【摘要】：土壤呼吸是調控陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳循環(huán)的重要生態(tài)過程,溫度敏感性(Q10)在很大程度上決定著全球的氣候變化與陸地碳循環(huán)之間的反饋關系。了解Q10的變化及其影響因素有助于正確估算氣候變化條件下陸地土壤碳源、匯能力的變化。黃土高原地形破碎,局域尺度上形成了典型的高原溝壑和丘陵溝壑等復雜的地形地貌。20世紀80年代以來,隨著退耕還林、還草和還果措施的實施,逐漸形成了小流域農(nóng)-林-果-草復合生態(tài)格局。農(nóng)田和林草地生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸及其溫度敏感性已有大量研究,但對果園生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸及其Q10的了解較少。不同于農(nóng)田和林草地生態(tài)系統(tǒng),果園內,植被具有固定株行距,生產(chǎn)活動干擾強烈,了解果園土壤呼吸和Q10的時空變化有助于準確估算黃土高原區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)。以高原溝壑典型治理小流域(王東溝小流域)為地點,利用土壤碳通量測量系統(tǒng)LI-8100(Li-COR,Lincoln,NE,USA)于2011~2013年監(jiān)測了塬面、坡地兩種地形條件下果園、農(nóng)田和林草地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸季節(jié)與年際間變化、土壤溫度、水分以及細根生物量等。研究了1)果園土壤呼吸合理的采樣方法;2)果樹冠幅下距樹干不同距離處土壤呼吸及Q10的空間變化;3)果園土壤呼吸及Q10與農(nóng)田、林草地的差異;4)對比分析了塬面和坡地果園土壤呼吸及Q10的變化特征,探討了地形對果園土壤呼吸及Q10的影響。主要結果如下:(1)果園土壤呼吸速率時空變異顯著。時間尺度上,在葉幕形成期間及降水頻繁時,宜設置的樣點個數(shù)較多。但在郁閉情況下空間樣點數(shù)差異不大。(2)在果園內,土壤呼吸速率及其Q10隨著距樹干距離延長而變化。2011~2013年,距樹干0.5 m處(D0.5)平均土壤呼吸速率較距樹干2 m處(D2)土壤呼吸速率分別高出21%,35%和42%;Q10分別高出15%,30%和12%。細根生物量同樣隨著距樹干距離延長而降低,D0.5處細根生物量高出D2處細根生物量64%(2011),108%(2012)和114%(2013)。果樹細根密度差異可能是本研究中影響果園土壤呼吸和Q10空間變化的重要生物因素。(3)2011~2013年,不同生態(tài)系統(tǒng)間土壤呼吸速率呈現(xiàn)相似的季節(jié)動態(tài)變化,且草地[3.67μmol(m2 s)-1]農(nóng)田[2.33μmol(m2 s)-1]果園[1.99μmol(m2 s)-1]休閑地[0.86μmol(m2 s)-1]。不同生態(tài)系統(tǒng)間Q10存在顯著差異:存在農(nóng)田(2.80)草地(1.82)果園(1.60)休閑地(1.53)的趨勢。(4)地形顯著影響果園土壤呼吸及Q10。塬面果園的土壤呼吸速率高于坡地果園土壤呼吸速率,2011~2013年土壤呼吸速率均值較坡地提高了25%;而Q10相反,坡地(2.22)較塬面(1.96)高出了13%。此外,對農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)的對比發(fā)現(xiàn),塬面農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)內土壤呼吸分別較坡地提高了33%和96%;草地Q10變化趨勢與果園相似,坡地高于塬面(2.10 vs.1.82),農(nóng)田則相反,塬面高于坡地(2.80 vs.2.31)。Q10與SOC含量呈顯著正線性關系,相似SOC含量下,坡地Q10高于塬面。
[Abstract]:Soil respiration is an important ecological process to regulate the soil carbon cycle in terrestrial ecosystems. Temperature sensitivity (Q10) largely determines the feedback relationship between global climate change and terrestrial carbon cycle. Understanding the change of Q10 and its influencing factors is helpful to estimate the change of carbon source and sink capacity of terrestrial soil under climate change. The terrain of the Loess Plateau is broken, and the typical plateau gully and hilly gully are formed on the local scale. Since the 1980s, with the implementation of the measures of returning farmland to forest, returning grass to forest and returning fruit to fruit, and so on, Gradually formed a small watershed of agroforestry-fruit-grass complex ecological pattern. Much research has been done on soil respiration and temperature sensitivity of farmland and forestland ecosystem, but little is known about soil respiration and its Q10 in orchard ecosystem. Different from farmland and forestland ecosystem, vegetation in orchard has fixed row spacing and strong interference of production activities. Understanding soil respiration in orchard and space-time change of Q10 is helpful to accurately estimate carbon cycle of terrestrial ecosystem in Loess Plateau. Based on the typical watershed of plateau gully (Wangdonggou small watershed), the orchard was monitored from 2011 to 2013 under two topographical conditions, I. E. soil carbon flux measurement system (LI-8100 (Li-COR,Lincoln,NE,USA). Soil respiration season and interannual variation, soil temperature, moisture and fine root biomass in farmland and forestland ecosystem. This paper studies the sampling method of soil respiration in orchard, the spatial changes of soil respiration and Q10 at different distances from tree trunk under crown width of fruit trees, and the relationship between soil respiration and Q10 in orchard and farmland. (4) the characteristics of soil respiration and Q _ (10) in orchards on plateau and slope were analyzed, and the effects of topography on soil respiration and Q _ (10) in orchards were discussed. The main results were as follows: (1) the spatial and temporal variation of soil respiration rate in orchard was significant. On the time scale, the number of samples should be more when the leaf curtain is formed and the precipitation is frequent. However, there was little difference in the number of spatial samples in closed canopy. (2) in orchard, soil respiration rate and Q10 changed with the extension of tree trunk distance from 2011 to 2013. The average soil respiration rate at 0.5 m (D 0.5) was higher than that at 2 m (D 2) by 21 35% and 42% Q10, 15% and 12 0% higher than that at 2 m, respectively. The fine root biomass also decreased with the extension of the distance from the trunk. The fine root biomass at D 0.5 was 64% (2011), 108% (2012) and 114% (2013) higher than that at D2. The difference of fine root density of fruit trees may be an important biological factor influencing soil respiration and Q10 spatial variation in orchard in this study. (3) from 2011 to 2013, soil respiration rate of different ecosystems showed similar seasonal dynamic changes. Grassland [3.67 渭 mol (m 2 s) -1] farmland [2.33 渭 mol (m 2 s) -1] Orchard [1.99 渭 mol (m 2 s) -1] Casual Land [0.86 渭 mol (m 2 s) -1]. There were significant differences in Q10 among different ecosystems: there was a tendency of cropland (2.80) grassland (1.82) orchard (1.60) leisure land (1.53). (4) topography significantly affected soil respiration and Q10 of orchard. The soil respiration rate of orchards was higher than that of sloping orchards, and the average of soil respiration rate from 2011 to 2013 was 25% higher than that of sloping fields, whereas Q10 was 13% higher than that of sloping land (2.22). In addition, compared with grassland ecosystem, soil respiration in farmland and grassland ecosystem was increased by 33% and 96%, respectively, and the change trend of grassland Q10 was similar to that of orchard, the slope land was higher than the plateau (2.10 vs.1.82), but the farmland was opposite. The relationship between Q10 and SOC content was significantly positive, and Q10 was higher than that on the plateau under similar SOC content.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S154.1

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