發(fā)布時間：2020-11-15 16:09

　　 全球變化是當(dāng)前最受人們關(guān)注的科學(xué)問題之一,人類活動干擾下陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間溫室氣體交換研究越來越受到關(guān)注。草地生態(tài)系統(tǒng)己成為人類活動影響較為嚴(yán)重的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一,也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)環(huán)境較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一。本研究選擇黃土高原農(nóng)牧交錯帶草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)為研究區(qū)域,選擇天然草地、栽培草地、一年生作物、農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)和林牧復(fù)合系統(tǒng)為研究對象,測定了各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸動態(tài)特征與土壤有機碳、氮、磷和水分變化,分析了研究區(qū)草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸與環(huán)境和生物因子的關(guān)系,確定了對研究區(qū)草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸貢獻最大的因子,并量化了研究區(qū)草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)演替過程中土壤有機碳、土壤全氮、土壤全磷儲量變化與土壤CO2年排放量和Q10值變化。主要研究結(jié)果如下： 1.黃土高原草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸特征和碳排放量 (1)日變化特征。各系統(tǒng)土壤呼吸速率日變化特征與土壤5cm溫度變化較一致,土壤呼吸速率和土壤溫度的峰值和最低值同步出現(xiàn)或稍有延遲。土壤呼吸峰值一般出現(xiàn)在12：00-16：00之間,最低值出現(xiàn)在凌晨01：00-06：00之間。 (2)季節(jié)變化。各系統(tǒng)土壤呼吸季節(jié)變化均表現(xiàn)為：8月土壤呼吸速率大于5月,12月土壤呼吸速率最低。 (3)CO2日排放量。林牧復(fù)合系統(tǒng)(2.51 gCm-2)栽培草地系統(tǒng)(2.34 gCm-2)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(1.84 gCm-2)天然草地系統(tǒng)(1.69gCm-2)作物地系統(tǒng)(1.31 gCm-2)。建植時間較早的紫花苜蓿栽培草地CO2口排放量大于建植時間較晚栽培草地；作物地系統(tǒng)中,馬鈴薯地(CP)土壤CO2日排放量大于蕎麥地(CB)和冬小麥地(CW)；農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中苜蓿種植區(qū)土壤CO2日排放量大于楊樹種植區(qū)；榆樹林牧復(fù)合系統(tǒng)土壤CO2日排放量小于楊樹林牧復(fù)合系統(tǒng)。 (4)CO2年排放量。一年中,各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)夏季土壤CO2排放量最多,冬季土壤CO2排放量最少。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤CO2年排放量排序為：林牧復(fù)合系統(tǒng)(582.2gCm-2)栽培草地系統(tǒng)(485.8 gCm-2)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(379.1 gCm-2)天然草地系統(tǒng)(332.9gCm-2)作物地系統(tǒng)(256.8gCm-2)。 2.影響黃土高原草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸的因素 (1)土壤呼吸速率與土壤溫度都呈正相關(guān)關(guān)系,指數(shù)方程可用于表示土壤呼吸速率和土壤溫度的相關(guān)關(guān)系。由土壤5cm溫度解釋各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)Q10值排序為：作物地系統(tǒng)(1.95)天然草地(1.77)栽培草地系統(tǒng)(1.58)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(1.45)林牧復(fù)合系統(tǒng)(1.27)。 (2)天然草地系統(tǒng)、栽培草地系統(tǒng)和農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)土壤呼吸速率和土壤水分存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。但土壤水分對作物系統(tǒng)和林牧復(fù)合系統(tǒng)土壤呼吸的影響在不同測定時期差異較大,有正相關(guān)關(guān)系也有負(fù)相關(guān)關(guān)系,且相關(guān)性也各異。土壤水分與土壤呼吸季節(jié)變化的關(guān)系均表現(xiàn)為顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。 (3)地上生物量和各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸速率有正相關(guān)關(guān)系,除了1998年種植紫花苜蓿草地(AP3)、馬鈴薯地(CP)、農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(AP)以及林牧復(fù)合系統(tǒng)(SE和SP)外,其它農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的地上生物量和土壤呼吸速率呈顯著正相關(guān)關(guān)系。地下生物量和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸速率也有正相關(guān)關(guān)系,其中,蕎麥地(CB)、農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(AP)和林牧復(fù)合系統(tǒng)(SE和SP)的地下生物量和土壤呼吸相關(guān)性不顯著。 (4)土壤呼吸速率有較強的空間異質(zhì)性。植物行位點的土壤呼吸速率顯著高于植物行間的土壤呼吸速率,且植物行土壤呼吸速率的變異系數(shù)大于植物行間土壤呼吸速率的變異系數(shù)。 (5)對各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸貢獻最大的環(huán)境和生物因子因草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)而異。對天然草地土壤呼吸的貢獻最大的因子為土壤有機碳,貢獻最小因子為地上生物量；對栽培草地系統(tǒng)和一年生作物系統(tǒng)土壤呼吸貢獻最大的因子均為地下生物量,最小因子均為土壤有機碳；對農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)土壤呼吸速率貢獻最大的因子是降水量,貢獻最小因子為土壤全磷,且為負(fù)效應(yīng)；對林牧復(fù)合系統(tǒng)土壤呼吸直接貢獻最大的因子是降水量,貢獻最小因子為地上生物量。 3.黃土高原草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤C、N、P儲量和水分特征及在系統(tǒng)演替中的變化 (1)土壤有機碳儲量。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)0-100cm土壤有機碳儲量隨土層深度的增加而減小,大部分土壤有機碳分布在表層。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤有機碳排序為：天然草地(547.5 Mgha-1)栽培草地(491.7 Mgha-1)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(464.5 Mg ha-1)林牧復(fù)合系統(tǒng)(454.7 Mgha-1)作物地系統(tǒng)(345.4 Mgha-1)。 (2)土壤全氮儲量。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中,0-40cm土層中土壤全氮儲量約占0-100cm土壤權(quán)氮儲量的49%以上。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤全氮儲量高低依次為：天然草地(49.1 Mgha-1)栽培草地(44.8 Mgha-1)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(39.5 Mgha-1)林牧復(fù)合系統(tǒng)(36.4 Mgha-1)作物地系統(tǒng)(29.1 Mgha-1)。 (3)土壤磷儲量。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤剖面磷儲量分布特征與土壤全氮和有機碳分布特征相反,各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤磷儲量大部分集中在深層,土壤0-40cm表層磷儲量僅占土壤0-100cm剖面磷儲量的36.8%。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤磷儲量大小排序為：農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)(48.7 Mg ha-1)天然草地(46.3 Mg ha-1)栽培草地(42.5Mg ha-1)林牧復(fù)合系統(tǒng)(39.1 Mg ha-1)作物地系統(tǒng)(31.9 Mg ha-1) (4)土壤水分。各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤含水量表現(xiàn)為：12月5月8月,土壤表層土壤水分含量較低,深層土壤水分較高。同一年中各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耗水量差距不顯著,但2009年各系統(tǒng)耗水量均高于2008年,且差異極顯著(P0.001)。2008年林牧復(fù)合系統(tǒng)系統(tǒng)耗水量為202.3 mm,在所有系統(tǒng)中最高；農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)系統(tǒng)耗水量最低,為186.7 mm。2009年研究結(jié)果中栽培草地系統(tǒng)(304.1mm)耗水量大于其它系統(tǒng),作物系統(tǒng)耗水量最低(292.2 mm)。2009年和2008年間系統(tǒng)耗水量的差異主要由于年季間降水量差異和各月份降水量分布不均所致。 (5)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)演替中土壤C,N和P的變化。天然草地開墾為作物地后：土壤有機碳儲量由54.9 Mg ha-1減少到48.9 Mg ha-1,減少了約11.0%；土壤全氮儲量減少了0.84 Mg ha-1,減少了27%；土壤全磷儲量減少了0.17 Mg ha-1,約損失了3.7%；土壤CO2年排放量減少了22%,降幅為76 g C m-2；Q10值較天然草地增加了約10%,增幅為0.18。天然草地開墾后轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值睾螅和寥烙袡C碳儲量減少了約4.4 Mg ha-1；土壤全氮儲量較天然草地降低了17.6%,降幅為0.87Mg ha-1；土壤全磷儲量損失了約0.28 Mg ha-1(6.1％)；土壤CO2排放量增加了75％(249 g C m-2)；Q10值減小了約28%。作物地退耕為栽培草地系統(tǒng)后：土壤有機碳儲量增加了11.9%,共增加土壤有機碳儲量約5.8 Mg ha-1；土壤全氮儲量增加0.95 Mg ha-1(23.3％)；土壤全磷儲量增加了4.9%,增幅約為0.22 Mg ha-1土壤CO2排放量將在將較作物系統(tǒng)增加89％(249 g C m-2)；Q10值降低0.37(19%)。作物地退耕為農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)后：土壤有機碳增加約2.8 Mg ha-1；土壤全氮儲量增加約0.29 Mg ha-1；土壤磷儲量增加了12.1%；土壤CO2排放量將增加48%；Q10值降低了26%(0.51)。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：S812.2
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 文獻綜述
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要溫室氣體排放機理
        1.2.2 影響草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)溫室氣體的主要因素
        1.2.3 家畜溫室氣體排放機理
        1.2.4 影響家畜溫室氣體排放的因素
        1.2.5 草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)溫室氣體測定方法
第二章 材料與方法
    2.1 研究區(qū)自然概況
    2.2 試驗區(qū)簡介
    2.3 樣地設(shè)置
        2.3.1 天然草地
        2.3.2 栽培牧草系統(tǒng)（多年生作物）
        2.3.3 一年生作物系統(tǒng)
        2.3.4 農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)
        2.3.5 林牧復(fù)合系統(tǒng)
    2.4 測定方法
        2.4.1 土壤
        2.4.2 植被
    2.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析
第三章 黃土高原主要農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸特征
    3.1 各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸速率動態(tài)特征
        3.1.1 日變化動態(tài)
        3.1.2 季節(jié)變化動態(tài)
2排放量'>    3.2 各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤CO₂排放量
2日排放量'>        3.2.1 土壤CO₂日排放量
        3.2.2 土壤季節(jié)和年C排放量
    3.3 討論
        3.3.1 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸特征
2排放量'>        3.3.2 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤CO₂排放量
    3.4 結(jié)論
第四章 黃土高原主要農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤有機碳、氮、磷儲量和水分特征
    4.1 各農(nóng)業(yè)系統(tǒng)元素分布特征
        4.1.2 植被有機碳儲量
        4.1.3 土壤氮儲量
        4.1.4 土壤磷儲量
        4.1.5 土壤C/N,C/P和N/P
    4.2 土壤水分
        4.2.1 土壤水分特征
        4.2.2 系統(tǒng)耗水量
2排放量的變化'>    4.3 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳、氮、磷和CO₂排放量的變化
        4.3.1 土壤有機碳
        4.3.2 土壤全氮
        4.3.3 土壤全磷
2排放量'>        4.3.4 CO₂排放量
10值'>        4.3.5 Q₁₀值
    4.4 碳平衡特征
    4.5 討論
    4.6 結(jié)論
第五章 影響黃土高原主要作物系統(tǒng)碳排放的主要因素
    5.1 土壤溫度
        5.1.1 土壤溫度對土壤呼吸速率日變化的影響
        5.1.2 土壤溫度對土壤呼吸速率季節(jié)變化的影響
    5.2 土壤水分
    5.3 生物量
        5.3.1 地上生物量
        5.3.2 地下生物量
    5.4 土壤營養(yǎng)元素儲量
        5.4.1 土壤有機碳
        5.4.2 土壤全氮
        5.4.3 土壤全磷
    5.5 土壤呼吸的空間異質(zhì)性
    5.6 影響草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤呼吸速率影響因子的通徑分析
        5.6.1 天然草地
        5.6.2 栽培草地系統(tǒng)
        5.6.3 作物系統(tǒng)
        5.6.4 農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)
        5.6.5 林牧復(fù)合系統(tǒng)
    5.7 討論
    5.8 結(jié)論
參考文獻
在學(xué)期間研究成果
致謝

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 于暢;吉林省低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展問題研究[D];吉林財經(jīng)大學(xué);2012年

本文編號：2884952