滨海盐碱地垦殖土壤呼吸特征及其影响因子研究

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本文选取黄河三角洲盐碱荒地、棉花单作田、小麦玉米连作田为研究对象,采用LGR碳通量测定系统测定土壤呼吸速率日变化和季节变化规律,同时对土壤及空气温湿度、土壤理化性质、土壤微生物生物量碳进行测定,研究分析了不同垦殖方式下土壤呼吸的时空动态变化特征及其影响因子;采用时空迭代方法,选取垦殖利用0年、1015年、3035年、6070年小麦/玉米连作土壤为研究对象,探究了不同垦殖历史对土壤呼吸及碳储量的影响。本研究将为构建区域盐碱农田土壤碳过程模型提供基础数据,也可为估算和预测我国东部滨海盐渍区域土壤有机碳密度的演变趋势及效应提供参考。主要研究结果如下:1.通过不同垦殖方式试验,研究了垦殖方式对土壤呼吸的影响,分析了不同垦殖方式下水热及土壤理化影响因子对土壤呼吸的影响机制。(1)不同垦殖方式土壤呼吸速率表现明显的日变化、季节变化规律,土壤呼吸均为小麦/玉米连作>棉田单作>荒地。小麦/玉米连作、棉田单作、荒地土壤呼吸日变化规律基本一致,均呈明显的单峰曲线,9:0012:00土壤呼吸速率逐渐增大,至中午12:00土壤呼吸速率达到最大值,随后土壤呼吸速率逐渐降低,24:00左右达最小值。土壤呼吸表现明显季节变化规律,不同季节土壤呼吸速率平均值范围从-0.121.58μmol·m-2·s-1,土壤呼吸速率平均值8月>4月>10月>12月,12月荒地土壤呼吸为负值。(2)土壤呼吸受多种因子的作用,其中表层土壤微生物生物量碳、土壤含水量是影响土壤呼吸的主导条件,两个主成分所解释的方差占整个方差的96.20%。土壤呼吸速率与土壤微生物生物量碳、有机碳、全氮、pH、有效磷呈极显著相关(p<0.01),与速效钾呈显著相关(p<0.05),与容重呈极显著负相关(p<0.01),与全盐含量呈显著负相关(p<0.05);不同垦殖方式土壤呼吸日变化均与地表气温、土壤表层温度、土壤含水率与土壤呼吸呈极显著正相关(p<0.01),与地表空气湿度与土壤呼吸速率呈极显著负相关(p<0.01),土壤温度、湿度与土壤呼吸的复合函数,决定系数R2为0.6120.782。(3)研究表明,小麦/玉米连作(WM)、棉田(CF)土壤有机碳储量显著高于荒地(p<0.05),土壤有机碳密度分别增加44.93%和40.32%,说在一定时间范围内,盐碱地土壤垦殖后有机碳密度呈增加的趋势。2.为进一步探究垦殖年限对土壤呼吸及碳储量的影响,选取小麦/玉米连作典型垦殖模式,以时空迭代的方法,探究了不同垦殖年限土壤呼吸及碳过程的变化。(1)不同垦殖年限小麦/玉米连作土壤呼吸速率的变化表现出明显的变化规律,随着垦殖年限增加土壤呼吸速率整体上呈现逐渐增加的趋势,土壤呼吸速率表现为6070年>3035年>1015年>0年,1015年、3035年、6070年土壤呼吸速率分别比0年增加了1.77、3.35、4.48倍。(2)土壤垦殖后,垦殖利用各年限0年、1015年、3035年、6070年土壤有机碳密度差异显著(p<0.05),有机碳密度随垦殖年限增加而增加。垦殖利用6070年、3035年、1015年分别比0年有机碳储量增加了77.37%、38.89%和21.40%。
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