為揭示黃土丘陵溝壑區(qū)撂荒草地恢復(fù)過程中土壤有機(jī)碳的固存能力及其影響機(jī)制,深入認(rèn)知撂荒草地恢復(fù)過程中土壤固碳生態(tài)功能,本研究選擇黃土丘陵溝壑區(qū)五里灣流域撂荒年限為10年(a)、18年(a)、28年(a)和43年(a)的草地為研究對(duì)象,并以坡耕地作為對(duì)照,通過物理分組、化學(xué)分組和礦化培養(yǎng)相結(jié)合的方法,研究土壤總有機(jī)碳及其組分的數(shù)量分布、固存形式和礦化特征,并結(jié)合土壤環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)分析,揭示了撂荒草地土壤固碳過程、能力及其關(guān)鍵影響因子。主要結(jié)果如下:(1)撂荒草地土壤有機(jī)碳固碳能力土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、難降解有機(jī)碳和礦物結(jié)合有機(jī)碳含量均隨撂荒年限增加而呈現(xiàn)增加趨勢(shì),且隨深度增加而下降,變化范圍為1.36~5.64 g·kg~(-1)。0-20 cm土層顆粒態(tài)有機(jī)碳含量隨年限增加而顯著增加,20-40 cm土層顆粒態(tài)有機(jī)碳含量隨年限增加而呈現(xiàn)先增加后平緩的趨勢(shì)。有機(jī)碳及其組分的密度與含量的演變特征相近。0~20 cm土層土壤有機(jī)碳密度變化范圍為5.58~12.93 Mg·hm~(-2),20~40 cm土層變化范圍為3.52~6.70 Mg·hm~(-2)。(2)撂荒草地土壤固碳過程與形式總體而言,四種碳組分所占有機(jī)碳比例的次序?yàn)轭w粒態(tài)有機(jī)碳活性有機(jī)碳難降解有機(jī)碳礦物結(jié)合有機(jī)碳。礦物結(jié)合有機(jī)碳的比例為62~84%,難降解有機(jī)碳的比例為53~70%,因此撂荒草地恢復(fù)過程中的主要碳組分為難降解有機(jī)碳和礦物結(jié)合有機(jī)碳等惰性碳。草地43 a的難降解有機(jī)碳所占比例較坡耕地得到有效提高,有機(jī)碳穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。0~20 cm土層土壤有機(jī)碳不同恢復(fù)時(shí)期的增加來源不同,前期(0~10 a)為顆粒態(tài)有機(jī)碳和活性有機(jī)碳,中期(10~18 a)為顆粒態(tài)有機(jī)碳,后期(18~43 a)為難降解有機(jī)碳和礦物結(jié)合有機(jī)碳。20~40 cm土層有機(jī)碳的增加來源為礦物結(jié)合有機(jī)碳和難降解有機(jī)碳等惰性碳。土壤有機(jī)碳礦化速率隨培養(yǎng)時(shí)間增加而降低,25℃培養(yǎng)條件下,土壤有機(jī)碳礦化率隨撂荒年限增加而增加,說明土壤固碳能力在植被恢復(fù)過程中得到有效提高。(3)土壤環(huán)境因子對(duì)碳累積的影響機(jī)制隨撂荒年限增加,0~10 cm土層土壤容重和全磷含量呈顯著降低的趨勢(shì),土壤含水量、全氮、微生物生物量碳、生物量氮和生物量磷均呈顯著增加的趨勢(shì)。冗余分析顯示,軸一解釋率為78.16%,說明土壤物理、化學(xué)指標(biāo)及生物學(xué)指標(biāo)對(duì)土壤有機(jī)碳含量及各碳組分含量變異的解釋率較高。土壤容重、全磷含量與土壤有機(jī)碳含量及各碳組分含量之間負(fù)相關(guān)關(guān)系,土壤含水量、全氮含量、微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷與土壤有機(jī)碳含量及各碳組分含量之間呈正相關(guān)關(guān)系。因此,黃土丘陵區(qū)撂荒草地恢復(fù)過程有助于提高有機(jī)碳庫及其穩(wěn)定性,具有良好的生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)。研究結(jié)果可以為研究撂荒草地恢復(fù)過程中土壤固碳過程和機(jī)制提供理論依據(jù),對(duì)提高土壤碳固持方面的研究具有一定的參考意義。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S812.2
【部分圖文】：

圖 1-1 土壤碳飽和模型(杜章留等 2015)Fig1-1 The soil carbon saturation conceptual model第二種類型為土壤有機(jī)碳含量在植被恢復(fù)初期略有下降，而后逐漸增加并最終超過恢復(fù)前有機(jī)碳含量(Zhang et al. 2010)。例如刺槐未成熟林(< 10 a)0~20 厘米土層土壤有機(jī)碳密度略低于耕地，而刺槐成熟林（30 a）有機(jī)碳密度相較于耕地增加了 59.54%(Yunbin et al. 2014)。第三種類型為土壤有機(jī)碳含量在植被恢復(fù)初期，變化不顯著，而后呈顯著增加的趨勢(shì)(Deng et al. 2015)。撂荒初期有機(jī)碳變化趨勢(shì)差異較大這種現(xiàn)象可能是由于植物凋落物等有機(jī)質(zhì)輸入量與輸出量的不平衡所導(dǎo)致的，撂荒初期由于減少了外源有機(jī)質(zhì)（化肥等）的輸入以及植被恢復(fù)類型的不同，土壤有機(jī)碳的輸入量和輸出量存在明顯差異，從而引起了有機(jī)碳含量的不同變化情況。隨著植被恢復(fù)后期，地上部分、地下部分的凋落和腐解，土壤有機(jī)碳含量得到有效提高(馬祥華和焦菊英2005)。1.2.2 土壤有機(jī)碳分組研究

西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1.3.2 撂荒草地恢復(fù)過程土壤固碳過程與形式研究土壤活性有機(jī)碳、難降解有機(jī)碳碳、顆粒態(tài)有機(jī)碳及礦物結(jié)合有機(jī)碳所占比例，揭示撂荒草地恢復(fù)過程中有機(jī)碳的主要組分；分析各組分對(duì)總有機(jī)碳增加的貢獻(xiàn)量，從而揭示恢復(fù)過程中土壤固存碳的主要形式；通過模擬礦化培養(yǎng)試驗(yàn)研究分析不同培養(yǎng)溫度條件下有機(jī)碳庫穩(wěn)定性的變化特征，并根據(jù)有機(jī)碳組分所占比例得到的有機(jī)碳穩(wěn)定性特征，進(jìn)一步說明土壤固碳的過程與形式。1.3.3 撂荒草地土壤碳累積的關(guān)鍵環(huán)境影響因子分析通過冗余分析法，分析不同土壤環(huán)境因子（物理、化學(xué)和生物學(xué)因子）對(duì)有機(jī)碳庫及其組分影響的強(qiáng)弱關(guān)系，探究影響有機(jī)碳庫變化的關(guān)鍵影響因子，闡明土壤環(huán)境因子對(duì)有機(jī)碳庫變化的影響機(jī)制。1.4 技術(shù)路線

第二章 研究區(qū)域概況與方法究材料研究區(qū)域概況究區(qū)位于陜西省延安市安塞區(qū)真武洞鎮(zhèn)境內(nèi)的五里灣流域，流域面積5.標(biāo)為東經(jīng) 109°13′56″~109°16′03″、北緯 36°46′42″~36°46′18″，屬延河支原最核心的區(qū)域(圖 2-1)。該流域?qū)冱S土丘陵溝壑區(qū)，海拔 1000~1350包含溝、谷、梁、峁和塬等，以溝、梁為主，多為深 V 形溝谷，塬面區(qū)域氣候類型為暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均溫為 8.8 ℃，最高，為 35.3℃，最低溫出現(xiàn)在冬季，為-20.3℃，年內(nèi)＞0℃和＞10℃的積3℃和 3283℃。年均降水量約為 505 mm，70 %的降水集中在 7-9 月，干年平均無霜期約為 160 天，全年日照時(shí)數(shù)在 2500 小時(shí)左右，每年 2 月日平均約為 170 小時(shí)，5 月最長(zhǎng)，平均約為 247 小時(shí)，年總輻射量約為 550 K土壤以土質(zhì)疏松、極易侵蝕、基礎(chǔ)肥力低下的黃綿土為主(Selcer 2015發(fā)育而成，黃土層厚度為 30~80 米。
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本文編號(hào)：2841862