沙漠化过程中土壤有机碳衰减规律及其机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 苏永中 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2003 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 赵哈林 |
| 关键词 | 沙漠化 土壤性状 碳衰减 植被恢复 碳固存 |
| 其他题名 | Loss of soil organic carbon and its mechanisms in desertification process |
| 中文摘要 | 本研究以时空转换的方法，通过大量田间调查和试验室分析，围绕沙漠化的生物学过程这一主题，对土壤物理、化学和生物学性状的沙摸化演变过程及其特征，土壤有机碳的衰减规律及其机理，土壤-植被之间的相互作用进行了系统研究。结论如下：1沙漠化的本质是土地生态系统的贫瘩化过程，小尺度的农田沙漠化演变的研究表明：在风沙流作用下，土壤处于遭受侵蚀与接受风沙沉积的状态，土壤颗粒粗质化，土体向分散的无结构演变，孔隙分布与持水性能变劣，土壤有机质和养分的衰退，土壤酶活性和微生物呼吸降低。土壤性状退化的演变，既有系统本身的沙质属性决定的内在原因，更重要的是人为外部干扰体系的驱动；演变的过程，既有渐变型，又有跃变型。2在沙漠化演变中，有机碳、全氮等土壤性状的小尺度空间异质性增加。在土地沙漠化的演变过程中，土壤性状的空间变异函数的变化可以很好地反映沙漠化的趋势，表征沙漠化发生发展的程度和范围。3土壤颗粒分形维数随沙漠化程度的增加而减小，与土壤粒级分布、土壤有机碳、氮等性状存在高度的相关。土壤颗粒分形特征能定量地表征沙漠化过程中土壤粗粒化的演变，客观反映土壤肥力特征及其演变的规律性，因此可以作为农田沙漠化演变中土壤肥力特征描述的一个综合性定量指标。4科尔沁沙地农田土壤极低的土壤有机碳含量导致土壤物理稳定性差，大部分土壤物理稳定性指数低于5％，这是该区域土壤易遭风蚀而发生沙漠化演变的内因。土壤中大部分有机碳和氮是与粘粉粒结合的，在沙漠化演变中这部分有机碳相对比较稳定：而与沙粒组分结合的颗粒有机碳和氮的含量随沙漠化程度的增加而减少。沙漠化过程中土壤有机碳和氮衰减的机理，一方面是富含量养分的细颗粒组分的物理吹蚀，土壤粘粉粒丧失1％，土壤有机碳和氮含量平均下降0.169gkg~(-1)和0.0215 gkg~(-1)；另一方面是与沙粒结合的颗粒有机质形成量减少，沙漠化程度加重一级，颗粒有机碳、氮含量平均下降0.43gkg~(-1)和0.05g/kg~(-1)。随着沙漠化的发展，土壤粗粒化颗粒有机质组分比例增加，也导致了土壤有机碳的稳定性降低，不利于有机碳的积累。5不同沙化程度土壤CO_2-C的释放有极显著的差异，与沙地植被盖度，凋落物积累，土壤有机碳和全氮含量的分布有显著相关。在沙漠化的最初阶段，随着土壤沙粒含量的增加，土壤碳的矿化损失增加，但沙漠化发展到严重阶段由于沙地极微弱的土壤微生物活性，碳的矿化速率随沙粒含量的增加反而减小。土地沙漠化不仅使土壤有机碳库丧失，也显著恶化了土壤微生物活性。在沙漠化的演变中，土壤的粗粒化，有机物质和养分及微生物活性的丧失制约着凋落物在土壤中的矿化分解潜力。6退化沙质草地的开垦和过度放牧对草地土壤生态系统产生极大的负面效应，草地开垦引”发的强烈的风蚀作用，使得开垦后3年0～15cm土层有机碳和全量氮、磷养分分别下降了38.4％，28.0％和18.4％。土壤耕作也增加了碳的矿化损失。围封恢复5年后，植被的恢复使O～2.5cm表层土壤粘粉粒含量和0～7.5cm土壤有机碳、氮磷养分含量得以提高。7不同强度放牧干扰后的恢复草地，土壤有机碳、氮磷养分、酶活性和微生物活性在0～7.5cm蒙参表层土壤的特征为：中牧后恢复草地＞轻牧后恢复草地＞无牧恢复草地＞重牧后恢复草地。重度放牧使沙质草地超出了其承载能力和承受干扰的闭限，土壤性状恶化，恢复力降低；而适度的放牧后恢复有利于土壤有机碳、养分以及生物学性状的保持和提高。8土壤性状空间分布特征的研究表明：重度放牧后恢复草地较适度放牧（轻度和中度）后恢复草地有较高的土壤有机碳和全氮的空间变异，这种变异性特征，可以指示草地过度放牧引起若的植被的斑块状分布和裸沙斑块的分布，因而也可以用土壤碳、氮的变异函数定量地表征草地事沙漠化的程度、指示植被恢复演替的动态。9对围封草地碳动态的研究表明：0-15cm土层土壤有机碳和植物系统贮存的碳为：围封10。草地（5829m-2和309 gm-2＞围封5a草地（5249 m~(-2)和146gm~(-2)＞持续放牧草地（493gm~(-2)和95g m~(-2)），土壤贮存碳分别占各自土壤-植物系统碳的65.3％，78.2％和83.9％。采取围封恢有措施后，植被恢复和凋落物积累使土壤免遭风蚀，也显著增加了土壤有机质的输入，因而显著作用于大气碳的截存。但排除家畜放牧的长期围封使植物碳向土壤碳的再循环受到限制，截存的大部分碳以凋落物的形式积存在土壤表面，需进一步深入研究围封的时间尺度。冬功在流动沙丘上建植小叶锦鸡儿人工植被后，土壤持水性能、有机碳和氮的含量、微生物活性等性状随建植时间的增加而逐渐得以改善，0.5cm表层土壤的恢复显著高于5～20cm土壤土壤肥力恢复的速率人工植被建立和发育的早期阶段（0～13a）高于后期的演替阶段（l3～2 sa）。随着土壤环境条件的改善，侵入的草本植物种类数量、植被盖度增加，简单的人工灌木群落向复杂而稳定的灌草群落演变。11科尔沁沙地广泛分布的几种灌木和半灌木对沙地土壤肥力有显著的影响。灌丛对土壤风蚀物质、降尘和凋落物等的截获，形成灌丛肥岛；并通过发达的根系以根际沉积的形式向土壤输入大量的有机物质，从而使周围土壤的化学和生物学性质得以改善。灌丛肥岛的形成有利于根系的生一氏，导致更多的根际沉积：而根系的活动又促进了肥岛的发育。灌木的存在不仅使更多的有机物质和养分积聚在灌丛下，灌丛创造的微生境也适宜微生物活性的提高，成为沙地养分循环的中心源。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 132 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21972]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 苏永中. 沙漠化过程中土壤有机碳衰减规律及其机理研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2003. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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