黄土丘陵沟壑区小流域土壤有机碳空间分布及其影响因素

论文摘要

黄土区地形破碎,土地利用复杂多样,准确获取局域尺度上土壤有机碳变异因子是准确估算黄土区土壤有机碳储量的基础。本研究以黄土丘陵沟壑区燕沟流域为平台,以流域内3种地形部位峁顶、峁坡、沟底和8种土地利用类型农田、果园、人工草地、天然草地、人工灌木林、天然灌木林、人工乔木林和天然乔木林为研究对象,利用网格法采集表层0-20cm土壤样本314个、剖面0-100cm土壤样本53个,通过对不同地形部位、不同土地利用方式和不同深度条件下SOC分析,研究了流域SOC空间变异的影响因素。在此基础上,结合地形图、土地利用图、坡向图,利用ArcGIS9.2图层运算功能按照多元线性回归方程进行叠加运算,生成流域土壤有机碳含量空间分布图,基于GIS研究地形和土地利用方式对小流域尺度表层和深层土壤有机碳空间分布、储量的影响。主要结果如下:黄土丘陵沟壑区燕沟流域表层0-20cm土壤有机碳密度为1.63 kg·m-2, 0-100cm土层有机碳密度为5.04 kg·m-2,土壤有机碳储量为217.6×103 MgC,深层（20-100cm）土壤有机碳储量占总储量的67.5%。地形和土地利用方式极显著（P<0.0001）影响小流域表层0-20cm土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著（P=0.0511）。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底>峁坡>峁顶,土壤有机碳含量沟底(8.0 g·kg-1)、峁坡(7.1 g·kg-1)分别是峁顶(4.2 g·kg-1)的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木>天然灌木>人工乔木>天然草地>人工灌木>人工草地>农田>果园。考虑地形和土地利用交互作用条件下,沟底农田(6.9 g·kg-1)、果园(8.8 g·kg-1)、天然草地(9.3 g·kg-1)有机碳含量分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。峁坡林地（灌木林和乔木林）土壤有机碳含量远远高于沟底,其中峁坡天然乔木林土壤有机碳含量(24.6 g·kg-1)是沟底(16.4 g·kg-1)的1.5倍（P<0.05）。地形、土地利用方式、土层深度及其两者交互作用对流域剖面0-100cm SOC空间分布有极显著影响（P<0.01）。深层10-100cm与表层0-10cm土壤有机碳在三种地形上的分布不同。0-10cm土壤有机碳峁坡(10.7 g·kg-1)>沟底(8.9 g·kg-1)>峁顶(4.4 g·kg-1),而10-100cm土壤有机碳沟底(5.6 g·kg-1)>峁坡(4.5 g·kg-1)>峁顶(3.2 g·kg-1)。其中,10-40cm峁坡SOC与峁顶差异显著,但与沟底差异不显著;40-60cm与峁顶和沟底都有显著性差异;60-100cm与峁顶差异不显著,但与沟底差异显著。不同深度SOC空间分布因土地利用方式存在显著差异。与农田相比,果园0-40cm土层SOC含量降低21%,40-80cm土层二者差异不大,但80-100cm土层SOC含量提高13%;人工灌木林、人工乔木林0-10cm有机碳含量显著（P<0.05）高于农田,但10-40cm却分别低于农田12%、6%;40-100cm人工灌木林(2.6 g·kg-1)低于农田19%,人工乔木林(3.4 g·kg-1)高于农田6%。在所有土地利用方式中,0-20cm土层天然乔木林有机碳含量最高,天然灌木林次之;20-100cm天然灌木林各层含量均最高。其中40-100cm天然灌木林各层含量与其它利用方式均呈显著性差异（P<0.05）,但天然乔木林与其它土地利用方式差异较小。空间格局图上,相比地形,0-40cm有机碳含量受土地利用影响程度较大;40-100cm受地形影响的程度更大。在0-10cm土层,峁顶、峁坡、沟底高值1斑块分别占2%、16%、7%;中值斑块分别占50%、62%、70%;10-40cm没有高值斑块;中值斑块分别占10%、20%、25%;低值斑块分别占90%、80%、75%;40-100cm均为低值斑块,低值绿色斑块分别占13%、34%、8%;低值青色斑块分别占76%、63%、78%。土地利用方式上,在0-10cm土层,乔木林、灌木林、草地上高值斑块分别占18%、47%、10%,川坝地、农田和果园没有高值斑块,中值斑块分别占80%、53%、85%、73%、39%、23%。10-40cm土层,乔木林、灌木林、草地、川坝地、农田和果园中值斑块分别占21%、46%、22%、19%、5%、4%;40-100cm除灌木林有1%中值斑块外,其它土地利用方式均处于低值斑块区。低值绿色斑块分别占7%、51%、11%、40%、2%、4%;低值青色斑块分别占75%、48%、76%、57%、69%、70%。坡向上0-100cm各层土壤有机碳含量半阴坡（北部、东北、东部）最高,半阳坡（西部、西南、南部）含量较低。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 不同尺度土壤有机碳储量的研究
• 1.2.2 土壤有机碳储量影响因素
• 1.2.3 土壤有机碳碳储量的研究方法
• 1.2.4 黄土区土壤有机碳储量研究进展及其存在的问题
• 第二章 研究内容与研究方法
• 2.1 研究内容与技术路线
• 2.1.1 研究内容
• 2.1.2 技术路线
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 流域概况
• 2.2.2 样品采集与制备
• 2.2.3 样品处理与分析
• 2.3 数据处理
• 2.3.1 流域地形特征图件收集与制作
• 2.3.2 流域地土地利用图件收集与制作
• 2.3.3 流域样点图生成与制作
• 2.3.4 流域土壤有机碳空间分布图生成与制作
• 2.3.5 流域表层土壤数据处理与统计分析
• 2.3.6 流域剖面土壤数据处理与统计分析
• 第三章 地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区土壤水分空间分布影响
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 流域剖面土壤水分空间分布影响因子
• 3.2.2 地形对土壤水分空间分布的影响
• 3.2.3 土地利用对土壤水分空间分布的影响
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 流域表层土壤有机碳空间分布影响因子
• 4.2.2 土地利用方式对表层土壤有机碳含量与分布的影响
• 4.2.3 地形对表层土壤有机碳含量与分布的影响
• 4.2.4 燕沟流域地形和土地利用交互作用对表层土壤有机碳空间分布影响
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 黄土丘陵沟壑区地形和土地利用对深层土壤有机碳的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 流域剖面土壤有机碳变异的影响因子
• 5.2.2 地形对剖面土壤有机碳含量与分布影响
• 5.2.3 土地利用方式对剖面土壤有机碳含量与分布影响
• 5.2.4 地形和土地利用方式交互作用对剖面土壤有机碳含量与分布影响
• 5.2.5 土壤有机碳储量空间分布特征
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第六章 黄土丘陵沟壑区小流域土壤有机碳空间分布及其影响因素
• 6.1 材料与方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 土壤有机碳含量变化影响因子
• 6.2.2 土壤有机碳含量空间分布格局
• 6.2.3 土壤有机碳碳储量特征分析
• 6.3 讨论
• 6.4 小结
• 第七章 讨论与结论
• 7.1 讨论
• 7.2 结论
• 7.3 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 作者简介