毛乌素沙地土壤CO_2通量及其环境影响因素

发布时间：2017-09-28 08:37

  本文关键词：毛乌素沙地土壤CO_2通量及其环境影响因素

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【摘要】：半干旱区土壤碳交换在陆地生态系统碳循环中占有重要地位。该区域土壤C02通量是土壤-大气碳交换的主要途径,包括非生物途径(非生物过程导致的通量,Abiotic soil CO2 flux)与生物途径土壤CO2通量(或土壤呼吸,Biotic soil CO2 flux)。然而,对于前者,其时间变化动态、对环境因子的响应、发生的机制,甚至碳吸收的去向均不清楚；对于后者,因其数值不够准确,导致相关结果多具争议。针对以上问题,本研究于2011-2014年在宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站,采用土壤灭活处理,长期观测土壤CO2通量、相关环境因子、土壤理化特征,数值校正,同位素(13CO2)示踪技术等手段,对非生物途径与生物途径土壤CO2通量分别进行了研究,深入观测分析了毛乌素沙地土壤CO2通量各组分的变化模式、对环境因子的响应以及非生物途径组分通量发生的原因机制,同时探寻土壤吸收CO2的去向。研究结果表明：(1)非生物途径与生物途径土壤CO2通量均具有明显的季节变化与日变化模式,但是二者的变化模式(无论是季节变化规律还是日变化规律)存在较大的差异。季节尺度上,非生物途径土壤CO2通量随着时间先减小后增大,而生物途径土壤CO2通量则变化相反；日尺度上,非生物途径土壤CO2通量在土壤干燥条件下,其变化模式为白天释放CO2,夜间吸收CO2,在土壤潮湿条件下,其变化模式为全天吸收C02,而生物途径土壤CO2通量无论在土壤干燥,还是潮湿条件下,都全天为正值,且随时间先增大后减小。(2)除了土壤温度变化率会显著影响非生物途径土壤CO2通量(二者直线关系)外,降雨、土壤含水量、近地面大气压强等环境因子也会对其产生极大的影响。仅用土壤温度预测,结果不够准确。生物途径土壤CO2通量,在全年尺度上与土壤温度呈显著的指数关系,生长季土壤体积含水量会明显影响该通量对土壤温度的响应。虽然土壤温度-土壤体积含水量双因子模型(指数-幂函数模型)可以很好模拟生长季期间的生物途径土壤CO2通量,但是从年尺度上考虑,基于土壤温度的指数模型对年际生物途径土壤C02交换量预测效果更佳。(3)在土壤干燥条件下,地表湍流、土壤空气体积膨胀、CO2溶解度变小和碳酸盐沉淀是导致白天土壤以非生物途径方式释放CO2的重要原因,而夜间,土壤吸收C02则主要是由碳酸盐溶解过程导致的；另外,在土壤潮湿条件下,土壤空气收缩、C02溶解于水、碳酸盐溶解和土壤C02向下的质量流是造成土壤以非生物方式全天吸收CO2的重要原因。(4)在研究区流动沙地中,土壤每年可以以非生物途径方式从大气吸收一定量的C02,且其大部分(约65%)会以无机的方式被固定到土壤的液相(碳酸氢根离子形式)之中,具有一定碳汇作用；在灌木林地中,土壤无机固碳量通常不足以抵消其生物途径碳释放量。以上结果揭示了毛乌素沙地非生物途径与生物途径土壤CO2通量的变化规律及非生物途径土壤C02吸收的去向,为准确认知半干旱区土壤C02通量、评价半干旱区土壤在碳循环中的作用,提供较为深入的科学基础。另外,所得结果在一定程度上补充了关于半干旱区生态学过程的知识空缺,但是对于精确量化各个导致非生物途径土壤CO2通量过程的贡献水平,实现对该通量的预测等研究还有待于进一步探索。
【关键词】：非生物途径土壤CO_2通量 碳酸盐动态 ~(13)C丰度 生物途径土壤CO_2通量 毛乌素沙地
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S154.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究进展12-17
• 1.2.1 干旱、半干旱区生物途径土壤CO_2通量12-16
• 1.2.2 干旱、半干旱区土壤对大气CO_2的吸收16-17
• 1.2.3 非生物途径土壤CO_2通量对环境因子的响应17
• 1.3 目前研究存在的问题17-18
• 1.4 研究目的及意义18-19
• 2 研究区概况19-21
• 2.1 地理位置19
• 2.2 气候条件19-20
• 2.3 水文状况20
• 2.4 土壤与植被状况20-21
• 3 研究内容与技术路线21-23
• 3.1 研究内容21
• 3.2 技术路线21-23
• 4 非生物途径土壤CO_2通量及其主要影响因子23-68
• 4.1 研究方法23-37
• 4.1.1 样地选取及其特征23-25
• 4.1.2 灌木林地土壤CO_2通量及环境因子观测25-28
• 4.1.3 流动沙地土壤CO_2通量及环境因子观测28-31
• 4.1.4 土壤~(13)CO_2同位素示踪31-35
• 4.1.5 数据处理35-37
• 4.2 研究结果37-55
• 4.2.1 非生物途径土壤CO_2通量变化模式37-43
• 4.2.2 水、热因子对非生物途径土壤CO_2通量的影响43-50
• 4.2.3 非生物途径土壤CO_2通量发生的原因及机制50-53
• 4.2.4 非生物途径土壤CO_2吸收的去向53-55
• 4.3 讨论55-67
• 4.3.1 非生物途径土壤CO_2通量变化模式55-57
• 4.3.2 非生物途径土壤CO_2通量对水、热因子的响应57-61
• 4.3.3 不同环境下非生物途径土壤CO_2通量产生的原因61-65
• 4.3.4 非生物途径土壤CO_2吸收的去向65-67
• 4.4 小结67-68
• 5 生物途径土壤CO_2通量变化动态及其对水热因子的响应68-83
• 5.1 研究方法68-71
• 5.1.1 样地选取及其特征68
• 5.1.2 土壤CO_2通量及环境因子观测68-69
• 5.1.3 数据处理69-71
• 5.2 研究结果71-79
• 5.2.1 生物途径土壤CO_2通量变化模式71-74
• 5.2.2 土壤温度、土壤水分对生物途径土壤CO_2通量的影响74-79
• 5.3 讨论79-82
• 5.3.1 生物途径土壤CO_2通量的变化规律79-80
• 5.3.2 生物途径土壤CO_2通量对水、热因子的响应80-82
• 5.4 小结82-83
• 6 土壤CO_2交换量核算83-89
• 6.1 研究方法83
• 6.1.1 土壤CO_2交换量的测定83
• 6.1.2 土壤CO_2交换量的计算方法83
• 6.2 研究结果83-85
• 6.2.1 非生物途径土壤-大气CO_2交换量与净交换量83-84
• 6.2.2 生物途径土壤CO_2交换量及其预测84-85
• 6.3 讨论85-88
• 6.4 小结88-89
• 7 结论、创新点与展望89-92
• 7.1 结论89-90
• 7.2 创新点90
• 7.3 展望90-92
• 参考文献92-105
• 个人简介105-107
• 导师简介107-111
• 获得成果目录清单111-113
• 致谢113-

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本文编号：934865