生物土壤结皮对典型草原地表CO_2通量的贡献及其影响因素

发布时间：2017-10-05 15:43

  本文关键词：生物土壤结皮对典型草原地表CO_2通量的贡献及其影响因素

  更多相关文章： 生物土壤结皮 黄土高原草地 地表CO_2通量 Q_(10)值

【摘要】：生物土壤结皮是干旱、半干旱生态系统中的重要生物组成部分,该系统地表CO2通量主要包括植物根系呼吸、土壤微生物呼吸和生物土壤结皮的净C02通量。但是,当前很多关于干旱、半干旱区系统碳源／汇的研究都忽略了生物土壤结皮的净CO2通量。本研究以黄土高原典型草原为对象,利用LI-8150配以104和104c长期观测气室以及LI-6400光合仪,通过4年的野外观测和室内试验,测定了围封草地的裸地和生物土壤结皮的地表CO2通量的季节动态和全年释放量,量化了生物土壤结皮在系统碳过程中的贡献；研究了模拟降水对生物土壤结皮净CO2通量和土壤呼吸及其组分的影响,以及生物土壤结皮的净CO2通量和土壤呼吸与微生物呼吸及其温度敏感性对放牧的响应；力图阐明生物土壤结皮净CO2通量在系统碳循环中的贡献,及降水和放牧对其的影响及其机制,以期为准确预测全球气候变化下黄土高原典型草原碳源汇特征的变化和该区草地的可持续利用提供科学依据。主要研究结果如下：1.生物土壤结皮在调节地表C02通量中起到了重要的作用。与裸地相比,生物土壤结皮显著降低了地表C02通量,藻类结皮和藓类结皮的降低幅度分别为18.2%和12.4%。藻类结皮和藓类结皮的总光合速率相似,分别为61.6g C m-2y-1和60.0 g Cm-2y-1;净固碳速率分别为36.5 g Cm-2y-1和24.8 g Cm-2y-1,藻类结皮具有更高的固碳效率。该区生物土壤结皮对系统固碳的贡献率约为22.4%-32.2%。生物土壤结皮对于地表C02通量的影响,主要是通过增加土壤的SOC、TN、TP、SMBC、和SMBN含量,改变真菌／细菌比来实现。2.生物土壤结皮地表C02通量比裸地具有更高的温度变化敏感性(Q10值)。生物土壤结皮的固碳作用主要在水分条件较好的生长季节进行,生物土壤结皮的存在降低了地表CO2通量的最适土壤含水量。3.降水量的大小是影响生物土壤结皮碳通量的最主要因素。生物土壤结皮固碳具有最低降水量的阈限值,当降水量低于这个值时,生物土壤结皮将表现出净碳释放,藻类结皮固碳的阈限值小于2mm,而藓类结皮的阈限值在2 mm和5 mm之间。当达到降水量的阈限值时,生物土壤结皮种类和生物土壤结皮盖度对其碳的固定能力没有影响。4.与生物土壤结皮的碳通量类似,降水也能够快速的激发草地微生物呼吸和根呼吸。土壤初始含水量在这一过程中起到了重要的调节作用,初始含水量较高时,降水的影响较小,而初始含水量较低时,降水的影响则较大。与生物土壤结皮相同,降水对土壤各组分呼吸及其持续时间的影响主要与降水量有关,降水量越大持续时间越长、碳的累积释放量越大。在降水的影响期内,土壤各组分呼吸主要受土壤水分影响,而与土壤温度则成负相关关系。5.研发出估测在不同初始土壤含水量和不同降水量下土壤呼吸、微生物呼吸和根呼吸累积释放量的增加率的模型：IR=(aX2+b)X1+cX2+d,其中,IR为土壤呼吸及其组分的上升率；X1为降水量；X2为土壤初始含水量；a、b、c和d为常数,为精确计算该草地生态系统的碳动态提供技术支持。6.模拟践踏显著降低了生物土壤结皮地表C02通量和水分入渗率。随着践踏强度的增加,生物土壤结皮水分入渗率持续下降；生物土壤结皮的存在提高土壤表面水分入渗率的趋势。模拟践踏降低了生物土壤结皮的地表C02通量,也显著地降低了生物土壤结皮的呼吸,减少了碳排放,但践踏强度对地表CO2通量无影响。该区藻类结皮在践踏约10天后可恢复其原有的碳过程。模拟践踏对生物土壤结皮地表C02通量与土壤温度的相关性无影响,但是生物土壤结皮的存在显著升高了地表C02通量的温度敏感性(Q10值)。7.放牧降低了植物根系生物量和土壤有机碳含量,致使土壤呼吸和微生物呼吸也显著下降。放牧也降低了土壤呼吸和微生物呼吸对于温度变化的敏感性(长期Q10值),但是放牧没有影响土壤呼吸和微生物呼吸的短期Q1o值(这与生物土壤结皮对于模拟践踏的响应一致),并且土壤呼吸和微生物呼吸的短期Q1o值之间亦无显著的差异。围封和放牧样地,土壤呼吸和微生物呼吸的短期Q1o值的季节变化趋势相同,即在生长季始末短期Q10值较高,而在生长季中期最低。土壤呼吸和微生物呼吸的短期Q10值主要受土壤温度的影响,而与土壤水分无显著相关关系。由于植物物候和气候等因子的影响,土壤呼吸和微生物呼吸的短期Q1o值和长期Q10值之间差异显著。另外,微生物呼吸的长期Q10值要低于土壤呼吸的长期Q1o值,说明这一生态系统中,自养呼吸相比于异养呼吸对温度的变化具有更高的敏感性。
【关键词】：生物土壤结皮 黄土高原草地 地表CO_2通量 Q_(10)值
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 国内外研究进展14-21
• 1.2.1 生物土壤结皮及其固碳作用14-17
• 1.2.2 降水对土壤呼吸和生物土壤结皮碳通量的影响17-19
• 1.2.3 放牧对草地土壤呼吸和生物土壤结皮碳通量的影响19-21
• 1.3 研究的目的、意义和研究内容21-23
• 1.3.1 研究目的、意义21
• 1.3.2 研究内容21-23
• 第二章 研究区概况与样地设置23-27
• 2.1 研究区概况23
• 2.2 样地设置23-24
• 2.3 研究样地生物土壤结皮概况24-26
• 2.3.1 围封和放牧样地生物土壤结皮盖度和厚度24-25
• 2.3.2 生物土壤结皮容重25
• 2.3.3 水分入渗率25-26
• 2.3.4 生物土壤结皮生物量(叶绿素a含量)26
• 2.4 数据处理26-27
• 第一部分 生物土壤结皮碳通量的季节动态及其对地表CO_2通量的贡献27-46
• 第三章 生物土壤结皮调节草地地表CO_2通量：藻类结皮和藓类结皮的比较28-46
• 3.1 前言28-29
• 3.2 材料与方法29-32
• 3.2.1 样地描述29
• 3.2.2 实验设计29-30
• 3.2.3 测定方法30-31
• 3.2.4 统计分析31-32
• 3.3 结果32-40
• 3.3.1 土壤温度、土壤水分和地表CO_2通量的季节动态32-35
• 3.3.2 土壤温度和土壤水分对于地表CO_2通量的影响35-37
• 3.3.3 不同处理碳的年释放量以及生物土壤结皮的CO_2通量37-38
• 3.3.4 影响地表CO_2通量的生物因子38-40
• 3.4 讨论40-45
• 3.4.1 生物土壤结皮改变生态系统碳循环40-42
• 3.4.2 藻类结皮样方和藓类结皮样方中的地表CO_2通量42-43
• 3.4.3 地表CO_2通量的季节动态及其对土壤温度变化的敏感性43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第二部分 降水调控土壤呼吸和生物土壤结皮碳通量46-73
• 第四章 生物土壤结皮碳通量对降水的响应47-60
• 4.1 前言47
• 4.2 材料与方法47-50
• 4.2.1 样地描述47-48
• 4.2.2 实验设计48-49
• 4.2.3 测定方法49
• 4.2.4 统计分析49-50
• 4.3 结果50-56
• 4.3.1 叶绿素a和叶绿素b含量50
• 4.3.2 模拟降水对土壤温度、土壤水分和地表CO_2通量的影响50-52
• 4.3.3 降水对生物土壤结皮的净CO_2通量的影响52-55
• 4.3.4 控制生物土壤结皮净CO_2通量的非生物因子55-56
• 4.4 讨论56-58
• 4.4.1 降水对生物土壤结皮净CO_2通量的影响56-57
• 4.4.2 生物土壤结皮的发育阶段对其固碳能力的影响57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 土壤呼吸及其组分对降水的响应60-73
• 5.1 前言60
• 5.2 材料与方法60-62
• 5.2.1 样地描述60-61
• 5.2.2 实验设计61-62
• 5.2.3 地表CO_2通量的测定62
• 5.2.4 土壤温度和土壤水分的测定62
• 5.2.5 统计分析62
• 5.3 结果62-68
• 5.3.1 不同降水量对土壤呼吸各组分的影响(以4月份数据为例)62-67
• 5.3.2 模拟降水下土壤初始含水量对土壤呼吸及其组分的影响67-68
• 5.4 讨论68-72
• 5.4.1 降水对土壤呼吸各组分的影响68-70
• 5.4.2 模型的特点和局限性70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第三部分 土壤呼吸和生物土壤结皮碳通量对放牧的响应73-98
• 第六章 模拟践踏对于生物土壤结皮碳通量的影响74-83
• 6.1 前言74
• 6.2 材料与方法74-75
• 6.2.1 样地选择74
• 6.2.2 实验设计74-75
• 6.2.3 测定方法75
• 6.2.4 统计分析75
• 6.3 结果75-80
• 6.3.1 模拟践踏对土壤表面水分入渗率的影响75-76
• 6.3.2 模拟践踏对土壤温度和土壤水分的影响76-77
• 6.3.3 模拟践踏对地表CO_2通量的影响77-79
• 6.3.4 地表CO_2通量与土壤温度的相关性及其对于模拟践踏的响应79-80
• 6.4 讨论80-81
• 6.4.1 践踏对生物土壤结皮的水分入渗率的影响80
• 6.4.2 践踏对生物土壤结皮的固碳作用的影响80-81
• 6.5 本章小结81-83
• 第七章 围封与放牧草地土壤呼吸与微生物呼吸温度敏感性及其季节动态83-95
• 7.1 前言83-84
• 7.2 材料与方法84-85
• 7.2.1 样地设置84
• 7.2.2 微生物呼吸的区分84
• 7.2.3 测定方法84-85
• 7.2.4 统计分析85
• 7.3 结果85-90
• 7.3.1 土壤呼吸和微生物呼吸的季节动态及其与土壤温度和土壤水分的相关性85-87
• 7.3.2 土壤呼吸和微生物呼吸短期Q_(10)值的季节动态87-88
• 7.3.3 短期Q_(10)值和长期Q_(10)值的影响因子88-90
• 7.4 讨论90-93
• 7.4.1 土壤呼吸和微生物呼吸的短期Q_(10)值的季节动态90-92
• 7.4.2 放牧对于土壤呼吸和微生物呼吸长期Q_(10)值的影响92-93
• 7.5 本章小结93-95
• 第八章 结论与展望95-98
• 8.1 主要结论95-96
• 8.2 研究展望96-98
• 参考文献98-117
• 在学期间的研究成果117-118
• 致谢118

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 李新荣;张元明;赵允格;;生物土壤结皮研究:进展、前沿与展望[J];地球科学进展;2009年01期

2 贾丙瑞,周广胜,王风玉,王玉辉;放牧与围栏羊草草原土壤呼吸作用及其影响因子[J];环境科学;2005年06期

3 周广胜;王玉辉;蒋延玲;许振柱;;Carbon balance along the Northeast China Transect (NECT-IGBP)[J];Science in China(Series C:Life Sciences);2002年S1期

4 房世波;冯凌;刘华杰;张新时;刘建栋;;生物土壤结皮对全球气候变化的响应[J];生态学报;2008年07期

5 苏延桂;李新荣;张志山;陈应武;鲁艳;;干旱人工植被区藻结皮光合固碳的时间效应研究[J];土壤学报;2011年03期

，

本文编号：977640