科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统土壤呼吸研究

论文摘要

以往对土壤呼吸的研究主要集中在湿润半湿润地区,干旱半干旱地区土壤呼吸的研究较少且仍然存在很多待解决的问题,尤其是荒漠化较为严重的地区。本研究以我国荒漠化典型区——科尔沁沙地为研究对象,在科尔沁沙地东南缘的内蒙古农业大学科尔沁沙地沙丘-草甸相间地区生态水文试验基地,采用野外试验-对比分析-函数构建-量化分析的技术路线,开展了科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统土壤呼吸的研究。2014年和2015年生长季（4月-10月）在流动沙丘裸地、过渡带人工林和草甸芦苇群落,利用光合有效辐射仪LI6400和涡度相关系统对土壤呼吸和生态系统呼吸进行同步观测,同时还连续测量了相关的环境控制因子,并在试验期间调查样方内土壤性质和植被特征。1.探明了枯枝落叶对沙丘-草甸过渡带人工杨树林土壤呼吸的影响。研究结果显示去掉枯枝落叶使土壤含水量显著降低（P<0.05）,而对土壤温度的影响却不明显（P>0.05）。在2014年整个生长季和2015年7月12日-10月12日表现为保留枯枝落叶下的土壤呼吸小于去掉枯枝落叶下的土壤呼吸,平均值分别为5.82和7.75μmolm-2s-1、8.75 和 9.75μmolm-2s-1。但是,2015 年4 月 12 日-7 月 1 日表现为保留枯枝落叶下的土壤呼吸大于去掉枯枝落叶下的土壤呼吸,平均值分别为8.17和3.53μmolm-2 s-1。研究表明土壤呼吸日变化表现形式多样是由于枯枝落叶数量和质量、土壤温度、土壤含水量、地下水位埋深之间的相互作用导致。负的枯枝落叶呼吸可能不是测量误差,而是由于地下水使表层土壤含水量变化进而导致去掉枯枝落叶下的土壤呼吸与保留枯枝落叶下的土壤呼吸之间的关系发生改变。因此,本研究认为枯枝落叶对沙丘-草甸过渡带土壤呼吸有显著影响,该结果将为了解这些脆弱的生态系统和陆地碳排放模式提供重要的参考信息。2.针对流动沙丘和草甸地进行了生态系统呼吸和土壤呼吸的对比研究。研究结果显示草甸地土壤含水量对土壤呼吸和生态系统呼吸的影响阈值分别是田间持水量和毛管上升含水量。流动沙丘生态系统呼吸大于土壤呼吸,累计土壤呼吸占累积生态系统呼吸的72%。同样,2015年6月14日之前草甸的生态系统呼吸大于土壤呼吸,累计土壤呼吸占累积生态系统呼吸的53.5%。然而,在生长季节,累计土壤呼吸是累积生态系统呼吸的1.44倍。研究发现对于受极端土壤水分条件限制的生态系统,生态系统呼吸和土壤呼吸的差异更为显著;在插补生态系统呼吸缺失数据时,增加考虑土壤含水量与不同物候期的影响有利于提高拟合精度。为了更精确的估算陆地碳排放量,受极端土壤水分条件影响的生态系统在今后的研究中应予以重视。3.探究了不同水热条件对沙丘-草甸梯级生态系统土壤呼吸时空分布的影响,建立了梯级生态系统土壤呼吸量化模型。研究结果显示土壤呼吸的空间变化趋势与土壤性质、植被类型及相关环境因子（地下水、土壤含水量、土壤温度）相一致。在土壤含水量低于田间持水量的沙丘裸地,土壤含水量对土壤呼吸的影响大于土壤温度,降雨可以增加土壤呼吸,而在连续干旱时期凝结对土壤呼吸的影响不容忽视。在土壤含水量大于田间持水量的草甸地,地下水通过调节土壤含水量和与土壤温度的关系间接影响土壤呼吸,降雨使土壤呼吸降低。随着土壤含水量接近饱和含水量,降雨、土壤含水量和土壤温度对土壤呼吸的影响都非常小。在过渡带人工杨树林,土壤含水量和土壤温度是控制土壤呼吸的主要因素,最有利于土壤呼吸的土壤含水量接近田间持水量。在建立半干旱地区沙丘-草甸梯级生态系统土壤碳排放预测模型时,根据不同水文条件对土壤呼吸的影响,应以田间持水量和饱和含水量为分界线分段考虑主控因子,除土壤含水量和土壤温度,对各阶段的影响因子进行相应调整。在建立全球碳排放模型时,应特别关注我国半干旱区土壤呼吸排放模式极其复杂的沙丘-草甸梯级生态系统。

论文目录

摘要

Abstract

1 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 研究目的

1.3 生态系统碳收支组成

1.4 土壤碳排放过程

1.5 国内外研究现状

1.5.1 土壤呼吸研究方法研究进展

1.5.2 土壤呼吸时空分布特征研究进展

1.5.3 枯枝落叶对土壤呼吸影响研究进展

1.5.4 生态系统呼吸不同组成部分研究进展

1.6 研究内容与技术路线

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

2 研究区概况及野外试验介绍

2.0 地理位置

2.1 气象条件

2.2 水文条件

2.3 梯级生态系统

2.3.1 地形地貌分布

2.3.2 土壤特性

2.3.3 植被特征

2.4 试验样地概述

3 枯枝落叶对过渡带人工杨树林土壤呼吸的影响

3.1 概述

3.2 材料与方法

3.2.1 试验点介绍

3.2.2 实验设计

3.2.3 土壤呼吸测定

3.2.4 数据处理与分析

3.3 结果

3.3.1 环境因子的动态变化

3.3.2 土壤呼吸生长季和日的动态变化

3.3.3 生长季土壤呼吸与土壤温度和土壤含水量之间的关系

3.4 讨论

3.4.1 枯枝落叶对土壤呼吸、土壤温度和土壤含水量的影响

3.4.2 土壤呼吸对土壤温度和土壤含水量的响应

3.5 本章小结

4 流动沙丘和草甸湿地土壤呼吸和生态系统呼吸的对比研究

4.1 概述

4.2 材料和方法

4.2.1 试验点介绍

4.2.2 实验设计和测定方法

4.2.3 数据处理与分析

4.3 结果

4.3.1 生态系统呼吸、土壤呼吸和环境因子的生长季动态变化

4.3.2 生态系统呼吸和土壤呼吸与温度和土壤含水量的关系

4.3.3 生态系统呼吸和土壤呼吸数据的插补及拟合

4.4 讨论

4.4.1 温度和土壤含水量与生态系统呼吸和土壤呼吸的关系

4.4.2 生态系统呼吸和土壤呼吸的对比

4.4.3 生态系统呼吸和土壤呼吸的温度敏感性

4.5 本章小结

5 水热条件对土壤呼吸时空分布的影响及梯级生态系统模型的建立

5.1 概述

5.2 材料与方法

5.2.1 试验点介绍

5.2.2 实验设计

5.2.3 测定方法

5.2.4 数据处理与分析

5.3 结果和讨论

5.3.1 梯级生态系统土壤含水量对土壤呼吸的影响

5.3.2 梯级生态系统地下水对土壤呼吸的影响

5.3.3 梯级生态系统降雨对土壤呼吸的影响

5.3.4 梯级生态系统凝结水对土壤呼吸的影响

5.3.5 梯级生态系统土壤温度对土壤呼吸的影响

5.3.6 梯级生态系统土壤呼吸理论模型的建立

5.4 本章结论

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 韩春雪

导师: 刘廷玺

关键词: 时空分布特征,不同水文条件,枯枝落叶,极端土壤水分条件,生态系统呼吸

来源: 内蒙古农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 内蒙古农业大学

分类号: S714

总页数: 106

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