本文關(guān)鍵詞：秦嶺山地森林和草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮?jiǎng)討B(tài)特征及其對氣候變化的響應(yīng)　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：中國秦嶺地區(qū)既是氣候的轉(zhuǎn)換區(qū)域,也是氣候變化的敏感區(qū)。本研究通過室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn),研究秦嶺地區(qū)不同森林和草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤主要溫室氣體排放對不同溫度的響應(yīng)以及氣體之間的相互關(guān)系。鑒于低溫條件對山地生態(tài)系統(tǒng)分布格局的重要性,本文對該地區(qū)主要生態(tài)系統(tǒng)(松樹林、櫟樹林和草甸)的土壤碳排放以及對應(yīng)的土壤碳氮?jiǎng)討B(tài)和土壤氮轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究,探討了野外條件下的土壤溶解性有機(jī)碳和溶解性無機(jī)氮的季節(jié)和剖面變化以及相關(guān)的土壤特性。利用開頂箱(Open-top chambers,OTC)模擬增溫和利用減雨架模擬減雨,本實(shí)驗(yàn)設(shè)置對照、增溫、減雨和增溫與減雨交互四種處理,研究了增溫和降水減少對不同季節(jié)和不同土層深度土壤的碳氮?jiǎng)討B(tài)的影響。本文的主要研究結(jié)果與結(jié)論如下:(1)選擇三種培養(yǎng)溫度(8°C、18°C和28°C),研究了山地森林和草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤二氧化碳(CO_2)和氧化亞氮(N_2O)排放對不同溫度的響應(yīng)。研究結(jié)果顯示,土壤CO_2的排放隨溫度的增加而增加,隨土層深度的增加而減小。其中櫟樹林土壤CO_2的排放量最高,其次為松樹林和草甸。土壤N_2O排放在三種生態(tài)系統(tǒng)間無顯著性差異。CO_2和N_2O的溫度敏感性表現(xiàn)為森林大于草甸。三種生態(tài)系統(tǒng)CO_2和N_2O排放的溫度敏感系數(shù)(Q10)值的范圍分別為1.07-2.25和0.82-1.22。研究表明,土壤CO_2和N_2O的排放之間呈顯著的正相關(guān)性(P0.01)。此外,不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤特性對CO_2和N_2O的排放在不同溫度水平具有不同的影響。其中,土壤溶解性有機(jī)碳(DOC)、紫外吸光度(SUVA)以及硝態(tài)氮是CO_2排放的重要控制因子,而銨態(tài)氮和pH值是N_2O排放的主要控制因子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,三種生態(tài)系統(tǒng)土壤CO_2排放對溫度的敏感性高于N_2O,表明該地區(qū)土壤CO_2和N_2O排放對全球變暖具有不同的響應(yīng)。本研究對主要溫室氣體(CO_2和N_2O)以及土壤特性對氣候變暖的響應(yīng)具有一定的參考價(jià)值。(2)溫度對土壤碳通量和氮轉(zhuǎn)化過程具有重要影響,然而,目前關(guān)于低溫條件下,氣候轉(zhuǎn)換區(qū)復(fù)合山地森林和草甸生態(tài)系統(tǒng)的碳釋放和氮轉(zhuǎn)化的研究尚較少。通過培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)對松樹林、櫟樹林和草甸三種生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳通量和氮轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤溶解性有機(jī)碳和土壤的芳香性物質(zhì)含量隨土壤碳礦化的變化而變化。森林和草甸表現(xiàn)為甲烷(CH_4)吸收,表明該地區(qū)在低溫條件下可能是大氣CH_4的弱的碳匯。不同生態(tài)系統(tǒng)的ch4吸收量無顯著性差異,co2排放量表現(xiàn)為森林高于草甸,其中櫟樹林高于松樹林。研究發(fā)現(xiàn)在有氧條件下不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤co2和ch4之間具有極其顯著的正相關(guān)性(p0.01)。每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)土壤的氮礦化和硝化速率均隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而降低。研究顯示,森林對土壤氮?jiǎng)討B(tài)的影響大于草甸,并且松樹林具有更高的土壤氮轉(zhuǎn)化速率。土壤碳(co2和ch4)通量速率與土壤doc、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮之間具有弱的相關(guān)性。本研究表明,不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤可溶性無機(jī)氮對土壤co2和ch4具有一定的促進(jìn)或抑制效應(yīng)。(3)植被類型對陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)發(fā)揮著重要作用。通過對不同森林(松樹林和櫟樹林)和草甸生態(tài)系統(tǒng)的溶解性有機(jī)碳和無機(jī)氮的研究,我們發(fā)現(xiàn)三種生態(tài)系統(tǒng)的doc和溶解性無機(jī)氮(包括銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)具有明顯的季節(jié)變化,而且都隨土層深度的增加而減小。每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)土層之間的doc濃度具有明顯的差異性(p0.05)。在生長季不同土層的doc和溶解性無機(jī)氮濃度均是草甸高于森林,且松樹林高于櫟樹林。此外,松樹林中的土壤有機(jī)碳(soc)和總氮(tn)含量以及ph值高于草甸和櫟樹林。不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳氮比則是草甸最低,松樹林最高。土壤表層溫度和土壤含水量與土壤doc和溶解性無機(jī)氮之間均具有顯著的相關(guān)性(p0.01)。研究顯示,土壤soc、tn和c/n(soc/tn)是控制doc和溶解性無機(jī)氮濃度的主要因子,且土壤ph值與doc濃度之間也具有顯著的負(fù)相關(guān)(p0.01)。土壤doc與溶解性無機(jī)氮濃度之間具有較強(qiáng)的正相關(guān)性(p0.01)。(4)增溫與降雨減少對土壤doc和溶解性無機(jī)氮(din)含量的影響均隨季節(jié)發(fā)生不同的變化,而且土壤doc和din含量的最高值均出現(xiàn)在草甸,櫟樹林土壤出現(xiàn)最低值。其中,不同森林和草甸0-10cm土層的土壤doc含量變化范圍為471.53-731.48mg/kg,10-20cm土層的土壤doc含量變化范圍為435.92-694.94mg/kg。對于土壤din而言,不同植被類型0-10cm和10-20cm土壤din含量的變化范圍分別為22.79-55.30mg/kg和13.29-34.71mg/kg。土壤doc和din含量均隨土層深度的增加而下降。增溫和減雨對不同植被類型土壤soc和tn的影響隨季節(jié)和土壤剖面的變化也有所不同。經(jīng)分析,增溫與減雨各處理下土壤doc與din、土壤含水量、地表溫度和tn的相關(guān)性顯著(p0.05),土壤doc與soc和ph值的相關(guān)性不顯著。(5)三種植被類型的土壤微生物量碳(mbc)含量具有一定的季節(jié)變化趨勢,且隨土層深度的增加,均呈現(xiàn)下降的趨勢。其中,對照條件下,兩種森林類型土壤m(xù)bc含量的季節(jié)變化趨勢一致為春季夏季秋季冬季。增溫與對照條件下草甸土壤m(xù)bc含量不同季節(jié)的變化為春季夏季秋季。增溫條件下,松樹林土壤m(xù)bc含量的季節(jié)變化為夏季最高,秋季最低;而櫟樹林土壤m(xù)bc含量的季節(jié)變化為春季秋季夏季冬季。增溫與對照兩種處理下,不同植被類型和土壤深度的土壤m(xù)bc含量均存在顯著性差異(P0.05)。不同森林和草甸土壤微生物量碳的總體表現(xiàn)為草甸最高,其次為松樹林和櫟樹林。相關(guān)分析顯示,土壤DOC、SOC、DIN、TN以及土壤溫度和含水量與土壤MBC含量之間存在一定的正相關(guān)性,C/N比和pH值與其呈負(fù)相關(guān)性,說明土壤MBC含量的變化受土壤特性的影響較為明顯。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S714;S812.2

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本文編號：1352010