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《吉林大学》 2012年
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不同土地利用方式下土壤CO_2排放通量的动态特征及影响因素研究

韩源  
【摘要】:全球变化是目前最受人们所关注的科学问题之一,人类活动干扰下的陆地生态系统与大气中温室气体的交换研究越来越受到关注。土壤呼吸是全球碳循环中一个极其重要的环节,它对全球碳平衡的影响是近年来学者研究的热点问题。而水分、温度、植被状况等都是对土壤呼吸造成影响的重要因素。大安市位于吉林省西北部,属于典型的生态脆弱带,是对全球变化响应突出的区域之一。该区是中国开发时间较短的地区,具有经济发展相对滞后、生态环境退化快等特点,被归为生态退化严重的典型地区,因而研究其不同土地利用方式下土壤CO_2排放通量的动态特征具有重要的意义。 本文在参与导师国家自然科学基金项目——“吉林西部50年来LUCC对土壤有机碳影响及驱动机制研究”的基础上,借助土壤普查资料、卫星遥感影像、气象资料以及专题图件等基础数据源,设计实验,对大安市4种土地利用方式下土壤CO_2排放通量的日变化和季节变化进行监测,研究土壤CO_2排放通量的动态特征;同时测定温度、水分以及土壤有机碳、水解氮含量和土壤酶活性,研究这些因素对土壤CO_2排放通量的影响。 首先,详细介绍了土壤CO_2排放通量的原位测定方法及装置,并在此基础上设计实验,对大安市的水田、旱田、草地和盐碱地4种土地利用方式土壤CO_2排放通量的日动态和季节动态进行监测。结果表明:在土壤CO_2排放通量日动态的研究中,各种土地利用方式下的土壤CO_2排放通量均呈现单峰曲线的形式,但其排放通量的数值之间存在着显著差异,具体为:水田﹥草地﹥盐碱地﹥旱田。土壤CO_2排放通量的日平均值分别都与各样地10:00所测得的土壤CO_2排放通量最为相近,即可用10:00所测得的土壤CO_2排放通量估测该样地土壤CO_2排放通量的日平均值。在对土壤CO_2排放通量季节动态的研究中发现,4种土地利用方式下的土壤CO_2排放通量均呈现出多峰曲线的变化。但总体的变化趋势是,从5月份开始土壤CO_2排放通量逐渐的上升,在7月末、8月初时达到最大值,之后缓慢的下降。不同土地利用方式下土壤CO_2排放通量季节变化的变幅由大到小依次为:草地、旱田、水田、盐碱地;生长季的土壤CO_2排放通量平均值由大到小依次为:草地、水田、旱田、盐碱地。 其次,论述了土壤CO_2排放通量的主要影响因素(温度、土壤水分、土壤有机碳、水解氮含量及土壤酶活性)及其测定方法,再将利用这些方法测试出的数据与土壤CO_2排放通量的监测数据进行相关分析,以确定不同因素对4种土地利用方式下土壤CO_2排放通量造成的影响。在温度对土壤CO_2排放通量造成影响的研究中发现,土壤CO_2排放通量的变化滞后于大气温度的变化,但与土壤温度改变相一致。这是由于大气温度是通过间接改变土壤温度从而影响土壤CO_2排放通量的,即土壤温度的变化滞后于气温。在相关性分析中,研究区水田的土壤CO_2排放通量日变化与温度的相关性最高(R2=0.8375),其次为旱田和草地。但在研究土壤表层温度对土壤CO_2排放通量季节变化的影响时,所得出4种土地利用方式下土壤CO_2排放通量与温度的相关性排序有所不同,这是由于较长时间内的土壤CO_2排放通量受到了其他因素的影响所致。 再次,研究了水分对不同土地利用方式下的土壤CO_2排放通量所造成的影响。研究发现,土壤CO_2排放通量与土壤含水率之间的指数关系较差,R2值的范围在0.0022-0.251之间,这主要与研究区的气候环境有关。与土壤CO_2排放通量和土壤表层温度的相关性相比,土壤CO_2排放通量与土壤含水率的相关性较差,即土壤温度对土壤CO_2排放通量的影响大于土壤含水率对土壤CO_2排放通量造成的影响。同时,分析了水热综合作用对土壤CO_2排放通量的影响,研究发现不同土地利用方式下土壤CO_2排放通量与土壤温度和水分的复合模型能够较好的解释出土壤CO_2排放通量的变化情况:以土壤表层10cm处温度和土壤含水率两个指标能够说明水田65.47%、旱田76.25%、草地82.17%和盐碱地57.62%的土壤CO_2排放通量的变化情况。由此可见,水热双因素复合模型能够较好的对土壤CO_2排放通量的变化动态进行解释。 最后,定性分析了其他因素(土壤有机碳、水解氮含量以及土壤酶活性)对土壤CO_2排放通量日变化造成的影响。研究发现不同土地利用方式下土壤有机碳和水解氮的含量差异较大,而过氧化氢酶、脱氢酶和多酚氧化酶这些土壤酶的活性则差异很小,难以进行分析。4种土地利用方式下土壤的有机碳含量由大到小依次为:水田﹥旱田﹥草地﹥盐碱地;水解氮含量依次为:草地﹥水田﹥旱田﹥盐碱地。不同土地利用方式下土壤的碳氮相差较大,具体为盐碱地﹥水田﹥旱田﹥草地。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X131.3

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