滨海盐碱地土壤有机碳储量变化及驱动机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘德尧 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 李静 |
| 关键词 | 滨海盐碱地 土壤有机碳储量 玉米–小麦轮作 棉花 气候变化 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 沿海农区作为世界上重要的粮食生产中心，承载着全球66%的人口。提高农田生产能力的同时提高其固碳能力是保障粮食安全和农业碳中和的双赢方案。当前受限于土壤盐碱化和农田集约化，不同的时间尺度或耕作类型的农田土壤碳库对调控因子的响应并非完全一致，亟需厘清长期耕作的滨海农田土壤有机碳（SOC）储量的累积过程、驱动机制及调控策略。本研究以位于中国黄河三角洲的玉米–小麦轮作农田和单作棉花长期农田SOC 库为研究对象，探究了1980–2020 年间耕层（0–20 cm）SOC 储量变化；识别了SOC 储量对不同农田土壤性质（土壤养分、土壤类型和土壤盐分等），自然条件（距黄河距离、距渤海距离、地形湿度指数TWI 和坡度等）和人为因素（施肥、灌溉等）的响应；基于随机森林模型识别SOC 储量动态变化的主要驱动机制；并结合DNDC（Denitrification-Decomposition）模型预测了未来气候变化情境下滨海盐碱农田SOC 储量变化，研究结果如下： （1）40 年间黄河三角洲的滨海盐碱农田土壤年均固碳速率为0.063 g kg-1 yr-1，其中玉米–小麦轮作农田相比于单作棉花农田固定了更多的碳，从1980 年的13.38 Mg C ha-1 分别增加到23.43 和20.82 Mg C ha-1，平均增速为0.25 和0.20 MgC ha-1 yr-1。 （2）土壤养分（氮储量、速效磷和速效钾）与SOC 储量在玉米–小麦轮作农田有更强的相关性（p < 0.01），而两种农田SOC 储量与pH 相关性不显著；在滨海盐碱农田两种不同种植模式的农田土壤碳库表现出对盐分含量的不同相应。在棉花农田，土壤盐分每升高1.5‰会造成17.5%的SOC 储量损失，而适当含量的盐分（1.5–2.0‰）会促进玉米–小麦农田土壤C 固持；自然因素中土壤类型是通过影响农田土壤盐分进而间接影响农田SOC 储量；两种农田SOC 储量都随着更高的TWI 而上升，更高的坡度而下降（p < 0.05）。 （3）随机森林模型的结果表明，土壤性质是影响农田碳库的最主要驱动因素。对于玉米–小麦农田，最重要的影响因素是土壤氮储量，解释了SOC 储量18.87%的变化，而对于单作棉花农田，最重要的影响因素是土壤盐分和土壤类型，分别解释了SOC 储量变化的16.49%和16.22%；14 年间，土壤微环境改变（TWI、坡度等）比区域的年平均温度（MAT）和年平均降雨（MAP）的改变更能影响农田SOC 储量；对于玉米–小麦农田，SOC 储量变化驱动机制为土壤高养分（N、P 和K）水平有利于作物生长形成更多的地上和地下生物量，通过残茬还田和根系生长促进植物碳输入来促进土壤碳固持。对于单作棉花农田，SOC 储量变化驱动机制为土壤盐分通过影响棉花农田土壤微生物和相关SOC 分解酶的活性，进而延缓或促进土壤有机碳的分解和周转。 （4）DNDC 模型在滨海盐碱农田上具有较好的适用性（R2 > 0.76, RMSE <1.60, MAE < 0.94）；如果维持当前产量水平不变，在黄河三角洲推广单作棉花种植将造成到2100 年SSP126 和SSP585 情景下88.2%和91.0%的农田土壤将转变为碳源，造成最高15.31Mg C ha-1 的SOC 储量损失，而推广种植玉米–小麦农田研究区将基本表现为碳汇，SOC 储量增加量最高为26.60 Mg C ha-1；SSP585 相比于SSP126 情景，棉花农田和玉米–小麦轮作农田的SOC 储量到2100 年分别降低了3.9%和11.6%；对于玉米–小麦农田，SOC 储量在SSP585 情景下2050 年达到饱和量（三种产量情景的平均值为27.94 Mg C ha-1），而在SSP126 情景下到2100 年仍持续增加。对于单作棉花农田，只有SSP126 情景下的S1 和S2 增产情景可以逆转农田土壤为碳汇，到2100 年SOC 储量最高为23.07 Mg C ha-1，而SSP585 情景下SOC 储量会以0.01–0.03 Mg C ha-1 yr-1 的速度流失。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 85 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199347]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘德尧. 滨海盐碱地土壤有机碳储量变化及驱动机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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