气候因子变化和放牧对温带半干旱草地土壤碳动态的长期影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 秦淑琦 |
| 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 | 董云社 |
| 关键词 | 自然气候 放牧 土壤呼吸 土壤有机碳组分 微生物残体碳 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其微小变化可能会对大气CO2浓度变化产生重要影响。准确评估草地土壤碳动态，促进草地土壤碳固存，对减缓大气CO2浓度升高有着重要的意义，是全球变化研究的热点。气候因子变化和放牧等人类活动共同影响着草地土壤碳过程及其动态特征。目前，关于气候因子变化和放牧对草地土壤呼吸影响的研究，大多为5年以下的短期实验研究，而10年以上长期影响效应的研究较为缺乏。此外，土壤作为一个复杂的有机体，深层土壤有机碳对长期放牧的响应规律有待进一步加强，土壤有机碳对放牧的深层响应机制还未被清楚地揭示。 本研究以内蒙古锡林河流域4种不同类型的温带草原为研究对象，即沿降水梯度的3种草原（贝加尔针茅草原、羊草草原及克氏针茅草原）、采用围封和自由放牧两种不同草地管理方式的大针茅草原，对这4个草原的土壤呼吸进行连续14年的长期观测，来研究年际自然气候因子变化和放牧对温带草原土壤碳排放的长期影响效应；通过测定围封地和放牧地0-100 cm不同土层土壤有机碳、矿物结合态有机碳、颗粒态有机碳及微生物残体碳，定量评价长期放牧对不同深度土壤有机碳及其组分、微生物残体碳的影响规律，并结合地上/地下生物量、土壤理化性质以及土壤微生物指标，从土壤有机碳组分和微生物来源的角度，深入探讨了长期放牧对土壤有机碳的影响机制。主要结论如下： （1）沿降水梯度（降水量越来越少）的三个草原年累积通量均值分别为1392.98 g C m-2 y-1、1224.41 g C m-2 y-1及682.56 g C m-2 y-1。在贝加尔针茅草原（年降水量最高）和羊草草原，主要是降水影响着年平均土壤呼吸的年际变化，而气温与降水共同调控着生长季土壤呼吸均值的年际变化。自然气候因子对克氏针茅草原（年降水量最低）年平均土壤呼吸、生长季和非生长季平均土壤呼吸的年际变化都没有显著的调控作用。土壤水热因子中任何一个因子的值较低时，都会对土壤呼吸产生限制作用。在较高的土壤温度条件下，土壤呼吸随着土壤水分的增加呈现先增加后不变或减少的变化趋势，即土壤呼吸出现水分阈值效应。土壤呼吸的水分阈值效应在非生长季更为明显。 （2）在大针茅草原围封地和放牧地，14年土壤呼吸年累积排放通量的年际波动范围分别为362.76 g C m-2 y-1-2096.88 g C m-2 y-1和405.66 g C m-2 y-1-1569.80 g C m-2 y-1。与围封相比，放牧使14年土壤呼吸的年均值和生长季均值分别减少了19.52%和21.90%。在年尺度上，土壤呼吸更依赖于土壤温度的变异，而在生长季尺度上，则更依赖于土壤水分的变化。放牧增加了年尺度上土壤呼吸对土壤水分的依赖性，但是降低了生长季土壤呼吸对温度的依赖性。此外，背景气候因子决定了土壤呼吸年际变化的方向，但放牧改变了背景气候因子对土壤呼吸影响效应的大小，即放牧增强了降水但减弱了气温对土壤呼吸年际变化的影响。 （3）与42年的围封相比，放牧显著减少了0-100 cm整个土壤剖面土壤有机碳、颗粒态有机碳、微生物残体碳及真菌残体碳，对0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm以及80-100 cm各土层土壤有机碳、颗粒态有机碳、矿物结合态有机碳及细菌残体碳的减小效应未达统计学显著水平，但显著减少了0-20 cm土壤真菌残体碳和微生物残体碳含量。此外，放牧增加了0-20 cm土壤有机碳的稳定性（颗粒态有机碳/矿物结合态有机碳降低）。与细菌残体碳相比，真菌残体碳对土壤有机碳的贡献较高（29.59%-58.52%），对土壤微生物残体碳变化起决定作用。 （4）与围封地相比，放牧地表层土壤真菌残体碳、微生物残体碳及总有机碳更容易受到土壤水分、容重及全氮等环境因子的影响。在土壤微生物残体碳的两个组分中，表土层真菌残体碳比细菌残体碳更容易受到土壤环境因子变化的影响。土壤有机碳变化与其组分颗粒态有机碳的相关性更强。土壤有机碳和颗粒态有机碳与微生物残体碳在表层土壤中的相关性较强，在深层土壤中，矿物结合态有机碳与真菌残体碳的相关性更强。放牧通过改变植物生物量、土壤理化性质及微生物生物量碳，对土壤颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳产生影响。从微生物源碳的角度来看，放牧通过影响土壤真菌和细菌残体碳，改变土壤颗粒态和矿物结合态有机碳含量，最终对土壤有机碳产生影响。 （5）与围封相比，放牧使不同深度土壤门水平的细菌丰度产生不同程度的增加或减少，但未达到统计学显著水平。放牧减小了0-20 cm土层土壤细菌群落α多样性，增加了80-100 cm土层土壤细菌群落α多样性。放牧对土壤门水平真菌群落组成有显著影响，增加了各层土壤真菌群落的α多样性。放牧会通过改变土壤微生物群落结构，间接和直接改变土壤微生物量碳，影响到土壤微生物残体碳，最终改变土壤有机碳。 综上，本论文一方面揭示了自然气候因子和放牧对温带半干旱草原土壤呼吸的长期（14年）影响效应，另一方面从土壤有机碳组分和微生物源碳的角度，深入揭示了多年放牧对土壤有机碳的影响机制。本研究发现，自然气候因子年际变化决定了土壤呼吸年际变化的方向，而研究点的降水状况和人类活动（放牧）改变了自然气候因子对土壤呼吸影响效应的大小。放牧通过增加地下生物量、减少土壤含水量，改变土壤的养分状况，影响到微生物对土壤有机碳的转化，进而影响土壤有机碳组分，最终减少土壤总有机碳含量。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 131 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199748]  |
| 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 | 秦淑琦. 气候因子变化和放牧对温带半干旱草地土壤碳动态的长期影响[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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