【摘要】：土壤有機(jī)碳在巖溶生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中占據(jù)重要地位,是碳轉(zhuǎn)移的重要媒介,也是表征土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。植被恢復(fù)是我國(guó)近年來巖溶石漠化治理,促進(jìn)碳固持和封存的重要舉措。地質(zhì)背景在調(diào)節(jié)土壤有機(jī)碳庫(kù)大小、動(dòng)態(tài)變化和穩(wěn)定性方面具有重要作用,然而目前缺乏針對(duì)不同植被恢復(fù)模式和不同植被類型的研究,對(duì)于土壤微生物、酶活性、土壤呼吸等與土壤有機(jī)碳生物過程相關(guān)聯(lián)的多過程同步研究比較薄弱。據(jù)此,本研究以巖溶斷陷盆地區(qū)不同地質(zhì)背景下(巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)),不同植被類型(天然次生林、桉樹和云南松人工林)林地土壤作為研究對(duì)象,開展巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)內(nèi)不同植被類型土壤碳庫(kù)大小、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)變化和調(diào)控機(jī)制研究。主要采用野外定點(diǎn)調(diào)查取樣與室內(nèi)分析檢測(cè)相結(jié)合的方法,定量計(jì)算巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)內(nèi)不同林分土壤有機(jī)碳(SOC)、活性有機(jī)碳組分(易氧化有機(jī)碳:EOC;微生物量碳:MBC;可溶性有機(jī)碳:DOC;水溶性有機(jī)碳:WSOC;熱水溶性有機(jī)碳:WHEOC)和惰性碳(NLC)含量、儲(chǔ)量變化特征和穩(wěn)定性;分析土壤微生物和酶活性對(duì)巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)土壤有機(jī)碳組分的影響機(jī)制和內(nèi)在調(diào)控作用;同步測(cè)定巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)土壤呼吸速率,計(jì)算碳排放通量;通過野外標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片計(jì)算碳酸鹽巖溶蝕速率,進(jìn)而估算產(chǎn)生的碳匯量。通過本研究闡釋斷陷盆地巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的差異及內(nèi)在作用機(jī)制,突出巖溶生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)在區(qū)域土壤固碳方面發(fā)揮的重要作用,為西南巖溶地區(qū)應(yīng)對(duì)全球氣候變化和減源增匯提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)三種植被類型土壤SOC、EOC、MBC、DOC、WSOC、WHEOC和NLC含量和儲(chǔ)量均表現(xiàn)出隨土層深度增加而降低的趨勢(shì),“表聚性”特征明顯。相同植被恢復(fù)模式下,巖溶區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著高于非巖溶區(qū),天然次生林在碳固持方面明顯優(yōu)于桉樹和云南松人工林。巖溶區(qū)天然次生林、桉樹和云南松0-30cm 土層深度土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為74.08 t/ha、50.52 t/ha和42.79 t/ha;非巖溶區(qū)天然次生林、桉樹和云南松0-30cm 土層深度土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為32.43 t/ha、27.49 t/ha和25.52 t/ha;巖溶區(qū)0-30cm土層深度平均土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量是非巖溶區(qū)的1.93倍。相同植被類型條件下,巖溶區(qū)土壤碳素效率(EOC/SOC、MBC/SOC、DOC/SOC、WSOC/SOC和WHEOC/SOC)和有機(jī)碳活度均低于非巖溶區(qū),表明非巖溶區(qū)土壤有機(jī)碳活性高,礦化分解能力強(qiáng),穩(wěn)定性差。(2)地質(zhì)背景導(dǎo)致巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)土壤微生物群落適應(yīng)策略產(chǎn)生顯著差異,土壤微生物生物量和酶活性整體表現(xiàn)為巖溶區(qū)高于非巖溶區(qū)。巖溶區(qū)三種植被類型土壤微生物生物量和酶活性整體表現(xiàn)為天然次生林桉樹云南松,而非巖溶區(qū)土壤微生物生物量則表現(xiàn)為天然次生林云南松桉樹。巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)相同植被類型下土壤微生物生物量和酶活性均具有明顯的“表聚效應(yīng)”。巖溶區(qū)三種植被類型土壤GP:GN顯著高于(P0.05)非巖溶區(qū)相同植被類型,表明地質(zhì)背景導(dǎo)致巖溶區(qū)土壤更有利于向“寡營(yíng)養(yǎng)型”細(xì)菌的積累。非巖溶區(qū)云南松土壤真菌群落生物量具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),較高的F:B能夠加速云南松土壤有機(jī)碳礦化分解。巖溶區(qū)除土壤微生物GP:GN與所有碳組分均呈顯著負(fù)相關(guān)外,其他微生物群落指標(biāo)均與各類碳組分呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P0.05)。非巖溶區(qū)土壤微生物群落總脂肪酸、細(xì)菌、革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌、真菌、放線菌與叢枝菌根真菌僅與各活性有機(jī)碳組分呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P0.05)。巖溶區(qū)土壤蔗糖酶、纖維素酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶與各類土壤碳組分呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P0.05);非巖溶區(qū)土壤酶活性僅與微生物量碳、可溶性有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳和熱水溶性有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P0.05)。(3)巖溶區(qū)三種植被類型土壤呼吸速率顯著低于非巖溶區(qū)相同植被類型,表明巖溶區(qū)土壤呼吸速率對(duì)調(diào)控全球碳平衡作用不容忽視。巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)三種植被類型土壤呼吸速率日、季尺度變化均呈現(xiàn)“單峰型”動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。不同植被類型土壤呼吸速率在巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)內(nèi)均表現(xiàn)出天然次生林桉樹云南松。巖溶區(qū)土壤呼吸速率與易氧化有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、熱水溶性有機(jī)碳和惰性碳之間呈極顯著正相關(guān)性(P0.01);非巖溶區(qū)土壤呼吸速率與土壤總有機(jī)碳、微生物量碳、可溶性有機(jī)碳和熱水溶性有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)性(P0.01)。(4)巖溶區(qū)不同植被類型土下巖溶碳匯表現(xiàn)為天然次生林云南松桉樹,表明天然次生林巖溶碳匯效應(yīng)明顯高于云南松和桉樹人工林,巖溶區(qū)植被恢復(fù)有利于石灰?guī)r溶解消耗土壤下層C02。不同年份三種植被類型土下溶蝕速率均表現(xiàn)為雨季明顯高于旱季,雨季溶蝕速率在全年溶蝕速率中占據(jù)主導(dǎo)地位,雨熱同期有利于巖溶作用的進(jìn)行。巖溶區(qū)土壤呼吸速率與試片溶蝕速率之間呈極顯著正相關(guān)(R2=0.775,P0.01),表明土壤呼吸產(chǎn)生的C02對(duì)巖溶作用具有促進(jìn)作用,土壤C02積極參與巖溶作用的反應(yīng)過程。土壤碳組分與巖溶作用呈正相關(guān)。(5)土壤呼吸作為土壤C庫(kù)中C輸出的主要形式,在巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)對(duì)土壤碳組分具有極顯著影響作用。巖溶區(qū)總脂肪酸、細(xì)菌群落和蔗糖酶對(duì)土壤碳組分影響最大,溶蝕作用對(duì)碳組分的影響作用雖小,但仍不容忽視;非巖溶區(qū)微生物數(shù)量少活性高,以“富營(yíng)養(yǎng)型”的細(xì)菌和纖維素酶對(duì)土壤碳組分影響最大。綜上所述,巖溶區(qū)特殊的環(huán)境條件相比于非巖溶區(qū)更加有利于土壤有機(jī)碳的積累。非巖溶區(qū)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性較差,促進(jìn)土壤活性有機(jī)碳庫(kù)轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的惰性有機(jī)碳是非巖溶區(qū)未來土壤可能固碳的主要形式。相同植被恢復(fù)模式對(duì)土壤有機(jī)碳的關(guān)鍵生物學(xué)過程受地質(zhì)背景調(diào)節(jié)。在全球變化背景下巖溶區(qū)土壤碳循環(huán)區(qū)別于非巖溶區(qū),巖溶區(qū)發(fā)揮巨大的固碳效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S714.2
【圖文】：

圖１．１技術(shù)路線圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑

邐斷陷盆地區(qū)典型林分土壤有機(jī)碳組分特征研究２研究區(qū)概況和研究方法逡逑２．１研究區(qū)概況逡逑自然地理?xiàng)l件：建水縣地處云貴高原南緣，滇東高原和滇西橫斷山脈的結(jié)合部，逡逑介于北緯２３°１２＇４２ｗ？２４°］０＇３２〃，東經(jīng)１０２°３３Ｍ８”？１０３°］ｒ４２＂之間，北回歸線橫穿境南部。全縣國(guó)土面積３７８９ｋｍ２，其中山區(qū)、半山區(qū)占國(guó)土面積的８９％，轄１４個(gè)鄉(xiāng)逡逑（鎮(zhèn)）。東西寬５８公里，南北長(zhǎng)１０７公里�？h城北距省會(huì)昆明市２００公里，東南距河哈尼族彝族自治州首府蒙自縣７８公里。全縣水土流失面積１８６８５８．３邋ｈｍ２，占國(guó)面積的４９．４１％。建水是典型的喀斯特?cái)嘞菖璧�，�?jù)２０１２年的《建水縣巖溶地區(qū)第次石漠化監(jiān)測(cè)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全縣巖溶總面積為２５．８５萬(wàn)ｈｍ２，占全縣土地總面的邋６８．７７％。逡逑

圖２．２邋土壤呼吸布設(shè)示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒｍａ邋ｏｆ邋ｓｏｉｌ邋ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ逡逑布設(shè)和測(cè)定逡逑個(gè)觀測(cè)樣地外圍隨機(jī)設(shè)置１個(gè)５ｍＸ５ｍ樣方內(nèi)沿對(duì)角線交叉位置及各頂點(diǎn)埋設(shè)ＰＶ，高１０ｃｍ，埋入土壤深度５ｃｍ）。安裝時(shí)應(yīng)壤擾動(dòng)；同時(shí)保證整個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)土壤呼內(nèi)不同植被類型土壤呼吸速率采用ＬＩ－８１００ｉｎｃｏｌｎ，邋ＮＥ，ＵＳＡ）進(jìn)行同步測(cè)定。分別在２０和２０１８年１月上旬選取天氣狀況相似的晴夏、秋、冬）的土壤呼吸測(cè)定。每次日動(dòng)態(tài)準(zhǔn)備，在不干擾土壤呼吸環(huán)的前提下，將Ｐ

本文編號(hào)：2783345