黄土高原退耕地土壤团聚体碳氮来源和稳定性分析评价

发布时间：2020-10-29 17:21

　　 黄土高原是我国重要的生态脆弱区,土壤侵蚀和生态系统退化严重。经过近50年的植被恢复,该区土壤侵蚀和水土流失得到显著控制。随着土壤侵蚀的遏制,植被恢复的土壤效应及退耕地碳汇功能逐渐成为该区生态环境建设迫切需要认识的科学问题。本研究以黄土高原退耕刺槐林地为研究对象,通过测定碳氮稳定性同位素丰度,辨识了不同退耕年限土壤和团聚体碳氮来源及其与退耕年限、土层和地点的关系,并分析了土壤碳氮矿化特征及其主要影响因素,从而为准确评价退耕地土壤碳汇功能提供理论依据,并为认识以土壤碳氮循环过程为主导的陆地生态系统地球化学循环奠定基础。所取得的主要结论如下:(1)农地退耕显著降低了土壤δ~(13)C和δ~(15)N的自然丰度,这种降低随退耕年限的延长而加剧。不同地点土壤δ~(13)C和δ~(15)N自然丰度差异显著,0-10 cm土层显著低于10-20 cm土层。黄土高原农地退耕种植刺槐显著提高了来源于林地的碳氮含量,这种作用随植被恢复年限的延长显著增加,并且主要体现在0-10 cm土层。不同地点间不同来源有机碳和全氮差异显著,并且在0-10 cm土层的差异更为明显。0-10 cm土层土壤中来源于林地的有机碳和全氮含量随土壤质地由细变粗呈降低趋势。(2)农地退耕显著降低了土壤水稳性团聚体δ~(13)C和δ~(15)N的自然丰度,这种降低作用随退耕年限的延长而加剧。土壤大团聚体和微团聚体中δ~(13)C和δ~(15)N丰度随土壤质地由细变粗呈递增趋势,而来源于林地的有机碳和全氮含量则呈递减趋势。此外,随着粘粒含量降低,退耕刺槐林地团聚体中来源于林地和农地碳氮的差异逐渐减小。0-10 cm土层团聚体来源于林地有机碳和全氮增加幅度要大于10-20 cm土层。(3)退耕刺槐林地中,团聚体δ~(13)C和δ~(15)N丰度整体表现为大团聚体微团聚体粉粘粒,而大团聚体和微团聚体之间差异较小。退耕后新输入的有机碳和全氮主要集中在大团聚体和微团聚体中。(4)农地退耕显著增加了土壤有机碳和全氮的矿化量,并且受土层、退耕年限和地点的影响。刺槐林地0-10 cm土层有机碳和全氮的矿化量是10-20 cm土层的1.43倍。退耕地土壤碳氮的矿化量与来源于林地碳氮含量、大团聚体以及碳氮比呈显著正相关,表明退耕刺槐林地中新输入的碳氮能促进土壤碳氮的矿化,土壤碳氮越不稳定。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S151.9
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 选题的目的和意义
    1.2 选题依据
    1.3 国内外研究概况
        1.3.1 农地退耕过程中土壤和不同级别团聚体碳氮来源的研究进展
        1.3.2 土壤和团聚体碳氮矿化的研究进展
        1.3.3 团聚体和土壤样品中碳氮来源与稳定性关系的研究进展
    1.4 小结
第2章 研究内容和方法
    2.1 研究内容
130C和¹⁵N的分布特征'>        2.1.1 退耕地土壤和团聚体¹³⁰C和¹⁵N的分布特征
        2.1.2 退耕地土壤和团聚体碳氮来源特征
        2.1.3 退耕地土壤碳氮矿化特征及影响因素
    2.2 研究区概况
    2.3 研究方案
        2.3.1 试验设计
        2.3.2 技术路线
        2.3.3 土壤样品采集
        2.3.4 样品分析及计算方法
        2.3.5 数据处理及分析
第3章 退耕地土壤碳氮来源特征
    3.1 农地退耕后土壤碳氮含量的变化
13C和δ¹⁵N的分布特征'>    3.2 农地退耕后土壤δ¹³C和δ¹⁵N的分布特征
    3.3 农地退耕后不同来源有机碳和全氮的变化
    3.4 讨论
    3.5 小结
第4章 退耕地土壤团聚体碳氮来源特征
13C和δ¹⁵N的分布特征'>    4.1 农地退耕后团聚体δ¹³C和δ¹⁵N的分布特征
    4.2 农地退耕后团聚体不同来源有机碳和全氮的分布特征
    4.3 讨论
    4.4 小结
第5章 退耕地土壤碳氮矿化特征及影响因素
    5.1 退耕地土壤有机碳和全氮的矿化特征
    5.2 退耕地土壤碳氮矿化与碳氮来源的关系
    5.3 讨论
    5.4 小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

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本文编号：2861215