土壤侵蝕對(duì)陸地碳固存和釋放的影響具有極大的不確定性,妨礙了人們科學(xué)評(píng)估土壤在緩解氣候變化的作用潛力。揭示坡面侵蝕-沉積過程中土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定機(jī)理,對(duì)于評(píng)估土壤有機(jī)碳的固定潛力、正確評(píng)價(jià)土壤侵蝕環(huán)境效應(yīng)和全球碳預(yù)算具有重要的現(xiàn)實(shí)和科學(xué)意義。本研究以黃土丘陵區(qū)不同有機(jī)碳水平(C1、C2、C3、C4、C5)坡面為對(duì)象,通過野外連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤溫濕度及土壤CO_2通量,結(jié)合土壤樣品分析,研究了水力侵蝕影響下坡面土壤理化屬性和有機(jī)碳的存在狀態(tài),辨析了土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的多因素影響方式和程度,明確了侵蝕坡面表層(0-10cm)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的變化和主要影響因素。主要結(jié)論如下:1、降雨侵蝕改變了坡面侵蝕-沉積區(qū)土壤理化屬性,導(dǎo)致坡面不同部位土壤溫度、濕度等環(huán)境要素的異質(zhì)性,分異程度與坡面有機(jī)碳水平相關(guān)。侵蝕區(qū)表層(0-10cm)土壤容重小于沉積區(qū),且坡面有機(jī)碳水平越高容重越小,通氣性越好,沉積區(qū)則無明顯規(guī)律。0.25mm的團(tuán)聚體含量總體上表現(xiàn)為侵蝕區(qū)大于沉積區(qū)。低碳水平下,沉積區(qū)水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑(MWD)大于侵蝕區(qū),高碳水平下侵蝕區(qū)水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD大于沉積區(qū)。沉積區(qū)較侵蝕區(qū)溫度低、濕度大。雨季前至雨季末,侵蝕-沉積區(qū)土壤溫度差減小,有機(jī)碳水平越高差異減小幅度越大;侵蝕-沉積區(qū)土壤濕度的差異也與有機(jī)碳水平有關(guān),當(dāng)有機(jī)碳水平較低時(shí)(C1-C3),差異幅度增加,有機(jī)碳水平較高時(shí)(C4-C5),差異減小。此外,當(dāng)坡面土壤有機(jī)碳水平較低時(shí)(C1-C3),侵蝕-沉積區(qū)土壤有機(jī)碳含量差異不明顯,當(dāng)有機(jī)碳水平較高時(shí)(C4-C5)則差異相對(duì)明顯,沉積區(qū)較侵蝕區(qū)土壤有機(jī)碳含量高28.6%~37.5%。2、坡面侵蝕-沉積區(qū)土壤有機(jī)碳組分具有明顯的時(shí)空分異特征,對(duì)有機(jī)碳水平、土壤溫濕度等因素的響應(yīng)敏感性不同。雨季末坡面土壤微生物量碳含量較雨季前提高91.1%~286.8%,具有明顯的季節(jié)變化;坡面沉積區(qū)土壤微生物量碳含量大于侵蝕區(qū),且隨著土壤有機(jī)碳水平升高,侵蝕-沉積區(qū)土壤微生物量碳含量差增大,空間分異加劇。雨季前侵蝕區(qū)和沉積區(qū)土壤微生物量碳主要受土壤濕度的影響,雨季末侵蝕區(qū)主要受土壤有機(jī)碳的影響,沉積區(qū)主要受土壤溫度的影響。土壤微生物量碳對(duì)影響因素的敏感性差異原因主要是不同因素的限制性轉(zhuǎn)換。坡面輕組碳含量主要受有機(jī)碳水平和有機(jī)碳含量的影響,其分配比例受季節(jié)變化的影響較大。侵蝕和沉積區(qū)輕組碳含量主要受土壤有機(jī)碳的影響,分別能解釋其58.9%和86.9%的變異,而輕組碳的分配比例則對(duì)季節(jié)變化的反應(yīng)較敏感,分別能解釋41.2%和35.3%的變異性。3、侵蝕坡面土壤呼吸速率有明顯的時(shí)空差異,坡面侵蝕-沉積區(qū)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性主要與有機(jī)碳水平、土壤溫度和濕度相關(guān)。不同有機(jī)碳水平下坡面土壤呼吸速率表現(xiàn)為侵蝕季大于非侵蝕季,高碳水平大于低碳水平,沉積區(qū)侵蝕區(qū)。土壤水熱雙因子模型能解釋坡面侵蝕-沉積區(qū)土壤呼吸變異的44.3%~73.9%,且土壤有機(jī)碳水平越高模型解釋度越大,因而當(dāng)土壤有機(jī)碳水平較高時(shí),土壤呼吸速率受土壤水熱因子的影響程度增大,土壤呼吸的水熱雙因子模型準(zhǔn)確度提高。相比對(duì)照區(qū)而言,坡面沉積區(qū)土壤碳排放量增加,降低了土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性;侵蝕區(qū)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性與坡面有機(jī)碳水平相關(guān),碳水平越低或越高時(shí)(C1或C5),土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性降低,在C2-C4中等水平時(shí),土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性較強(qiáng)。4、侵蝕坡面土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性受多因素綜合影響,不同因素對(duì)有機(jī)碳穩(wěn)定性的影響程度不同。侵蝕區(qū)和沉積區(qū)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性受多因素綜合影響。侵蝕區(qū)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性主要受0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響,解釋度達(dá)88.9%。沉積區(qū)主要受0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和土壤容重(通氣性)的影響,解釋度分別為56.1%和41.7%。侵蝕坡面土壤呼吸速率主要受有機(jī)碳水平的影響,能解釋其變異的66.4%,輕組有機(jī)碳含量和微生物量碳分別能解釋土壤呼吸速率變異7.2%和0.3%。與微生物量碳性質(zhì)相比,侵蝕引起的輕組有機(jī)碳(LFOC)的變化對(duì)土壤有機(jī)碳礦化速率的影響更為重要。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S157.1;S153.6

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本文編號(hào)：2825387