黄土丘陵沟壑区撂荒草地土壤固碳能力与机制

摘要

为揭示黄土丘陵沟壑区撂荒草地恢复过程中土壤有机碳的固存能力及其影响机制，深入认知撂荒草地恢复过程中土壤固碳生态功能，本研究选择黄土丘陵沟壑区五里湾流域撂荒年限为10年(a)、18年(a)、28年(a)和43年(a)的草地为研究对象，并以坡耕地作为对照，通过物理分组、化学分组和矿化培养相结合的方法，研究土壤总有机碳及其组分的数量分布、固存形式和矿化特征，并结合土壤环境因子进行相关分析，揭示了撂荒草地土壤固碳过程、能力及其关键影响因子。主要结果如下： （1）撂荒草地土壤有机碳固碳能力 土壤有机碳、活性有机碳、难降解有机碳和矿物结合有机碳含量均随撂荒年限增加而呈现增加趋势，且随深度增加而下降，变化范围为1.36~5.64g·kg-1。0-20cm土层颗粒态有机碳含量随年限增加而显著增加，20-40cm土层颗粒态有机碳含量随年限增加而呈现先增加后平缓的趋势。有机碳及其组分的密度与含量的演变特征相近。0~20cm土层土壤有机碳密度变化范围为5.58~12.93Mg·hm-2，20~40cm土层变化范围为3.52~6.70Mg·hm-2。 （2）撂荒草地土壤固碳过程与形式 总体而言，四种碳组分所占有机碳比例的次序为颗粒态有机碳<活性有机碳<难降解有机碳<矿物结合有机碳。矿物结合有机碳的比例为62~84%，难降解有机碳的比例为53~70%，因此撂荒草地恢复过程中的主要碳组分为难降解有机碳和矿物结合有机碳等惰性碳。草地43a的难降解有机碳所占比例较坡耕地得到有效提高，有机碳稳定性显著增强。 0~20cm土层土壤有机碳不同恢复时期的增加来源不同，前期（0~10a）为颗粒态有机碳和活性有机碳，中期（10~18a）为颗粒态有机碳，后期（18~43a）为难降解有机碳和矿物结合有机碳。20~40cm土层有机碳的增加来源为矿物结合有机碳和难降解有机碳等惰性碳。土壤有机碳矿化速率随培养时间增加而降低，25℃培养条件下，土壤有机碳矿化率随撂荒年限增加而增加，说明土壤固碳能力在植被恢复过程中得到有效提高。 （3）土壤环境因子对碳累积的影响机制 随撂荒年限增加，0~10cm土层土壤容重和全磷含量呈显著降低的趋势，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显著增加的趋势。冗余分析显示，轴一解释率为78.16%，说明土壤物理、化学指标及生物学指标对土壤有机碳含量及各碳组分含量变异的解释率较高。土壤容重、全磷含量与土壤有机碳含量及各碳组分含量之间负相关关系，土壤含水量、全氮含量、微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷与土壤有机碳含量及各碳组分含量之间呈正相关关系。 因此，黄土丘陵区撂荒草地恢复过程有助于提高有机碳库及其稳定性，具有良好的生态恢复效应。研究结果可以为研究撂荒草地恢复过程中土壤固碳过程和机制提供理论依据，对提高土壤碳固持方面的研究具有一定的参考意义。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容

1.4 技术路线

第二章 研究区域概况与方法

2.1 研究材料

2.2 研究方法

2.3 数据统计方法

第三章 撂荒草地恢复过程土壤固碳能力

3.1 土壤总有机碳含量、密度的演变特征

3.2 土壤化学分组有机碳累积效应

3.3 土壤物理分组有机碳累积效应

3.4 讨论

第四章 撂荒草地土壤固碳过程与形式

4.1 土壤有机碳组分占总有机碳比例的变化特征

4.2 撂荒草地不同恢复阶段之间土壤总有机碳的增加过程

4.3 土壤有机碳矿化分解对温度的响应特征

4.4 讨论

第五章 撂荒草地恢复过程土壤固碳关键影响因子

5.1 土壤理化因子变化特征

5.2 土壤生物学性质变化特征

5.3 土壤碳库变化的关键环境影响因子

5.4 讨论

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历