漓江流域氮素对岩溶碳循环过程的影响机制

发布时间：2021-05-25 14:18

　　陆地碳酸盐风化形成的大气CO₂净汇是4.77亿t C a^-1,随着土地利用的改变及降雨的增加,还可能增加9.8%¹7.1%。但是,人类活动带来的硝酸和硫酸及其对碳酸盐的溶解在碳汇计算中需加以扣除。我国平均氮肥输入量巨大,它能促进土壤有机质的分解或累积,促进土壤CO₂的产生及排放,对岩溶碳循环有间接的调控作用。当氮肥的施用量大于植物吸收量时,过量的氮肥输入会发生硝化作用产生硝酸,通过对碳酸盐的溶蚀直接参与岩溶碳循环。但是这种间接或直接作用有多大,对岩溶碳汇的影响如何,富钙偏碱的岩溶土壤对氮肥输入如何响应,氮在流域土壤-岩溶表层带-地下水系统的迁移与转化及其对岩溶碳循环的影响等问题还有待进一步研究。因此,本研究设置了一系列不同施氮浓度的盆栽模拟实验,结合自然流域地下水的观测,开展了氮对石灰土碳循环强度的影响及其源汇效应、石灰土-地下水中氮对岩溶碳循环的影响、流域尺度氮迁移转化及其参与岩溶碳循环的机制研究,发现以下主要结论:1.不同施氮浓度的盆栽模拟实验研究发现,氮肥对土壤CO₂的提... 

【文章来源】：中国地质科学院北京市

【文章页数】：152 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 学术背景及意义
    1.3 国内外文献综述
        1.3.1 碳酸盐岩溶解吸收的大气/土壤CO_2与森林碳汇在同一数量级
        1.3.2 氮素的来源及其参与岩溶碳循环的途径
        1.3.3 氮素在土壤中的迁移和转化
        1.3.4 氮素影响岩溶作用的发生条件
        1.3.5 岩溶区高钙偏碱的土壤条件有利于硝化作用的进行
        1.3.6 土壤对硝化产酸的缓冲导致土壤碳酸钙的溶解
        1.3.7 氮肥提高土壤中碳酸盐岩的溶蚀速率
        1.3.8 氮肥对流域碳酸盐岩的溶解及岩溶碳汇的影响
    1.4 研究目标、内容、技术路线
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 技术路线
        1.4.4 拟解决的关键问题
第二章 氮对石灰土碳循环强度的影响及其源汇效应
    2.1 研究区概况
    2.2 材料与方法
        2.2.1 盆栽模拟实验的设置
        2.2.2 实验测试指标及方法
        2.2.3 数据计算
        2.2.4 数据分析
    2.3 结果与分析
        2.3.1 土壤CO_2对短期环境变化的响应
        2.3.2 施肥提高土壤CO_2浓度
        2.3.3 林地土壤CO_2浓度及其同位素分布
        2.3.4 土壤CO_2释放(土壤呼吸)的影响
        2.3.5 施肥提高土下碳酸盐岩的溶蚀速率
    2.4 讨论
        2.4.1 短时间尺度降雨、降温对土壤CO_2的影响
        2.4.2 岩溶作用对土壤剖面CO_2及δ~(13)C-CO_2的影响
        2.4.3 土壤呼吸、土壤CO_2浓度呈夏秋高,冬春低的单峰型变化
        2.4.4 模拟实验和自然林地状态下土壤碳循环强度的对比
        2.4.5 施氮对土壤碳源汇的影响
    2.5 本章小结
第三章 石灰土-地下水中氮对岩溶碳循环的影响机制
    3.1 材料与方法
        3.1.1 土壤物理化学性质样品的采集及测试
        3.1.2 石灰土酸碱缓冲容量-酸碱滴定法
        3.1.3 土壤CO_2浓度及其同位素测定
        3.1.4 渗滤液的收集与测定
        3.1.5 气象数据-安装气象站
        3.1.6 数据分析
    3.2 结果与分析
        3.2.1 土壤碳酸钙、碱性阳离子含量降低
        3.2.2 施氮改变了土壤酸碱缓冲能力
        3.2.3 土壤碳酸盐溶蚀速率受多种因素影响
        3.2.4 土壤渗滤液EC、NO~(3-)、Ca~(2+)、Mg~(2+)增加显著
        3.2.5 施肥对土壤CO_2浓度及其同位素的影响
    3.3 讨论
        3.3.1 土壤产酸的速率和缓冲比例
        3.3.2 土壤酸缓冲容量及阈值
        3.3.3 无机氮浓度春季达到峰值、阳离子存在春季和夏季两个峰值
        3.3.4 施氮提高了淋滤液中离子浓度
        3.3.5 土壤中氮的转化及其影响下的碳酸盐溶蚀
        3.3.6 渗漏液δ~(13)CDIC受控于土壤CO_2分压
    3.4 本章小结
第四章 流域尺度氮迁移及其参与岩溶碳循环的机制
    4.1 研究点概况
    4.2 材料与方法
        4.2.1 取样点位置
        4.2.2 样品的采集与分析
    4.3 结果与分析
        4.3.1 雨水水化学组成
        4.3.2 地下河水化学及同位素特征
        4.3.3 地下水离子来源特征
    4.4 讨论
        4.4.1 地下水NO_3~-主要来源于土壤氮和肥料中的铵
        4.4.2 地下河人为来源的NO_3~-和SO_4~(2-)
        4.4.3 农业氮肥对碳酸盐岩的溶蚀
        4.4.4 土壤中铵态氮转化和风化反应
        4.4.5 低浓度硝化来源的NO_3~-输入促进碳酸的溶蚀
        4.4.6 碳酸和硝酸溶蚀来源计算
        4.4.7 漓江流域外源酸对碳酸盐岩的溶蚀
        4.4.8 氮素参与的岩溶流域碳循环模式
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 本研究的创新点
    5.3 研究不足与展望
致谢
参考文献
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
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[5]典型岩溶区土壤呼吸作用的昼夜变化特征及其影响因素[J]. 吴夏,潘谋成,曹建华,朱晓燕,张美良,杨会,唐伟,蓝高勇.  中国岩溶. 2019(02)
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博士论文
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硕士论文
[1]施氮水平对春玉米生物学性状及温室气体排放规律的影响[D]. 王瑞.内蒙古大学 2019
[2]水生光合生物对漓江流域水化学和岩溶碳汇的影响[D]. 原雅琼.西南大学 2016
[3]有机无机肥配施对滴灌棉田氮素转化生物学过程的影响研究[D]. 白玲.石河子大学 2014
[4]大气SO2污染下园林植物光谱特征及光合特性研究[D]. 另青艳.华中农业大学 2013
[5]成都市大气降水中无机硫、氮同位素的变化特征[D]. 杜锋.成都理工大学 2012



本文编号：3205490