毛乌素沙地不同植被恢复模式对土壤水碳分布及土壤固碳效应的长期影响

发布时间：2020-06-12 16:46

【摘要】：土地退化是造成干旱半干旱区生态环境恶化的主要原因之一,植被恢复能够有效地改善退化沙地的土壤质量。探讨干旱半干旱退化沙区植被恢复措施下土壤水分和碳的变化规律及其影响因素有助于进一步揭示荒漠土壤演变过程,对区域生态环境建设及可持续管理具有重要意义。本文选取毛乌素沙地东南缘人工植被恢复区的乔木林、灌木林、草地和流沙地为研究样地,通过野外调查和室内分析相结合,研究了0-500 cm剖面土壤水分、有机碳和无机碳的分布特征及影响因素。主要研究结果如下:(1)植被类型和恢复年限均对土壤水分有显著影响,根系分布对其影响较为显著,土壤质地对其有一定影响。乔木和灌木样地总储水量分别比流沙地高16.62 mm和26.36mm,但草地总储水量比流沙地少52.65 mm。恢复56年的乔木、灌木和恢复21年的灌木样地总储水量分别比流沙地高99.84 mm、47.44 mm和103.42 mm。恢复21年的乔木和恢复36年的灌木样的根长密度与土壤含水量呈显著负相关(P0.05),恢复56年的灌木、草地和恢复21年的灌木样地的根长密度与含水量呈极显著负相关(P0.01)。草地土壤含水量与粉粒和沙粒含量呈显著负相关(P0.05),其他样地含水量与质地无显著相关性。(2)土壤无机碳(SIC)为毛乌素沙地土壤碳库的主要存在形式,土壤无机碳密度(SICD)是有机碳密度(SOCD)的7.51倍。土壤有机碳(SOC)和SIC含量均随着恢复年限的增加而增加,其中乔木样地SOC、灌木样地SIC的累积效果最佳。土壤含水量、pH和砂粒含量与SOC呈负相关关系,电导率、粉粒和黏粒与其呈正相关关系,而上述各因子均与SIC相关性不显著。(3)植被恢复年限对土壤颗粒组成和不同粒级土壤碳含量具有重要影响。随着樟子松林龄的增加,土壤颗粒呈逐渐细化趋势,且表层(0-5 cm)细颗粒含量高于下层(5-30cm)。樟子松造林后SOC和SIC含量均显著增加,最高值分别是流沙地的4.90倍和4.32倍;恢复年限对SOC含量和SOCD的影响大于SIC含量和SICD。各粒级SOC、SIC含量均在栽植56年样地增幅最大,且均在细砂粒组分中增幅最大。团聚体和粉黏粒有机碳含量与土壤总有机碳含量之间存在显著的线性相关关系(P0.01),粗砂粒和粉黏粒有机碳对总有机碳的贡献率和粉黏粒无机碳对总无机碳的贡献率较为显著(P0.05)。(4)植被恢复类型对土壤颗粒组成和不同粒级土壤碳含量具有重要影响。不同类型植被恢复均会降低土壤粗颗粒(细砂粒、粗砂粒)含量,其中草地细砂粒含量降幅最大,灌木样地粗砂粒含量降幅最大。还会增加团聚体和粉黏粒含量。其中草地团聚体含量增幅最大,乔木样地粉黏粒增幅最大。各土层均在粉粘粒组分中差异显著。植被恢复后SOC和SIC含量均显著增加,其中均在乔木林地值最高,分别达到流沙地的3.96倍和2.08倍;植被恢复对SOCD的影响较SICD更为明显;乔木有利于粗砂粒和细砂粒SOC的恢复,灌木更有利于粉黏粒和团聚体SOC的恢复;各粒级SOC含量均在细砂粒中增幅最为明显,SIC含量在粉黏粒中增幅最为明显;粉黏粒SOC对总有机碳的贡献率较为显著。综上分析,从提高土壤水分状况和增加固碳的角度出发,毛乌素沙地植被恢复应以乔木和灌木为主。以上结论可以为半干旱区退化沙地的植被恢复建设提供理论依据。
【图文】：

地理位置,样地,采样点

图 2-1 研究区地理位置Fig. 2-1 Location of the study area.2.2.2 研究方法2.2.2.1 样地选取于研究区内选取地形、地势基本一致的乔木林（樟子松 Pinus sylvestris vamongolica）、灌木林（柠条锦鸡儿 Caragana korshinskii）、草地（野艾蒿 Artemislavandulaefolia DC.）和流沙地作为研究样地，其中每种植被包括三个恢复年限（恢复56 年、恢复 36 年、恢复 21 年），流沙地为对照，共十个样地。为减小采样点之间的气候条件和土壤基本性质的差异，所有采样点均位于红石峡沙漠植物园或附近。2.2.2.2 样品采集土壤样品采集分别于 2016 年 9 月上旬、2017 年 4 月下旬和 2017 年 9 月上旬进行。每次均选择具有代表性的样点（乔木和灌木样地，，选取四株植物的对角线交叉点，草地内随机选取 1×1m 样方对角线交叉点）进行取样，数据分析取三次的平均值。为了降低空间变异误差，不同植被类型之间采样点距离不超过 500 m。在所选样地内用直径
【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】：2019
【分类号】：S153.6

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