黄土丘陵区水蚀坡面土壤碳排放影响因素及模拟

来源 :中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心) | 被引量 : 1次 | 上传用户:choww
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土壤侵蚀是普遍存在的环境问题,由此引起的土壤有机碳迁移和再分布强烈影响碳循环过程和碳排放。当前关于侵蚀条件下土壤碳排放和控制机理认识还不统一,相关研究很少涉及土壤碳排放多因素综合影响及碳源汇关系转换条件,对于侵蚀影响下陆地生态系统碳源汇效应评估仍具有较大的不确定性。本研究以黄土丘陵区水蚀坡面为研究对象,通过野外采样测定、土壤呼吸监测以及室内矿化培养试验,利用相关分析、通径分析等方法,分析了土壤碳排放影响因素作用机制,通过模型模拟不同有机碳水平下侵蚀坡面碳排放多因素综合影响,对水蚀坡面土壤碳源汇转换临界条件进行探讨。主要结论如下:1)本研究区侵蚀坡面土壤呼吸速率影响因素的主次关系为:土壤温度>土壤含水量>土壤有机碳水平>坡位,温度是影响该区土壤呼吸速率的最主要因素。土壤温湿度主要通过对土壤呼吸的直接作用对土壤呼吸速率产生影响,通径系数分别为0.619和0.257。土壤有机碳含量与土壤呼吸速率密切相关,>0.5 mm土壤团聚体含量和容重的间接作用主要通过土壤有机碳对土壤呼吸产生影响,间接通径系数分别为0.292和-0.158。2)不同有机碳背景下水蚀坡面表现出不同的有机碳矿化特征。在侵蚀区,坡面侵蚀加速了土壤有机碳矿化;在沉积区,低碳(C1)水平下坡面侵蚀促进了土壤有机碳矿化,中碳(C3)和高碳(C4)水平下土壤有机碳矿化受到抑制。3)土壤有机碳水平、温度和含水量对土壤有机碳矿化潜力(Cp值)有明显影响,土壤温湿度的影响随有机碳水平的降低而减小。Cp值能综合反映土壤有机碳水平、温度和含水量对有机碳矿化的影响,可以用来解释土壤有机碳矿化影响因素的作用机理。在一级动力学方程的基础上,通过Cp值修正,得到土壤有机碳矿化多因素方程,可以很好地拟合不同有机碳水平下土壤有机碳矿化动态。4)土壤温湿度双因素模型对水蚀坡面土壤呼吸速率的拟合度较好(0.385<R2<0.709),在C0水平下,其决定系数R2较大(0.612-0.709),土壤呼吸速率对土壤温湿度的变化较为敏感。在土壤温湿度双因素模型的基础上,得到土壤呼吸速率多因素方程,可以很好地拟合不同有机碳水平下土壤呼吸速率(0.457<R2<0.573)。不同有机碳水平下的沉积区和侵蚀区的源汇转换条件有较大差异。在沉积区,土壤有机碳水平越高,土壤源汇临界温湿度越高,沉积区土壤碳源汇功能变化与土壤有机碳水平密切相关;在侵蚀区,临界温湿度未表现出明显的随有机碳水平的变化规律。
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