分析土壤有机碳的来源和降解的状态,探讨土壤有机碳在降解过程中,在不同质地组分中的迁移。

次序,确定土壤有机碳建立新平衡过程所需要的时间。通过研究土壤有机碳的δ13 C和δ14 C值的垂直变化特征,可以阐明不同质地土壤δ13 C、δ14 C和土壤有机碳含量的差异。同时,可以使用碳同位素标记方法来跟踪新老碳在气候变化影响下的动态过程和命运,并通过建立陆地生态系统碳过程特征参数库,解答如下问题: ①自养呼吸与异养呼吸的区分;②土壤CO2对大气的环境效应; ③土壤微生物、土壤有机碳与土壤呼吸排放CO2的δ13 C值的差异; ④土壤有机碳的δ13 C、δ14C与气候变化参数的关系。

从耕地、草地到人工林生态系统的碳累积及其动态变化的研究是一个极其重要的方面,因此在未来土壤有机碳的同位素研究中应重点考虑以下几个问题。①开展土壤有机碳同位素示踪研究,探讨森林生态系统发展过程中碳同位素的示踪作用; ②定量化分析土壤有机碳的周转速度,确定土壤有机碳的来源,识别土壤呼吸的不同组分; ③探讨土壤碳的13 C和14C随深度的垂直变化规律以及差异的原因; ④分析土壤对13C和14C有机碳富集的基本机制,进一步评价森林生态系统碳贮存潜力; ⑤阐明质地、容重和土壤碳之间的关系; ⑥在生长季和非生长季土壤CO2通量中自养呼吸与异养呼吸贡献的差异。