降雨变化对沙地樟子松人工林土壤理化性质及其呼吸速率的影响

发布时间：2020-04-10 09:49

【摘要】：土壤呼吸向大气输送土壤中的碳元素,是土壤碳库消耗的重要途径。土壤呼吸任何一个细节变动都会通过改变二氧化碳的浓度来影响全球碳循环。而土壤呼吸又是土壤有机碳分解的主要表现形式。降雨的变化对人工林生态系统固碳和土壤碳的稳定性影响存在很大的不确定性。辽西北半干旱地区沙地人工林资源较为丰富,这对防风固沙和土壤的固碳能力有很重要的作用。辽西北地区是三北防护林的重要组成部分,科学的分析降雨变化对辽西北地区樟子松人工林土壤呼吸的影响机制,以及对辽西北地区林业发展都具有关键意义,这也为未来气候不断变化的情况下,人工林更科学有效的管理提供科学依据。目前来说,关于该地区土壤呼吸及其影响机制的研究均较少。本研究以辽西北地区沙地樟子松人工林土壤为研究对象,设置降雨减少(减少30%)的试验(同时以正常降雨为对照),来探究降雨变化对土壤及其有机碳分解的影响机制。主要研究结果如下:(1)减雨处理使土壤团聚体更集中在0.053-0.25 mm和0.25-0.5 mm两个粒级,含量分别为34.66%和31.44%,而大团聚体的含量相对较少。同时减雨处理也使各粒级团聚体中的有机碳含量有所增加,其中以0.5-1 mm粒级的有机碳含量增加最多,为8.91g·kg~(-1),但减雨处理使0.053-0.25 mm粒级有机碳含量略有减少,为4.78 g·kg~(-1)。同时,与正常降雨相比,减雨处理降低了土壤表层(0-10 cm)的有机碳和全氮含量,二者分别为12.13 g·kg~(-1)和10.66 g·kg~(-1),与此相反,减雨处理反而增加了其它土层的有机碳和全氮含量,且土层越深,减雨样地的土壤有机碳和全氮含量与正常降雨样地相比差异越大。此外,减雨样地的微生物多样性要低于正常降雨样地。(2)正常降雨和减雨情况下土壤呼吸速率的日变化都是先下降后升高的,而且分解速率较高的时段都维持在6时至8时,分别为5.33μmol·m~(-2)·s~(-1)和5.01μmol·m~(-2)·s~(-1),但是正常降雨和减雨的呼吸速率之间并没有显著的差异特征。降雨之后,正常降雨和减雨情况下土壤呼吸速率均是突然升高,最高分别为6.76μmol·m~(-2)·s~(-1)和7.96μmol·m~(-2)·s~(-1),之后又都平稳的下降,且减雨处理的呼吸速率要略高于正常降雨。正常降雨和减雨土壤呼吸速率的月变化规律也基本一致,从5月至8月均是逐渐升高,在8月中旬达到最高,分别为5.99μmol·m~(-2)·s~(-1)和7.40μmol·m~(-2)·s~(-1),而且在此期间,减雨样地的土壤总呼吸速率高于正常降雨。而从8月至11月正常降雨和减雨土壤总呼吸速率迅速下降,在11月达到最低点,分别为0.46μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.29μmol·m~(-2)·s~(-1)。从正常降雨和减雨总呼吸的年变化来看,减雨样地总呼吸速率在一年中大多数时间内是要高于正常降雨的总呼吸速率的,而且以7月和8月最为明显。(3)正常降雨和减雨土壤呼吸速率的日变化与土壤温度间的相关性较小,而与土壤各土层的含水量之间都是呈极显著的正相关;这说明土壤日呼吸速率受土壤含水量的影响较大,在减雨情况下这种现象更加明显。正常降雨和减雨总呼吸的月变化以及年际变化与土壤温度间均呈极显著的正相关,而与土壤含水量间的关系并不显著,这说明在月际和年际尺度上土壤呼吸受土壤温度的影响更大。相较于土壤的温度和含水量,正常降雨和减雨总呼吸的变化受空气温湿度的影响较小,只有正常降雨和减雨总呼吸的月变化和年变化与各层空气湿度和温度间呈极显著的正相关性,而且减雨会减弱土壤总呼吸与空气温度间的相关性,但对土壤总呼吸与空气湿度间的相关性没有显著影响。总之,辽西北半干旱区沙地樟子松人工林中减雨处理改变了土壤团聚体组成,降低了表层土壤有机碳、全氮含量及微生物的多样性;不仅如此,减雨处理使土壤的有机碳的分解速率略有提升,这为未来气候变化情况下该地区人工林的科学管理提供了参考。
【图文】：

图 3-1 减雨情况下土壤各土层有机碳Fig.3-1 Differences of organic carbon, total nitrogen andreduction注：大写字母不同表示同种处理不同土层间存在差异；小写字母不同表示相同Note: Different capital letters indicate differences between different soil layedifferences between different soil layers under the same treatment; (p < 0.05)无论在正常降雨样地中还是在减雨样地中，显著的正相关关系（p＜0.01），但减雨样地（图氮含量的相关系数要略微大于正常降雨样地（图氮含量的相关系数。

图 3-1 减雨情况下土壤各土层有机碳、全氮、碳氮比含量差异Fig.3-1 Differences of organic carbon, total nitrogen and C/N ratio in different soil layers under rainfalreduction注：大写字母不同表示同种处理不同土层间存在差异；小写字母不同表示相同土层不同处理间存在差异；（p＜0.05）Note: Different capital letters indicate differences between different soil layers under the same treatment; different lowercase letters inddifferences between different soil layers under the same treatment; (p < 0.05)无论在正常降雨样地中还是在减雨样地中，土壤有机碳含量与土壤全氮含量都呈显著的正相关关系（p＜0.01），但减雨样地（图 3-2B）中，，土壤有机碳含量与土壤氮含量的相关系数要略微大于正常降雨样地（图 3-2A）中的土壤有机碳含量与土壤氮含量的相关系数。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S791.253;S714

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本文编号：2622078