發(fā)布時間：2020-08-04 08:00

【摘要】：土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的有機碳庫,其動態(tài)變化對全球氣候變化和土壤肥力意義重大。深入了解土壤有機碳與其影響因素之間的關(guān)系并運用這些影響因素預(yù)測土壤有機碳含量,可為土壤質(zhì)量評價和氣候變化評估提供科學(xué)依據(jù)。灘涂圍墾是我國華東沿海地區(qū)獲得新生土地的重要手段之一,由圍墾導(dǎo)致的土壤環(huán)境劇烈變化可顯著影響有機碳循環(huán)過程。有別于其它土壤系統(tǒng),圍墾土壤有機碳動態(tài)不但受氣候因子、土壤質(zhì)地和人為活動等因素影響外,還受一些特殊因素控制,例如鹽分、堿度和圍墾后急劇變化的環(huán)境條件等。已有研究多集中于探索土壤有機碳和環(huán)境因子的關(guān)系,而圍墾土壤有機碳影響因素的相對重要性則鮮有報道。本研究選擇江蘇大豐、如東和浙江慈溪三個圍墾區(qū)為研究區(qū),分別采集了 241、223和276個表層土壤/沉積物樣品,測定其有機碳、鹽分、pH、粒度及部分常量元素等屬性參數(shù)及大豐圍墾區(qū)樣品活性和非活性有機碳含量。旨在揭示高強度圍墾活動下土壤有機碳、活性和非活性有機碳、碳庫管理指數(shù)及其它屬性隨圍墾年限和土地利用的變化規(guī)律及主控因子;探索三個圍墾區(qū)土壤有機碳動態(tài)與其影響因素之間的關(guān)系,并基于這些影響因素運用多元回歸模型和隨機森林模型預(yù)測土壤有機碳含量。本文的主要結(jié)論如下:(1)大豐、如東和慈溪三個圍墾區(qū)土壤/沉積物pH、Cl、鹽分、全磷、CaO含量和粒徑等理化性質(zhì)存在一定的差異。其中,三個圍墾區(qū)間pH差異顯著。大豐和如東圍墾區(qū)C1和鹽分含量均顯著(p0.05)高于慈溪圍墾區(qū)。大豐和慈溪圍墾區(qū)全磷含量顯著(p0.05)高于如東。大豐圍墾區(qū)CaO含量顯著(p0.05)高于如東和慈溪圍墾區(qū)。慈溪圍墾區(qū)粘粒和粉砂粒含量顯著(p0.05)高于大豐和如東圍墾區(qū),而如東圍墾區(qū)砂粒含量顯著(p0.05)高于大豐和慈溪圍墾區(qū)。(2)大豐、如東和慈溪圍墾區(qū)不同土地利用土壤全氮和全磷含量均高于灘涂沉積物,而灘涂沉積物鹽分、Cl、pH、CaO和Na2O含量則顯著高于不同土地利用圍墾土壤。三個圍墾區(qū)土壤全氮、全磷和粉砂粒含量均隨圍墾年限的增長而增加,說明人為的養(yǎng)分輸入對土壤養(yǎng)分積累具有顯著影響。而pH、C1、鹽分、CaO、Na2O和砂粒含量則整體隨圍墾年限的增長而下降,表明人為灌溉和自然降雨可加速圍墾土壤的脫鹽脫鈣進程。(3)大豐、如東和慈溪圍墾區(qū)土壤有機碳含量和密度總體差異不大,三個研究區(qū)土壤有機碳含量和密度均隨圍墾年限的增長而增加(除大豐地區(qū)圍墾后期和慈溪地區(qū)圍墾前期外),大豐圍墾區(qū)土壤活性和非活性有機碳也整體隨圍墾年限的增長而增加,表明人為活動可加速圍墾土壤有機碳積累。(4)圍墾土壤有機碳含量和密度均顯著高于灘涂沉積物,圍墾年限較長的土地利用土壤有機碳含量和密度高于圍墾年限較短的土地利用類型。就不同土地利用土壤而言,除慈溪地區(qū)圍墾10年的土地外,其它圍墾年限稻田土壤有機碳含量和密度均顯著(p0.05)高于旱地土壤,表明淹水條件有助于土壤有機碳積累。(5)隨機森林(Random forest,RF)模型結(jié)果顯示不同研究區(qū)土壤有機碳含量影響因素的重要性不盡相同。土壤pH、鹽分和CaO含量是大豐圍墾區(qū)SOC最重要的影響因素;土壤CaO和鹽分含量、土地利用和圍墾年限是如東圍墾區(qū)SOC變化的重要影響因素;而慈溪圍墾區(qū)SOC的重要影響因素為pH、CaO和Al2O3含量。沉積環(huán)境、沉積物來源和土地管理措施的差異可能是造成三個圍墾區(qū)土壤有機碳主控因素差異的主要原因。(6)大豐研究區(qū)圍墾土壤養(yǎng)分(總氮和總磷)狀況是活性有機碳最主要的影響因素;由圍墾引起的各種土壤屬性和環(huán)境變量的變化是影響土壤活性有機碳的次主要因素,包括Cl、圍墾年限、pH值和土地利用。大豐地區(qū)圍墾土壤的養(yǎng)分狀況也是非活性有機碳的主要的影響因素,此外,pH也是影響該地區(qū)非活性有機碳的主要的影響因素之一。(7)運用多個預(yù)測變量構(gòu)建的多元回歸模型(Multiple linear regression,MLRAll)和隨機森林模型(RFAll)的預(yù)測效果要優(yōu)于只運用獨立變量構(gòu)建的多元回歸模型(MLRInd)和隨機森林模型(RFIndd);隨機森林模型的預(yù)測精度要高于多元回歸模型(除慈溪圍墾區(qū)RFInd和MLRInd外)。(8)大豐圍墾區(qū)不同圍墾年限土壤土壤管理指數(shù)(Carbon pool management index,CPMI)為95.0～176.9,除圍墾10年的CPMI低于灘涂沉積物外,其它年限的圍墾土壤均高于灘涂沉積物,表明農(nóng)耕活動可顯著提升圍墾土壤CPMI。就不同土地利用而言,其中稻田土壤CPMI顯著(p0.05)高于同時期圍墾的旱地,表明稻田土壤的增速高于旱地土壤。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S153.6;P748
【圖文】：

以有機形態(tài)固定于土壤中是緩解全球變暖大趨勢的重要措施之一（Ｓｐａｃｃｉｎｉ邋ｄ邋ａ／．，逡逑２００２；邋Ｌａｌ，２００５；邋Ｆｏｍａｒａ邐２０１１；邋Ｍｃｎａｌｌｙ邋ｅ＾ａ／．，２０１７）。土壤有機碳循環(huán)極其復(fù)逡逑雜（圖１－２），有機物質(zhì)進入土壤后，經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)和生物過程最終排逡逑出土壤。土壤有機碳含量實際是指土壤碳輸入和碳輸出動態(tài)平衡結(jié)果，因此，任逡逑何影響土壤有機碳輸入和輸出的因素都將直接影響土壤有機碳含量。逡逑／邋0？４邐８－９邋＼逡逑＾邐Ｉ邋Ｊ邐ｉ逡逑６０＿邐Ｗ逡逑ＭＯ邐’邐２３４４邐３８４０００逡逑＇廣，々．：．、／／；＾邋－．Ｖ／７＾７、”．（ｔｏｐ邋ｍｅｔｒ？＞邐４逡逑Ｂｉｏｍａｓｓ邐Ｓｏｉｌ邐Ｏｃｅａｎ逡逑二＾＞邐＇。．４邋謙邋ｉｉ逡逑Ｒｏｃｋ邋ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ邐Ｌａｎｄｃｌｅａｒｉｎｇ邋Ｆｏｓｓｉｌ邋Ｃ逡逑：Ｍ逡逑Ｂｕｒｉａｌ邋ｉｎ邋ｓｅｄｉｍｅｎｔ逡逑圖１－１全球碳循環(huán)主要碳庫碳儲量及不同碳庫間碳通量（單位為十億噸）（Ｓｔｏｃｋｍａｎｎ逡逑ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３）逡逑土壤有機碳影響因素分為兩部分，一為自然因素，二為人為因素。其中，自逡逑然因素包括氣候因素（溫度和降水）、地表植被類型、地形因子（地形濕度指數(shù)、逡逑坡向、坡度和高程等）和土壤本身屬性（例如土壤類型、土壤溫度、土壤水分、逡逑３逡逑

以有機形態(tài)固定于土壤中是緩解全球變暖大趨勢的重要措施之一（Ｓｐａｃｃｉｎｉ邋ｄ邋ａ／．，逡逑２００２；邋Ｌａｌ，２００５；邋Ｆｏｍａｒａ邐２０１１；邋Ｍｃｎａｌｌｙ邋ｅ＾ａ／．，２０１７）。土壤有機碳循環(huán)極其復(fù)逡逑雜（圖１－２），有機物質(zhì)進入土壤后，經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)和生物過程最終排逡逑出土壤。土壤有機碳含量實際是指土壤碳輸入和碳輸出動態(tài)平衡結(jié)果，因此，任逡逑何影響土壤有機碳輸入和輸出的因素都將直接影響土壤有機碳含量。逡逑／邋0？４邐８－９邋＼逡逑＾邐Ｉ邋Ｊ邐ｉ逡逑６０＿邐Ｗ逡逑ＭＯ邐’邐２３４４邐３８４０００逡逑＇廣，々．：．、／／；＾邋－．Ｖ／７＾７、”．（ｔｏｐ邋ｍｅｔｒ？＞邐４逡逑Ｂｉｏｍａｓｓ邐Ｓｏｉｌ邐Ｏｃｅａｎ逡逑二＾＞邐＇。．４邋謙邋ｉｉ逡逑Ｒｏｃｋ邋ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ邐Ｌａｎｄｃｌｅａｒｉｎｇ邋Ｆｏｓｓｉｌ邋Ｃ逡逑：Ｍ逡逑Ｂｕｒｉａｌ邋ｉｎ邋ｓｅｄｉｍｅｎｔ逡逑圖１－１全球碳循環(huán)主要碳庫碳儲量及不同碳庫間碳通量（單位為十億噸）（Ｓｔｏｃｋｍａｎｎ逡逑ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３）逡逑土壤有機碳影響因素分為兩部分，一為自然因素，二為人為因素。其中，自逡逑然因素包括氣候因素（溫度和降水）、地表植被類型、地形因子（地形濕度指數(shù)、逡逑坡向、坡度和高程等）和土壤本身屬性（例如土壤類型、土壤溫度、土壤水分、逡逑３逡逑

物理和化學(xué)分類方法，提出了一套新的土壤有機碳分類方法，該方法包含了溶解逡逑態(tài)有機碳、顆粒態(tài)有機碳、砂粒和團聚體吸附態(tài)有機碳、粘粒和粉砂粒吸附態(tài)有逡逑機碳和惰性有機碳（圖１－３）。在單次取樣的情況下，Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎｅ／ａ／．邋（２００７）等逡逑人的方法可分離多種土壤有機碳組分，相比其它分類方法一次取樣只能分離某一逡逑種土壤有機碳形態(tài)，Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎｅ／ａ／．邋（２００７）等人的分離方法具有一定的優(yōu)越性。逡逑而鑒于該種土壤有機碳分離方法的優(yōu)越性，越來越多的科研工作者應(yīng)用該方法對逡逑不同土壤系統(tǒng)進行了分類和分析，獲得了大量的研宄成果（ＷｉｅＳｍｅｉｅｒｄａ／．，２０１２ｂ；逡逑Ｗｉｅｓｍｅｉｅｒ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１４ｂ；邋Ｘｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１６）0逡逑１．２．３邋土壤有機碳模型逡逑運用模型模擬土壤有機碳動態(tài)是一種有效且可極大地減少人力、物力和財力逡逑消耗的手段。建立精準而簡單的土壤有機碳模型是研宄不同生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的有逡逑效方法。目前，全球科研工作者基于不同的側(cè)重點開發(fā)了多種陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循逡逑環(huán)模型，后人也運用這些模型研究了不同尺度和生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳動態(tài)（Ｌｉ邋ｅｒ逡逑ａ／．

本文編號：2780270