东北黑土坡耕地水蚀条件下土壤有机碳分布及土壤呼吸的研究

摘要

黑土坡耕地水土流失是导致土壤有机碳流失，肥力下降日益加剧的主要原因之一。黑土坡耕地水蚀影响着土壤有机碳的迁移、转运与再分布。本研究以我国东北典型坡耕地为研究对象，运用原位监测、模拟降雨、室内培养的方法，探知了土壤有机碳在侵蚀条件影响下不同坡位（坡顶、坡肩、坡背、坡趾）的差异，研究了春玉米全生育期内坡耕地不同坡位土壤呼吸特征及其与土壤水热因子之间的关系，同时测定了不同坡位土壤有机碳矿化量的差异，探讨了不同坡度土壤有机碳流失与降雨强度的关系，以期为制定合理的黑土坡耕地保育技术和准确评价其土壤有机碳平衡提供科学依据。主要研究结果如下:　　(1)黑土坡耕地在侵蚀条件下土壤有机碳与可溶性有机碳均会出现迁移-再分布的现象，不同坡位土壤有机碳、可溶性有机碳含量存在一定差异，坡背表层有机碳含量分别比坡顶、坡肩、坡趾位置高33.5％、22.9％、15.4％(p＜0.05)，坡趾位置表层有机碳含量分别比坡顶、坡肩位置高17.3％、8.0％，沉积区坡背位置20-40 cm是土壤有机碳的沉积层。不同坡位表层土壤可溶性有机碳含量与土壤有机碳含量的分布有所差别，从高到低依次是坡肩(20.7 mg kg-1)、坡背(18.9 mgkg-1)、坡顶（17.0 mg kg-1）、坡趾(14.3 mg kg-1)，坡耕地不同坡位春玉米产量也存在显著差异，坡背位置2015、2016年产量分别比坡顶位置高42.6％、45.9％;坡趾位置分别比坡顶位置高55.9％、39.3％。　　(2)黑土坡耕地土壤呼吸速率呈现“春秋季低、夏季高”的季节性变化规律，坡趾位置土壤呼吸峰值显著高于坡顶、坡肩、坡背三个位置(p＜0.05)。不同部位土壤呼吸速率与土壤温度呈现显著线性关系(p＜0.05)，与土壤含水量没有显著相关性。土壤呼吸总量以坡趾位置为最高(1921.23g CO2m-2)，显著高于坡背（1624.80 g CO2 m-2）、坡肩(1564.97 g CO2 m-2)、坡顶(1424.51 g CO2m-2)三个位置18.5％、22.8％和34.9％(p＜0.05)，表明黑土坡耕地不同位置土壤呼吸存在显著差异，准确评价黑土坡耕地土壤呼吸需要考虑坡耕地不同坡位的差异。室内矿化试验表明不同坡位土壤累积矿化量存在明显差异，坡背（270.9 mgCO2 kg-1）和坡趾(332.0 mgCO2 kg-1)显著高于坡顶（145.5 mgCO2 kg-1）位置和坡肩（203.8 mgCO2 kg-1）。　　(3)在模拟降雨条件下，土壤有机碳以及可溶性有机碳流失速率会随着降雨强度的增加呈现线性增加的趋势，土壤有机碳流失速率随着降雨强度变化的变化率在不同坡度耕地上相同（在3°、5°、7°坡耕地上流失速率与降雨强度的线性关系斜率均为0.002）;但不同坡度坡耕地土壤可溶性有机碳流失速率随降雨强度变化的变化率则有所不同，5°坡流失速率受降雨强度的影响最大（拟合方程斜率为0.077）。野外径流监测表明，从坡顶到坡肩是东北坡耕地主要流失位置，径流强度、泥沙、土壤有机碳和可溶性有机碳的流失强度分别是166.67 ml m-2、0.37 g m-2、36 mg m-2和1.6 mgm-2。

目录

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摘要

第一章 引言

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 黑土坡耕地水蚀特征及现状

1．2．2 土壤水蚀与有机碳再分布之间的关系

1．2．3 土壤侵蚀对土壤呼吸的影响

1．2．4 坡耕地侵蚀的研究方法

1．3 研究目标、内容和技术路线

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 试验地点概况与研究方案

2．1 试验地点概况

2．2 研究方案

2．2．1 试验设计

2．2．2 土壤呼吸原位监测

2．2．3 土壤有机碳室内矿化试验

2．2．4 坡耕地土壤有机碳、无机氮测定

2．2．5 坡耕地径流监测实验

2．2．6 模拟径流试验

第三章 坡耕地土壤有机碳和无机氮再分布特征

3．1 坡耕地不同坡位土壤有机碳含量

3．2 坡耕地各坡位土壤可溶性有机碳含量

3．3 坡耕地各坡位土壤无机氮含量

3．4 坡耕地不同坡位产量

3．5 讨论

3．6 小结

第四章 坡耕地土壤呼吸与矿化特征

4．1 春玉米全生育期土壤呼吸速率

4．2 坡耕地不同位置土壤累积呼吸量

4．3 坡耕地土壤呼吸速率与土壤含水率和温度的关系

4．4 不同坡位土壤室内培养矿化速率

4．5 讨论

4．6 小结

第五章 降雨条件下坡耕地土壤有机碳与无机氮流失特征

5．1 模拟降雨条件下坡耕地土壤有机碳无机氮流失特征

5．2 坡耕地2015年径流特征

5．3 讨论

5．4 结论

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简历