大针茅草原割草场退化演替过程中土壤有机碳形成和稳定机制

The dynamic of soil carbon is one of the most uncertain factors in global carbon cycle research and studies on which land management practice can promote soil carbon sequestration have received considerable attentions in recent years. For scientifically evaluating the carbon sequestration potential of grassland ecosystem, it is very necessary to make further research for the mechanism of formation, transformation and stability of grassland soil organic carbon under different land use patterns. This research may take mowing range of Stipa grandis steppe under different stages of regressive succession as study object. Through analyzing the biopolymer composition of plant litters and root and that of soil organic carbon of light and heavy fractions, we aim to identify the biomarkers tracing plant litter and root derived carbon in soil to illustrate the role of plant derived carbon on the formation, transformation and stability of soil organic carbon at molecular level. By measuring the abundance of soil microbes and enzyme activity decomposing biopolmers in soil, we may analyzing the relationship between soil microbe activity and degradation degree of plant derived carbon in soil and soil organic carbon mineralization to reveal the action mechanism of soil microbe on soil carbon stability. This research is helpful for scientifically evaluating the effect of long-term mowing on the soil carbon sequestration potential of Stipa grandis steppe, and may provide scientific support for the establishment of management practices of promoting soil carbon sequestration of grassland ecosystem and strategies for reducing greenhouse gas emission and increasing carbon sink.

土壤碳动态过程是全球碳循环研究中最不确定因素之一，何种土地管理措施能够提高土壤的固碳增汇服务功能已引起国内外有关研究者的高度重视。为科学评价草地生态系统的固碳潜力，需要对不同利用方式下草地土壤有机碳的形成、转化和稳定机制进行深入研究。本研究以退化演替不同阶段的大针茅草原割草场为研究对象，通过分析植物枯落物与根系、土壤轻组与重组有机碳的生物分子组成，筛选指示植物地上、地下碳输入的生物标志物，在分子水平阐明植物性碳输入在土壤有机碳形成、转化和稳定过程中的作用；通过分析土壤微生物丰度和土壤生物大分子分解酶活性，探析土壤微生物活性与土壤植物性碳降解程度、土壤有机碳矿化特征的关联性，揭示土壤微生物对土壤碳库稳定性的作用机制。本项目的开展，有利于科学评估长期刈割利用方式对大针茅草原土壤碳汇服务功能的影响，为我国制定提升草地生态系统土壤碳库增汇服务功能的合理管理措施以及温室气体减排增汇策略提供科学依据。

土壤碳动态过程是全球碳循环研究中最不确定因素之一，何种土地管理措施能够提高土壤的固碳增汇服务功能已引起国内外研究者的高度重视。刈割是广泛应用的重要草地管理措施，长期或者高强度的刈割都会引起割草场逆行演替，但在割草场退化演替过程中土壤系统的碳汇服务功能会发生何种变化并不清楚。本研究以围封和不同刈割强度下（两年刈割一次、一年刈割一次、一年刈割两次）的大针茅割草场为研究对象，通过分析优势植物的叶片、根系以及土壤的生物分子组成，筛选出了指示植物地上、地下碳输入的生物标志物，在分子水平阐明了植物性碳输入对土壤有机碳形成的贡献；通过分析土壤有机碳矿化特征和土壤中植物性碳的降解程度及其与土壤微生物丰度的关联性探讨了土壤有机碳的稳定性及其影响因素。研究显示：1、随着刈割强度的增强大针茅割草场发生了退化演替，大针茅在群落中的优势地位逐渐被糙隐子草所取代，并且群落中一年生杂类草植物增多。2、根据大针茅草原主要植物的叶片和根系凋落物的生物分子组成特征，发现C16烷醇、C18烷酸（C18:0和C18:3）和C18中长链取代酸可作为叶片的生物标志物，而C26烷酸、C25α-羟基烃酸、C24ω-羟基烃酸和C16、C18α,ω烷二酸可以作为根系的生物标志物。3、在0-10cm土层内，围封和高强度刈割（一年两次刈割）显著提高了大针茅草原土壤的总有机碳和惰性有机碳含量，但随着土层加深刈割显著提高了土壤总有机碳含量且高强度刈割使惰性有机碳含量显著增加、活性有机碳含量显著减低。4、围封提高了群落地上凋落物向土壤有机碳的贡献，而刈割增加了植物根系向0-20cm土层土壤有机碳的贡献；尤其是10-20cm土层，由于植物根系的贡献结合酯脂类化合物和木质素化合物的降解程度显著降低，表明植物性碳的稳定性增强。5、土壤微生物丰度与土壤有机碳矿化特征、植物性碳的降解程度无显著线性关系，土壤有机碳稳定性的影响因素有待于进一步研究。本项研究有利于科学评估长期刈割利用方式对大针茅草原土壤碳汇服务功能的影响，为我国制定提升草地生态系统土壤碳库增汇服务功能的合理管理措施以及温室气体减排增汇策略提供科学依据。

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