【摘要】：以紫色丘陵区代表性农田土壤—紫色土和水稻土为供试土样,采用野外采样和室内模拟培养的方法,研究了紫色丘陵区典型农田土壤有机碳矿化(Soil organic carbon,SOC)对温度变化的响应。研究设置2个培养试验,试验一:针对2种供试土壤,设置2个水分梯度:好气(70%WHC)和淹水(土水比=1:2),记为M1,M2;每个水分梯度设置3个恒温15℃、20℃、25℃和1个周期性变温15/25℃(变温顺序为15℃—20℃—25℃—20℃—15℃)。试验二:针对紫色土,调整土壤含水量为70%WHC,设置恒温20℃(HW)、突发性降温(20℃→10℃)(BW1)和突发性升温(20℃→30℃)(BW2)3个温度处理,其中温度突变的具体设置为:待20℃恒温培养至SOC矿化速率基本平稳且维持在较低水平时(第29 d后),将培养温度分别突降至10℃和突升至30℃,继续培养47 d。根据测定过程中所得的CO_2释放量,分析紫色丘陵区典型农田土壤有机碳矿化对不同温度模式和水分的响应特征,并结合双库矿化动力学模型和温度敏感性系数,探讨不同温度和水分条件下紫色丘陵区典型农田土壤有机碳矿化的动力学特征和温度敏感性,以期为全面认识紫色丘陵区农田耕层土壤有机碳矿化机制、正确评价气温变化的环境效应提供科学参考。研究结果如下:(1)70%WHC条件下,各温度处理的供试土壤在培养前期(0~10 d)SOC矿化速率先呈急剧下降趋势,而淹水时则呈现降幅较小甚至小幅升高后回落现象;10~39 d土壤有机碳矿化速率渐趋平缓,39 d后保持相对稳定。相同温度培养下,在第1 d时,2种供试土壤的SOC矿化速率均表现为70%WHC处理高于淹水,而随培养时间的延长结果则相反,紫色土和水稻土的矿化速率分别在培养第2 d和第5 d及以后出现淹水高于好气的现象,且淹水条件下SOC矿化速率达到平稳的时间要比好气滞后。(2)整个培养期内,相同水分状况下,2种供试土壤各温度处理的SOC累积矿化总量的高低顺序依次为:25℃15/25℃20℃15℃。其中,25℃培养的SOC累积矿化量显著大于15℃(P0.05)。在相同水分下,周期性变温(15/25℃)与恒温20℃培养的紫色土在各培养时段的SOC累积矿化量均无显著差异,而水稻土除淹水培养时的第0~3 d外,其余时段也无明显差异。这表明,好气和淹水条件下紫色土和好气状态下的水稻土,可用20℃恒温来评估变温(15/25℃)SOC矿化的影响效应。另外,温度和水分对紫色土SOC矿化的交互作用仅表现在培养前期(0~3d),而对水稻土则表现在中期(10~39 d)。(3)好气状态下,紫色土和水稻土SOC矿化的温度敏感性(Q_(10))随温度的升高而增强,但不存在显著差异;淹水时,紫色土在低温(15℃)条件下SOC矿M~化_(处养)B~对_(理中)C_(的期)~(升())_(紫()~(4温)分_(5色)~()更)别~在_(~2土)~敏于_5~6_(和d)~(6感)1~d~_),_水1~培0~而_(对稻)~养d~水_(紫土)~期_(色M)~(和稻内)2~土_(土B)5,_C~~则_M 6~各6~是_(B显C)~处d~在_(著具)~理各_(大有)~(2的0)出_于~(℃土)_(显15著℃影)~(现时壤一升微个);_(响周(期P)~(温生峰更物值敏量,)_(性)~(感碳在)_(0变)。~(._(0温5)仅)~(峰M值icr培o),_在~(b养)_(而70)~(ial时)_(对%)~(bi)段_(淹W)~(om),_(水H)~(as)高~s_(C状)~c温~a_(态时)~r2~b_(下的)5_的~(on)℃_培,@ùH紫色土和各水分处理下的水稻土均无明显影响。可见,温度对MBC的影响在微生物生长高峰期较为突出;结合SOC矿化特征可得,高温可通过改变微生物数量进而影响SOC矿化,但周期性变温不能。(5)各水分状态下,供试土壤的易分解有机碳库含量(C_0)均随培养温度的升高而增大,与SOC总累积矿化量的变化规律一致。其中,好气时,25℃处理的C_0显著大于其余温度;淹水时,2种供试土壤在25℃和15/25℃培养下的C_0与低温15℃处理间也存在明显差异(P0.05);但周期性变温和恒温20℃处理间,各水分下的C_0在紫色土和水稻土上均未表现出显著差异。另外,紫色土在平均积温≥20℃处理下,淹水时的C_0与好气存在显著差异(P0.05),而低温间的淹水与好气无明显差异;对于水稻土,仅在高温25℃处理下淹水的C_0明显大于70%WHC(P0.05)。同时,易分解有机碳库含量对SOC矿化过程具有重要作用,各处理间的C_0/C_(66)虽无显著差异,但均达60%以上。这表明高温高水分对C_0的影响最为突出,且温度和水分可通过改变土壤易分解有机碳库含量进而影响SOC矿化。温度对难分解有机碳矿化速率常数(h)也具有显著影响,好气状态下,供试土壤h随温度的升高而增大,紫色土在各温度间的h值无显著差异,而水稻土在恒温25℃和周期性变温下的h明显大于低温(15℃);淹水时,紫色土15℃培养下的h显著低于其余温度处理;水稻土高温25℃培养下的h分别是15/25℃、20℃和15℃的2.6、2.9和3.0倍,达显著差异(P0.05)。由此可得,各温度对h的影响也是导致各处理间SOC矿化量存在差异的原因。(6)突发性变温对紫色土SOC矿化有显著影响(P0.05),在变温当天(第30 d),突发性升温(BW2)处理对紫色土SOC矿化有明显促进作用,而突发性降温(BW1)处理则会明显削弱紫色土SOC矿化,二者的SOC矿化速率分别较恒温(HW)处理提高了225.1%,降低了38.5%;变温后的培养初期(第30~44 d),各温度处理间的SOC累积矿化量存在显著差异(P0.05),与HW处理相比,BW2和BW1处理中紫色土SOC累积矿化量的变幅分别为+140.5%(升高)和-55.3%(降低);随培养时间的延续,各处理间的SOC累积矿化量未发现明显差异。表明突发性变温对紫色土SOC矿化的影响具有一定的时限性,其影响时长在2周左右。结合矿化动力学分析可知,同恒温相比,突发性变温主要通过改变土壤易分解有机碳库(C_0)大小进而影响紫色土SOC矿化。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S153.6
【图文】：
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【参考文献】
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本文编号：
2755667
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