黄土高原水蚀风蚀交错区土壤呼吸及其影响因素研究

论文摘要

黄土高原水蚀风蚀交错区实行退耕还林还草工程,进行植被恢复,防止土壤侵蚀,改善生态环境,使该区的土地利用方式发生了较大变化。土地利用方式改变导致植被类型转变过程中,土壤呼吸的日变化动态、季节变化动态特征、影响机制、土壤碳“汇”功能等急需进一步研究。因此,本研究选取16种典型土地利用方式,研究土壤呼吸日变化动态、季节变化特点以及影响因素,估算土壤碳收支。主要结论如下:（1）六道沟小流域7种土地利用方式下土壤呼吸速率昼夜变化均为单峰型曲线,土壤呼吸速率最高值出现在12:0015:00,最低值出现在凌晨04:0006:00。该区上午9:0010:00 （F=0.01,p=0.914）的土壤呼吸速率最接近土壤呼吸日平均值。在土壤呼吸日变化过程中,土壤呼吸速率与土壤6 cm温度呈极显著正相关关系;随着土壤水分的升高,土壤呼吸速率及其温度敏感性Q10先增高后降低。同一土地利用方式,8月土壤呼吸速率日平均值显著高于9月土壤呼吸速率平均值（p<0.05）;不同土地利用方式,同一月份土壤呼吸速率日变化差异性显著（p<0.05）。（2）16种不同土地利用方式下土壤呼吸速率季节变化规律基本一致,呈多峰型变化趋势,各样地土壤呼吸速率月平均值最大出现在7月或8月,10月最小。同一土地利用方式在不同月份土壤呼吸速率存在显著性差异,不同土地利用方式在6、7、8、9月份土壤呼吸速率差异明显（p<0.05）。16种土地利用方式下土壤呼吸速率均与气温、5 cm、10 cm、15 cm地温呈显著相关或极显著相关,二者之间的关系可以采用指数函数模拟。沙柳地与沙蒿地土壤呼吸速率与土壤水分之间具有显著负相关。总体上看,模型RS = a + b·TS+c·WS对该区土壤呼吸与土壤温度、水分的模拟效果最好,其中土壤水分和土壤温度共同解释了土壤呼吸速率季节变化的46%89%。（3）本研究区域内土壤呼吸与土壤有机质和全氮含量存在正相关关系,与硝态氮、碳氮比和铵态氮呈负相关,但极少能够达到显著相关水平。土壤呼吸速率与表层0-10 cm土壤总孔隙度存在线性相关关系（y=0.2613+0.0211x,R2=0.0856*）,但与土壤容重呈显著负相关关系（y=2.3694-0.7955x,R2=0.0856*）。植被叶面积指数显著影响土壤呼吸速率的变化,尤其在6月、7月、8月影响程度达到极显著,而在10月两者无显著相关关系。（4）六道沟小流域植被地上生物量与株高、全氮、有机质及0-100 cm储水量呈显著相关关系。本研究发现,农地、梯田农地、坡地苜蓿地、坡地撂荒地、山顶长芒草地、荒草地NEP均为正值;其中农地、梯田农地表现为弱的碳“汇”,坡地苜蓿地、坡地撂荒地、山顶长芒草地、荒草地表现为明显的碳“汇”。黄土高原水蚀风蚀交错区实行退耕还林还草,明显的改变了土壤碳排放与吸收格局,有利于土壤碳“汇”功能的增强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 研究综述
• 1.1 选题目的和意义
• 1.2 土壤呼吸作用研究综述
• 1.2.1 土壤呼吸作用的影响因素
• 1.2.2 土壤呼吸的温度敏感性
• 1.2.3 土壤呼吸与温度、土壤水分模型
• 1.2.4 土壤碳平衡的估算
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 研究区概况和试验设计
• 2.1 研究区概况
• 2.2 土壤呼吸试验设计
• 2.3 测定指标与方法
• 2.3.1 土壤呼吸的测定
• 2.3.2 土壤温度和水分的测定
• 2.3.3 植被叶面积指数的测定
• 2.3.4 生物量的测定
• 2.3.5 数据分析与处理
• 第三章 不同土地利用方式下土壤呼吸日动态变化及其影响因素
• 3.1 不同土地利用方式下土壤呼吸速率的日变化动态
• 3.2 水蚀风蚀交错区土壤呼吸速率某时刻值确定日平均值
• 3.3 不同土地利用方式下土壤呼吸速率日变化方差分析
• 3.4 土壤呼吸日变化对水热因子的响应
• 3.5 降水对土壤呼吸日变化的影响
• 3.6 不同土壤水分下土壤呼吸温度敏感性
• 第四章 不同土地利用方式下土壤呼吸季节变化及其影响因素
• 4.1 不同土地利用方式下的土壤呼吸年际变化
• 4.2 不同土地利用方式下的土壤呼吸季节变化方差分析
• 4.3 不同土地利用方式下土壤呼吸对温度的响应
• 4.4 土壤呼吸与土壤水分之间的关系
• 4.5 土壤呼吸与土壤温度和水分的复合模型
• 4.6 土壤呼吸速率与土壤理化性质相关性分析
• 4.7 土壤呼吸速率变化与植被叶面积指数相关关系
• 第五章 土壤碳平衡估算
• 5.1 植被地上生物量及其影响因素研究
• 5.1.1 不同土地利用方式下植被群落特征及其地上生物量
• 5.1.2 植被地上生物量影响因素
• 5.2 碳平衡估算
• 第六章 主要结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间已发表或待发表的文章