發(fā)布時間：2018-10-21 20:39

【摘要】：黃土高原渭北地區(qū)以優(yōu)越的自然條件成為蘋果生產(chǎn)的優(yōu)生區(qū)。在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中,多數(shù)農(nóng)田被更替為果園,果業(yè)產(chǎn)業(yè)的規(guī)�；瘶O大地促進了社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。然而,隨著種植年限的延長,盛果期變短,果樹易衰老等問題逐漸凸顯,各地區(qū)因果樹老化砍伐已極為普遍,果樹再植又遇到了明顯的“忌地”障礙,影響果園的生產(chǎn)潛力和蘋果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前,迫切需要探索發(fā)展可持續(xù)果業(yè)生產(chǎn)的有效途徑。本研究立足于生產(chǎn)實際,在重點研究果園土壤有機碳庫演變的基礎上,系統(tǒng)地開展農(nóng)田植被更替與植果相關的土壤物理、化學以及生物質(zhì)量指標的變化過程研究,以促進當?shù)靥O果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文選定了渭北地區(qū)北部的洛川縣和南部彬縣不同園齡段蘋果園作為主要研究對象,以周邊農(nóng)田土壤作為對照,采用空間代替時間的方法,研究了0~100cm范圍不同園齡段果園土壤有機碳組分及碳儲量、土壤理化性質(zhì)和酶活性的剖面變化過程,在分析土壤各質(zhì)量指標相互關系的基礎上,對果園土壤質(zhì)量進行了綜合評價;結(jié)合干篩法和濕篩法,分析農(nóng)田及果園不同級別土壤團聚體上有機碳的含量,運用傅立葉變換紅外光譜技術對土壤有機碳和顆粒態(tài)有機碳的官能團進行了定性研究,以便揭示果園土壤有機碳組成與結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,將對于準確評價果園土壤生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力以及長期植果對土壤質(zhì)量的影響具有重要理論意義。研究獲得如下主要結(jié)論:(1)10a果園土壤有機碳含量和碳密度在0~40cm和60~80cm土層比農(nóng)田高。隨著植果年限增加,土壤有機碳含量及碳密度的空間分布趨勢不同,在0~10cm和40~100cm土層隨種植年限增加而增加,但在10~40cm土層處呈現(xiàn)振蕩式漸增趨勢,表現(xiàn)為在10~15a和大于25a時下降。0-100cm土層范圍有機碳儲量隨植果年限增加而增加,在時間尺度大于15a以上時,增加幅度達到顯著水平(P0.05)。0~40cm土層是有機碳庫存儲的主要土層(份額比大于49.9%)。(2)渭北農(nóng)田和果園土壤0~100cm土層范圍碳儲量以無機碳為主。從農(nóng)田更替為果園對土壤無機碳的密度影響較小,但是種植果樹不利于無機碳的穩(wěn)定與累積,當種植年限大于25a時,無機碳儲量才有回升趨勢。受土壤碳酸鈣淋移的影響,在垂直剖面上土壤無機碳密度隨土層深度的增加而增加,果園土壤無機碳密度在0~40cm土層范圍內(nèi)變化較大,40~100cm土層是無機碳庫的主要存儲土層,且分布較為均勻。(3)渭北果園土壤在0~100cm土層范圍內(nèi)有機碳活度表現(xiàn)為,易氧化有機碳庫、非活性碳庫和LOC/TOC隨土層深度的增加而減小,40~100cm土層易氧化有機碳儲量趨向均勻化。農(nóng)田更替為果園后提高了0~80cm土層中土壤有機碳的穩(wěn)定性(LOC/TOC減小)。10~15a果園和25a果園易氧化有機碳庫、碳庫活度、活度指數(shù)、碳庫指數(shù)和碳庫管理指數(shù)在剖面上多呈降低態(tài)勢,尤其40~80cm深層處下降極為明顯。15~25a土壤易氧化有機碳庫、碳庫活度、活度指數(shù)、碳庫指數(shù)和碳庫管理指數(shù)呈增加態(tài)勢,即果園土壤有機碳庫活度相關指數(shù)處于動蕩的不穩(wěn)定變化過程。(4)在0~100cm土層范圍內(nèi)土壤有機碳庫的相對穩(wěn)定性表現(xiàn)為,顆粒態(tài)有機碳庫、礦物結(jié)合態(tài)有機碳以及poc/toc和poc/moc大致隨土層深度的增加而減小。農(nóng)田更替為果園后提高了0~20cm和80~100cm土層中顆粒態(tài)有機碳庫、poc/toc和poc/moc。整體上植果有利于顆粒態(tài)有機碳庫的增加,在10~15a果園和25a果園,土壤顆粒態(tài)有機碳含量和碳密度、poc/toc、poc/moc在多數(shù)土層中呈下降趨勢,但顆粒態(tài)有機碳的總儲量卻持續(xù)增加。(5)渭北農(nóng)田和果園土壤緊實度和容重在0~20cm土層較小,但是在20cm以下土層緊實度和容重均已經(jīng)超過了限制根系生長的閾值。農(nóng)田和果園土壤的淀積粘化特征明顯,淀積在約20~40cm土層處。隨著植果年限增加到20a以上果園土壤緊實度和容重增加,粘粒在土壤深層40~60cm處淋溶淀積。隨著植果年限增加,土壤ph、caco3和hco3-均呈現(xiàn)增-減-增的變化過程,果園土壤具有亞表層緊實化,上層土壤caco3淋失退化以及表土層的微酸化等退化過程。(6)農(nóng)田更替為果園后提高了10a果園土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性,降低了脲酶和過氧化氫酶活性。土壤蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶隨植果年限的增加呈現(xiàn)減-增-減的變化過程,在不同園齡間差異已達顯著水平(p0.05),過氧化氫酶僅在20~30cm土層有隨園齡增加而增加態(tài)勢,在其它土層變化規(guī)律不明顯。在垂直剖面上土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性均隨著土層深度增加而減小,在0~20cm土層土壤酶活性顯著高于20cm以下土層,在土壤深層變化幅度較小。過氧化氫酶在剖面上變化規(guī)律不明顯,但整體上在20~60cm土層活性較低。(7)渭北地區(qū)土壤機械穩(wěn)定性團聚體以0.25mm微團聚體為優(yōu)勢級別。不同處理間10mm團聚體含量變化趨勢為21a果園10a果園農(nóng)田。果園土壤機械穩(wěn)定性團聚體平均質(zhì)量直徑(mwd)、幾何平均直徑(gmd)和0.25mm的水穩(wěn)性團聚體數(shù)量(wr0.25)隨著種植年限的延長而增大。水穩(wěn)性團聚體含量隨著團聚體直徑減小而增加,0.25mm微團聚體含量最高。農(nóng)田土壤團聚體水穩(wěn)定性高于果園土壤,表現(xiàn)為農(nóng)田土壤各級別水穩(wěn)定性大團聚體含量以及mwd、gmd、wr0.25和團聚體穩(wěn)定性指數(shù)(asi)均高于果園土壤,d、團聚體分散度(pad0.25)和elt則低于果園土壤。(8)干篩處理下農(nóng)田和果園土壤團聚體態(tài)有機碳含量隨團聚體直徑變化差異達顯著水平(p0.05),均以0.25mm微團聚體中有機碳含量較高。在0~30cm土層,各級別機械穩(wěn)定性團聚體中有機碳變化趨勢為農(nóng)田21a果園10a果園。各級別團聚體態(tài)有機碳含量隨土層深度的增加而減少。但在30~40cm土層處,農(nóng)田土壤中3mm以上級別團聚體態(tài)有機碳含量低于果園土壤。農(nóng)田和果園土壤均以3~2mm級別的團聚體有機碳儲量及貢獻率最低,0.25mm和7mm級別有機碳儲量和貢獻率相對較高。隨著種植年限的增加,提高了7mm大團聚體有機碳儲量和貢獻率,且在20~40cm土層顯著高于0~20cm土層。濕篩處理下農(nóng)田和10a果園土壤中以直徑1 mm團聚體態(tài)有機碳含量較高,21a果園以2~0.5mm團聚體態(tài)有機碳含量較高,各處理均以0.25mm微團聚體中有機碳含量為最低。各級別團聚體態(tài)有機碳含量隨土層深度的增加而降低。在0~20cm土層中隨植果年限的增加,5mm團聚體態(tài)有機碳下降,同時在20~40cm土層5~2mm和1~0.25mm團聚體態(tài)有機碳含量下降,在其它級別團聚體中均呈現(xiàn)增加趨勢�；谒�(wěn)性團聚體組成的作用,農(nóng)田和果園土壤各級別水穩(wěn)性團聚體態(tài)有機碳的儲量和貢獻率隨團聚體直徑減小而增加,0.25mm水穩(wěn)性微團聚體有機碳儲量和貢獻率顯著高于其他級別(P0.05)。不同處理下各級別團聚體態(tài)有機碳儲量及貢獻率在剖面上的變化趨勢不盡相同。(9)農(nóng)田和果園土壤有機碳和顆粒態(tài)有機碳中官能團主要有羥基、羧基、羰基、脂肪烴、芳香烴和碳水化合物等物質(zhì),其中碳水化合物是果園土壤有機碳主要物質(zhì)種類,有機碳的穩(wěn)定性差,可礦化性增強。(10)對16個與植被更替反應較為敏感的土壤質(zhì)量指標進行主成分分析,并應用了土壤質(zhì)量綜合指數(shù)法和土壤退化指數(shù)法對渭北果區(qū)土壤質(zhì)量進行了評價,得出植果期間土壤質(zhì)量存在退化現(xiàn)象,尤其以10~15a盛果期果園在0~40cm的土層退化趨勢明顯。土壤質(zhì)量隨土層深度增加而遞減,0~40cm土層變化顯著,40cm土層變化幅度較小。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S151.9
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本文編號：2286314