黑土層不同粒級結構下有機碳礦化的模擬研究

【摘要】：東北黑土坡耕地侵蝕沉積分異明顯,且凍融交替頻繁,但各坡位土層結構以及通氣孔隙度隨含水率和溫度的季節性變化對有機碳礦化和CO_2擴散效率的影響機理尚不清楚。以典型黑土坡耕地為研究對象,采集未侵蝕區表土風干、篩分后,選取粗(0.5～1 mm)、細(0.125 mm)兩種粒級,分層回填,全粗、全細、上粗下細、上細下粗4種土柱模擬典型坡位土層結構,對比分析凍融與非凍融不同溫度梯度下,各土層結構CO_2釋放速率變化特征。結果表明:非凍融變溫(5～30℃)條件下,各土層結構CO_2釋放速率存在顯著差異,其中上粗下細土層CO_2釋放速率均值為14.45μg/(kg·h),顯著高于其他土層,增幅達20%～59%,說明不同土層間土壤顆粒大小和上下堆疊關系對CO_2傳輸效率有重要調控作用。經兩次凍融作用后,0～15℃變溫培養中,各土層間無顯著差異,上粗下細土層CO_2釋放速率均值為4.17μg/(kg·h),略高于其他土層,說明凍漲融縮效應削弱了不同土層結構之間孔隙結構和聯通性差異,減弱了因土層結構不同而導致的CO_2釋放速率的差異。研究結果明確了黑土層不同粒級上下堆疊結構及孔隙連通性對有機碳礦化的影響,可為深化侵蝕環境下碳源強度的定量評價提供理論依據。