林地土壤压实对土壤呼吸影响的研究

论文摘要

土壤呼吸也称为土壤表面CO2通量（Soil Respiration）,包括根呼吸和基础呼吸,是陆地生态系统C循环的重要组成部分。森林作业中,由于人、牲畜、机械对土壤的压实作用,以及不同强度的采伐也会相应地对森林土壤产生不同的干扰和压实,这些不同程度的压实又对土壤呼吸产生相应的影响,从而会影响作物对养分的吸收以及森林生态系统碳循环。因此,本文从微观角度,利用微分学原理对土壤压实以后土壤呼吸的变化做了更进一步的阐述,建立了数学理论模型。然后采用动态红外气体分析仪（LI-8100）测定了带岭林业局东方红实验林场和东北林业大学实验林场所选样地的土壤呼吸速率值和CO2浓度值,并进行了土壤物理性质的测定。利用土壤硬度仪测定了东北林业大学实验林场内所选样地的土壤硬度值。并利用多元统计分析方法和SPSS软件,定量判别作业后林地土壤呼吸速率的各影响因子。根据不同压实强度的林地,对土壤呼吸的影响情况进行了计算机仿真分析。采用实测值与理论值相比较的方法,对所建立的数学模型进行了试验验证。研究发现,土壤压实程度即土壤硬度的增大使得土壤孔隙度和含水率相应减小。而土壤容重和饱和度相应增大,尤其是CO2浓度和初值通量增加,这与模型仿真结果有着相同的规律。CO2气体分子的扩散距离、土壤压实力、土壤饱和含水率、土壤湿度、土壤温度均与土壤呼吸速率有显著的正相关关系,可以作为土壤呼吸速率的解释变量。压缩指数是土壤孔隙改变量与土壤所承受外力改变量的比值,与土壤本身的性质有关,而大气压力为环境因子,均不直接影响土壤呼吸速率。利用MATLAB软件对所建立的数学模型进行数值仿真分析。结果表明,在相同的立地条件下,压缩指数A与外力方P有显著的负相关性,二氧化碳浓度值与压力P有显著的正相关性,压力P值与测深呈抛物线形关系。随着土壤深度的增加,CO2浓度也有增加的趋势,但是压实越严重,增加的程度的越大。即CO2浓度随着土壤压实程度的提高而增大后逐渐趋于平缓。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 陆地生态系统碳循环概述
• 1.3 森林生态系统碳循环概述
• 1.4 土壤碳循环的概述
• 1.5 土壤呼吸测定方法
• 1.5.1 间接测定方法
• 1.5.2 直接测定方法
• 1.6 土壤呼吸的影响因子
• 1.6.1 非生物因子
• 1.6.2 生物因子
• 1.6.3 人为因子
• 1.7 土壤呼吸研究存在的问题
• 1.8 本研究目的、意义及内容
• 1.8.1 研究目的和意义
• 1.8.2 研究内容
• 1.9 本章小结
• 2 土壤压实对土壤呼吸影响数学模型的理论推导
• 2.1 理论模型建立的背景
• 2.2 数学模型的理论推导
• 2.3 土壤压实对土壤呼吸影响数学模型的简单验证
• 2.4 本章小结
• 3 作业后林地土壤呼吸速率影响因子的定量判别
• 3.1 样地选择
• 3.2 试验方案
• 3.3 试验结果与讨论分析
• 3.3.1 数据标准化及相关矩阵的计算
• 3.3.2 对土壤呼吸影响因子的全回归统计计算及评价
• 3.3.3 建立土壤压实与土壤呼吸相关关系的多元线性回归方程
• 3.3.4 回归因变量和各个自变量间的关系点图
• 3.4 本章小结
• 4 土壤压实对土壤呼吸影响数学模型的仿真及实验验证
• 4.1 仿真样地的类型与参数选择
• 4.2 数值仿真与结果分析
• 4.3 数学模型试验验证的试验样地概况
• 4.4 试验方法
• 4.4.1 样地的选择
• 4.4.2 土壤饱和度的测定
• 4.4.3 土壤含水量的测定
• 4.4.4 土壤容重的测定
• 4.4.5 土壤孔隙度的测定
• 4.4.6 土壤硬度的测定
• 4.4.7 土壤呼吸的测定
• 4.5 土壤压实与土壤呼吸的试验结果处理与分析
• 4.5.1 东北林业大学实验林场土壤呼吸速率试验结果分析
• 4.5.2 带岭东方红林场土壤压实与土壤呼吸试验结果分析
• 4.5.3 数学模型的验证及结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢