水稻田改造成雷竹林对土壤碳库和土壤呼吸的影响

摘要

土地利用变化对生态系统碳循环和全球气候变化具有非常显著的影响。土壤碳库容量为大气碳库的2-3倍,土壤呼吸过程是土壤圈碳流入大气圈的主要途径。研究土地利用变化对土壤碳库与土壤呼吸速率的影响对于揭示生态系统对土地利用变化的响应机制及科学估算区域生态系统的碳汇功能具有非常重要的意义。雷竹林是我国南方广泛分布的优良笋用竹种,具有味道鲜美、营养丰富,经济价值高等优点。近几年来,越来越多的水稻田被改造成雷竹林。雷竹林生产中采用施肥和有机物覆盖等集约经营措施,必然会对土壤的碳库与土壤呼吸产生显著影响。本研究选择相邻的水稻田和雷竹林样地,采集并分析测定了土壤不同形态活性碳库、养分库及相关的理化性状,并用核磁共振方法分析了土壤总有机碳的波谱特征;通过为期1年的定位试验研究了水稻田和雷竹林土壤呼吸速率与环境因子(主要包括温度、水分和水溶性有机碳)的动态变化规律,并在此基础上探讨了土壤呼吸速率与各环境因子的关系。取得的主要研究结果如下:　　 1.水稻田改造成雷竹林后,土壤不同形态氮素(包括全氮、水溶性有机氮、铵态氮和硝态氮)、有效磷和速效钾含量显著增加(P＜0.05),但不同土层(0-20cm,20-40cm和40-60cm)的增加幅度存较大差异;水稻田和雷竹林土壤0-20cm土层的水溶性有机碳含量无显著差异,但在20-40cm和40-60cm土层,雷竹林土壤的水溶性有机碳含量显著高于水稻田(P＜0.05);水稻田改造成雷竹林对土壤热水溶性有机碳和微生物量碳含量无显著影响。雷竹林0-20cm土层土壤易氧化碳含量显著高于水稻田(P＜0.05)。　　 2.土壤有机碳的13C核磁共振结果表明:水稻田和雷竹林土壤有机碳的核磁共振波谱图均包含四个明显的共振区:烷基碳区(0-50ppm)、烷氧碳区(50-110ppm)、芳香碳区(110-160ppm)和羰基碳区(160-220ppm),不同碳形态的相对比例呈显著差异。水稻田和雷竹林土壤有机碳以烷氧碳为主。水稻田改造成雷竹林后,土壤有机碳中的烷氧碳比例显著增加(P＜0.05),而芳香碳比例以及A/O-A值和芳香度均显著减少(P＜0.05),烷基碳比例无显著变化。上述结果表明,水稻田改造成雷竹林后土壤碳库稳定性下降。　　 3.为期1年的定位试验结果表明,水稻田与雷竹林土壤呼吸呈显著的季节变化特征。但两者的变化趋势差异显著。雷竹林土壤呼吸速率变化基本与土壤温度变化一致,而水稻田由于受到土壤水分剧烈变化的影响,土壤呼吸的季节性变化变得更为复杂。水稻田和雷竹林土壤呼吸年累计CO2排放总量分别为45.4tCO2ha-1yr-1和34.7tCO2ha-1yr-1。水稻田和雷竹林土壤呼吸的日变化呈现一定的规律:白天高,晚上低。但不同测定日期土壤呼吸最大值出现的时间段存在一定差异。　　 4.雷竹林土壤呼吸速率与各层土温(包括地表温度、土壤表层5cm处温度、土壤表层10cm处温度、土壤表层20cm处温度)均呈极显著的指数函数关系(P＜0.01);而水稻田土壤呼吸速率与各层土温均无显著的指数函数关系。但将在水稻田淹水期测定的8个点剔除以后,水稻田土壤呼吸速率与各层土温均呈极显著的指数函数关系(P＜0.01)。这表明水稻田土壤含水量的剧烈变化显著影响温度和土壤呼吸之间的关系。相关性分析表明:水稻田土壤呼吸速率与土壤体积含水率呈显著负相关,而雷竹林土壤呼吸速率与土壤体积含水率无显著相关性。此外,上述两种土地利用方式土壤的呼吸速率与水溶性有机碳含量均无显著的相关性。

目录

声明

摘要

1 土地利用变化影响土壤碳库特征与土壤呼吸的研究进展

1．1 土地利用方式改变对土壤有机碳含量的影响

1．1．1 自然林地改造成其他类型土地

1．1．2 农田改造成其他类型土地

1．1．3 草地改造成其他类型土地

1．2 土地利用方式改变对土壤活性碳库的影响

1．2．1 土壤微生物量碳

1．2．2 土壤水溶性碳

1．2．3 土壤易氧化碳

1．3 土地利用方式改变对土壤呼吸的影响

1．3．1 土壤呼吸速率的影响因素

1．3．2 土地类型转变对土壤呼吸的影响

1．4 总结与展望

1．5 问题的提出与研究内容

2 水稻田改造成雷竹林对土壤碳库与养分库的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 研究区概况

2．1．2 试验设计及取样

2．1．3 测定项目与方法

2．1．4 数据处理与分析

2．2 结果与分析

2．2．1 土壤基本理化性状

2．2．2 土壤有效磷和速效钾

2．2．3 土壤不同氮形态含量

2．2．4 土壤活性碳含量

2．2．5 13C核磁共振分析

2．3 讨论

2．4 结论

3 水稻田改造成雷竹林对土壤呼吸的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 研究区概况

3．1．2 试验设计与取样

3．1．3 测定项目与方法

3．1．4 数据处理

3．2 结果与分析

3．2．1 水稻田和雷竹林土壤呼吸速率的季节变化特征

3．2．2 水稻田和雷竹林土壤呼吸速率的日变化特征

3．2．3 水稻田和雷竹林土壤温度的季节变化特征

3．2．4 水稻田和雷竹林土壤体积含水率的季节变化特征

3．2．5 水稻田和雷竹林土壤水溶性有机碳的季节变化特征

3．2．6 水稻田和雷竹林土壤呼吸速率与环境因子的关系

3．3 讨论

3．4 结论

4 结论与展望

4．1 主要研究结论

4．2 研究展望

参考文献

作者简介

致谢