石漠化对土壤碳库和碳排放的影响研究——以贵州省关岭县为例

摘要

土壤在全球碳平衡中具有举足轻重的作用，而土地利用变化对土壤碳的影响也是极其敏感的。本论文针对我国西南岩溶地区土地石漠化严重导致的土地退化、土壤质量下降如何影响土壤的碳库和碳排放的科学问题，在石漠化治理典型地区——贵州省关岭自治县花江峡谷区，通过选取未石漠化土地（非石漠化土地和潜在石漠化土地）和石漠化土地（轻度、中度、重度、极重度）监测样地，测定了土壤中的有机碳和无机碳含量，采用动态气室法(Li-8100，USA)于2012年-2013年测定了不同季节的土壤呼吸速率，采用标准溶蚀试片法进行了岩溶作用对土壤碳库和碳排放影响的野外监测试验;通过关岭县治理前后石漠化程度监测数据分析，定量评价了石漠化治理工程对区域土壤碳库和土壤碳排放量的影响。本论文的主要结论如下:
　　 (1)土壤的有机碳含量:未石漠化土地中非石漠化土地的土壤有机碳含量大于潜在石漠化土地的;石漠化土地中，重度和极重度石漠化土地的土壤有机碳含量高于中度石漠化土地的;未石漠化土地的土壤有机碳含量大于石漠化土地的。
　　 土壤的无机碳含量:未石漠化土地中，非石漠化土地样地草地的无机碳密度最大，约为灌木地的2倍，裸地的5倍，这说明土壤无机碳密度与地表植被类型有关，潜在石漠化土地中，各种地表植被类型的无机碳密度值均明显低于非石漠化土地的;不同等级石漠化土地的土壤无机碳密度小于未石漠化土地的。
　　 未石漠化土地中，非石漠化土地和潜在石漠化土地的土壤平均碳密度分别为14320.15t/km2和6331.16t/km2;石漠化土地中轻度、中度、重度和极重度石漠化土地的土壤的平均碳密度分别为2251.25t/km2，1012.14t/km2，333.67t/km2和278.47 t/km2;岩溶区土地的碳密度遵循非石漠化土地＞潜在＞轻度＞中度＞重度＞极重度石漠化土地的变化规律，这主要与土壤总量有关。
　　 (2)未石漠化土地土壤呼吸速率（碳排放速率）具有明显的季节变化特征，其中非石漠化土地的土壤呼吸速率遵循植物生长的季节发生大小变化，夏季的最高，其次是秋季，春季的略高于冬季，基本持平，潜在石漠化土地中春季最大、秋季高于夏季、冬季最小，其4季的平均土壤呼吸速率明显低于非石漠化土地的，潜在石漠化土地的土壤呼吸速率变化规律具有不确定性，有待进一步获取数据进行验证;不同程度的石漠化土地的土壤呼吸速率均表现为秋季＞夏季。当未石漠化土地退化为石漠化土地后，土壤呼吸则不再遵循植物生长的季节顺序发生大小变化，土壤呼吸随季节的这种变化规律被打破。
　　 未石漠化土地中，非石漠化土地和潜在石漠化土地的土壤平均年碳排放量分别为850.21 t/km2和445.88 t/km2;石漠化土地中轻度、中度、重度和极重度石漠化土地土壤的平均年碳排放量分别为515.83t/km2，287.38 t/km2，72.59 t/km2和44.39 t/km2。土地的平均碳排放量与土壤的碳排放速率和土壤覆盖度有关。
　　 (3)岩溶作用增加了土壤的碳汇能力，在未石漠化土地中非石漠化土地和潜在石漠化土地的年岩溶碳汇量分别为0.35 t/km2和0.50 t/km2;不同程度石漠化土地的年碳汇量分别为0.89 t/km2、1.28 t/km2、1.31 t/km2、和1.45 t/km2，岩溶作用碳汇效果取决于土地的石漠化程度，其对未石漠化土地的影响甚微，而随着土地石漠化程度的加剧，影响加大;这与在其他岩溶地区的研究结果不同，原因是该地区环境条件复杂，干旱少雨可能是主要的原因。
　　 (4)关岭县实施的石漠化综合治理工程改善了当地的生态环境，表现在土地格局的变化。其中:非石漠化土地面积增加69.06 km2、潜在石漠化土地面积增加2.07 km2，轻度石漠化土地面积增加了12.21km2、中度石漠化土地面积减少78.14 km2、重度石漠化土地面积减少55.72 km2、极重度石漠化土地面积增加52.21 km2。通过治理，2005年到2010年全县土壤碳排放量增加了4.77万t，土壤碳库增加了88.18万t;碳储存量共增加了83.41万t，相当于关岭县岩溶区每平方公里增加了637.67 t C。研究结果为定量评价岩溶石漠化治理对土壤碳汇功能的影响提了供科学依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 土地利用方式对土壤碳库和碳排放影响的研究

1．2．1 土地利用方式对土壤碳库的影响

1．2．2 土地利用方式对土壤碳排放的影响

1．2．3 岩溶作用对土壤碳的影响

1．3 科学问题的提出

1．4 主要研究内容

1．5 技术路线

第二章 研究区概况和研究方法

2．1 研究区概况

2．1．1 自然概况

2．1．2 社会经济概况

2．2 研究方法

2．2．1 石漠化程度分级方法

2．2．2 样地所在地概况

2．3 土壤碳测定方法

2．2．4 土壤碳排放(土壤呼吸)测定和计算方法

2．2．5 岩溶作用测定方法

2．2．6 数据统计分析方法

第三章 岩溶区土地土壤碳库研究

3．1 岩溶区土地土壤有机碳库

3．1．1 未石漠化土地土壤有机碳含量

3．1．2 石漠化土地土壤有机碳库

3．2 岩溶区土地土壤无机碳库

3．2．1 未石漠化土地土壤无机碳含量

3．2．2 石漠化土地土壤无机碳含量

3．3 岩溶区土地土壤碳密度

3．3．1 未石漠化土地土壤碳密度

3．3．2 石漠化土地土壤碳密度

3．4 不同土地类型碳密度

3．4．1 未石漠化土地碳密度

3．4．2 石漠化土地碳密度

3．5 小结与讨论

第四章 岩溶区土地土壤碳排放研究

4．1 岩溶区土地土壤呼吸速率日变化特征

4．1．1 未石漠化土地土壤呼吸速率日变化特征

4．1．2 石漠化土地土壤呼吸速率日变化特征

4．2 岩溶区土地土壤呼吸速率季节变化特征

4．3 岩溶区不同土地土壤年碳排放量

4．4 岩溶区土地土壤碳排放影响因子

4．4．1 土层深度对土壤碳排放的影响

4．4．2 土壤温度对土壤碳排放的影响

4．4．3 土壤水分对土壤碳排放的影响

4．4．4 土壤养分对土壤碳排放的影响

4．4．5 其他因子对土壤碳排放的影响

4．5 小结与讨论

第五章 岩溶作用对土壤碳库和碳排放的影响研究

5．1 岩溶作用强度试验结果

5．1．1 不同程度石漠化土地溶蚀速率

5．1．2 不同程度石漠化土地的岩溶碳汇

5．2 岩溶作用对碳库和碳排放的影响

5．3 小结与讨论

第六章 石漠化治理对区域碳库和碳排放影响的计量研究

6．1 关岭县石漠化综合治理概况

6．2 石漠化治理对关岭县未石漠化土地和石漠化土地的影响

6．2．1 关岭县石漠化土地程度变化

6．2．2 关岭县石漠化土地面积变化

6．3 石漠化治理对关岭县碳库和碳排放量的影响

6．4 小结与讨论

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 研究展望

7．2．1 关于土壤微生物碳和植物固碳

7．2．2 关于岩溶区碳库和碳流失的估算

参考文献

在读期间学术研究

致谢