中科院沈阳生态所在碳同位素指征土壤碳周转研究中获进展

土壤是陆地生态系统中重要的碳库，其微小的改变都可能促进地表大气CO2浓度的升高，进而影响地球系统的生物地球化学循环过程。干旱和半干旱草地土壤碳储量约占全球土壤总碳库的15%，研究此区域土壤碳的周转及影响因素，对预测全球变化下干旱区碳库的动态显得尤为重要。

碳同位素（13C）能够指示土壤中碳的来源及周转途径。研究发现，随着土壤深度的增加土壤碳同位素值逐渐升高，而土壤碳含量则逐渐降低。造成这种现象有如下原因：一是Suess effect，即由于化石燃料燃烧使大气中贫化的碳逐渐增多，造成13C贫化的有机物积累到土壤表面；二是根系的碳同位素比植物高出1-2个单位，使底层土壤同位素高于表层土壤；三是微生物在分解土壤有机质的过程中对碳的分馏作用，造成12C通过呼吸离开系统，而13C则大量累计到土壤中，形成随着深度增加土壤碳同位素信号逐渐升高的趋势。

基于以上研究，中国科学沈阳应用生态研究所生物地球化学组研究员白娥、博士王超等，利用中国北方草地2200km样带平台，分析了27个土壤剖面碳同位素和碳含量的变化特征，发现所有剖面上碳同位素值逐渐升高而含量逐渐降低，两种呈现显著负相关性，并证明了这种负相关性能够很好的指示土壤碳的周转速率。此外，研究人员分析了温度、降水以及土壤属性对土壤有机质周转速率的影响。研究为区域和全球尺度上土壤碳的周转提供了研究思路，也为生物地球化学模型提供了新的参数数据。

研究成果以Depth profiles of soil carbon isotopes along a semi-aridgrassland transect in northern China为题发表在Plant and Soil上。该研究得到青年973项目和国家自然科学基金的资助。

图1.基于13C计算的土壤周转速率beta与基于呼吸计算土壤周转速率k的相关分析

图2.气候及土壤性质土壤土壤有机质周转beta的影响