本文關(guān)鍵詞：黃土塬區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水-碳通量特征及產(chǎn)量時(shí)程演變趨勢(shì)　出處：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：黃土高原南部塬區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū),是黃土高原重要的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。近三十年來(lái),氣候變化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整對(duì)區(qū)域干濕條件、碳收支狀況及水循環(huán)過(guò)程造成顯著影響。本文在田間觀測(cè)的基礎(chǔ)上,分析深剖面土壤水熱要素的時(shí)空動(dòng)態(tài),探討水-碳通量的變化特征及其耦合關(guān)系,評(píng)估氣候變化對(duì)該區(qū)域冬小麥產(chǎn)量的影響,取得如下結(jié)果:(1)苜蓿草地(7年)、休閑地、高產(chǎn)農(nóng)田和低產(chǎn)農(nóng)田平均土壤含水量分別為15.1±0.5%、22.0±0.4%、19.6±0.5%和21.1±0.4%(0~15 m、年度平均值);干濕交替層季節(jié)性失水和蓄水分別出現(xiàn)在3~6月和7~10月,其深度范圍分別為0~2 m、0~4.6 m、0~3 m和0~4.2 m。深層土壤水分具有較好的時(shí)間穩(wěn)定性,其垂直分布受土地利用方式的影響,剖面土壤含水量最穩(wěn)定土層分別為9.8 m、5.4 m、8 m和5.6 m,該層土壤水分接近剖面平均水平。觀測(cè)年份內(nèi)苜蓿耗水量呈逐年增加趨勢(shì),造成深層土壤的干燥化程度加大,2~10 m土層形成穩(wěn)定土壤干層,阻斷了降水補(bǔ)給地下水的途徑;高產(chǎn)農(nóng)田在冬小麥和春玉米季均出現(xiàn)土壤水分負(fù)平衡。四種土地利用方式淺層土壤溫度呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)特征,8 m以下土層土壤溫度季節(jié)和年際間的變化十分微弱。(2)針對(duì)不同土地利用方式,通過(guò)箱式法從地塊尺度上分析了2013~2014年不同生態(tài)系統(tǒng)碳通量的時(shí)間動(dòng)態(tài)特征,苜蓿草地、高產(chǎn)麥田、低產(chǎn)麥田、高產(chǎn)玉米、低產(chǎn)玉米WUEe分別為3.08、1.74、1.25、1.78和0.88 g C kg-1H2O,苜蓿為較強(qiáng)的碳匯,小麥和玉米表現(xiàn)為較弱碳匯,休閑地則一直為碳源;光合有效輻射(PAR)、氣溫(Ta)、土壤溫度(Ts)和飽和水汽壓差(VPD)是影響碳通量的主要因素,不同年份其貢獻(xiàn)值有所不同。(3)基于渦度相關(guān)研究,麥田生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)田-果園復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)蒸散(ET)、碳通量(GPP)的變化與作物生長(zhǎng)和物候關(guān)系密切,二者在年內(nèi)和年際間均表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,生態(tài)系統(tǒng)水分利用效率(WUEe)年均值分別為1.84和1.77 g C kg-1 H2O;麥田生態(tài)系統(tǒng)碳通量低于復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),僅對(duì)麥田尺度的觀測(cè)可能對(duì)區(qū)域碳匯狀況造成低估。PAR和VPD是影響水碳通量的主要因素,WUEe隨二者增大而出現(xiàn)減小趨勢(shì)。(4)1957~2013年間冬小麥產(chǎn)量總體表現(xiàn)為波動(dòng)上升,但其氣象產(chǎn)量呈下降趨勢(shì),速率為-76.3 kg ha-1 10a-1。氣象要素在產(chǎn)量下降中的貢獻(xiàn)占12.3%,氣溫的升高是導(dǎo)致冬小麥氣象產(chǎn)量降低的主要因素,降水的減少亦對(duì)產(chǎn)量有一定的負(fù)面影響。
[Abstract]:The southern tableland of the Loess Plateau belongs to the warm temperate sub-humid continental monsoon climate area, which is an important dry-farming agricultural region on the Loess Plateau. In the last 30 years, climate change and the adjustment of agricultural production structure have affected the regional dry and wet conditions. On the basis of field observation, the spatiotemporal dynamics of soil water and heat elements in deep profile were analyzed, and the characteristics and coupling relationship of water-carbon flux were discussed. An assessment of the impact of climate change on winter wheat production in the region resulted in the following results: 1) Alfalfa grassland (7 years, casual land). The average soil water content in high yield farmland and low yield farmland was 15.1 鹵0.5 and 22.0 鹵0.4, 19.6 鹵0.5% and 21.1 鹵0.40.15 m, respectively. Annual average; Seasonal water loss and water storage occurred in the dry and wet alternate layers from 3 to June and from 7 to October, respectively, with a depth range of 0 ~ 2 m and 0 ~ 4. 6 m respectively. The vertical distribution of soil moisture was influenced by the land use pattern, and the soil moisture content of the profile was 9.8 m. The soil moisture of this layer was close to the average level of the profile, and the water consumption of alfalfa increased year by year during the observed year, which resulted in the dryness degree of deep soil increased. (2) stable soil dry layer formed in 10 m soil layer, which blocked the way of recharge of groundwater by precipitation; There was negative soil water balance in winter wheat and spring maize season in high-yield farmland, and the four land use patterns showed obvious seasonal characteristics of shallow soil temperature. The variation of soil temperature between seasons and years under 8 m is very weak. The temporal dynamic characteristics of carbon fluxes in different ecosystems from 2013 to 2014, alfalfa grassland, high yield wheat field, low yield wheat field and high yield corn were analyzed from plot scale by box method. The WUEe of low yield maize was 3.08C / kg ~ (-1) H _ 2O and 1.74C ~ (-1) H _ 2O, respectively. Alfalfa was a strong carbon sink, and wheat and maize were weak carbon sink. Leisure land has always been a carbon source; Photosynthetic available radiation (par), air temperature, soil temperature and saturated water vapor pressure difference (VPD) are the main factors affecting carbon fluxes. Based on the vorticity correlation study, the evapotranspiration of wheat field ecosystem and farm-orchard ecosystem was studied. The change of carbon flux (GPP) was closely related to crop growth and phenology, and there was a strong positive correlation between them during the year and between years. The annual mean water use efficiency (Wue) of ecosystem was 1.84 and 1.77g / kg-1 H _ 2O, respectively. The carbon flux of wheat field ecosystem is lower than that of composite ecosystem, only the observation of wheat field scale may cause underestimation of regional carbon sink. Par and VPD are the main factors influencing water carbon flux. The WUEe decreased with the increase of both. The winter wheat yield fluctuated and increased in 2013, but the meteorological yield showed a downward trend. The rate is -76.3 kg ha-1 10a-1.The contribution of meteorological elements to the yield decline is 12.3%, and the increase of temperature is the main factor leading to the decrease of meteorological yield of winter wheat. The decrease of precipitation also has a negative effect on yield.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S181

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本文編號(hào)：1368042