黃土丘陵區(qū)人工林坡地土壤CO2排放速率的時(shí)空變化及其影響因素.pdf

1、黃土丘陵區(qū)是我國土壤流失比較嚴(yán)重的地區(qū)，經(jīng)過退耕還林還草工程的實(shí)施，該區(qū)域土壤流失得到一定控制，土壤固碳效應(yīng)也相應(yīng)得到提高，會(huì)顯著增加坡地景觀土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存。但目前關(guān)于退耕坡地人工恢復(fù)植被后土壤CO2排放的空間變化及其控制機(jī)理卻較少研究，增大了定量估算退耕還林工程土壤碳循環(huán)效應(yīng)的不確定性。為了解退耕還林坡地土壤CO2排放的空間變化及其控制機(jī)理，本論文選擇黃土高原丘陵區(qū)典型人工林坡地全山坡為研究對(duì)象，根據(jù)地形和坡度將該山坡劃分為峁頂（平坦

2、參考點(diǎn)）、峁坡、山坡坡上部、坡中部和坡下部，于2012-2013年期間，利用LI-8100碳通量自動(dòng)測(cè)量?jī)x原位測(cè)定了土壤CO2排放速率，分析了土壤CO2排放與土壤溫度(2 cm、5cm)、土壤水分、坡度、SOC儲(chǔ)量、137Cs面積含量、植被蓋度和根系密度的關(guān)系。本論文將為黃土高原有機(jī)碳庫周轉(zhuǎn)和估算陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡提供科學(xué)依據(jù)。其研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)4個(gè)坡位及峁頂?shù)钠露瘸蛊潞推轮胁繜o顯著差異外，其余坡位之間差異均達(dá)到

3、顯著水平(p＜0.05)，其空間變化表現(xiàn)為坡上部（31.14±1.30°）＞峁坡(22.77±0.41°)＞坡中部（22.19±2.20°）＞坡下部(15.14±0.07°)＞峁頂（參考點(diǎn)1.75±0.36°），通過分析人工林植被不同徑級(jí)的根系的空間變化發(fā)現(xiàn)＜1mm的根系密度沿順坡方向呈明顯下降趨勢(shì)(p＜0.05)，其余四個(gè)徑級(jí)的根系密度在不同坡位上沒有達(dá)到顯著差異(p＞0.05)。
　　(2)與峁頂參考點(diǎn)相比，坡上部和坡中部的1

4、37Cs面積含量分別減少了46％和29％;而峁坡和坡下部的137Cs面積含量分別增加了88％和52％。說明所研究山坡的坡上部發(fā)生了嚴(yán)重的土壤侵蝕，坡中部發(fā)生了輕度土壤侵蝕，而峁坡和坡下部則發(fā)生了土壤堆積。與137Cs的空間變化不同，SOC儲(chǔ)量的空間分布在不同坡位之間除坡上部外，其余坡位之間無顯著差異(p＞0.05)。
　　(3)不同坡位及峁頂?shù)耐寥繡O2排放速率的季節(jié)變化規(guī)律基本一致，在2012年和2013年不同月份之間均呈“單峰

5、”變化趨勢(shì)，均在每年的7、8月份達(dá)到最高值。并且同一坡位不同月份的土壤CO2排放速率達(dá)到顯著水平(p＜0.05)。不同坡位土壤CO2排放速率均表現(xiàn)為夏季＞秋季＞春季。土壤CO2排放的季節(jié)變化與土壤溫度(2 cm、5cm)呈顯著的指數(shù)關(guān)系(p＜0.01)，2cm的土壤溫度和5cm的土壤溫度分別能解釋土壤CO2排放速率的16％～61％和21％～64％。土壤CO2排放的季節(jié)變化與土壤水分呈線性正相關(guān)(p＜0.01)。雙因子模型Rs=a+b×T

6、+c×W能更好解釋土壤CO2季節(jié)變化，能夠解釋其季節(jié)變化的28％～58％。
　　(4)研究期內(nèi)人工林坡地土壤CO2排放速率在春、夏、秋三個(gè)季節(jié)具有相同的空間分異特征，其季節(jié)平均值的大小為峁頂[2.51±0.07μmol/(m2·s)]＞峁坡[2.19±0.17μmol/(m2·s)]＞坡下部[1.88±0.12μmol/(m2·s)]＞坡中部[1.71±0.09μmol/(m2·s)]＞坡上部[1.62±0.12μmol/(m2·

7、s)]。人工林坡地土壤CO2排放速率的空間變化與地形坡度、137Cs面積含量（土壤侵蝕指標(biāo)）均呈顯著相關(guān)關(guān)系(p＜0.01)，與坡度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與137Cs面積含量呈極顯著正相關(guān)。但人工林坡地土壤CO2排放速率的空間變化僅在夏季與土壤水分、土壤溫度(5 cm)和SOC儲(chǔ)量有顯著相關(guān)(p＜0.01)，在其它季節(jié)無顯著相關(guān)性，與植被蓋度和植被根系密度均無明顯相關(guān)性。可知，地形坡度變化驅(qū)動(dòng)的土壤侵蝕和堆積過程是控制黃土丘陵區(qū)人工林坡地土壤