不同土地利用方式土壤有机碳矿化特征研究

摘要

土壤有机碳矿化是全球碳循坏中的重要环节，而土地利用方式是影响有机碳矿化动态的重要因子，因此对不同土地利用土壤有机碳矿化动态规律的研究是极其必要的;土壤有机碳矿化对温度变化的响应程度研究则是为正确评估未来气候变化与大气中CO2浓度的反馈关系奠定了基础;由于对土壤有机碳矿化动态的模拟无法直接利用已大量存在的土壤有机碳实验组分数据，对他们关系的探讨则有利于简化有机碳矿化的研究。
　　本研究以句容市采集到的水田、菜园、果园、旱地、茶园、林地的表层土壤为研究对象，将其调节到土壤含水量为到最大持水量的60％，然后放置于温度梯度为5、15、25及35℃的恒温培养箱中培养61天，在固定时间点测定每种土壤样品的有机碳矿化速率值，研究不同土地利用方式下土壤有机碳的矿化动态特征，并探讨土壤有机碳矿化速率对温度的响应程度。同时，实测每个土壤样品中有机碳组分的含量，探讨土壤有机碳库特征参数与有机碳组分之间存在的关系。基于以上内容，我们得到如下研究结果:
　　(1)以常温(25℃)控湿培养条件下所测得的土壤有机碳矿化系列数据为基础数据，然后以培养时间为横坐标，土壤有机碳累积矿化量为纵坐标得到土壤有机碳矿化累积释放动态曲线。该曲线能用乘幂模型、指数模型、多项式模型进行拟合。在乘幂模型中，通过筛选得出三种函数表达式分别办y=atb、y=a(t-b)c、y=abt1-c/(1+bt1-c)具有很好的拟合效果;指数模型中y=a1-a2e-kt、y=a1(1-e-t/b1)+a2(1-e-t/b2)，y=ea+b/(tt+c)这三种表达式具有很好的拟合效果;多形式模型中，三次卷积多项式的拟合相关系数均已经达到0.88以上，且随着多项式函数的次数的增加，其拟合效果越好。在以上模型的函数表达式中，指数模型中的双指数函数的拟合效果最好，其相关系数均达到了0.99。
　　(2)随着培养温度的递增，不同土地利用类型土壤有机碳矿化速率均加快及土壤有机碳累积矿化量均增大。土地利用方式对土壤有机碳矿化累积释放量的影响在较高温度条件下(35℃)比低温条件下(5、15℃)差异更显著。无论是在高温、常温还是低温条件下，各土地利用方式土壤有机碳矿化累积释放量的大小依次为:林地＞果园＞水田＞茶园＞旱地，这一变化趋势与土壤有机碳矿化速率的峰值的表现具有一致性。
　　(3)双指数函数模型能对不同温度条件下各土地利用方式的土壤有机碳累积矿化曲线进行很好的拟合，且拟合得到了易分解碳库和难分解碳库的库容大小及分解速率。对各拟合参数分析，发现随着温度的升高土壤易分解碳含量均而增大，但其分解速率变化无规律。土壤中难分解碳库和易分解碳库是此消彼长的关系，因此，随着温度的升高土壤难分解有机碳含量逐渐减小，其分解速率与温度之间可用指数函数拟合，且拟合精度较高。
　　(4)土壤有机碳矿化速率与温度的关系能用指数函数进行拟合，且所有土地利用类型的拟合图形都显示:在温度较低时土壤有机碳矿化速率的散点都聚集在拟合曲线的附近，随着温度的升高，土壤有机碳矿化速率的散点逐渐分散。基于指数函数得到各土地利用方式土壤有机碳矿化对温度变化的敏感程度(Q10)值，其大小顺序为水田＞茶园＞果园＞旱地＞林地。
　　(5)基于三库一级动力学模型拟合得到的土壤有机碳矿化特征参数值，其活性碳库(Ca)占总有机碳(TOC)的比例最小，且与易氧化碳(ROC)、颗粒态碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)含量显著正相关，缓效性碳库(Cs)亦与ROC、POC、LFOC相关。活性碳库的周转速率（Ka）和缓效性碳库的周转速率(Ks)仅与LFOC占TOC的百分比具有显著相关性，可用LFOC/TOC来指示土壤活性有机碳库及缓效性碳库的动态变化。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 土壤有机碳矿化研究进展

1．2．1 土壤有机碳矿化作用机理

1．2．2 土壤有机碳矿化影响因素

1．2．3 土壤有机碳矿化测定方法

1．3 土壤有机碳矿化温度敏感性研究进展

1．3．1 土壤有机碳矿化温度敏感性概念

1．3．2 土壤有机碳矿化温度敏感性影响因素

1．4 土壤有机碳库组分研究进展

1．4．1 概念性碳库组分

1．4．2 实测有机碳组分

1．5 选题依据

1．6 研究目的和内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

1．6．3 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 研究区概况

2．2 供试材料的采集与处理

2．3 实验方法

2．3．1 土壤样品理化性质的测定

2．3．2 土壤有机碳矿化动态室内测定

2．4 数据的处理与分析

2．4．1 土壤有机碳矿化动态数据预处理

2．4．2 数据的模型模拟

2．4．3 土壤理化性质

2．4．4 数据分析

第三章 不同土地利用方式土壤有机碳矿化速率

3．1 土地利用方式对土壤有机碳矿化速率的影响

3．2 土地利用方式对土壤有机碳累积矿化量的影响

3．3 土壤有机碳累积分解曲线的拟合

3．3．1 乘幂模型

3．3．2 指数模型

3．3．3 多项式模型

3．4 讨论

3．5 本章小结

第四章 不同土地利用方式土壤有机碳矿化对温度的响应

4．1 不同温度条件下土壤有机碳累积矿化特征

4．2 土壤碳累积矿化动态曲线双指数方程拟合

4．3 土壤有机碳矿化速率对温度变化的响应

4．3．1 土壤总有机碳分解速率与温度变化的关系

4．3．2 难分解碳分解速率与温度变化的关系

4．4 讨论

4．4．1 土地利用方式和温度对土壤有机碳矿化影响

4．4．2 土壤有机碳矿化温度敏感性变化

4．5 本章小结

第五章 不同土地利用方式土壤碳矿化参数及与实测碳组分的关系

5．1 不同土地利用方式土壤碳矿化的参数拟合

5．2 不同土地利用方式实测有机碳组分

5．3 土壤有机碳矿化参数与有机碳组分的关系

5．4 讨论

5．4．1 土地利用方式对实测有机碳组分含量影响

5．4．2 土壤有机碳库组分占总有机碳比例的比较

5．4．3 土壤有机碳矿化参数与实测有机碳组分的关系

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 不足和展望

6．3．1 不足

6．3．2 展望

参考文献

致谢

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