吉林前郭冻融期盐碱水田土壤碳变化及储量研究

【摘要】土壤碳库是陆地生态系统碳库最为活跃的碳库，其动态变化直接影响着全球气候的变化。土壤碳库包括土壤有机碳库和无机碳库，然而，已有的全球变化研究成果多注重土壤有机碳的动态变化，较少考虑土壤无机碳的变化，特别是冻融期土壤无机碳库的变化。在半干旱的季节性冻土区，土壤中贮存着大量的有机碳和无机碳，冻融循环作用可通过改变土壤理化性质及微生物活性而影响土壤生态系统的碳循环过程，改变有机碳库和无机碳库的碳储量，影响陆地生态系统碳源/碳汇的评估。本研究在导师主持的国家自然科学基金“吉林盐碱水田区全年候土壤有机碳变化机理及变暖潜势研究”支持下，以吉林西部前郭县盐碱水田土壤为研究对象，通过野外采样和小区实验结合的方式，对冻融期不同开发年限的水田土壤冻融特征进行了研究，监测了冻融期土壤温度、冻土深度、积雪深度的变化情况，研究了冻融期土壤有机碳、无机碳动态变化规律；分析了冻融期土壤有机碳、无机碳与土壤理化性质间的关系，探讨了冻融期土壤有机碳与无机碳的动态迁移与转化关系，并对前郭县冻融期0‐50cm水田土壤有机碳储量和无机碳储量的变化进行了估算。通过对2012年10月7日至2013年5月10日整个冻融期不同开发年限水田土壤温度的监测发现，受冻融期气温及太阳辐射量变化的影响，土壤温度在不同的冻融时期变化显著。不同开发年限的土壤在同一时期，由于其土壤类型、土壤质地、有机质含量、黏粒含量等土壤初始条件的不同，土壤温度之间存在差异，但土壤温度变化趋势一致。太阳辐射量、气温及积雪覆盖情况等均会对土壤温度产生影响，进而控制土壤季节冻融特征。研究不同冻融期土壤有机碳、无机碳含量的变化，结果表明：土壤有机碳在季节性冻融循环的过程中呈现动态变化，不同开发年限、不同深度的土壤有机碳含量的变化趋势相同，均呈先减少后增加的动态变化趋势；冻融循环后，有机碳含量降低；冻融过程中有机碳在土壤剖面的分布情况发生改变。季节性冻融循环的过程中，各样地、各土层的无机碳含量均呈先增加后减少然后再增加的波动变化趋势；冻融循环后，各样地表层土壤的无机碳含量增加；冻融时期和土壤深度是影响冻融期无机碳含量变化的主要因素。在不同冻融时期对土壤含水率、含盐量、pH、水解氮等土壤理化性质进行监测，发现冻融期土壤含水率、含盐量、pH、水解氮均有显著变化。冻融时期和土壤深度对含水率、含盐量、pH、水解氮的变化影响显著。冻融期土壤有机碳与水解氮、含水率、含盐量呈正向相关关系，与pH呈负向相关关系；土壤无机碳与水解氮、含水率、含盐量呈负向相关关系，与pH呈正向相关关系。土壤有机碳与无机碳之间存在负相关关系，季节性冻融循环的过程中有机碳与无机碳在时间与土壤剖面空间存在着迁移与转化。在实验室测试数据统计分析的基础上，对前郭县冻融期水田土壤0-50cm有机碳密度、无机碳密度进行了估算，并利用面积加权法估算出了水田土壤0-50cm有机碳储量、无机碳储量的变化范围。研究显示，季节性冻融循环过程中，有机碳密度呈先减小后增加的变化趋势，无机碳密度呈先增加、再减少、然后再增加的变化趋势。冻融结束后，土壤0-50cm有机碳储量降低、无机碳储量增加，有机碳储量为4.89×106t、无机碳储量在6.13×106t。本文研究结果可为该区全年候土壤碳库储量评估奠定基础，弥补了以往研究中仅考虑生长期土壤有机碳的不足，为深入研究冻土区土壤有机碳、无机碳的迁移与转化关系提供参考，为全球气候变化提供局地数据支持。
【作者】娄云；
【导师】汤洁；
【作者基本信息】吉林大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】有机碳；无机碳；冻融期；水田；储量；前郭县；

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