我国典型低温区土壤有机碳变化及土壤呼吸特征

论文摘要

气候寒冷地带的低温条件使土壤易于积累有机碳,从而具有较高的土壤有机碳密度;另一方面,低温地带的气候变暖幅度要明显大于温暖的地区。因此,本论文选择我国典型低温区进行土壤碳库变化和土壤呼吸敏感性的研究。采用全国多目标区域地球化学调查数据对土壤碳库储量进行了估算,结合历史数据分析了土壤碳库的时空变化,并从自然和人为两方面分析了其变化原因。在实验室进行了土壤呼吸实验,对低温区土壤呼吸特征和温度敏感性特征进行了探索,以更好地认识低温地区土壤碳库在气候变暖的条件下如何响应于温度的变化。此外,还采用3种实验方法进行了土壤有机碳不同组分的划分。主要的研究结果如下:第一,松嫩平原北部表层土壤总体上为碳源,其释放碳的平均值为1479 t/km2,20年间土壤潜在碳排放总量为0.20 Gt,与化石燃料排放量0.21 Gt相当;其中由气温上升、土地利用和水土流失造成的土壤碳库排放值分别为0.11 Gt、0.09 Gt和0.19 Mt。在现有耕作和土地利用方式下,松嫩平原固碳潜力为负值。第二,吉林中西部地区同样为碳源,有机碳以0.199 tC ha-1·a-1的年变化速率由土壤排放进入大气中。在影响因素中,LUCC带来的是土壤碳的固存,吉林中西部碳库变化受温度变化并不大,但与降水存在明显的相关性,这能大致解释土壤有机碳密度在空间分布上西北低、东南高,由西北向东南逐渐增大的趋势。第三,不同土地利用类型土壤呼吸强度对温度升高存在着显著的正反馈,其变化趋势是随着温度升高而呈指数或乘幂式上升,但温度敏感性系数Q10随温度的升高而减小。东北地区黑土样品试验表明,相同温度下不同土地利用的土壤呼吸强度以林地最高,农田中水田高于旱田,草地介于水田和旱田之间。第四,青藏与漠河地区冻土对温度上升反馈敏感,土壤呼吸强度随温度上升呈指数或乘幂式上升,而且在低温下的温度敏感性系数更高。采用分两库和三库的模型方法模拟土壤碳库动态变化,活性碳含量分别为0.1170.342 g/kg和0.1580.795 g/kg,占有机碳总量的比例分别为0.17%2.89%和0.52%8.75%。第五,通过密度分选、酸水解和氯仿熏蒸方法,对土壤有机碳进行物理、化学和微生物意义上的划分。同样的土样,酸水解测得的易氧化碳占土壤比重最高,其次是密度分选测得的轻组有机碳,氯仿熏蒸测得的微生物量碳最低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 全球变暖与碳循环
• 1.1.2 碳循环与土壤碳循环
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 土壤碳库变化与土壤碳源汇效应研究
• 1.2.2 土壤呼吸与土壤碳库变化
• 1.2.3 土壤呼吸的影响因子
• 1.2.4 土壤呼吸的温度敏感性研究
• 1.3 研究目的与内容
• 1.3.1 从宏观角度进行土壤碳库变化及其成因分析
• 1.3.2 从微观角度进行土壤有机碳温度敏感性试验分析
• 1.4 研究方法
• 1.4.1 土壤碳密度和碳储量的估算
• 1.4.1.1 土壤碳库储量研究的重要性
• 1.4.1.2 有机碳密度与储量的计算
• 1.4.2 土壤呼吸的测量方法
• 1.4.2.1 不同土壤呼吸测量方法概述
• 1.4.2.2 实验室培养程序与碱液吸收法
• 1.4.3 土壤样品性质的测定方法
• 1.4.4 数据的模型模拟与分析
• 1.5 工作量
• 第2章 松嫩平原土壤碳库的时空变化及原因分析
• 2.1 引言
• 2.2 数据与方法
• 2.2.1 研究区概况
• 2.2.2 数据来源
• 2.2.3 研究方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 土壤碳库的构成与空间分布
• 2.3.2 土壤有机碳库的时间变化
• 2.4 讨论
• 2.4.1 土壤碳库变化原因分析
• 2.4.1.1 气候变暖
• 2.4.1.2 土地不合理利用及土地利用变化
• 2.4.1.3 土壤侵蚀
• 2.4.2 碳排放总量及构成
• 2.4.3 农田固碳潜力
• 第3章 吉林中西部地区土壤有机碳储量动态以及LUCC 过程探讨
• 3.1 引言
• 3.2 数据与方法
• 3.2.1 研究区概况
• 3.2.2 数据来源
• 3.2.3 土壤碳密度的计算
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 不同深度土壤层次的有机碳密度与储量分布特征
• 3.3.2 不同土壤类型表层土壤有机碳密度与储量分布特征
• 3.3.3 不同土地利用方式表层土壤有机碳密度与储量分布特征
• 3.3.4 表层土壤有机碳储量空间分布特征
• 3.3.5 表层土壤有机碳储量不同时期变化特征
• 3.4 讨论
• 3.4.1 土壤碳库影响因素浅析
• 3.4.1.1 气候因素
• 3.4.1.2 土壤侵蚀
• 3.4.2 LUCC 过程对土壤碳库的影响
• 3.4.2.1 吉林西部
• 3.4.2.2 吉林中部
• 第4章 不同土地利用类型的土壤有机碳分解及温度效应
• 4.1 引言
• 4.2 实验设计与数据处理
• 4.2.1 研究区概况
• 4.2.2 实验设计
• 4.2.3 数据处理
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 不同温度条件下的土壤呼吸速率特征
• 4.3.2 不同土地利用类型的土壤呼吸比较与分析
• 4.3.2.1 土壤有机碳含量
• 4.3.2.2 C/P 比值
• 4.3.3 土壤呼吸速率对温度的响应
• 4.3.3.1 土壤呼吸速率与温度关系的模型模拟
• 4.3.3.2 温度敏感性系数——土壤呼吸在不同温度变化条件下的比较
• 4.3.4 植物残体影响下的土壤呼吸
• 4.3.5 黑土土壤碳库组分及周转时间的模型模拟
• 4.4 讨论
• 第5章 青藏和漠河地区冻土有机碳分解的温度敏感性特征
• 5.1 引言
• 5.2 实验设计与数据处理
• 5.2.1 研究区概况
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 数据处理
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 不同温度条件下土壤呼吸特征
• 5.3.2 不同温度条件下有机碳分解累积特征
• 5.3.3 土壤呼吸的温度敏感性
• 5.4 模型方法划分土壤碳库
• 5.4.1 分两库划分土壤有机碳组分
• 5.4.2 分三库划分土壤有机碳组分
• 5.5 结论
• 第6章 不同活性土壤有机碳组分区分
• 6.1 引言
• 6.2 不同有机碳组分特征及提取
• 6.2.1 物理方法划分轻重组有机碳
• 6.2.2 化学方法提取惰性碳
• 6.2.3 微生物方法提取微生物量碳
• 6.3 实验结果
• 6.3.1 密度分选轻重组分
• 6.3.2 酸水解测量有机碳组分
• 6.3.3 氯仿熏蒸测量微生物量碳
• 6.4 不同实验方法有机碳组分比较与讨论
• 6.4.1 密度分选、酸水解和氯仿熏蒸方法比较
• 6.4.2 密度分选、酸水解法和培养实验比较
• 第7章 结论与展望
• 7.1 研究意义与主要工作
• 7.2 所取得研究结果
• 7.2.1 土壤碳库的空间分布与动态变化格局
• 7.2.2 土壤呼吸的温度敏感性特征和碳库组分划分
• 7.3 主要问题与前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 论文发表情况
• 附录2 个人简历