【摘要】：全球氣候變暖是關(guān)乎人類存亡的嚴重環(huán)境問題之一,土壤呼吸因參與全球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)進而影響全球氣候被學(xué)者們廣泛關(guān)注。目前有關(guān)土壤呼吸的研究主要集中在不同生態(tài)系統(tǒng)及時空變化,初步形成了土壤呼吸的相關(guān)理論與研究方法。近年來,土地整治工程從傳統(tǒng)的土地平整發(fā)展為土體重構(gòu),各種重構(gòu)土體逐漸成為今后補充耕地資源的重要手段,但有關(guān)重構(gòu)土體土壤呼吸的研究還鮮有報道。本研究以添加蛭石、頁巖、沙和砒砂巖4種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)栽培的重構(gòu)土體為研究對象,在陜西省寶雞市眉縣湯峪鎮(zhèn)上王村荒石灘地土體重構(gòu)試驗區(qū),采用田間動態(tài)監(jiān)測方法,選擇2017年11月至2018年10月為研究時段,應(yīng)用土壤碳通量測量系統(tǒng)(LI-8100)對4種重構(gòu)土體土壤呼吸日變化、季節(jié)變化以及降雨后土壤呼吸動態(tài)變化進行監(jiān)測,同時對4種重構(gòu)土體土壤的水熱因子進行觀測,研究了重構(gòu)土體土壤呼吸動態(tài)特征及其驅(qū)動因素。主要研究進展及結(jié)論如下:(1)闡明了4種重構(gòu)土體土壤呼吸日變化特征及其對土壤溫度和土壤體積含水量的響應(yīng)關(guān)系。在研究時段內(nèi),4種重構(gòu)土體土壤呼吸的日動態(tài)過程均呈現(xiàn)單峰曲線,一般最高值出現(xiàn)在北京時間10:00、12:00或者14:00,最低值出現(xiàn)在6:00或20:00。不同重構(gòu)土體土壤呼吸日平均值的最大值和最小值分別出現(xiàn)在2017年8月份和2018年12月份,觀測月份內(nèi)重構(gòu)土體日變化幅度的排序為添加沙頁巖砒砂巖蛭石。4種重構(gòu)土體土壤呼吸組分中異養(yǎng)呼吸和自養(yǎng)呼吸變化模式基本類似,達到峰值的時間出現(xiàn)在10:00或12:00,谷值的時間出現(xiàn)在6:00或20:00,異養(yǎng)呼吸對土壤總呼吸的貢獻顯著高于自養(yǎng)呼吸。構(gòu)建了4種重構(gòu)土體土壤呼吸對土壤溫度和體積含水量的響應(yīng)關(guān)系模型,土壤呼吸對土壤溫度的響應(yīng)呈顯著的指數(shù)關(guān)系,而對土壤體積含水量呈二次曲線關(guān)系,對土壤溫度和含水量雙因素則呈冪-指數(shù)模型關(guān)系。土壤溫度和體積含水量均能夠解釋土壤呼吸的日變化特征,但是解釋能力不同。雙因素模型解釋能力一般高于50.0%,單因素模型中溫度的解釋能力顯著高于水分,水分的解釋能力不強,一般低于50.0%。(2)明確了4種重構(gòu)土體土壤呼吸季節(jié)變化特征及其對土壤溫度和土壤體積含水量的響應(yīng)關(guān)系。觀測期間4種重構(gòu)土體月平均土壤溫度變化與土壤呼吸最大值和最小值出現(xiàn)的月份基本一致,土壤體積含水量受降水量的影響較大;重構(gòu)土體月平均土壤總呼吸和各組分的呼吸速率夏季最高,冬季最低,最大值和最小值均分別出現(xiàn)在2018年8月和2018年1月,觀測月份4種重構(gòu)土體土壤異養(yǎng)呼吸和自養(yǎng)呼吸的呼吸速率差異顯著(p0.05),1月份4種重構(gòu)土體異養(yǎng)呼吸對總呼吸的月均貢獻率最大,自養(yǎng)呼吸最小,6月份添加蛭石、頁巖、砒砂巖的重構(gòu)土體異養(yǎng)呼吸對總呼吸的月均貢獻率最大,自養(yǎng)呼吸最小,7月份添加沙的重構(gòu)土體異養(yǎng)呼吸對總呼吸的月均貢獻率最大,自養(yǎng)呼吸最小;重構(gòu)土體土壤呼吸與水熱因子之間的關(guān)系函數(shù)均顯示雙因子模型(冪-指數(shù)模型)能夠更好的表征他們之間的關(guān)系,單因子模型中土壤溫度(指數(shù)模型)的解釋能力遠高于水分(二次曲線模型),重構(gòu)土體土壤呼吸與土壤水熱因子之間的季節(jié)變化及年變化的關(guān)系可用指數(shù)函數(shù)和冪-指數(shù)函數(shù)來表征。(3)揭示了降雨過程中重構(gòu)土體土壤呼吸及其組分和水熱因子的動態(tài)變化規(guī)律。2次降雨均顯著降低了土壤溫度和改善了土壤水分狀況;第1次降雨顯著刺激了不同重構(gòu)土體的土壤呼吸速率,但抑制了土壤異養(yǎng)呼吸速率,激發(fā)了土壤自養(yǎng)呼吸速率;第2降雨整體上抑制了不同重構(gòu)土體的土壤呼吸速率,但土壤異養(yǎng)呼吸速率的抑制程度強于自養(yǎng)呼吸速率;2次降雨的不同時期,4種重構(gòu)土體土壤呼吸速率與土壤溫度的指數(shù)模型、與體積含水量的二次曲線模型以及與土壤溫度和水分的冪-指數(shù)模型,可作為判定降雨不同時期影響重構(gòu)土體土壤呼吸主要因子。降雨前土壤體積含水量變化情況能夠決定土壤呼吸速率變化的主要影響因子,土壤體積含水量變化明顯,水分是主要影響因子,土壤體積含水量比較穩(wěn)定,則土壤溫度是主要影響因子,降雨過程中受到土壤溫度和水分的共同作用,降雨結(jié)束后水分是重構(gòu)土體土壤呼吸速率的主要影響因子。(4)研究了不同時間尺度下4種重構(gòu)土體土壤呼吸及其組分對溫度敏感性變異特征。日變化尺度下添加沙的重構(gòu)土體敏感性最高,添加蛭石的重構(gòu)土體溫度敏感性最低;季節(jié)變化尺度下4種重構(gòu)土體土壤總呼吸、自養(yǎng)呼吸、異養(yǎng)呼吸的Q_(10)值冬季和夏季排序均為沙頁巖砒砂巖蛭石,春季和秋季重構(gòu)土體土壤總呼吸、自養(yǎng)呼吸、異養(yǎng)呼吸的Q_(10)值排序不一致,但春、秋季節(jié)的Q_(10)值差異不顯著(p0.01);4種重構(gòu)土體土壤呼吸及其組分的溫度敏感性隨溫度的升高而逐漸降低,在夏季最低,冬季最高,不論是日變化還是季節(jié)變化4種重構(gòu)土體土壤自養(yǎng)呼吸溫度敏感性大于異養(yǎng)呼吸和土壤總呼吸,即自養(yǎng)呼吸的溫度敏感性高于異養(yǎng)呼吸和土壤總呼吸。綜上,本文主要研究不同時間尺度下以及降雨過程中4種重構(gòu)土體土壤呼吸動態(tài)變化及水熱因子變化特征,闡明了4種重構(gòu)土體土壤呼吸及其組分與水熱影響因子相變化與適應(yīng)的規(guī)律;揭示了重構(gòu)土體土壤呼吸對降雨響應(yīng)的規(guī)律;在不同時間尺度下總結(jié)了4種重構(gòu)土體土壤呼吸及其組分溫度敏感性特征。開展重構(gòu)土體土壤呼吸動態(tài)變化特征研究,可為該區(qū)準確評估CO_2排放及制定合理的CO_2減排措施提供科學(xué)依據(jù),還能夠進一步認識土壤呼吸動態(tài)變化過程及驅(qū)動機理,促進碳循環(huán)理論的進一步發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S154
【圖文】：

進行長期定位試驗（圖2-1）。其中蛭石、頁巖、砒砂巖、沙用量均為 1×10-3方/m2。重構(gòu)土體試驗樣地規(guī)格均為 20×30 m2。試驗樣地土壤理化性質(zhì)見表 2-1。圖 2-1 試驗樣地立體圖Fig.2-1 Stereograms of the test sample表 2-1 4 種重構(gòu)土體 0~50 cm 土壤基本理化性質(zhì)Table 2-1 Basic physical and chemical properties of four reconstructed soil mass at 0~50 cm depth檢測指標Detection Indicator重構(gòu)土體類型 Reconstituted soil mass types蛭石Meteorite頁巖Shale沙Sand砒砂巖Soft rockpH 8.55 8.49 8.51 8

技術(shù)路線

本文編號：2715432