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《中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)》 2015年
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水土流失对黑土坡耕地土壤有机碳的影响

魏守才  
【摘要】:农田土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)库是陆地生态系统中最大的碳库,同时也是大气CO2的重要来源。水土流失可以通过剥蚀搬运影响农田SOC的迁移,也可以通过改变不同侵蚀部位土壤温度和水分等因素来影响SOC的矿化分解。合理认识土壤侵蚀对农田SOC动态平衡及CO2排放的影响具有重要的意义,但目前这方面的研究还存在很多的未知。本论文以东北黑土坡耕地为研究对象,通过野外实地测定与室内实验相结合,研究水土流失对坡耕地SOC再分布的影响,探讨不同侵蚀部位SOC的矿化及其与土壤温度和水分的关系;分析研究SOC随降雨径流流失特征及数量;利用野外实测的降雨径流数据,评价WEPP模型在东北黑土的适用性,并在此基础上预测研究区未来的土壤侵蚀及SOC流失情况。本论文主要得出以下几方面的结论:土壤侵蚀影响坡耕地土壤中各种形态SOC在坡面上的再分布。表层0-30 cm土壤中,坡肩受到的侵蚀最强烈,SOC流失严重,含量最低。0-100 cm深度土壤中,坡顶、坡肩和坡背处SOC含量随土壤深度逐渐降低,而坡脚和坡趾SOC含量随深度先降低后增加,然后再降低,这是多年沉积作用影响的结果,由于沉积埋藏,土壤侵蚀在低洼部位形成一个“碳汇”。坡耕地不同侵蚀部位土壤温度、含水量和SOC矿化速率存在差异。土壤含水量较高时,侵蚀区的SOC矿化速率比沉积区高,土壤水分是影响SOC矿化的最主要因素;而当土壤含水量降低后,侵蚀区SOC矿化速率与沉积区SOC矿化速率趋于一致,土壤温度成为影响SOC矿化的最主要因素。室内培养条件下,沉积区大团聚体SOC矿化速率比侵蚀区高。说明室内培养中的浸湿过程可以加速团聚体的矿化,同时可以印证野外沉积部位的环境不利于大团聚体C的矿化。我们测定的六次径流泥沙中SOC的富集系数介于1.45到2.16之间,表明SOC在泥沙中发生了一定程度的富集。径流泥沙中团聚体的粒级小于侵蚀区土壤中团聚体的粒级,土壤侵蚀优先搬运小颗粒的土壤物质。侵蚀过程改变了泥沙中团聚体的粒级组成及其SOC含量。基于野外测定到的侵蚀数据,研究小流域侵蚀程度属于微度侵蚀。WEPP模型在研究区模拟径流量、泥沙净流失量的有效性系数()分别为0.83和0.62,这表明模拟效果较好,模型对降雨径流量的模拟效果要好于对泥沙流失量的模拟效果。模型预测的研究小流域未来50年的泥沙净流失量为27.83 t yr-1,SOC净流失量为0.39 t yr-1。预测结果可以为合理评价因土壤侵蚀流失的SOC的数量及正确制定水土保持措施提供科学依据。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S157.1

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