發(fā)布時間：2017-09-03 00:11

  本文關(guān)鍵詞：德國北部溫帶海洋性氣候區(qū)農(nóng)用地土壤呼吸動態(tài)變化及其驅(qū)動機(jī)理

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【摘要】：全球氣候變暖是世界最嚴(yán)重環(huán)境問題之一,對人類生存環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。德國北部溫帶海洋性氣候區(qū)是德國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地,近年來為應(yīng)對歐盟溫室氣體減排計(jì)劃,該區(qū)大面積草地、耕地之間出現(xiàn)轉(zhuǎn)化,政府及環(huán)保組織迫切需要了解該地區(qū)耕地、草地轉(zhuǎn)換對溫室氣體排放產(chǎn)生何種影響,對該地區(qū)農(nóng)業(yè)用地(耕地、草地)土壤呼吸進(jìn)行研究已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐胤秸酥羾业闹匾枨蟆Ｍ寥篮粑哂泻軓?qiáng)的動態(tài)變化性,土壤呼吸強(qiáng)度大小對大氣中二氧化碳濃度升高及其導(dǎo)致的全球氣候變暖具有直接影響。開展德國北部溫帶海洋性氣候區(qū)農(nóng)用地土壤呼吸動態(tài)變化及其驅(qū)動機(jī)理研究,將可為該區(qū)準(zhǔn)確評估CO2排放及制定合理的CO2減排措施提供重要科學(xué)依據(jù),并可深化對土壤呼吸過程與機(jī)理的認(rèn)識,促進(jìn)碳循環(huán)理論的進(jìn)一步發(fā)展。本論文采用田間實(shí)時動態(tài)監(jiān)測、實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)測定、主成分分析和聚類分析等方法,選擇2010年10月至2011年7月,以及2011年11月和2012年4月至7月為研究時段,對德國北部溫帶海洋性氣候區(qū)農(nóng)用地土壤呼吸動態(tài)變化及其驅(qū)動機(jī)理進(jìn)行了研究,分析研究了耕地、草地土壤呼吸及其影響因子時間變異,耕地、草地土壤呼吸溫度敏感性時間變異,以及土壤呼吸時間變異的驅(qū)動機(jī)理。主要結(jié)論如下:(1)分析了基于田間動態(tài)監(jiān)測的耕地土壤呼吸時間變異特征。2010年10月至2011年7月,各月耕地土壤呼吸平均速率日變化模式基本相似,絕大多數(shù)總體皆呈現(xiàn)峰后時段偏高峰前時段偏低的非對稱性單峰狀變化曲線,各月耕地土壤呼吸平均速率日變化范圍為:最大值在3-236 mg CO2 m-2 h-1間,平均為99 mg CO2 m-2 h-1,最小值在2-154 mg CO2 m-2 h-1間,平均為67 mg CO2 m-2 h-1,平均值在2-186 mg CO2 m-2 h-1間,平均為78mg CO2 m-2 h-1,最大值多出現(xiàn)在12:00-16:00間,最小值多出現(xiàn)在04:00-08:00間,最大、最小及平均值的兩端均分別出現(xiàn)在2011年1月和5月;耕地土壤呼吸速率的季節(jié)變化特征表現(xiàn)為冬季最低而夏季最高,春秋季節(jié)處于中等水平且春季高于秋季。各月耕地土壤呼吸平均速率平均值在59-4473 mg CO2 m-2 day-1間,兩端分別出現(xiàn)在2011年1月和5月。冬季、春季、夏季、秋季各月耕地土壤呼吸平均速率平均值分別為412、2519、3720、1845 mg CO2 m-2 day-1。(2)研究了基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的耕地土壤呼吸季節(jié)變異特征。對2011年11月和2012年4月至7月不同季節(jié)的田間土壤實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)表明,耕地土壤呼吸速率月中值分別在5-40℃各培養(yǎng)溫度的30%、50%、70%田間持水量下于0.00-8.84μgco2g-1h-1間呈現(xiàn)一致的季節(jié)變化特征,均表現(xiàn)為在較低培養(yǎng)溫度時(5-15℃)冬季高于次年春夏季,在中等至較高培養(yǎng)溫度時(20-40℃)冬季低于次年春夏季的季節(jié)變化。在全部培養(yǎng)水分下,月中值在培養(yǎng)溫度5-15℃時,其最大值均出現(xiàn)在2011年11月,為4.56-5.18μgco2g-1h-1,最小值出現(xiàn)于2012年4-7月,均為0.00μgco2g-1h-1;在培養(yǎng)溫度20-40℃時,其最大值出現(xiàn)于2012年4-6月,為2.87-7.84μgco2g-1h-1,最小值主要出現(xiàn)在2011年11月,多數(shù)為0.00μgco2g-1h-1。(3)揭示了基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的草地土壤呼吸季節(jié)變異特征。對2011年11月和2012年4月至7月不同季節(jié)的田間土壤實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)表明,草地土壤呼吸速率月中值分別在5-40℃各培養(yǎng)溫度的30%、50%、70%田間持水量下于0.00-30.83μgco2g-1h-1間呈現(xiàn)一致的季節(jié)變化特征,均表現(xiàn)為在較低培養(yǎng)溫度時(5-10℃)冬季高于次年春夏季,在中等培養(yǎng)溫度時(15-30℃)自2012年4月的最大值向7月遞減,在較高培養(yǎng)溫度時(35-40℃)冬季低于次年春夏季。在全部培養(yǎng)水分下,月中值在培養(yǎng)溫度5-10℃時,其最大值均出現(xiàn)在2011年11月,為5.04-5.63μgco2g-1h-1,最小值出現(xiàn)于2012年4-7月,為0.00-1.44μgco2g-1h-1;在培養(yǎng)溫度15-30℃時,其最大值均出現(xiàn)在2012年4月,為6.50-19.87μgco2g-1h-1,最小值主要出現(xiàn)在2012年7月,為2.90-10.52μgco2g-1h-1;在培養(yǎng)溫度35-40℃時,其最大值均出現(xiàn)在2012年4月,為21.15-26.12μgco2g-1h-1,最小值均出現(xiàn)于2011年11月,為11.00-12.57μgco2g-1h-1。(4)辨析了耕地、草地土壤呼吸影響因子大小與季節(jié)變異的異同。對于2011年11月和2012年4月至7月不同季節(jié)的田間土壤,本研究中觀測研究的大部分項(xiàng)目包括土壤細(xì)菌生物量、可溶性碳、硝態(tài)氮等在草地含量是耕地含量的1-3倍,土壤細(xì)菌平均細(xì)胞體積、比表面積和代謝熵,以及田間土壤溫度、水分在耕地和草地土壤中含量差異較小,僅土壤有效磷含量在耕地比草地更高,約為1.5倍。耕地和草地土壤微生物及理化性質(zhì)季節(jié)變化特征基本一致,表現(xiàn)為土壤細(xì)菌總個數(shù)、細(xì)菌生物量、細(xì)菌總表面積、細(xì)菌平均細(xì)胞體積等冬季高于次年春夏,土壤細(xì)菌比表面積、代謝熵、土壤溫度、大氣溫度、土壤硝態(tài)氮及土壤亞硝態(tài)氮等冬季低于次年春夏季。(5)探索了耕地、草地土壤呼吸溫度敏感性的時間變異特征及差異。基于田間連續(xù)監(jiān)測的耕地土壤呼吸溫度敏感性于2010年10月至2011年7月研究期間的平均值在日變化上波動于1.76-2.38之間,呈現(xiàn)q10值在0:00-04:00和20:-00:00較高,高于2.3,在10:00-16:00較低,低于2.0的日變化特征,以及各月值變化范圍為1.18-5.49,冬季月份q10值較高,高于4.0,春夏季月份q10值較低,低于1.5的季節(jié)變化特征;基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的土壤呼吸溫度敏感性于2011年11月及2012年4月至7月在季節(jié)變化上,在5-40℃培養(yǎng)溫度及30%-70%田間持水量培養(yǎng)水分下,耕地q10值變化總體皆較小,且主要分布在1.0左右,在10-20℃培養(yǎng)溫度及30%-70%田間持水量培養(yǎng)水分下,草地q10值季節(jié)變化特征為冬季低春夏季高,變化范圍為1.0-3.0,其中最小值出現(xiàn)在2011年11月,最大值出現(xiàn)在2012年4月;基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的耕地Q10值及其季節(jié)變化范圍低于草地。基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的耕地、草地Q10值比基于田間監(jiān)測的耕地Q10值的時間變異幅度小得多,但兩種方法獲得Q10值皆隨土壤溫度升高而顯著下降,土壤水分對Q10值影響較小。(6)闡明了土壤呼吸時間變異的驅(qū)動機(jī)理。主成分分析與層次聚類分析對土壤呼吸時間變異關(guān)鍵驅(qū)動因子提取得到了一致結(jié)果,影響耕地、草地土壤呼吸時間變異最關(guān)鍵驅(qū)動因子為土壤溫度和代謝熵。其他共同關(guān)鍵驅(qū)動因子還包括土壤有機(jī)碳含量、土壤容重、田間持水量和土壤細(xì)菌生物量。此外,土壤呼吸時間變異關(guān)鍵驅(qū)動因子針對草地另外包括粉粒含量、硝態(tài)氮含量和pH值;針對耕地則另外包括黏粒含量、粉粒含量、有效磷含量和平均細(xì)胞體積。
【關(guān)鍵詞】：德國北部 溫帶海洋性氣候區(qū) 土壤呼吸動態(tài)變化 耕地 草地 土壤呼吸溫度敏感性
【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】：2015
【分類號】：S154
【目錄】：

• 摘要5-8
• abstract8-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 研究目的意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展17-30
• 1.2.1 土壤呼吸的時間變異17-18
• 1.2.2 土壤呼吸的影響因子18-21
• 1.2.3 土壤呼吸溫度敏感性21-25
• 1.2.4 土壤呼吸的測量方法25-28
• 1.2.5 存在的問題28-30
• 第二章 研究目標(biāo)、內(nèi)容及方法30-41
• 2.1 研究目標(biāo)與內(nèi)容30
• 2.1.1 研究目標(biāo)30
• 2.1.2 研究內(nèi)容30
• 2.2 研究區(qū)概況30-33
• 2.2.1 地理位置及地形30-31
• 2.2.2 氣候特征31-32
• 2.2.3 土壤特征32-33
• 2.2.4 土地利用33
• 2.3 研究方法33
• 2.4 技術(shù)路線33-34
• 2.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與觀測分析34-41
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集、儲存34-36
• 2.5.2 土壤呼吸測定36-38
• 2.5.3 土壤微生物性質(zhì)測定38
• 2.5.4 土壤理化性質(zhì)測定38-39
• 2.5.5 氣象資料收集39
• 2.5.6 數(shù)據(jù)分析39-41
• 第三章 基于田間動態(tài)監(jiān)測的耕地土壤呼吸、水熱因子時間變異研究41-61
• 3.1 田間耕地土壤呼吸及水熱因子的日變異特征41-53
• 3.1.1 土壤呼吸的日變化41-47
• 3.1.2 土壤溫度的日變化47-48
• 3.1.3 降水的日變化48-53
• 3.2 田間耕地土壤呼吸及水熱因子的季節(jié)變異特征53-56
• 3.2.1 土壤呼吸的季節(jié)變化53
• 3.2.2 土壤溫度的季節(jié)變化53-56
• 3.2.3 降水的季節(jié)變化56
• 3.3 田間耕地土壤呼吸對水熱因子的響應(yīng)56-59
• 3.3.1 土壤呼吸對土壤溫度的響應(yīng)56-57
• 3.3.2 土壤呼吸對降水的響應(yīng)57-59
• 3.4 小結(jié)59-61
• 第四章 基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的耕地土壤呼吸及其影響因子季節(jié)變異研究61-85
• 4.1 不同季節(jié)的田間耕地土壤微生物及理化性質(zhì)變異特征61-71
• 4.1.1 耕地土壤微生物性質(zhì)的季節(jié)變異61-65
• 4.1.2 耕地土壤物理性質(zhì)的季節(jié)變異65-67
• 4.1.3 耕地土壤化學(xué)性質(zhì)的季節(jié)變異67-71
• 4.2 不同季節(jié)田間耕地土壤在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)下的土壤呼吸季節(jié)變異特征71-80
• 4.2.1 不同季節(jié)田間耕地土壤在不同培養(yǎng)溫度下的土壤呼吸季節(jié)變異71-74
• 4.2.2 不同季節(jié)田間耕地土壤在不同培養(yǎng)水分下的土壤呼吸季節(jié)變異74-80
• 4.3 基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的耕地土壤呼吸對影響因子的響應(yīng)80-82
• 4.3.1 耕地土壤呼吸對培養(yǎng)溫度的響應(yīng)80
• 4.3.2 耕地土壤呼吸對培養(yǎng)水分的響應(yīng)80-81
• 4.3.3 耕地土壤呼吸對其他影響因子的響應(yīng)81-82
• 4.4 小結(jié)82-85
• 第五章 基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的草地土壤呼吸及其影響因子季節(jié)變異研究85-110
• 5.1 不同季節(jié)的田間草地土壤微生物及理化性質(zhì)變異特征85-96
• 5.1.1 草地土壤微生物性質(zhì)的季節(jié)變異85-89
• 5.1.2 草地土壤物理性質(zhì)的季節(jié)變異89-90
• 5.1.3 草地土壤化學(xué)性質(zhì)的季節(jié)變異90-94
• 5.1.4 草地與耕地土壤微生物及理化性質(zhì)特征比較94-96
• 5.2 不同季節(jié)田間草地土壤在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)下的土壤呼吸季節(jié)變異特征96-105
• 5.2.1 不同季節(jié)田間草地土壤在不同培養(yǎng)溫度下的土壤呼吸季節(jié)變異96-99
• 5.2.2 不同季節(jié)田間草地土壤在不同培養(yǎng)水分下的土壤呼吸季節(jié)變異99-104
• 5.2.3 基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的草地、耕地土壤呼吸比較104-105
• 5.3 基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的草地土壤呼吸對影響因子的響應(yīng)105-107
• 5.3.1 草地土壤呼吸對培養(yǎng)溫度的響應(yīng)105-106
• 5.3.2 草地土壤呼吸對培養(yǎng)水分的響應(yīng)106
• 5.3.3 草地土壤呼吸對其他影響因子的響應(yīng)106-107
• 5.3.4 耕地、草地土壤呼吸影響因子的比較107
• 5.4 小結(jié)107-110
• 第六章 土壤呼吸溫度敏感性的時間變異及其水熱因子研究110-120
• 6.1 基于田間監(jiān)測的耕地土壤呼吸溫度敏感性時間變異及對水熱因子響應(yīng)110-114
• 6.1.1 耕地土壤呼吸溫度敏感性日變異特征110-112
• 6.1.2 耕地土壤呼吸溫度敏感性季節(jié)變異特征112-113
• 6.1.3 耕地土壤呼吸溫度敏感性對土壤溫度和大氣降水的響應(yīng)113-114
• 6.2 基于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的耕地、草地土壤呼吸溫度敏感性季節(jié)變異及對水熱因子的響應(yīng)114-117
• 6.2.1 耕地土壤呼吸溫度敏感性的季節(jié)變異特征114
• 6.2.2 草地土壤呼吸溫度敏感性的季節(jié)變異特征114
• 6.2.3 耕地、草地土壤呼吸溫度敏感性比較及對不同實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)溫度和水分的響應(yīng)114-117
• 6.3 不同測定條件下土壤呼吸溫度敏感性及其對水熱因子響應(yīng)比較117-118
• 6.3.1 不同測定條件下土壤呼吸溫度敏感性的時間變異比較117
• 6.3.2 不同測定條件下土壤呼吸溫度敏感性對水熱因子響應(yīng)比較117-118
• 6.4 小結(jié)118-120
• 第七章 土壤呼吸時間變異的驅(qū)動機(jī)理研究120-138
• 7.1 耕地、草地土壤呼吸及其影響因子特征120-123
• 7.2 基于主成分分析的土壤呼吸時間變異驅(qū)動因子研究123-128
• 7.2.1 主成分分析在本研究中的應(yīng)用123
• 7.2.2 主成分分析結(jié)果-基于主成分分析的土壤呼吸時間變異驅(qū)動機(jī)理123-128
• 7.3 基于聚類分析的土壤呼吸時間變異驅(qū)動因子研究128-130
• 7.3.1 聚類分析在本研究中的應(yīng)用128
• 7.3.2 聚類分析結(jié)果-基于聚類分析的土壤呼吸時間變異驅(qū)動機(jī)理128-130
• 7.4 基于不同分析方法結(jié)果比較的土壤呼吸時間變異驅(qū)動機(jī)理與討論130-137
• 7.4.1 土壤呼吸時間變異的土壤物理驅(qū)動機(jī)理130-131
• 7.4.2 土壤呼吸時間變異的土壤養(yǎng)分驅(qū)動機(jī)理131
• 7.4.3 土壤呼吸時間變異的土壤微生物驅(qū)動機(jī)理131-132
• 7.4.4 土壤呼吸時間變異的關(guān)鍵驅(qū)動因子132-137
• 7.5 小結(jié)137-138
• 第八章 結(jié)論與展望138-143
• 8.1 主要研究結(jié)論138-142
• 8.2 有待于進(jìn)一步加強(qiáng)的研究142-143
• 參考文獻(xiàn)143-153
• 致謝153-154
• 作者簡介154-155

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：781697