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艾比湖湿地自然保护区土壤碳库研究

张雪妮  
【摘要】:土壤碳库作为陆地生态系统中最大的碳库,其碳循环研究是陆地生态系统碳循环及全球变化研究的重点和热点之一。土壤碳库主要以土壤有机质和碳酸盐形态储存于土壤中,其状态及变化与大气碳循环有密切关系。干旱区土壤碳库研究是陆地生态系统碳循环研究中不可缺少的重要组成部分,但目前尚未引起学术界的足够重视,其碳储量及其变化过程仍不明晰。因此,有必要开展更多的干旱区土壤碳循环的相关研究,以丰富和促进陆地生态系统土壤碳循环研究,为科学管理干旱区土壤碳库提供依据。论文以新疆艾比湖湿地自然保护区为例,研究了在土壤和植被分类下土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)含量、密度的剖面分布以及差异,分析了土壤有机碳密度(SOCD)和无机碳密度(SICD)的空间分布特征,对研究区土壤碳库储量进行估算,最后探讨土壤理化性质对土壤有机碳和无机碳的影响以及两者之间的关系。主要得出以下结论: 1.不同土壤类型的土壤有机碳含量和密度均随剖面深度增加呈下降的趋势,大多在50cm处有回升现象。各类型土壤有机碳含量均值介于0.93~3.19g/Kg之间,土壤有机碳密度介于0.13~0.41Kg/m~2间,总体的类型间排序均为荒漠风沙土灰棕漠土水成土盐碱土;不同土壤类型有机碳含量仅盐碱土与荒漠风沙土层间存在显著差异,有机碳密度则仅荒漠风沙土层间存在显著差异,类型间有机碳含量和密度的显著差异在各层不尽相同。 2.不同土壤类型土壤无机碳含量和密度在剖面上的变化波动性较大,无明显的升降趋势。各类型无机碳含量均值介于53.06~79.90g/Kg之间,无机碳密度介于7.91~10.86Kg/m~2间,总的类型间排序均为荒漠风沙土水成土盐碱土灰棕漠土。无机碳含量仅灰棕漠土层间存在显著差异,无机碳密度则各类型层间均存在不同程度的显著差异,类型间无机碳含量和密度差异在各层不尽相同。 3.不同植被类型土壤有机碳含量和密度均随剖面深度增加而减小。矮半灌木和盐生草甸在50cm附近增大,各植被类型下土壤有机碳含量均值范围为1.61~3.99g/Kg,有机碳密度范围为0.21~0.49Kg/m~2,各植被类型顺序为矮半灌木半乔木盐生草甸;半乔木和盐生草甸土壤有机碳含量层间差异显著,土壤有机碳密度仅盐生草甸层间差异不显著,类型间有机碳含量和密度差异多出现在70cm处及以下各层。 4.不同植被类型土壤无机碳含量和密度在剖面上的分布无明显规律,50cm以上各层波动较大。土壤无机碳含量范围为65.97~73.88g/Kg,各类型顺序为矮半灌木盐生草甸半乔木,无机碳密度范围为8.80~9.85Kg/m~2,类型间顺序为盐生草甸矮半灌木半乔木。各类型土壤有机碳含量层间均无显著差异,无机碳密度则完全相反,类型间土壤无机碳含量和密度在各层均无显著差异。 5.土壤有机碳密度具有中等程度的空间自相关性,各层的变程差异较大。变异函数采用指数模型拟合,利用普通克里格法进行空间插值。插值结果表明:研究区单位深度的土壤有机碳密度随剖面深度增加逐渐降低。其水平分布特征表现为研究区西北和东南土壤有机碳密度相对高,西北方向上的高值分布在各层有所不同,东南方向主要集中在古尔图附近。低值区以湖区东南端为中心,分别向南北扩展和沿湖向东西延伸,土壤有机碳密度水平低于0.34Kg/m~2的区域占全研究区的一半以上,研究区土壤有机碳密度整体较低。 6.土壤无机碳密度呈中度空间自相关性,各层变程差异较大。变异函数使用高斯、指数以及球形三种模型,使用普通克里金和泛克里金法进行插值。土壤无机碳密度随剖面深度增加而增大。水平分布上,表层低值区面积最大,无机碳密度小于9.90Kg/m~2的面积比例可达92%,10cm以下各层低值区以湖区东侧附近为主,50cm以下向湖区东部和北部扩展。研究区全剖面土壤无机碳密度平均为9.26 Kg/m~2。 7.研究区土壤碳库储量估算均值为2.44×10~(11)Kg,其中有机碳与无机碳储量分别为7.36×10~9Kg和2.37×10~(11)Kg。各估算法所得无机碳储量均为有机碳的30倍以上。0~50cm土壤有机碳储量占全剖面的52.03%,无机碳储量,占全剖面的40.98%,研究区土壤有机碳匮乏。 8.土壤有机碳与各因素的相关分析表明:土壤有机碳与土壤无机碳总的表现为极显著正相关关系,相关系数平均为0.41,相关程度较弱。有机碳与全氮呈极显著正相关关系,相关程度相对较高,土壤有机碳与含水量在0~10cm有较弱的显著正相关关系,与土壤容重、pH值总体上呈弱的负相关关系,与土壤电导率的相关性较弱。回归分析表明,影响土壤有机碳的主要因素为全氮、土壤含水量、土壤pH值和土壤无机碳,各层主要因素不同,可以解释土壤有机碳的大部分变异。 9.土壤无机碳与土壤含水量在20cm以下的各层有极显著的正相关关系,并随剖面深度增加相关性提高。土壤无机碳与全氮在0~50cm的各层间有极显著的正相关关系,与土壤容重、pH值有弱的显著负相关关系,与土壤电导率相关性较弱;回归分析表明无机碳的变异受全氮、土壤含水量、土壤有机碳和土壤容重的影响程度依次减弱。


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