黄土丘陵沟壑区撂荒草地土壤固碳能力与机制

发布时间：2020-10-15 07:03

　　 为揭示黄土丘陵沟壑区撂荒草地恢复过程中土壤有机碳的固存能力及其影响机制,深入认知撂荒草地恢复过程中土壤固碳生态功能,本研究选择黄土丘陵沟壑区五里湾流域撂荒年限为10年(a)、18年(a)、28年(a)和43年(a)的草地为研究对象,并以坡耕地作为对照,通过物理分组、化学分组和矿化培养相结合的方法,研究土壤总有机碳及其组分的数量分布、固存形式和矿化特征,并结合土壤环境因子进行相关分析,揭示了撂荒草地土壤固碳过程、能力及其关键影响因子。主要结果如下:(1)撂荒草地土壤有机碳固碳能力土壤有机碳、活性有机碳、难降解有机碳和矿物结合有机碳含量均随撂荒年限增加而呈现增加趋势,且随深度增加而下降,变化范围为1.36~5.64 g·kg~(-1)。0-20 cm土层颗粒态有机碳含量随年限增加而显著增加,20-40 cm土层颗粒态有机碳含量随年限增加而呈现先增加后平缓的趋势。有机碳及其组分的密度与含量的演变特征相近。0~20 cm土层土壤有机碳密度变化范围为5.58~12.93 Mg·hm~(-2),20~40 cm土层变化范围为3.52~6.70 Mg·hm~(-2)。(2)撂荒草地土壤固碳过程与形式总体而言,四种碳组分所占有机碳比例的次序为颗粒态有机碳活性有机碳难降解有机碳矿物结合有机碳。矿物结合有机碳的比例为62~84%,难降解有机碳的比例为53~70%,因此撂荒草地恢复过程中的主要碳组分为难降解有机碳和矿物结合有机碳等惰性碳。草地43 a的难降解有机碳所占比例较坡耕地得到有效提高,有机碳稳定性显著增强。0~20 cm土层土壤有机碳不同恢复时期的增加来源不同,前期(0~10 a)为颗粒态有机碳和活性有机碳,中期(10~18 a)为颗粒态有机碳,后期(18~43 a)为难降解有机碳和矿物结合有机碳。20~40 cm土层有机碳的增加来源为矿物结合有机碳和难降解有机碳等惰性碳。土壤有机碳矿化速率随培养时间增加而降低,25℃培养条件下,土壤有机碳矿化率随撂荒年限增加而增加,说明土壤固碳能力在植被恢复过程中得到有效提高。(3)土壤环境因子对碳累积的影响机制随撂荒年限增加,0~10 cm土层土壤容重和全磷含量呈显著降低的趋势,土壤含水量、全氮、微生物生物量碳、生物量氮和生物量磷均呈显著增加的趋势。冗余分析显示,轴一解释率为78.16%,说明土壤物理、化学指标及生物学指标对土壤有机碳含量及各碳组分含量变异的解释率较高。土壤容重、全磷含量与土壤有机碳含量及各碳组分含量之间负相关关系,土壤含水量、全氮含量、微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷与土壤有机碳含量及各碳组分含量之间呈正相关关系。因此,黄土丘陵区撂荒草地恢复过程有助于提高有机碳库及其稳定性,具有良好的生态恢复效应。研究结果可以为研究撂荒草地恢复过程中土壤固碳过程和机制提供理论依据,对提高土壤碳固持方面的研究具有一定的参考意义。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S812.2
【部分图文】：

图 1-1 土壤碳饱和模型(杜章留等 2015)Fig1-1 The soil carbon saturation conceptual model第二种类型为土壤有机碳含量在植被恢复初期略有下降，而后逐渐增加并最终超过恢复前有机碳含量(Zhang et al. 2010)。例如刺槐未成熟林(< 10 a)0~20 厘米土层土壤有机碳密度略低于耕地，而刺槐成熟林（30 a）有机碳密度相较于耕地增加了 59.54%(Yunbin et al. 2014)。第三种类型为土壤有机碳含量在植被恢复初期，变化不显著，而后呈显著增加的趋势(Deng et al. 2015)。撂荒初期有机碳变化趋势差异较大这种现象可能是由于植物凋落物等有机质输入量与输出量的不平衡所导致的，撂荒初期由于减少了外源有机质（化肥等）的输入以及植被恢复类型的不同，土壤有机碳的输入量和输出量存在明显差异，从而引起了有机碳含量的不同变化情况。随着植被恢复后期，地上部分、地下部分的凋落和腐解，土壤有机碳含量得到有效提高(马祥华和焦菊英2005)。1.2.2 土壤有机碳分组研究

西北农林科技大学硕士学位论文1.3.2 撂荒草地恢复过程土壤固碳过程与形式研究土壤活性有机碳、难降解有机碳碳、颗粒态有机碳及矿物结合有机碳所占比例，揭示撂荒草地恢复过程中有机碳的主要组分；分析各组分对总有机碳增加的贡献量，从而揭示恢复过程中土壤固存碳的主要形式；通过模拟矿化培养试验研究分析不同培养温度条件下有机碳库稳定性的变化特征，并根据有机碳组分所占比例得到的有机碳稳定性特征，进一步说明土壤固碳的过程与形式。1.3.3 撂荒草地土壤碳累积的关键环境影响因子分析通过冗余分析法，分析不同土壤环境因子（物理、化学和生物学因子）对有机碳库及其组分影响的强弱关系，探究影响有机碳库变化的关键影响因子，阐明土壤环境因子对有机碳库变化的影响机制。1.4 技术路线

第二章 研究区域概况与方法究材料研究区域概况究区位于陕西省延安市安塞区真武洞镇境内的五里湾流域，流域面积5.标为东经 109°13′56″~109°16′03″、北纬 36°46′42″~36°46′18″，属延河支原最核心的区域(图 2-1)。该流域属黄土丘陵沟壑区，海拔 1000~1350包含沟、谷、梁、峁和塬等，以沟、梁为主，多为深 V 形沟谷，塬面区域气候类型为暖温带半干旱大陆性季风气候，年均温为 8.8 ℃，最高，为 35.3℃，最低温出现在冬季，为-20.3℃，年内＞0℃和＞10℃的积3℃和 3283℃。年均降水量约为 505 mm，70 %的降水集中在 7-9 月，干年平均无霜期约为 160 天，全年日照时数在 2500 小时左右，每年 2 月日平均约为 170 小时，5 月最长，平均约为 247 小时，年总辐射量约为 550 K土壤以土质疏松、极易侵蚀、基础肥力低下的黄绵土为主(Selcer 2015发育而成，黄土层厚度为 30~80 米。
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本文编号：2841862