本文關鍵詞：毛烏素沙地土壤CO_2通量及其環(huán)境影響因素

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【摘要】：半干旱區(qū)土壤碳交換在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中占有重要地位。該區(qū)域土壤C02通量是土壤-大氣碳交換的主要途徑,包括非生物途徑(非生物過程導致的通量,Abiotic soil CO2 flux)與生物途徑土壤CO2通量(或土壤呼吸,Biotic soil CO2 flux)。然而,對于前者,其時間變化動態(tài)、對環(huán)境因子的響應、發(fā)生的機制,甚至碳吸收的去向均不清楚；對于后者,因其數值不夠準確,導致相關結果多具爭議。針對以上問題,本研究于2011-2014年在寧夏鹽池毛烏素沙地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站,采用土壤滅活處理,長期觀測土壤CO2通量、相關環(huán)境因子、土壤理化特征,數值校正,同位素(13CO2)示蹤技術等手段,對非生物途徑與生物途徑土壤CO2通量分別進行了研究,深入觀測分析了毛烏素沙地土壤CO2通量各組分的變化模式、對環(huán)境因子的響應以及非生物途徑組分通量發(fā)生的原因機制,同時探尋土壤吸收CO2的去向。研究結果表明：(1)非生物途徑與生物途徑土壤CO2通量均具有明顯的季節(jié)變化與日變化模式,但是二者的變化模式(無論是季節(jié)變化規(guī)律還是日變化規(guī)律)存在較大的差異。季節(jié)尺度上,非生物途徑土壤CO2通量隨著時間先減小后增大,而生物途徑土壤CO2通量則變化相反；日尺度上,非生物途徑土壤CO2通量在土壤干燥條件下,其變化模式為白天釋放CO2,夜間吸收CO2,在土壤潮濕條件下,其變化模式為全天吸收C02,而生物途徑土壤CO2通量無論在土壤干燥,還是潮濕條件下,都全天為正值,且隨時間先增大后減小。(2)除了土壤溫度變化率會顯著影響非生物途徑土壤CO2通量(二者直線關系)外,降雨、土壤含水量、近地面大氣壓強等環(huán)境因子也會對其產生極大的影響。僅用土壤溫度預測,結果不夠準確。生物途徑土壤CO2通量,在全年尺度上與土壤溫度呈顯著的指數關系,生長季土壤體積含水量會明顯影響該通量對土壤溫度的響應。雖然土壤溫度-土壤體積含水量雙因子模型(指數-冪函數模型)可以很好模擬生長季期間的生物途徑土壤CO2通量,但是從年尺度上考慮,基于土壤溫度的指數模型對年際生物途徑土壤C02交換量預測效果更佳。(3)在土壤干燥條件下,地表湍流、土壤空氣體積膨脹、CO2溶解度變小和碳酸鹽沉淀是導致白天土壤以非生物途徑方式釋放CO2的重要原因,而夜間,土壤吸收C02則主要是由碳酸鹽溶解過程導致的；另外,在土壤潮濕條件下,土壤空氣收縮、C02溶解于水、碳酸鹽溶解和土壤C02向下的質量流是造成土壤以非生物方式全天吸收CO2的重要原因。(4)在研究區(qū)流動沙地中,土壤每年可以以非生物途徑方式從大氣吸收一定量的C02,且其大部分(約65%)會以無機的方式被固定到土壤的液相(碳酸氫根離子形式)之中,具有一定碳匯作用；在灌木林地中,土壤無機固碳量通常不足以抵消其生物途徑碳釋放量。以上結果揭示了毛烏素沙地非生物途徑與生物途徑土壤CO2通量的變化規(guī)律及非生物途徑土壤C02吸收的去向,為準確認知半干旱區(qū)土壤C02通量、評價半干旱區(qū)土壤在碳循環(huán)中的作用,提供較為深入的科學基礎。另外,所得結果在一定程度上補充了關于半干旱區(qū)生態(tài)學過程的知識空缺,但是對于精確量化各個導致非生物途徑土壤CO2通量過程的貢獻水平,實現對該通量的預測等研究還有待于進一步探索。
【關鍵詞】：非生物途徑土壤CO_2通量 碳酸鹽動態(tài) ~(13)C豐度 生物途徑土壤CO_2通量 毛烏素沙地
【學位授予單位】：北京林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S154.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 國內外研究進展12-17
• 1.2.1 干旱、半干旱區(qū)生物途徑土壤CO_2通量12-16
• 1.2.2 干旱、半干旱區(qū)土壤對大氣CO_2的吸收16-17
• 1.2.3 非生物途徑土壤CO_2通量對環(huán)境因子的響應17
• 1.3 目前研究存在的問題17-18
• 1.4 研究目的及意義18-19
• 2 研究區(qū)概況19-21
• 2.1 地理位置19
• 2.2 氣候條件19-20
• 2.3 水文狀況20
• 2.4 土壤與植被狀況20-21
• 3 研究內容與技術路線21-23
• 3.1 研究內容21
• 3.2 技術路線21-23
• 4 非生物途徑土壤CO_2通量及其主要影響因子23-68
• 4.1 研究方法23-37
• 4.1.1 樣地選取及其特征23-25
• 4.1.2 灌木林地土壤CO_2通量及環(huán)境因子觀測25-28
• 4.1.3 流動沙地土壤CO_2通量及環(huán)境因子觀測28-31
• 4.1.4 土壤~(13)CO_2同位素示蹤31-35
• 4.1.5 數據處理35-37
• 4.2 研究結果37-55
• 4.2.1 非生物途徑土壤CO_2通量變化模式37-43
• 4.2.2 水、熱因子對非生物途徑土壤CO_2通量的影響43-50
• 4.2.3 非生物途徑土壤CO_2通量發(fā)生的原因及機制50-53
• 4.2.4 非生物途徑土壤CO_2吸收的去向53-55
• 4.3 討論55-67
• 4.3.1 非生物途徑土壤CO_2通量變化模式55-57
• 4.3.2 非生物途徑土壤CO_2通量對水、熱因子的響應57-61
• 4.3.3 不同環(huán)境下非生物途徑土壤CO_2通量產生的原因61-65
• 4.3.4 非生物途徑土壤CO_2吸收的去向65-67
• 4.4 小結67-68
• 5 生物途徑土壤CO_2通量變化動態(tài)及其對水熱因子的響應68-83
• 5.1 研究方法68-71
• 5.1.1 樣地選取及其特征68
• 5.1.2 土壤CO_2通量及環(huán)境因子觀測68-69
• 5.1.3 數據處理69-71
• 5.2 研究結果71-79
• 5.2.1 生物途徑土壤CO_2通量變化模式71-74
• 5.2.2 土壤溫度、土壤水分對生物途徑土壤CO_2通量的影響74-79
• 5.3 討論79-82
• 5.3.1 生物途徑土壤CO_2通量的變化規(guī)律79-80
• 5.3.2 生物途徑土壤CO_2通量對水、熱因子的響應80-82
• 5.4 小結82-83
• 6 土壤CO_2交換量核算83-89
• 6.1 研究方法83
• 6.1.1 土壤CO_2交換量的測定83
• 6.1.2 土壤CO_2交換量的計算方法83
• 6.2 研究結果83-85
• 6.2.1 非生物途徑土壤-大氣CO_2交換量與凈交換量83-84
• 6.2.2 生物途徑土壤CO_2交換量及其預測84-85
• 6.3 討論85-88
• 6.4 小結88-89
• 7 結論、創(chuàng)新點與展望89-92
• 7.1 結論89-90
• 7.2 創(chuàng)新點90
• 7.3 展望90-92
• 參考文獻92-105
• 個人簡介105-107
• 導師簡介107-111
• 獲得成果目錄清單111-113
• 致謝113-

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1 李向輝,朱禎;生物途徑控制蟲害[J];科學通報;1998年19期

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1 法科宇;毛烏素沙地土壤CO_2通量及其環(huán)境影響因素[D];北京林業(yè)大學;2015年

2 周犀;預測分子相互作用網絡及基于網絡的系統(tǒng)生物學分析[D];浙江大學;2013年

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本文編號：934865