不同种植年限人工苜蓿草地土壤碳储量及CO2排放通量研究

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abeey2009
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本论文以不同种植年限人工苜蓿草地为研究对象,于2012年4-10月,在宁夏贺兰山东麓选择了具有代表性的5个种植年限(la,3a,4a,5a和8a)人工苜蓿草地进行研究,通过采集各样地苜蓿生育期0-100cm土层土壤,分析了各样地种植苜蓿后0-100cm土层土壤碳储量及其垂直分布特征。同时,采用静态箱-气象色谱法对各样地土壤系统及土壤-植被系统的CO2通量进行了测定,阐述了各样地C02通量的季节变化规律及C02通量与主要影响因子间的关系。所得研究结果如下:1.随苜蓿种植年限的增加,土壤碳储量显著提高,但老化衰退苜蓿地土壤碳储量最低,且不同年限间差异性显著(P<0.05),总体表现为:8a<la<3a<4a<5a。土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)、土壤活性有机碳(Soil Active Organic Carbon,SAOC)均表现出明显的碳固存效应,有很强的碳固存潜力。不同年限苜蓿地土壤碳含量及其碳密度均表现出相同的垂直分布规律,呈现出“表聚性”特点,种植年限是影响土壤碳含量及其碳密度垂直分布格局的主要因素。2.苜蓿种植la,3a,4a,5a和8a后,其SOC含量在0-40cm土层内占总剖面(0-100cm) SOC的比例分别为69.7%,65.8%,73.8%,70%和67.2%,其土壤有机碳密度(Soil Organic Carbon Density, SOCD)在0-40cm土层内占总剖面(0-100cm)的比例在54.8%-61.8%之间,其SAOC含量在0-40cm土层内分别占总剖面的比例分别为90.4%,93.4%,93.9%,78.3%和89.9%,其土壤活性有机碳密度(Soil Active Organic Carbon Density, SAOCD)在0-40cm土层内占总剖面的比例分别为89.9%,94.2%,90.5%,84.9%和89.8%,可见不同年龄的苜蓿地其SOC及SAOC在0-40cm土层内,具有明显的表聚性,相应地其SOCD和SAOCD也在0-40cm土层内比较高。3.苜蓿生长季内各样地土壤-植被系统及土壤系统的CO2排放趋势基本一致,表现出“夏季高秋季低”的季节变化规律。在季节尺度上,C02的释放随土壤温度的增加而增加,土壤温度及气温与土壤-植被系统C02的排放呈极显著二次正相关(P<0.01),相关系数分别达到0.794和0.768,说明土壤温度和气温是土壤-植被系统CO2通量变异的重要非生物因子。4.各种植年限苜蓿地土壤-植被系统和土壤系统的CO2通量总体表现为4a>5a>8a>3a>la。各观测日期内土壤-植被系统和土壤系统的CO2排放通量平均值分别为490.86mg·m-2h-1和291.91mg·m-2·h-1苜蓿种植3a,4a,5a,8a后土壤-植被系统C02释放通量在各观测日期的平均值分别比1a对照增加19.29%,47.56%,43.97%和39.69%,土壤系统C02释放通量均较1a对照分别增加19.32%,49.39%,48.38%和44.74%。土壤-植被系统CO2释放通量显著高于土壤系统CO2释放通量,说明植物生长阶段本身呼吸作用对CO2排放贡献明显。5.本研究发现C02通量在0.05的显著性水平上与0-20cm土层的SOC含量、C/N及SAOC含量显著正相关,与土壤全氮(TN)含量极显著正相关(R2=0.949,n=10,P<0.01)。因此,人工种植苜蓿措施实施后,表层土壤碳氮含量的增加是加剧CO2排放的重要因素。0-10cm土壤水分含量与CO2排放通量呈抛物线形关系:Y=-0.373X2+28.013X-357.35,R2=0.443,在水分含量为35%左右时CO2排放通量达到最大值。说明在水分条件适宜的情况下,土壤微生物活动增强,CO2排放通量也会随之增大。地上生物量的大小与CO2的排放通量有相同的变化趋势,这与地上绿色植物通过呼吸作用释放CO2有关。6.苜蓿种植3-5年后积累了更多的SAOC,说明SAOC较SOC对苜蓿种植年限更敏感,是表征土壤有机质变化的重要指标。种植8年的苜蓿地土壤碳储量较低的原因是由于生长年限长、苜蓿平均盖度较低、生长季气温偏高及灌水后好氧微生物活动频繁,在一定程度上促进了土壤呼吸作用,加速了土壤有机碳的分解,使得8年生苜蓿地土壤碳储量水平低于其他各年份苜蓿地。综上所述,可以得出以下结论:在苜蓿种植8年以内,随苜蓿种植年限的增加,土壤碳储量显著提高,SOC、SAOC均表现出明显的碳固存效应,有很强碳固存潜力,不同年限苜蓿地土壤碳含量及其碳密度均表现出“表聚性”特征。苜蓿生长季内各样地土壤-植被系统及土壤系统的CO2排放趋势基本一致,总体表现为4a>5a>8a>3a>la,表现出“夏季高秋季低”的季节变化规律。苜蓿地CO2排放受多种因素的共同影响。
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