黄土塬区农田生态系统水-碳通量特征及产量时程演变趋势
本文关键词:黄土塬区农田生态系统水-碳通量特征及产量时程演变趋势 出处:《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)》2016年博士论文 论文类型:学位论文
更多相关文章: 涡度相关 水热运动 碳通量 蒸散 气候变化 黄土塬区
【摘要】:黄土高原南部塬区属暖温带半湿润大陆性季风气候区,是黄土高原重要的旱作农业区。近三十年来,气候变化和农业生产结构的调整对区域干湿条件、碳收支状况及水循环过程造成显著影响。本文在田间观测的基础上,分析深剖面土壤水热要素的时空动态,探讨水-碳通量的变化特征及其耦合关系,评估气候变化对该区域冬小麦产量的影响,取得如下结果:(1)苜蓿草地(7年)、休闲地、高产农田和低产农田平均土壤含水量分别为15.1±0.5%、22.0±0.4%、19.6±0.5%和21.1±0.4%(0~15 m、年度平均值);干湿交替层季节性失水和蓄水分别出现在3~6月和7~10月,其深度范围分别为0~2 m、0~4.6 m、0~3 m和0~4.2 m。深层土壤水分具有较好的时间稳定性,其垂直分布受土地利用方式的影响,剖面土壤含水量最稳定土层分别为9.8 m、5.4 m、8 m和5.6 m,该层土壤水分接近剖面平均水平。观测年份内苜蓿耗水量呈逐年增加趋势,造成深层土壤的干燥化程度加大,2~10 m土层形成稳定土壤干层,阻断了降水补给地下水的途径;高产农田在冬小麦和春玉米季均出现土壤水分负平衡。四种土地利用方式浅层土壤温度呈现出明显的季节特征,8 m以下土层土壤温度季节和年际间的变化十分微弱。(2)针对不同土地利用方式,通过箱式法从地块尺度上分析了2013~2014年不同生态系统碳通量的时间动态特征,苜蓿草地、高产麦田、低产麦田、高产玉米、低产玉米WUEe分别为3.08、1.74、1.25、1.78和0.88 g C kg-1H2O,苜蓿为较强的碳汇,小麦和玉米表现为较弱碳汇,休闲地则一直为碳源;光合有效辐射(PAR)、气温(Ta)、土壤温度(Ts)和饱和水汽压差(VPD)是影响碳通量的主要因素,不同年份其贡献值有所不同。(3)基于涡度相关研究,麦田生态系统和农田-果园复合生态系统蒸散(ET)、碳通量(GPP)的变化与作物生长和物候关系密切,二者在年内和年际间均表现出较强的正相关关系,生态系统水分利用效率(WUEe)年均值分别为1.84和1.77 g C kg-1 H2O;麦田生态系统碳通量低于复合生态系统,仅对麦田尺度的观测可能对区域碳汇状况造成低估。PAR和VPD是影响水碳通量的主要因素,WUEe随二者增大而出现减小趋势。(4)1957~2013年间冬小麦产量总体表现为波动上升,但其气象产量呈下降趋势,速率为-76.3 kg ha-1 10a-1。气象要素在产量下降中的贡献占12.3%,气温的升高是导致冬小麦气象产量降低的主要因素,降水的减少亦对产量有一定的负面影响。
[Abstract]:The southern tableland of the Loess Plateau belongs to the warm temperate sub-humid continental monsoon climate area, which is an important dry-farming agricultural region on the Loess Plateau. In the last 30 years, climate change and the adjustment of agricultural production structure have affected the regional dry and wet conditions. On the basis of field observation, the spatiotemporal dynamics of soil water and heat elements in deep profile were analyzed, and the characteristics and coupling relationship of water-carbon flux were discussed. An assessment of the impact of climate change on winter wheat production in the region resulted in the following results: 1) Alfalfa grassland (7 years, casual land). The average soil water content in high yield farmland and low yield farmland was 15.1 卤0.5 and 22.0 卤0.4, 19.6 卤0.5% and 21.1 卤0.40.15 m, respectively. Annual average; Seasonal water loss and water storage occurred in the dry and wet alternate layers from 3 to June and from 7 to October, respectively, with a depth range of 0 ~ 2 m and 0 ~ 4. 6 m respectively. The vertical distribution of soil moisture was influenced by the land use pattern, and the soil moisture content of the profile was 9.8 m. The soil moisture of this layer was close to the average level of the profile, and the water consumption of alfalfa increased year by year during the observed year, which resulted in the dryness degree of deep soil increased. (2) stable soil dry layer formed in 10 m soil layer, which blocked the way of recharge of groundwater by precipitation; There was negative soil water balance in winter wheat and spring maize season in high-yield farmland, and the four land use patterns showed obvious seasonal characteristics of shallow soil temperature. The variation of soil temperature between seasons and years under 8 m is very weak. The temporal dynamic characteristics of carbon fluxes in different ecosystems from 2013 to 2014, alfalfa grassland, high yield wheat field, low yield wheat field and high yield corn were analyzed from plot scale by box method. The WUEe of low yield maize was 3.08C / kg ~ (-1) H _ 2O and 1.74C ~ (-1) H _ 2O, respectively. Alfalfa was a strong carbon sink, and wheat and maize were weak carbon sink. Leisure land has always been a carbon source; Photosynthetic available radiation (par), air temperature, soil temperature and saturated water vapor pressure difference (VPD) are the main factors affecting carbon fluxes. Based on the vorticity correlation study, the evapotranspiration of wheat field ecosystem and farm-orchard ecosystem was studied. The change of carbon flux (GPP) was closely related to crop growth and phenology, and there was a strong positive correlation between them during the year and between years. The annual mean water use efficiency (Wue) of ecosystem was 1.84 and 1.77g / kg-1 H _ 2O, respectively. The carbon flux of wheat field ecosystem is lower than that of composite ecosystem, only the observation of wheat field scale may cause underestimation of regional carbon sink. Par and VPD are the main factors influencing water carbon flux. The WUEe decreased with the increase of both. The winter wheat yield fluctuated and increased in 2013, but the meteorological yield showed a downward trend. The rate is -76.3 kg ha-1 10a-1.The contribution of meteorological elements to the yield decline is 12.3%, and the increase of temperature is the main factor leading to the decrease of meteorological yield of winter wheat. The decrease of precipitation also has a negative effect on yield.
【学位授予单位】: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)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S181
【相似文献】
相关期刊论文 前6条
1 李志;刘文兆;张勋昌;;CLIGEN非降水要素在黄土塬区的适用性评估[J];自然资源学报;2009年02期
2 程立平;刘文兆;李志;;黄土塬区不同土地利用方式下深层土壤水分变化特征[J];生态学报;2014年08期
3 张晓龙,赵景波,马润花;西安黄土塬区土壤碳释放规律研究[J];农业环境科学学报;2004年02期
4 王锐;刘文兆;宋献方;;黄土塬区土壤水分运动的氢氧稳定同位素特征研究[J];水土保持学报;2014年03期
5 甘卓亭;张掌权;陈静;刘文兆;周正朝;;黄土塬区苹果园土壤有机碳分布特征[J];生态学报;2010年08期
6 ;[J];;年期
相关会议论文 前7条
1 程建远;郗昭;;黄土塬区深部煤炭地层平均速度变化规律研究[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年
2 唐汉平;蔡文芮;李林元;朱书阶;;黄土塬区地震勘探技术与应用[A];第3届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2008年
3 叶红星;;黄土塬地震激发条件选择[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年
4 王世洪;张友焱;齐小平;文百红;夏响华;张宗元;;遥感化探信息在黄土塬区油气勘探中的综合应用及效果[A];第五届全国油气化探学术会议材料汇编[C];2004年
5 郗昭;程建远;宋国龙;杨光明;蔡文芮;;地震勘探在黄土塬区深部煤炭资源勘查中的应用[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年
6 张月增;;黄土塬区地震勘探测量方法研究[A];中国地质学会、中国煤炭学会、中国煤田地质专业委员会2005年会论文集[C];2005年
7 邬达理;;黄土塬地区的一次静校正处理及质量控制[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年
相关重要报纸文章 前8条
1 宋尚智 黄委西峰水土保持科学试验站高工;黄土塬区的地下水资源开发利用[N];黄河报;2013年
2 郭望邋何登贵;推开黄土塬上希望之门[N];中国石化报;2008年
3 武勇 王继发;破解黄土塬油气勘探世界级难题[N];中国矿业报;2001年
4 本报记者 王喜春;奋战黄土塬[N];中国石化报;2011年
5 张海舟 王文忠 李学仁;黄土塬物探会诊 众专家把脉支招[N];中煤地质报;2009年
6 范立民 李岳鹏;陕西局两项成果获陕西省科学技术奖[N];中煤地质报;2005年
7 蒋颖颖 魏桂花;甘肃局一技术研究成果国内领先[N];中煤地质报;2013年
8 束荣华 杨哲;特色技术“抠出”鄂尔多斯油气[N];中国石化报;2011年
相关博士学位论文 前1条
1 韩晓阳;黄土塬区农田生态系统水-碳通量特征及产量时程演变趋势[D];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);2016年
相关硕士学位论文 前9条
1 陈曦;基于环境示踪剂的黄土高塬沟壑区水循环机制的研究[D];西北农林科技大学;2015年
2 曹跃辉;鄂尔多斯盆地黄土塬区陇东-镇北地区非纵地震采集方法研究[D];西安石油大学;2015年
3 郗昭;黄土塬区地震波场的数值模拟与实例研究[D];西安科技大学;2010年
4 郭子华;巨厚黄土塬区激发问题正演研究[D];太原理工大学;2012年
5 银燕慧;黄土塬山地地震资料处理方法研究[D];中国地质大学(北京);2006年
6 高国成;柯克亚周缘地区黄土塬采集技术研究[D];中国石油大学;2010年
7 钱春华;黄土塬地区强横向变速构造成像方法应用研究[D];成都理工大学;2013年
8 杜中东;苏203井区黄土塬区碳酸盐岩储层三维地震勘探技术研究[D];长安大学;2013年
9 隋婷;榆中县黄土塬区降雨分配试验研究[D];兰州大学;2014年
,本文编号:1368042
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/1368042.html