丹江口库区不同土地利用方式下土壤团聚体固碳技术研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院武汉植物园) | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong528
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土地利用方式的改变是全球生态变化的一个重要部分,不同的土地利用方式由于其直接的植被类型的改变会使得土壤的基本理化性质发生变化。这些变化会通过改变土壤结构和土壤中有机质周转等过程影响土壤中碳循环过程。土壤团聚体作为土壤的基本结构单位,土地利用方式发生改变后,对土壤团聚体中碳的周转和固定的影响机制尚不十分清楚。本研究选择丹江口库区三种常见的土地利用方式(旱地、水田和林地)土壤为研究对象,探究了土地利用方式的变化对土壤团聚体稳定性、土壤团聚体中碳、氮及其稳定同位素的分布特征的影响;在此基础上,采用室内培养实验研究了不同土地利用方式土壤团聚体呼吸特征及其产物δ13CO2值的变化,主要研究结论如下:(1)不同土地利用方式土壤团聚体稳定性干筛处理条件下,不同土地利用方式下土壤团聚体机械稳定性表现为旱地>水田>林地。湿筛处理条件下,团聚体水稳定性表现出与机械稳定性相反的趋势,即林地>水田>旱地。团聚体破坏率PAD结果表现为旱地>水田>林地,说明旱地虽然机械稳定性较高,但是在遇到雨水侵蚀的时候,其大团聚体容易破碎成小团聚体,从而使得更多的可溶性碳随雨水流失,加重水土流失的危害。而林地则可以更好的抵抗雨水侵蚀,减少碳的流失。(2)不同土地利用方式下的土壤团聚体碳氮分布特征三种土地利用方式下,有机碳含量表现为林地>水田>旱地;全氮含量表现为水田>林地>旱地。从不同团聚体来看,土壤团聚体中的有机碳和全氮含量总体上随着团聚体粒级的增大而降低。对于土壤δ13C值,不同土地利用方式δ13C值基本表现为旱地>林地>水田,不同土壤团聚体间差异不明显。对于土壤δ15N值,不同土地利用方式δ15N值表现为林地>水田>旱地,不同团聚体中大体上呈现出随团聚体粒径增大δ15N值减小的趋势。土地利用方式的变化对脲酶和蔗糖酶活性的影响较大,而对过氧化氢酶活性影响较小。脲酶活性表现为林地>旱地>水田;蔗糖酶活性表现为水田>林地>旱地;过氧化氢酶活性表现为水田>旱地>林地。土壤有机碳与脲酶和蔗糖酶呈显著的正相关关系,土壤pH值与蔗糖酶和过氧化氢酶具有显著的负相关关系,而土壤全氮与三种酶活性均无显著相关性。(3)土壤团聚体呼吸过程对土地利用方式和温度的响应通过土壤培养试验发现,不同土地利用方式土壤呼吸速率表现为林地>水田>旱地。各粒级团聚体呼吸对温度敏感,所有处理土壤呼吸速率随培养温度增加而显著增大。不同粒级团聚体的土壤呼吸速率也存在差异,且这种差异在林地土壤中较为明显,以<1mm团聚体呼吸显著高于>1mm以上团聚体为主要特征。利用δ13CO2值分析土壤呼吸CO2来源贡献发现,在培养的初始阶段,土壤呼吸速率主要由无机碳呼吸主导,随着培养时间的延长,土壤呼吸在培养后期由微生物呼吸起主导作用。综上所述,该研究区域不同土地利用方式下土壤团聚体固碳过程有着显著差异。土壤团聚体稳定性林地相对农地(水田和旱地)更高,更能抵抗雨水侵蚀,减少土壤中碳的流失。而不同土地利用方式下土壤团聚体碳、氮含量总体也表现为林地和水田显著高于旱地,说明林地固碳能力高于农地,农地中,水田显著高于旱地。土壤呼吸速率林地>水田>旱地,表明不同的土地利用方式会通过改变土壤中碳含量等影响土壤团聚体呼吸速率,进而影响土壤中固定的碳向大气中转移的过程。
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