170 likes | 346 Views
Гуминовые вещества в биосфере МГУ , 19 .- 22 . 12 .2007. Использование изотопного состава органического вещества почвы и СО 2 после смены С 3 растительности на С 4 для изучения скорости оборота гумуса. Яков Кузяков Катя Шнекенбергер. Кафедра Исследования Агроэкосистем
E N D
Гуминовые вещества в биосфереМГУ, 19.-22.12.2007 Использование изотопного состава органического вещества почвы и СО2 после смены С3 растительности на С4 для изучения скорости оборота гумуса Яков КузяковКатя Шнекенбергер Кафедра Исследования Агроэкосистем Университет Байройт Институт Почвоведения и Ландшафтоведения Университет Хоэнхайм, Штутгарт
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Background MRT = mean residence time = среднее время пребывания • Различные подходы к оценке MRT ОВП • Основанные на пулах • Радиоуглеродное датирование • Бомбовый 14C • Смена растительности C3 C4 + d13C • Опыты с повышенным СО2 (FACE) + d13C • Динамика ОВП после смены системы земледелия • … ... • Основанные на потоках • Инкубация и выделение CO2 (+ d13C) • D14C потока CO2 • … ... • Подходы, основанные на пулах, не связаныс подходами, основанными на потоках • Оценка среднего MRT (bulk MRT) • поискинертных/стабильных/старыхпулов для моделирования потоков из aктивных/молодых/быстрыхпулов • Цель: связать пулы с потоками на основе • Смены растительности C3 C4 + d13C • Разделения CO2поd13C старый C молодой C Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13CPartitioning Conclusions Изотопный состав растений с C3и C4фотосинтезом C4растения C3растения 0 -27‰ -12‰ d13C (‰) Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13CPartitioning Conclusions Miscanthus x giganteus(Greef et Deu) C4фотосинез d13C = –12‰ 3-4 м Смена растительности: C3 C4: 10 лет • многолетние (>20 лет) • без удобрений • без вспашки • большое кол-во растительных остатков(~ 2-4 тгa-1год-1) • глубокие корни Бурозем (Cambisol)на лёсе, Штутгарт d13C = –27‰ Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Цели • Изотопный состав и скорость оборота ОВП • Динамикаконцентрации CO2на разных глубинах • Разделение CO2на основе изотопного состава и оценка вклада ОВП в CO2из • старое ОВП (>10 лет) и • новое ОВП (<10 лет) + корни • Расчет общей испецифической скорости оборотаОВП • C3пул • C4пул Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Эксперимент • 2 поля: среднесуглинистая слабодифференцированная псевдооглеенная почва (loamy gleyic Cambisol) • C4: Miscanthusполе: 10 – 11 лет после смены растительностиC3C4 • C3: луг: C3поле для сравнения(без смены растительности) • Пассивные коллекторы воздухана глубине 15 и 30 см • Пробы • почвы до 1 м по 10 см • СО2 почвенного воздуха (вакутайнеры, каждые 3 – 6 недель за вегет.период2004 и 2005 • Анализы: • Сt (СNH) • CO2 (GC) • 13C (GC-IRMS) • 4 повторности • Источники CO2: • > 10 лет: старое ОВП • < 10 лет: • новое ОВП • растительные остатки • корневое дыхание Псевдооглеенный бурозем loamy gleyic Cambisol Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Пассивные коллекторы для отборапроб почвенного воздуха in situ • Пассивные коллекторы из силикона • Диффузия почвенного воздуха через силикон • 95% равновесие с почвенным воздухом через 7 часов Kammann et al., 2001 EJSS Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Установка пассивных коллекторов глубина 15 cм 30 cм Kammann et al., 2001 EJSS Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Содержание ОВП и изотопный состав Старое C3-ОВП Новое C4-ОВП подMiscanthus Schneckenberger and Kuzyakov 2007 JPNSS Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Среднее время пребывания С Доля ОВП из С-Miscanthus (%) 10 лет после смены растительности C3 C4 глубина (cм) Специфическое MRT пулов ? MRT общего C в почве: - 30-80 лет в Апах - 200-300 в нижних горизонтах Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Концентрация CO2почвенного воздуха 15 cм 30 cм April May June July August Sept. Oct. • Концентрация CO2 • на 30 cмвыше чем на 15 cм • Динамика CO2 • Контрастная весной • Похожая летом и осенью Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Изотопный состав C почвенного CO2 April May June July August Sept. Oct. April May June July August Sept. Oct. корни Miscanthus: d13C = –11.8‰ d13C (‰) d13C (‰) • 3 источника CO2 : • C3: старое ОВП • C4: новое ОВП + корни • атмосферный CO2 корни трав: d13C = –26.3‰ Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions C4-C в почвенном CO2 % of C4-C Календарный день Календарный день • Источники C4-C: • Новое ОВП < 10 лет • Корневое дыхание • Ризомикробный CO2 Вклад C4-C в почвенный CO2: на 15 cм: 60 … 80% на 30 cм: 70 … 90% 50% Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Разделение CO2 из ОВП Преобладание нового C в почвенном CO2 Вклад вCO2 почвы (%) старое OВП старое OВП OВП <10 лет OВП <10 лет 2004 2005 глубина (cм) глубина (cм) старое OВП старое OВП OВП < 10 лет OВП < 10 лет специфическое MRT пулов ОВП Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Вклад пулов C3и C4в ОВП и CO2и Расчет MRT специфического для пулов Измерено: • общее MRT • C3иC4доли в • OВП • CO2 MS Excel Solver: • Оптимизация специфическихMRTC3иC4пулов ОВП Очень контрастное MRT пулов Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Концепция оборота ОВП, объясняющая потоки и пулы с контрастным MRT d13C D14C CO2 Поступление C годы потоки 1 ОВП C 10 MRT d13C MRT потоков≠ MRT пулов D14C разложение гумификация 100 (Пулы)градиент 1000 специфическое MRT пулов Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2
Background Methods SOM CO2d13C Partitioning Conclusions Выводы • Изотопный состав ОВП после смены растительности с С3на С4 позволяет рассчитать долю нового С и среднее время пребывания С • Апах ~ 30 ... 80 лет • 60-100 см ~ 200 ... 300 лет • Пассивные коллекторы позволяют отбирать почвенный воздух для определения концентрации d13C иСО2 • В почвенном СО2 доминирует «молодой С» с возрастом менее 10 лет • На глубине 15 cм: 60-80% • На глубине 30 cм: 70-90% • На основе долей старого и нового С в ОВП и СО2 были рассчитаны специфические времена пребывания С в пулах: • C3пул (> 10 лет) MRT = 86 лет (15 см) и 136 лет (30 см) • C4пул (< 10 лет) MRT = 8.5 лет (15 см) и 4.6 лет (30 см) • MRT потоков ≠ MRT пулов Спасибо! Кузяков & Шнекенбергер : d13C гумуса и CO2