黄土台塬土地利用方式对土壤呼吸及有机碳矿化的影响

发布时间：2017-10-21 15:08

  本文关键词：黄土台塬土地利用方式对土壤呼吸及有机碳矿化的影响

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【摘要】：土地利用方式是影响土壤碳固持和温室气体减排的关键因素之一,准确地评价土地利用变化对陆地生态系统碳循环和全球气候变化尤为重要。本文以黄土台塬区植被恢复过程中的耕地、天然草地、灌木林地、乔灌混交林地、乔木林地和果园典型土地利用方式为研究对象,采用静态箱-气相色谱法于2015年4月至2016年3月,每月中旬左右选取一或两天晴朗天气,对土壤呼吸气体进行采集,同时测定土壤温度、土壤含水量、大气温湿度等影响土壤呼吸排放速率的主要环境因子,分析研究黄土台塬区不同土地利用土壤呼吸速率月变化特征及环境因子对土壤呼吸速率的响应规律,并建立土壤呼吸与其影响因素之间的关系模型。同时,采用室内密闭培养法进行了土壤有机碳矿化动态监测,研究了土壤有机碳矿化特征及土壤各种碳组分对土壤有机碳矿化的影响,为土壤碳固持提供相关数据与理论依据。研究结果如下:(1)不同土地利用土壤呼吸速率的月变化规律基本一致,均呈单峰曲线。林地和天然草地的呼吸速率最大值均出现在8月份,而耕地最大值出现在7月份,果园最大值出现在6月份,各利用方式土壤呼吸速率的最低值均出现在12月份。土壤呼吸速率的平均值为天然草地最高,其次依次为乔木林地、灌木林地、乔灌混交林地、耕地,果园的土壤呼吸速率平均值最低。(2)6种土地利用土壤呼吸与土壤温度、大气温度、大气湿度均正相关,而与土壤含水量呈负相关关系。各土地利用方式土壤呼吸速率受土壤温度和含水量的双重响应,当土壤温度较低时,土壤呼吸速率也低,土壤呼吸速率随着土壤温度的升高而增加,当土壤温度在20℃左右且土壤含水量也适中时,土壤呼吸速率较高,随后随着土壤温度和土壤含水量的增加,土壤呼吸速率开始降低。(3)单因素模型的指数模型能够较好地模拟该研究区土壤呼吸与土壤5-20cm温度之间的关系,其土壤5-20cm温度能够解释土壤呼吸速率的64%~89%的变异。土壤呼吸与温度含水量的双因素模型较单因素模型其决定系数更大。且幂函数模型能够较好地拟合耕地和天然草地土壤呼吸与土壤温度、含水量的关系,而指数模型能够较好地拟合灌木林地、乔灌混交林地、乔木林地和果园土壤呼吸与土壤温度、含水量的关系。(4)黄土台塬不同土地利用土壤有机碳矿化量趋势为培养初期增长迅速,后期增速缓慢;0-5 cm土层草地土壤有机碳矿化累积量是林地的1.26~1.34倍,是耕地的1.82倍,5-20 cm土层较0-5 cm土层呈降低趋势,耕地降幅高达48%;一级动力学方程能够较好地模拟该研究区土壤有机碳矿化动态,不同土地利用土壤矿化碳潜力Cp值在0.81~2.70 mg?kg-1之间且差异显著(P0.05),而不同土地利用土壤有机碳分解速率常数k差异不显著。(5)不同土地利用土壤各种碳组分含量之间差异明显,但土壤总有机碳和各种活性碳组分含量分布规律一致,均表现为草地显著高于林地,林地显著高于耕地(P0.05)。土壤有机碳矿化碳潜力Cp值与可溶性有机碳和轻组有机碳之间极显著正相关(P0.01),与土壤总有机碳、全氮、粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳、易氧化有机碳显著正相关(P0.05)。回归分析表明,土壤轻组有机碳含量和可溶性有机碳含量共同解释土壤有机碳矿化的82.4%的变异。因此,黄土台塬区土壤矿化碳潜力受土壤中轻组有机碳和可溶性有机碳共同作用的影响。
【关键词】：黄土台塬 土地利用方式 土壤呼吸速率 土壤有机碳矿化
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S151.9
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景、目的及意义12-13
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 研究目的及意义12-13
• 1.2 国内外研究进展13-21
• 1.2.1 土壤呼吸的作用13-14
• 1.2.2 土壤呼吸的测定方法14-15
• 1.2.3 土壤呼吸的影响因素15-17
• 1.2.4 土壤呼吸的研究进展17-18
• 1.2.5 土壤有机碳矿化的影响因素18-19
• 1.2.6 土壤有机碳矿化的模型构建19-21
• 第二章 研究区概况及研究内容21-24
• 2.1 研究区概况21
• 2.1.1 地理位置21
• 2.1.2 气候特征21
• 2.1.3 土壤类型与植被21
• 2.2 研究内容与技术路线21-24
• 2.2.1 研究内容21-22
• 2.2.2 技术路线22-24
• 第三章 不同土地利用土壤呼吸及其影响因素的研究24-37
• 3.1 材料与方法24-25
• 3.1.1 土壤呼吸的测定24-25
• 3.1.2 环境因子的测定25
• 3.1.3 土壤呼吸的计算25
• 3.2 结果及分析25-36
• 3.2.1 不同土地利用土壤呼吸速率的统计特征25-27
• 3.2.2 不同土地利用土壤呼吸速率月变化27-28
• 3.2.3 不同土地利用环境因子的统计特征28-30
• 3.2.4 不同土地利用环境因子的月变化30-32
• 3.2.5 环境因子对土壤呼吸的响应32-35
• 3.2.6 不同土地利用土壤呼吸速率与其影响因素的相关性35-36
• 3.3 小结36-37
• 第四章 不同土地利用土壤呼吸与温度含水量的关系模型37-46
• 4.1 研究方法37-38
• 4.1.1 土壤呼吸温度敏感性的计算37
• 4.1.2 土壤呼吸的模型构建37-38
• 4.2 结果与分析38-45
• 4.2.1 不同土地利用土壤呼吸与土壤温度的回归模型38
• 4.2.2 土壤呼吸的温度敏感性38-41
• 4.2.3 土壤呼吸与土壤含水量的回归模型41-42
• 4.2.4 土壤呼吸与温度水分的双因素回归模型42-45
• 4.3 小结45-46
• 第五章 黄土台塬土地利用对土壤有机碳矿化的影响46-55
• 5.1 材料与方法46-47
• 5.1.1 土壤样品采集46
• 5.1.2 土壤有机碳矿化培养46-47
• 5.1.3 供试土壤基本理化性质测定47
• 5.1.4 数据分析47
• 5.2 结果与分析47-52
• 5.2.1 不同土地利用土壤有机碳矿化累积量47-49
• 5.2.2 不同土地利用土壤有机碳累计矿化分配比例49
• 5.2.3 不同土地利用土壤有机碳矿化模拟49-50
• 5.2.4 不同土地利用土壤的理化性质50-51
• 5.2.5 土地利用对土壤不同碳组分含量的影响51-52
• 5.2.6 土壤有机碳矿化参数与其他碳组分的关系52
• 5.3 讨论52-54
• 5.3.1 土地利用对土壤有机碳矿化的影响52-53
• 5.3.2 不同土地利用土壤有机碳矿化潜力Cp值与其他碳组分之间的相关性53-54
• 5.4 小结54-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 6.1 本研究主要结论55-56
• 6.1.1 黄土台塬不同土地利用土壤呼吸及其环境因子特征55
• 6.1.2 黄土台塬不同土地利用土壤呼吸影响因素及其模型构建55
• 6.1.3 黄土台塬不同土地利用土壤有机碳矿化分解特征55-56
• 6.2 存在的问题与不足56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 作者简介62
• 硕士期间发表的文章62

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