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《内蒙古农业大学》 2017年
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赤峰市敖汉旗土壤有机碳时空变异研究

李龙  
【摘要】:土壤碳库作为陆地生态系统中最大的碳库,其动态变化和储量的分布不仅对土地质量起着重要的指示作用,同时对全球气候变化也有着巨大的影响。大量的研究显示土壤有机碳的空间异质性普遍存在,随着精准农业的发展和科学利用土地的要求日益提升,土壤有机碳的时空变异性也受到广泛关注。因此,准确估算土壤有机碳储量,分析其时空变异特征并找到控制土壤有机碳空间分布的主导因素,不仅可以为当前碳源、碳汇的研究工作提供科学参考,也对地区生态建设和科学利用土地资源起到积极的借鉴作用。本研究以内蒙古赤峰市敖汉旗为研究对象,以实地调查数据为基础,借助遥感、地理信息系统等工具,采用经典统计学与地统计学相结合的方式对敖汉旗0~100cm深度土壤有机碳含量的空间变异特征及其空间分布格局进行了研究,揭示了不同土层下影响土壤有机碳空间变异的主导因素;并对研究区进行多尺度采样,探寻表层土壤有机碳空间变异的尺度效应;结合土地利用方式的变化,分析30年前后敖汉旗土壤有机碳含量及储量的变化特征和时间尺度上影响土壤有机碳时空变异的驱动因素。研究得到以下主要结论:(1)敖汉旗0~100cm不同土层内有机碳含量的分布特征基本相同,总体上均表现为东北部偏低,逐渐向西南部升高的分布特征。其中,表层(0~20cm)土壤有机碳含量南北差异明显,呈现条带状分布,并具有中等强度的空间相关性;20cm以下深度土壤有机碳均具有强烈的空间相关性,随着土壤深度的增加,随机性因素所引起的空间变异逐渐降低,而地形、土壤等结构性因素成为导致深层土壤有机碳空间变异的主要因素。0~100cm深度土壤有机碳含量的变化范围为0.23~20.71g kg-1,土壤有机碳含量主要富集在0~40cm深度的土壤中,且随着土壤深度的增加有机碳含量逐渐降低。土壤类型和土地利用类型对土壤有机碳含量具有显著影响,不同土壤类型下土壤有机碳含量均表现为:棕壤褐土栗钙土风沙土;各土地利用方式下土壤有机碳含量均表现为:林地农地草地。(2)广义相加模型能够较好地拟合土壤有机碳含量与各环境因素之间的相互关系,随着土壤深度的增加,各环境因素对土壤有机碳含量的影响也存在较大差异。在0~20cm 土层,植被和土壤容重是影响土壤有机碳含量的主导因素;20~40cm 土层,植被、海拔和土壤容重是影响土壤有机碳含量的主导因素;40~60cm 土层,坡度和海拔是影响土壤有机碳含量的主导因素;60~100cm 土层,土壤含水率是影响土壤有机碳含量的主导因素。(3)在县域、中等区域和小流域尺度上表层土壤有机碳含量均具有中等强度的空间相关性。随着研究尺度的缩小,随机性因素所引起的空间变异占总变异的比例也逐渐降低,土壤有机碳的空间自相关距离逐渐缩小。不同研究尺度上各影响因子与土壤有机碳含量的相关关系也存在较大差异,县域尺度上土壤和植被因子对土壤有机碳含量的影响最大,中等区域尺度上植被和海拔因子对土壤有机碳含量的影响最大,而小流域尺度上海拔和坡度对土壤有机碳含量的影响最大。(4)1985年敖汉旗土壤有机碳含量表现为较强的空间相关性,经过30年的变化,土壤有机碳含量的空间自相关距离缩小;2014年土壤有机碳平均含量在不同土壤类型和土地利用方式下均比1985年显著升高。土地利用方式的改变是土壤有机碳时空变异的最主要驱动因素,2014年林地、农地、草地土壤有机碳密度较1985年分别提高了 6.97%、5.39%和12.12%;就土壤碳储量而言,2014年林地土壤碳储量是1985年的3.89倍,而农地和草地土壤碳储量分别降低了 19.79%和22.85%;敖汉旗总碳储量达到16.28× 106t,相比1985年增长了 3.17%。敖汉旗退耕还林还草、风沙治理以及荒山造林等生态建设工程的长期大规模开展,使敖汉旗土地利用格局得到合理调配,各乡镇土壤有机碳含量与储量总体上升,尤其是北部的风沙土区碳储量升高最为显著。
【学位授予单位】:内蒙古农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S153.6

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