黄土丘陵区侵蚀坡面土壤有机碳稳定性研究

发布时间：2020-09-24 05:43

　　土壤侵蚀对陆地碳固存和释放的影响具有极大的不确定性,妨碍了人们科学评估土壤在缓解气候变化的作用潜力。揭示坡面侵蚀-沉积过程中土壤有机碳的稳定机理,对于评估土壤有机碳的固定潜力、正确评价土壤侵蚀环境效应和全球碳预算具有重要的现实和科学意义。本研究以黄土丘陵区不同有机碳水平(C1、C2、C3、C4、C5)坡面为对象,通过野外连续监测土壤温湿度及土壤CO_2通量,结合土壤样品分析,研究了水力侵蚀影响下坡面土壤理化属性和有机碳的存在状态,辨析了土壤有机碳稳定性的多因素影响方式和程度,明确了侵蚀坡面表层(0-10cm)土壤有机碳稳定性的变化和主要影响因素。主要结论如下:1、降雨侵蚀改变了坡面侵蚀-沉积区土壤理化属性,导致坡面不同部位土壤温度、湿度等环境要素的异质性,分异程度与坡面有机碳水平相关。侵蚀区表层(0-10cm)土壤容重小于沉积区,且坡面有机碳水平越高容重越小,通气性越好,沉积区则无明显规律。0.25mm的团聚体含量总体上表现为侵蚀区大于沉积区。低碳水平下,沉积区水稳性团聚体平均质量直径(MWD)大于侵蚀区,高碳水平下侵蚀区水稳性团聚体MWD大于沉积区。沉积区较侵蚀区温度低、湿度大。雨季前至雨季末,侵蚀-沉积区土壤温度差减小,有机碳水平越高差异减小幅度越大;侵蚀-沉积区土壤湿度的差异也与有机碳水平有关,当有机碳水平较低时(C1-C3),差异幅度增加,有机碳水平较高时(C4-C5),差异减小。此外,当坡面土壤有机碳水平较低时(C1-C3),侵蚀-沉积区土壤有机碳含量差异不明显,当有机碳水平较高时(C4-C5)则差异相对明显,沉积区较侵蚀区土壤有机碳含量高28.6%~37.5%。2、坡面侵蚀-沉积区土壤有机碳组分具有明显的时空分异特征,对有机碳水平、土壤温湿度等因素的响应敏感性不同。雨季末坡面土壤微生物量碳含量较雨季前提高91.1%~286.8%,具有明显的季节变化;坡面沉积区土壤微生物量碳含量大于侵蚀区,且随着土壤有机碳水平升高,侵蚀-沉积区土壤微生物量碳含量差增大,空间分异加剧。雨季前侵蚀区和沉积区土壤微生物量碳主要受土壤湿度的影响,雨季末侵蚀区主要受土壤有机碳的影响,沉积区主要受土壤温度的影响。土壤微生物量碳对影响因素的敏感性差异原因主要是不同因素的限制性转换。坡面轻组碳含量主要受有机碳水平和有机碳含量的影响,其分配比例受季节变化的影响较大。侵蚀和沉积区轻组碳含量主要受土壤有机碳的影响,分别能解释其58.9%和86.9%的变异,而轻组碳的分配比例则对季节变化的反应较敏感,分别能解释41.2%和35.3%的变异性。3、侵蚀坡面土壤呼吸速率有明显的时空差异,坡面侵蚀-沉积区土壤有机碳稳定性主要与有机碳水平、土壤温度和湿度相关。不同有机碳水平下坡面土壤呼吸速率表现为侵蚀季大于非侵蚀季,高碳水平大于低碳水平,沉积区侵蚀区。土壤水热双因子模型能解释坡面侵蚀-沉积区土壤呼吸变异的44.3%~73.9%,且土壤有机碳水平越高模型解释度越大,因而当土壤有机碳水平较高时,土壤呼吸速率受土壤水热因子的影响程度增大,土壤呼吸的水热双因子模型准确度提高。相比对照区而言,坡面沉积区土壤碳排放量增加,降低了土壤有机碳稳定性;侵蚀区土壤有机碳稳定性与坡面有机碳水平相关,碳水平越低或越高时(C1或C5),土壤有机碳稳定性降低,在C2-C4中等水平时,土壤有机碳稳定性较强。4、侵蚀坡面土壤有机碳稳定性受多因素综合影响,不同因素对有机碳稳定性的影响程度不同。侵蚀区和沉积区土壤有机碳稳定性受多因素综合影响。侵蚀区土壤有机碳稳定性主要受0.25mm水稳性团聚体含量的影响,解释度达88.9%。沉积区主要受0.25mm水稳性团聚体含量和土壤容重(通气性)的影响,解释度分别为56.1%和41.7%。侵蚀坡面土壤呼吸速率主要受有机碳水平的影响,能解释其变异的66.4%,轻组有机碳含量和微生物量碳分别能解释土壤呼吸速率变异7.2%和0.3%。与微生物量碳性质相比,侵蚀引起的轻组有机碳(LFOC)的变化对土壤有机碳矿化速率的影响更为重要。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S157.1;S153.6

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