【摘要】：在全球變化研究中，諸多學者一直重視陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及其他溫室氣體的變化研究，取得了大量的研究成果。但是，已有的研究成果多注重植物生長期土壤有機碳的動態(tài)變化，較少考慮凍融作用下的土壤有機碳變化；已有的凍融研究成果其研究區(qū)也多限于三江平原濕地、松嫩平原黑土、西北地區(qū)不同覆蓋條件下的耕地，以及高原山區(qū)凍土帶，北方鹽堿土區(qū)土壤有機碳的研究鮮見報道；研究方法多以室內模擬實驗為主，界定凍融溫度和凍融循環(huán)次數(shù)有所限制，且凍融期土壤有機碳的影響機理研究方面涉及較少，只有將凍融期土壤有機碳儲量納入到全年土壤有機碳儲量研究中，其結果才能更全面、更準確。 本研究主要以遙感技術、環(huán)境模擬、空間分析、實驗室測試和數(shù)據(jù)分析為主要技術支持，選擇吉林西部典型的水田、旱田、草地和鹽堿地，開展了凍融模擬實驗，系統(tǒng)分析了凍融期土壤有機碳、全氮、土壤酶活性的動態(tài)變化規(guī)律，探討土壤有機碳、全氮對土壤酶活性的響應機制，為我國北方地區(qū)凍融期土壤有機碳循環(huán)和全氮的研究提供了技術參考。 本文研究了-5~5℃FTC（凍融循環(huán)作用，F(xiàn)reezing-thawing-cycles）、-25~5℃FTC、-5~5℃FT（長期凍融作用，F(xiàn)reezing-thawing）和-25~5℃FT不同凍融作用下土壤有機碳、全氮的動態(tài)變化。無論是在FTC還是FT過程中，各地類有機碳、全氮含量均隨土壤深度的增加而降低，且二者之間具有較強的相關性；凍融作用影響了土壤有機碳和全氮含量，但其影響程度不一致。一般情況下，表層土壤（0~10cm、10~20cm和20~30cm）理化性質變化趨勢一致，而30~40cm、40~50cm的變化趨勢相同。除在-25~5℃FTC下，鹽堿地土壤有機碳呈現(xiàn)出下降趨勢外，土壤有機碳含量均在10次FTC結束后呈現(xiàn)出不同程度的增加。方差分析表明，F(xiàn)TC下，凍融次數(shù)是引起土壤有機碳變化的主要影響因素，而凍結溫度則為次要因素。但在FT中，土壤有機碳的波動幅度較小，受凍結溫度和凍結次數(shù)影響較少。在FTC作用下，水田和旱田土壤全氮量在凍融循環(huán)結束后，均呈現(xiàn)出增加的趨勢，而草地和鹽堿地土壤全氮量趨勢相反；FT過程中，土壤全氮量均呈現(xiàn)出不同程度的降低。方差分析表明，F(xiàn)TC作用下，凍結溫度和凍結次數(shù)均為土壤全氮量變化的主要影響因素，而在FT中，凍結溫度對土壤全氮量的影響不顯著。 對凍融期土壤酶活性進行監(jiān)測得到，凍融結束后，除草地脫氫酶活性有所降低外，其余地類土壤脫氫酶活性均呈現(xiàn)出不同程度的升高趨勢；土壤多酚氧化酶均呈現(xiàn)出降低的趨勢；各地類土壤過氧化氫酶活性均有小幅度波動，但變化不顯著；土壤脲酶均呈現(xiàn)出增加的趨勢。季節(jié)性凍融作用對土壤酶活性具有顯著的影響，且不同的土壤酶類以及不同土壤層次的土壤酶對季節(jié)性凍融的影響也有著一定的差異。 利用SPSS法對土壤酶活性與土壤有機碳、全氮含量進行相關性分析得到，二者之間的相關性較強；除鹽堿地土壤有機碳、全氮與不同酶之間均呈正相關且回歸系數(shù)相差不大外，其余土壤酶活性對土壤有機碳、全氮的影響作用大小均為土壤脲酶最大，而土壤過氧化氫酶最小，該結果與利用SIMCA-P軟件得到的多元回歸結果相似。土壤酶對土壤系統(tǒng)中有機物質的分解起到重要作用，催化土壤微生物活性，穩(wěn)定土壤結構，分解有機物殘體，參與營養(yǎng)元素循環(huán)。土壤酶經歷不斷的合成、積累、抑制或分解過程，對農業(yè)土壤營養(yǎng)物質循環(huán)具有重要作用。在凍融作用下，隨著土壤溫度以及土壤中自由水形態(tài)的變化，土壤酶經歷了多次好氧和厭氧過程的反復，酶活性隨之改變，從而影響土壤有機質和全氮。 雖然，凍融期絕大部分土壤有機碳和全氮量呈現(xiàn)出不同程度的升高趨勢，但從凍融期不同地類土壤碳密度計算結果可以看出，在凍融期土壤碳密度變化幅度較小，計算得到凍融作用下不同地類之間土壤有機碳儲量增加，儲量大小為水田鹽堿地草地旱田。 利用DNDC模型的模擬結果，結合遙感解譯得到的大安市水田、旱田、草地和鹽堿地的面積，得到大安市地類2009年的溫室氣體排放情況，并利用IPCC凈變暖潛勢模型，估算不同凍融作用下大安市不同地類變暖潛勢值，判斷凍融期土壤碳截存過程，旱田土壤均表現(xiàn)為碳匯；而水田在-5~5℃FTC和-25~5℃FTC中，表現(xiàn)為碳源，而在-5~5℃FT和-25~5℃FT中為弱碳匯；草地土壤在-25~5℃FTC下表現(xiàn)為碳匯，其余作用下為碳源；鹽堿地分別在-5~5℃FTC和-25~5℃FT作用下，表現(xiàn)為碳匯；進而推廣到研究區(qū)，得到大安市凍融期凈增溫潛勢呈現(xiàn)出西北地區(qū)較低，而中部較高的分布特點。 以往土壤有機碳研究的重點多放在植物生長季，本研究利用實驗模擬技術 探討凍融作用對吉林西部水田、旱田、草地和鹽堿地不同地類土壤有機碳、全氮和土壤酶活性的波動和影響機制，可彌補研究區(qū)內尚未開展凍融期鹽堿地、草地、耕地（旱田和水田）有機碳的系統(tǒng)研究的空白，為東北鹽堿土分布區(qū)凍融期碳循環(huán)研究提供范例。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X172;X131

【參考文獻】

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本文編號：2743011