毛乌素沙地不同植被类型土壤有机碳库研究
【摘要】：土壤有机碳与全球气候变化密切相关。毛乌素沙地是沙漠化发生的重点地区之一,多年来,当地不断进行植被建设与恢复,加之天然植被的发展,形成了现在的植被格局；为阐明该区植被变化与发展对土壤固碳的影响,于2009年8月末至9月初测定了毛乌素沙地9种植被类型,包括流动沙地、半固定沙地油蒿群落、固定沙地油蒿群落、沙柳群落、中间锦鸡儿群落、旱柳群落、芨芨草群落、马蔺群落和玉米地的土壤有机碳(SOC)含量、活性有机碳(SAOC)含量、全氮含量和其它土壤理化性质(土壤容重、含水量、pH、机械组成),并进行了植被调查和收集近15年植被面积变化数据。研究结果表明：
(1)毛乌素沙地不同植被类型的土壤有机碳含量及密度不同,0-80cm土层的土壤有机碳平均含量的大小顺序均为：马蔺群落(22.33g/kg)芨芨草群落(9.05g/kg)旱柳群落(6.72g/kg)固定沙地油蒿群落(4.31g/kg)沙柳群落(3.20g/kg)半固定沙地油蒿群落(2.54g/kg)农田(1.76g/kg)中间锦鸡儿群落(1.58g/kg)流动沙地(1.24g/kg)；0-80cm土层的土壤有机碳密度大小顺序均为：马蔺群落(8.06kg/m2)沙柳群落(2.64kg/m2)芨芨草群落(1.97kg/m2)旱柳群落(1.34kg/m2)固定沙地油蒿群落(1.48kg/m2)半固定沙地油蒿群落(1.34kg/m2)中间锦鸡儿群落(0.76kg/m2)农田(0.67kg/m2)流动沙地(0.63kg/m2)。
随着土层加深,固定沙地油蒿群落、旱柳群落、芨芨草群落、马蔺群落和农田的有机碳含量均有显著的积累。流动沙地、半固定沙地油蒿群落、中间锦鸡儿群落、沙柳群落的土壤有机碳含量随土层加深逐渐减少。每个植被类型土壤有机碳密度和有机碳含量在土壤剖面上的垂直分布格局相似。
几种沙丘植被中,油蒿群落和沙柳群落的固碳效果较好。
(2)毛乌素沙地0-80cm土层土壤有机碳储量为411.15×105t,有机碳密度为3.55kg/m2。不同植被类型土壤有机碳储量为：固定沙地油蒿群落(164.48×105t)低湿地(86.04×105t)流动沙地(58.70×105t)中间锦鸡儿群落(28.61×105t)半固定沙地油蒿群落(26.74×105t)农田(25.77×105t)沙柳群落(14.82×105t)旱柳群落(5.99×105t)。
从1988年到2002年,流动沙地、半固定沙地油蒿群落和低湿地面积减小,土壤有机碳储量分别相应降低22.41%、25.31%和9.15%。其它植被类型面积增大,土壤有机碳储量增加,其中,旱柳群落的土壤有机碳储量增加比率最大,为130.38%,固定沙地油蒿群落的土壤有机碳储量增加最多,为37.09×105t。从1988年到2002年毛乌素沙地土壤有机碳储量增加22.61×105t,增加比率为5.82%。
(3)不同植被类型对土壤有机碳含量有显著影响。就整个毛乌素沙地来讲,土壤粘粉粒含量和土壤含水量是土壤有机碳的主要影响因子,且前者对土壤有机碳的影响更大。三者的回归模型为：Y=35.209X1+0.621X2-2.540(X1为土壤含水量,X2为土壤粘粉粒含量,R=0.950**)。土壤粘粉粒含量和土壤含水量单独存在时,分别对土壤有机碳含量有显著影响。
另外,土壤碳氮比与土壤有机碳含量之间也存在一定的正相关关系。地上生物量和地表凋落物量对土壤有机碳也具有一定的影响。
(4)不同植被类型0-80cm土层活性有机碳平均含量为：马蔺群落(7.19g/kg)芨芨草群落(2.19g/kg)旱柳群落(1.78g/kg)固定沙地油蒿群落(1.49g/kg)沙柳群落(1.10g/kg)半固定沙地油蒿群落(0.81g/kg)农田(0.40g/kg)中间锦鸡儿群落(0.38g/kg)流动沙地(0.21g/kg)。0-80cm土层活性有机碳密度为：马蔺群落(8.84kg/m2)芨芨草群落(2.90kg/m2)旱柳群落(2.16kg/m2)固定沙地油蒿群落(1.80kg/m2)沙柳群落(1.37kg/m2)半固定沙地油蒿群落(1.00kg/m2)农田(0.51kg/m2)中间锦鸡儿群落(0.47kg/m2)流动沙地(0.27kg/m2)。
不同植被类型土壤活性有机碳／有机碳比值为：固定沙地油蒿群落(36.78%)马蔺群落(36.62%)旱柳群落(34.93%)沙柳群落(32.35%)半固定沙地油蒿群落(32.26%)芨芨草群落(29.31%)农田(24.30%)中间锦鸡儿群落(24.25%)流动沙地(17.45%)。
毛乌素沙地土壤活性有机碳储量为114.53×105t,约占总有机碳储量的28.06%。不同植被类型土壤活性有机碳储量为：固定沙地油蒿群落(56.65×105t)低湿地(20.46×105t)流动沙地(10.13×105t)半固定沙地油蒿群落(8.49×105t)中间锦鸡儿群落(6.94×105t)农田(5.17×105t)沙柳群落(5.09×105t)旱柳群落(1.60×105t)。
(5)不同植被类型0-80cm土层土壤全氮平均含量为：马蔺群落(3.631g/kg)旱柳群落(1.218g/kg)固定沙地油蒿群落(1.032g/kg)芨芨草群落(1.026g/kg)沙柳群落(0.849g/kg)半固定沙地油蒿群落(0.628g/kg)中间锦鸡儿群落(0.382g/kg)农田(0.366g/kg)流动沙地(0.287g/kg)。
不同植被类型0-80cm土层碳氮比平均值为：芨芨草群落(9.33)马蔺群落(6.64)旱柳群落(5.20)农田(4.94)沙柳群落(4.75)流动沙地(4.37)中间锦鸡儿群落(4.21)固定沙地油蒿群落(4.09)半固定沙地油蒿群落(4.05)。
【关键词】：毛乌素沙地 植被类型 土壤有机碳 【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S153.6
【目录】：
- 中文摘要5-9
- 英文摘要9-16
- 前言16-24
- 1.1 土壤有机碳的研究进展16-19
- 1.2 影响土壤有机碳的因素19-22
- 1.2.1 土地利用方式19-20
- 1.2.2 气候因子20-21
- 1.2.3 土壤理化性质21-22
- 1.3 科学问题的提出及研究意义22-24
- 2 研究区概况与研究方法24-29
- 2.1 研究区概况24-25
- 2.2 研究方法25-29
- 2.2.1 样地的选取25-26
- 2.2.2 群落特征调查26
- 2.2.3 土壤取样及指标测定26-28
- 2.2.3.1 土壤取样26-27
- 2.2.3.2 土壤有机碳的测定27
- 2.2.3.3 土壤活性有机碳的测定27
- 2.2.3.4 土壤全氮的测定27
- 2.2.3.5 土壤机械组成的测定27-28
- 2.2.3.6 土壤酸碱度(pH)的测定28
- 2.2.3.7 土壤容重与含水量的测定28
- 2.2.4 数据处理28-29
- 3 结果与分析29-53
- 3.1 不同植被类型的群落特征29-32
- 3.1.1 不同植被类型的群落特征概况29-31
- 3.1.2 不同植被类型的地上生物量31
- 3.1.3 不同植被类型的地表凋落物量31-32
- 3.2 不同植被类型生境的土壤理化性质32-37
- 3.2.1 土壤容重32-33
- 3.2.2 土壤含水量33-34
- 3.2.3 土壤机械组成34-36
- 3.2.4 土壤酸碱度(pH)36-37
- 3.3 不同植被类型土壤有机碳特征37-48
- 3.3.1 不同植被类型土壤有机碳含量特征37-40
- 3.3.1.1 不同植被类型土壤有机碳含量垂直分布特征37-39
- 3.3.1.2 不同植被类型0-80cm土层土壤有机碳平均含量39-40
- 3.3.2 不同植被类型土壤有机碳密度特征40-42
- 3.3.2.1 不同植被类型土壤有机碳密度垂直分布特征40-41
- 3.3.2.2 不同植被类型0-80cm土层土壤有机碳密度41-42
- 3.3.3 不同植被类型土壤活性有机碳含量特征42-44
- 3.3.4 不同植被类型土壤活性有机碳密度特征44-46
- 3.3.5 不同植被类型土壤活性有机碳/土壤有机碳的比例46
- 3.3.6 不同植被类型土壤全氮含量及碳氮比46-48
- 3.4 毛乌素沙地土壤有机碳储量48-49
- 3.4.1 毛乌素沙地土壤有机碳储量48-49
- 3.4.2 毛乌素沙地土壤活性有机碳储量49
- 3.5 毛乌素沙地土壤有机碳的影响因素49-51
- 3.6 毛乌素沙地土壤有机碳储量动态变化51-53
- 4 讨论53-59
- 4.1 不同植被类型的土壤有机碳含量和密度53-54
- 4.2 毛乌素沙地土壤有机碳储量54
- 4.3 毛乌素沙地土壤有机碳的影响因素54-56
- 4.4 不同植被类型的土壤固碳效果56-57
- 4.5 土壤有机碳研究展望57-59
- 5 结论59-62
- 5.1 不同植被类型土壤有机碳含量和密度59
- 5.2 毛乌素沙地土壤有机碳储量及其动态变化59-60
- 5.3 毛乌素沙地土壤有机碳的影响因素60
- 5.4 毛乌素沙地土壤活性有机碳60-61
- 5.5 毛乌素沙地土壤全氮含量及碳氮比61-62
- 参考文献62-68
- 致谢68-69
- 攻读硕士期间发表的论文69
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