黄土高原坝地土壤有机碳稳定性研究

作     者：周仕轩 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁银丽;许明祥

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：淤地坝 黄土高原 深层土壤 活性有机碳 有机碳稳定性 

摘      要：淤地坝是黄土高原地区最重要的水保措施,在淤积泥沙的过程中掩埋了大量的有机碳。明确坝地深层土壤有机碳稳定性的时空变化特征及其影响因素,对评估侵蚀沉积作用的碳源碳汇效应、评价和预测侵蚀沉积作用下坝地土壤固碳潜力具有重要意义。本文以黄土丘陵区典型流域坝地土壤为对象,选择农耕地（玉米）利用年限分别为0、10、30、40和50年的坝地,在土壤剖面0-600cm分层取样,共得300份土壤样品。从坝地剖面土壤理化属性及有机碳组分入手,测定土壤温湿度、有机碳、易氧化碳含量、微生物碳含量、矿化量等指标,以浅层（0-100cm）土壤为对照,重点研究了坝地深层（100-600cm）土壤特性和有机碳组分分布特征,解析了坝地深层土壤有机碳稳定性的变化规律、影响因素及影响程度。主要结论如下:1、坝地深层土壤有机碳（SOC）含量低于该区坡耕地表层土壤有机碳含量,并未呈现明显的有机碳富集现象。随利用年限增加,坝地SOC含量呈增加趋势。坝地剖面土壤有机碳含量呈现明显的时空分异特征。受耕作管理影响,坝地有机碳在表层0-20cm表现出明显的表聚现象;随着坝地利用年限的增加,浅层土壤中有机碳含量无显著差异,但深层土壤有机碳含量显著增加。在利用年限不超过10年的坝地中,浅层土壤有机碳含量显著大于深层土壤,随着利用年限的增加,深层和浅层土壤有机碳含量的差异逐渐减小。2、坝地土壤有机碳组分具有明显的空间分异特征,有机碳组分对土层深度、有机碳水平、全氮含量和温湿度等影响因素有不同的敏感性。坝地深层土壤微生物量碳、水溶性碳和易氧化碳含量存在明显的时空分异。与浅层土壤相比,深层土壤的活性有机碳含量更少,稳定性相对更高。土壤水溶性碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和易氧化碳（EOC）含量在坝地均呈现出明显的表聚现象,且都随着土层深度的加深而下降。在浅层土壤中,DOC、MBC和EOC含量在不同利用年限的坝地间不存在显著差异。在深层土壤中,未耕作利用的坝地（0年）DOC、EOC含量显著小于其它坝地;利用10年的坝地MBC含量显著小于其它坝地。坝地剖面土壤DOC主要受土壤有机碳含量和土层深度的影响,分别解释剖面土壤DOC变异的43.8%和19.9%,而坝地剖面土壤MBC对土层深度更为敏感,可解释剖面土壤MBC变异的44.1%,坝地剖面土壤EOC则对土层深度和全氮含量更敏感,分别解释其变异的39.2%和26.6%。3、坝地土壤矿化速率、矿化量和矿化率有明显的空间分异,不同年限坝地的矿化量和矿化速率对影响因素的响应不同。相对浅层而言,深层土壤有机碳具有较大的矿化潜力。土壤有机碳矿化量随着土层加深呈增加趋势,坝地浅层有机碳总矿化量分别占深层土壤总矿化量的92.9%和69.1%。坝地浅层土壤矿化率（26.18%-30.53%）低于深层（45.95%-46.64%）,深层土壤矿化速率和累计矿化量均比浅层高。不同利用年限的坝地土壤有机碳矿化量对影响因子有不同的敏感性。未利用的坝地土壤有机碳总矿化量与底物等因素无显著的相关性,利用10年的坝地土壤有机碳总矿化量与C/N呈显著的负相关性。不同利用年限的坝地土壤有机碳矿化速率对影响因子的敏感性也不同。未利用的坝地土壤有机碳矿化速率与有机碳、全氮、易氧化碳、微生物量碳和水溶性碳含量呈显著的负相关性,而利用10年的坝地土壤有机碳矿化速率对全氮含量、易氧化碳占比和C/N更为敏感。4、坝地土壤有机碳稳定性受多因素综合作用,不同因素对有机碳稳定性的影响程度不同。相较于坝地浅层土壤而言,坝地深层土壤有机碳具有较高的稳定性,长期耕作会降低坝地深层土壤有机碳稳定性。黄土高原坝地土壤易氧化碳含量及其分配比例与土壤温湿度呈负相关,与有机碳含量和全氮含量呈正相关。多因素综合作用对坝地有机碳稳定性的影响存在一定的主导性。坝地浅层土壤有机碳稳定性主要受土层深度的影响,能解释其变异的38.5%,其次是C/N,能解释其变异的31.8%;坝地深层土壤有机碳稳定性主要受全氮含量的影响,能解释其变异的34.2%,其次是有机碳含量、C/N和土壤含水量。