水力侵蚀作用下小区尺度土壤有机碳动态及其微生物学机制

发布时间：2021-04-29 09:22

　　随着人类生产活动的增加及极端降雨事件的频繁出现,土壤侵蚀及其对环境造成的影响日趋加剧,尤其在其驱动下的土壤有机碳库动态由于事关全球碳循环格局而引起全世界范围内的密切关注。然而,土壤侵蚀作用下的土壤碳循环研究却存在亟待解决的不确定性问题,其在土壤碳循环格局中究竟扮演“碳源”的角色还是扮演“碳汇”的角色,目前依然存在着广泛的争议。这其中关键的问题之一即是由侵蚀作用引起的土壤碳矿化格局与机制尚不明确,因侵蚀而流失那部分有机碳的归宿以及侵蚀发生后留在原位的有机碳动态仍然缺少明确的理论解释,从而导致无法准确估算侵蚀作用究竟多大程度上作用于土壤碳库的矿化流失。对于这样一个开放系统中的复杂过程,以往研究多基于“黑箱“理论加以评估,由此造成了碳库收支无法平衡的问题长期存在。本研究在充分总结以往研究的基础上认为,侵蚀作用下的土壤碳循环研究必须在宏观估算的基础上进行微观机理探索,才能为侵蚀作用下精准的土壤碳库收支估算提供全面可靠的理论依据,最终为不确定性问题的解决提供有效途径。鉴于此,本研究探索性地以主导有机碳矿化的土壤微生物为切入点,采用田间小区模拟降雨、田间定位观测及室内定性模拟等方法,探索坡面尺度内... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 土壤水力侵蚀过程与机制
        1.2.2 土壤水力侵蚀生态环境效应
        1.2.3 侵蚀影响下碳循环格局与定量评估
        1.2.4 侵蚀影响下土壤有机碳动态过程与机制
        1.2.5 土壤碳循环的微生物学机制及其环境响应特征
    1.3 当前研究存在的主要问题
        1.3.1 基于“黑箱”理论的碳收支估算存在不确定性
        1.3.2 土壤微生物对土壤侵蚀的响应机制尚不明确
        1.3.3 土壤微生物在侵蚀-碳矿化过程中的贡献机制有待研究
    1.4 本研究目的、意义、内容、技术路线及创新点
        1.4.1 研究目的与意义
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 关键技术
        1.4.4 技术路线
        1.4.5 创新点
第2章 侵蚀坡面微生物对次降雨润湿的响应特征及其碳动态效应
    2.1 实验材料与方法
        2.1.1 研究区域概况
        2.1.2 实验设计
        2.1.3 样品采集
        2.1.4 样品分析
        2.1.5 数据处理与统计
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 润湿作用下土壤有机碳分布格局及其动态响应特征
        2.2.2 润湿作用下土壤微生物分布格局及其动态响应特征
        2.2.3 坡面侵蚀与沉积特征对微生物响应机制的影响
        2.2.4 润湿作用下微生物与土壤有机碳动态关系机制
    2.3 本章小结
第3章 次降雨侵蚀事件对坡面微生物分布格局的影响及其碳动态效应
    3.1 材料与方法
        3.1.1 研究区域概况
        3.1.2 实验设计
        3.1.3 样品采集
        3.1.4 样品分析
        3.1.5 数据处理与统计
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 侵蚀作用下坡面土壤理化参数动态特征
        3.2.2 侵蚀作用下坡面土壤微生物动态特征
        3.2.3 侵蚀过程中土壤有机碳及微生物动态的响应机制
        3.2.4 侵蚀发生后短期内微生物动态的驱动影响因素
        3.2.5 侵蚀后短期内土壤微生物动态影响机制及其与有机碳的关系
    3.3 本章小结
第4章 侵蚀坡面次降雨侵蚀事件作用下碳矿化特征及其发生机制
    4.1 材料与方法
        4.1.1 研究区域概况
        4.1.2 实验设计
        4.1.3 采样方法
        4.1.4 样品分析
        4.1.5 数据处理与统计
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 降雨侵蚀特征及土壤理化参数响应
        4.2.2 侵蚀作用下不同耕作方式坡面碳矿化释放特征
        4.2.3 侵蚀作用下碳矿化的影响因素与发生机制
    4.3 本章小结
第5章 不同粒径土壤团聚体主导系统中微生物动态及其碳矿化特征
    5.1 材料与方法
        5.1.1 实验材料
        5.1.2 实验设计
        5.1.3 样品采集
        5.1.4 样品分析
        5.1.5 数据处理与统计
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 土壤有机碳含量及含水率变化特征
        5.2.2 不同粒径团聚体系统中微生物群落结构变化特征
        5.2.3 不同粒径团聚体系统中有机碳矿化特征
        5.2.4 微生物群落结构变化及碳矿化影响机制
    5.3 本章小结
第6章 侵蚀影响下土地生产力多尺度响应特征及相关碳贡献机制
    6.1 材料与方法
        6.1.1 研究区域概况
        6.1.2 实验设计
        6.1.3 样品采集
        6.1.4 样品分析
        6.1.5 数据处理与统计
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 土壤理化性质的侵蚀响应特征
        6.2.2 不同强度降雨侵蚀事件对免耕系统土地生产力的影响
        6.2.3 不同耕作方式作用下次降雨侵蚀事件对生产力的影响
    6.3 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间发表的论文目录
附录B 攻读学位期间申请的国家发明专利
附录C 攻读学位期间参与的研究课题


【参考文献】：
期刊论文
[1]雨强对红壤坡耕地泥沙流失及有机碳富集的影响规律研究[J]. 聂小东,李忠武,王晓燕,申卫平,张雪,郭旺,马文明,王曙光.  土壤学报. 2013(05)
[2]137Cs和210Pbex示踪黑土区坡耕地土壤侵蚀对有机碳的影响[J]. 方海燕,盛美玲,孙莉英,蔡强国.  应用生态学报. 2013(07)
[3]侵蚀条件下土壤有机碳流失研究进展[J]. 裴会敏,许明祥,李强,脱登峰.  水土保持研究. 2012(06)
[4]耕作方式对潮土有机碳及碳库管理指数的影响[J]. 姬艳艳,张贵龙,张瑞,刘玉升,杨殿林.  中国农学通报. 2012(15)
[5]红壤有机碳流失特征及其与泥沙径流流失量的定量关系[J]. 张雪,李忠武,申卫平,郭旺,陈晓琳,张越男,黄金权.  土壤学报. 2012(03)
[6]不同有机质含量农田土壤微生物生态特征[J]. 焦晓光,高崇升,隋跃宇,张兴义,丁光伟.  中国农业科学. 2011(18)
[7]黄土坡面片蚀过程试验研究[J]. 刘俊娥,王占礼,高素娟.  水土保持学报. 2011(03)
[8]非点源污染研究综述[J]. 曹高明,杜强,宫辉力,彭文启.  中国水利水电科学研究院学报. 2011(01)
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博士论文
[1]基于分子生物学的堆肥功能微生物种群与体系基质特性关系研究[D]. 张嘉超.湖南大学 2013
[2]主要水蚀区坡面土壤侵蚀过程与机理对比研究[D]. 耿晓东.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2010
[3]坡面水蚀输沙动力过程试验研究[D]. 王瑄.西安理工大学 2008

硕士论文
[1]红壤丘陵区坡地侵蚀过程对土壤有机碳物理运移的影响规律研究[D]. 张雪.湖南大学 2012
[2]秸秆还田土壤中与纤维素降解相关的微生物的分子生态学研究[D]. 张晶.上海交通大学 2007



本文编号：3167272