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土地利用方式对土壤有机碳和土壤呼吸的影响

作　者: 张容娟
导　师: 方长明
学　校: 复旦大学
专　业: 生态学
关键词: 土地利用土壤有机碳土壤微生物碳土壤呼吸农业减排
分类号: S153
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

土地利用变化是仅次于化石燃料燃烧引起大气CO2浓度变化的一个重要原因,对全球碳循环以及气候变化有着重要的影响。崇明岛位于长江入海口,是全球最大的沉积岛,其土壤发育时间短,本底较为均一,碳循环的差异主要是由人类不同的利用方式所引起。是研究土地利用方式对土壤碳循环的影响及农业减排措施的极为理想的场所。我们在崇明东滩选取了围垦于上世纪六七十年代的几种典型的土地利用类型作为研究对象,包括农田(水稻-大麦轮作)、苗圃(香樟林和栾树林)、林带(水杉)和果园(桔园),以及1999年作为鱼塘围垦尔后于2006年抛荒至今的撂荒地。从2007年11月到2008年11月,用LI-COR公司的土壤CO2通量自动测量系统LI-8100每月原位观测一个日周期的土壤呼吸速率,并于2007年12月、2008年3月、6月和9月初采集表层(0.5cm、、5-10cm、10-20cm)土壤样品,在实验室内分析土壤有机碳及微生物碳含量。在六种土地利用方式下,农田的表层土壤(0-20cm)有机碳含量最高,达12.62g/kg,包括香樟林、栾树林、水杉林及桔园在内的林地的有机碳含量次之,鱼塘撂荒地最低,约为7.17 g/kg。土壤微生物碳含量以及微生物碳量与有机碳含量的比值(SMBC/SOC)也有相似的特征,农田显著高于其他几种类型,为225.34mg/kg和1.18%,鱼塘撂荒地最低,约61.43 mg/kg和0.90%。农田表层不同深度(0-5cm、5.10cm、10-20cm)的上壤有机碳及微生物碳含量并无显著差异。对于其他几种利用方式,土壤有机碳含量随着深度的增加有着不同程度的下降,以水杉林最为明显。土地利用方式对土壤呼吸速率也有着重要的影响。土壤呼吸强度的顺序为香樟林>鱼塘撂荒地>农田>桔园>栾树林>水杉林,平均呼吸速率分别为3.02,2.78,2.77,2.00,1.76和1.65 umol·m-2·s-1。土壤呼吸速率的年变化与土壤表层5cm处的温度的变化趋势相一致,而6月梅雨时期土壤呼吸速率普遍较低,反映出高土壤含水量对有机碳分解的影响。农耕地在前作小麦收割种植水稻后,土壤释放CO2的速度显著下降,通量不及旱作时的10%。土壤呼吸速率的日变化与表层土壤温度的关系不固定,大多数时与温度的变化趋势一致,在午后14：00左右出现最高值,然而有时也会出现两者变化趋势相反的情况。我们的研究结果表明,在土壤有机质含量较低的土壤中,农业耕作活动和灌溉可增加土壤有机碳的储量,主要可能是通过增加生产力、有机碳输入、改变有机质在土层中的含量及分布以及淹水条件影响微生物活动和气体的扩散从而限制碳的输出；受人类活动影响较小的林地,矿质土壤释放CO2的速度较为缓慢,且有机碳含量的增加低于农田土壤,枯落物在地表的快速分解可能是生态系统碳循环的一个重要途径；将滩涂围垦之后,土壤1m深剖面有机碳的储量下降；围垦后,水旱轮作的农田比起果园、苗圃等农业系统更有利于土壤碳的固定。合理的土地利用方式和耕作措施可在一定程度上调控土壤碳过程,达到农业减排的目的。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
1 引言  9-18
  1.1 研究背景与意义  9-11
  1.2 国内外研究进展  11-18
    1.2.1 土地利用方式对土壤有机碳库的影响  11-12
    1.2.2 土地利用方式对土壤微生物碳的影响  12-14
    1.2.3 土地利用方式对土壤呼吸的影响  14-18
2 材料和方法  18-25
  2.1 研究地区概况  18-22
  2.2 研究方法  22-25
    2.2.1 土壤样品的采集和处理  22
    2.2.2 土壤有机碳含量的测定  22
    2.2.3 土壤微生物碳含量的测定  22-23
    2.2.4 土壤呼吸的测定  23-24
      2.2.4.1 野外原位测定  23-24
      2.2.4.2 室内培养实验  24
    2.2.5 数据计算与统计分析  24-25
3 结果  25-41
  3.1 土地利用方式对土壤有机碳及微生物碳的影响  25-32
    3.1.1 土壤有机碳含量剖面  25-26
    3.1.2 土壤容重和有机碳储量  26-28
    3.1.3 表层土壤有机碳及微生物碳的含量和季节动态  28-32
  3.2 土地利用方式对土壤呼吸的影响  32-41
    3.2.1 土壤呼吸季节变化  32-33
    3.2.2 土壤呼吸日变化  33-36
    3.2.3 土壤呼吸与环境因子的关系  36-41
      3.2.3.1 田间土壤呼吸与土壤温度  36-38
      3.2.3.2 田间土壤呼吸与土壤湿度  38-39
      3.2.3.3 室内培养下土壤呼吸与温度  39-40
      3.2.3.4 土壤呼吸的温度敏感性  40-41
4 讨论  41-46
  4.1 土地利用方式对土壤有机碳库的影响  41
  4.2 土地利用方式对土壤微生物碳的影响  41-42
  4.3 土地利用方式对土壤呼吸的影响  42-43
  4.4 不同土地利用方式下土壤总呼吸与异氧呼吸的比较  43-44
  4.5 合理的土地利用方式对于土壤固碳的意义  44-46
5 结论与展望  46-48
参考文献  48-54
致谢  54-55

土地利用方式对土壤有机碳和土壤呼吸的影响

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