氮添加和CO2浓度升高对子午岭林区典型次生林土壤碳库的影响研究

作     者：张超雅 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李鹏

授予年度：2024年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：氮添加 CO2浓度升高 土壤碳储量 土壤有机碳 土壤无机碳 

摘      要：近年来，全球气候变化的研究热点集中主要在氮沉降速率的增加和CO2浓度升高对陆地生态系统的耦合作用。在企球气候变化的背景下，深入研究氮添加和CO2浓度升高对土壤碳库分布规律及碳储最动态变化特征，对于预测未来森林土壤固碳潜力的形响具有极其重要的意义。本研究的研究对象为子午岭林区油松、麻栎林地土壤碳和凋落物，采用野外采样、测试分析和土柱模拟实验等相结合的研究方法，研究林地土壤碳分布规律及其差异，采用模拟实验研究氮添加和CO2升高对土壤理化性质和土壤碳再分布的变化特征、土壤碳储的变化规律主要结论如下: （1）明确了不同林分类型下土壤理化性质之问的响应关系非辨识共主导因素。土壤有机碳与全氮、全磷呈极显著正相关。土壤无机碳与铵态氮、硝态氮、速效磷呈极显著正相关。随土层深度的增加，麻栎和汕松土壤有机碳含下降3～4倍，0-10cm 土层中麻栎和油松土壤有机碳含量分别占整个土壤剖面的44.27%和56.05%;0-100cm土层中,麻栎无机碳含量是现下降趋势,下降幅度达56.58%油松无机碳含量呈上升的趋势，增幅达71.92%。有机碳碳组分中颗粒态有机碳（POC）含量占比较大，分别占麻栎和油松有机碳的80.2%和77.8%，主要分布在0-40cm。麻栎凋落物的全氮比油松高2倍左右，油松落物碳含相对于麻栎高16.77%，凋落物的碳氮磷含量与土壤理化性质和土壤碳之问相关性不显著。 （2）分析了氮添加对土壤碳再分布的影响。氮添加显著增加了硝态氮、全氮和速效磷的含量，抑制了铵态氮和全磷含量的增加。随模拟时问延长，麻栎和油松有机碳含量分别于60d和40d达到最大值，无机碳含量与20d和60d达到最大值。N9和N6处理使麻栎和油松有机碳含量分别增加了54.18%和68.68%，增加的有机碳含量主要分布在20-100cm土层。N3和N9处理使POC含量占比增加7%-18%，增加量的占比主要分布在0-20cm层，MACO含占比减少6%～17%，减少量的占比主要分布在0-50cm层。不同氮添加水平下麻栎无机碳含量呈下降趋势,N3处理导致麻栎无机碳含量减少了 13.86%,减少的无机碳主要分布在0-40 cm;N9处理使油松土壤无机碳含量增加了 5.65%,增加的无机碳主要分布在0-40 cm。 （3）厘清了CO2浓度升高对土壤碳再分布的作用。CO2浓度升高显著增加了硝态氮、铵态氮、速效磷的含量,在一定程度减少了全氮和全磷的含量。随模拟时间延长,CO2浓度升高使麻栎和油松土壤碳含量变化规律与氮添加相似。随土层深度的增加,CO2-H和CO2-L处理使麻栎和油松土壤有机碳含量增加了一倍左右,增加的有机碳主要分布在80-100 cm 土层中。CO2-M处理使POC含量占比增加3%-7%,MACO含量占比减少3%-6%,DOC含量无明显变化,POC含量增大的占比主要分布在0-70 cm 土层中,MAOC含量减少的占比主要分布在0-40 cm 土层中。CO2-H处理导致麻栎无机碳含量下降了2.95%～15.07%,减少量主要分布在0-40cm 土层;CO2-H使油松无机碳含量增加了6.31%,增加量主要分布在0-40cm和70-100cm。 （4）阐明了氮添加和CO2浓度升高对土壤碳储量变化的影响。氮添加使麻栎和油松土壤有机碳碳储量分别增加了49.27%和47.04%,无机碳储量降低了12.22%和0.85%。麻栎总碳储量降低了5.38%,油松总碳储量增加了2.52%。CO2浓度升高使麻栎和油松土壤有机碳碳储量分别增加了97.3%和25.5%,土壤无机碳储量降低了13.50%和2.7%。麻栎和油松总碳储量降低了1.10%和0.80%。