【摘要】：土壤有机碳(SOC)库是陆地生态系统中最大的碳库,对全球CO2平衡发挥着重要作用。SOC矿化作为重要的土壤生物化学过程,其不仅关系到土壤中温室气体的产生,也影响土壤养分元素的释放与供应、土壤质量的保持等。三峡水库水位反季节涨落使得消落带出现周期性的“夏干冬湿”,导致其土壤的水热环境发生极大改变,这势必会对消落带土壤的有机碳矿化产生影响。为此,本文以三峡水库消落带分布面积较广的2种典型土类——紫色土和水稻土为研究对象,通过野外采样和室内模拟培养试验,研究水热变化对三峡水库消落带典型土壤有机碳矿化的影响。根据培养过程中测得的相关试验数据,分析水热梯度对三峡水库消落带典型土壤有机碳矿化特征的影响,结合双库一级矿化动力学模型和温度敏感系数,探讨不同水热梯度下消落带典型土壤有机碳矿化的动力学特征及温度敏感性,分析干湿交替对三峡水库消落带典型土壤有机碳矿化的影响,为全面认识库区消落带土壤碳循环过程提供基础资料和科学参考。研究结果如下:(1)各水热梯度下,0~10 d内,2种土壤非淹水处理的SOC矿化速率均随培养时间的增加而急剧下降,而淹水处理则呈现降幅相对较小甚至小幅上升回落的现象,10 d后,矿化速率下降幅度趋缓,至培养40 d时基本趋于稳定。在培养初期,紫色土和水稻土SOC矿化速率的最大值分别出现在100%田间持水量(WHC)和70%WHC水分处理中,淹水处理的最低,而在培养中期淹水下的矿化速率能维持在较高水平,甚至在部分时段出现高于其他水分处理的现象。(2)整个培养期内(66 d),10℃和20℃培养时,紫色土100%WHC和淹水下的SOC累积矿化量要显著大于40%WHC水分处理(P0.05),但与70%WHC无明显差异,而30℃时100%WHC和淹水处理下的累积矿化量则要显著高于40%WHC和70%WHC处理(P0.05),这表明相较于70%WHC的水分处理,高水分(100%WHC和淹水)对消落带紫色土SOC矿化无抑制效应甚至在高温(30℃)下有促进作用。水稻土各培养温度下70%WHC、100%WHC和淹水处理之间的累积矿化量均无明显差异,其中,10℃培养时40%WHC处理下的累积矿化量要显著低于70%WHC和100%WHC处理(P0.05),但与淹水处理无明显差异,而20℃和30℃培养时40%WHC处理下的累积矿化量则要显著低于其他水分处理,这表明相较于70%WHC的水分处理,40%WHC水分处理会抑制消落带水稻土soc矿化,而高水分对其则无明显抑制和促进作用。此外,在10~30℃区间内,各水分下消落带紫色土和水稻土的soc累积矿化量均随培养温度升高而增加。温度和水分均能显著影响三峡水库消落带紫色土和水稻土soc累积矿化量,且在紫色土中水热对soc矿化存在显著的交互作用,而在水稻土中二者则无明显的交互效应。(3)在66d培养期内,三峡水库消落带紫色土和水稻土各水热条件下的可溶性有机碳(doc)和微生物量碳(mbc)含量变化无明显规律,除水稻土t3m2、t3m4处理的doc含量与soc矿化速率显著相关外,其他处理的doc含量与soc矿化速率均无明显相关性,各水热处理下的mbc含量与soc矿化速率也无显著相关性(紫色土t1m1和水稻土t2m3处理除外),这表明土壤doc含量和mbc含量并不能有效反映不同水热处理之间soc矿化的差异,温度和水分不能通过改变消落带典型土壤的doc含量和mbc含量来有效影响soc矿化过程。(4)消落带紫色土各水分处理的易分解有机碳含量与soc累积矿化量的变化规律基本一致,均表现出100%whc水分处理下的最大,40%whc处理下的最低,而水稻土各水分处理的易分解有机碳含量最小值均出现在40%whc水分处理中,且各水分处理之间的易分解有机碳含量的变化趋势与soc累积矿化量的变化趋势相似;相同水分条件下,2种土壤的易分解有机碳含量均随培养温度的升高而增加,表明水分和温度可通过影响土壤易分解有机碳含量的变化致使各处理之间soc累积矿化量存在差异。整个培养期内,2种土壤的难分解有机碳含量与soc累积矿化量的比值较大,尤其是高温下表现得十分明显,其比值达近50%,这显示在soc矿化过程中难分解有机碳同样起着重要作用。随着培养温度的升高,紫色土各水分处理的难分解有机碳矿化速率逐渐增大,水稻土在土壤含水量≥70%whc条件下,难分解有机碳矿化速率也随温度升高而增大;同时,高温下水分对难分解有机碳矿化速率的影响也特别突出,这表明温度和水分会改变土壤微生物利用难分解有机碳的能力,高温下土壤难分解有机碳矿化速率会显著增强。通过比较分析不同水热梯度下消落带紫色土和水稻土有机碳矿化动力学模型中各参数的变化规律可知,温度和水分通过改变消落带典型土壤的易分解有机碳含量和难分解有机碳矿化速率来影响soc矿化。(5)随着温度的升高,低水分(40%whc)下消落带紫色土soc矿化的温度敏感性显著下降,而在土壤含水量≥70%whc下则无明显变化;消落带水稻土淹水条件下soc矿化的温度敏感性随温度升高而显著降低,而在土壤含水量≤100%whc下则未出现明显差异。(6)干湿交替能显著激发三峡水库消落带紫色土和水稻土有机碳矿化,由淹水到干燥阶段,2种土壤的有机碳矿化速率会出现由较低点快速上升的现象,并在干燥培养的最初几天达到峰值,而由干燥到淹水阶段,每次干燥培养最后1 d,2种土壤的矿化速率均降到该阶段的最低值,此后淹水使得矿化速率急剧上升,并在淹水后最初几天达到高峰。三次干湿循环过程中,干湿交替对消落带紫色土和水稻土有机碳矿化速率的激发效应会随着循环次数的增加而逐渐减弱。整个干湿循环培养期内,干湿交替下消落带紫色土和水稻土的有机碳累积矿化量要显著高于恒定水分处理(70%WHC和淹水),这表明干湿交替是促进三峡水库消落带典型土壤有机碳矿化的一个关键因素。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.6
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