| 题名 | 喀斯特地区不同土地利用方式下温室气体通量和生物炭农田调控技术研究 |
| 作者 | 房彬 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 李心清 |
| 关键词 | 喀斯特 土地利用方式 CO2 CH4 N2O 全球增温潜势 生物炭 |
| 学位专业 | 地球化学 |
| 中文摘要 | 陆地生态系统是大气温室气体的重要源汇，陆地生态系统对全球变化的响应和反馈是当前全球变化研究中的重点。土壤碳收支在陆地碳收支中占主导地位，是全球碳循环的重要组成部分。土地利用方式、耕作管理措施、外界环境变化等因素影响温室气体净排放，改变了全球温室气体的收支平衡。喀斯特生态系统是地球表层系统中的重要组成部分，在全球碳循环中发挥着重要作用。我们有必要研究喀斯特地区不同土地利用方式下土壤温室气体通量对全球变化的响应和影响机制，为喀斯特生态系统优化调控对策和措施提供科学依据。 生物炭是生物质在缺氧条件下进行高温热解而成的富含碳质且性质稳定固体产物。生物炭作为一种土壤改良剂和固碳剂正越来越受到国内外的广泛关注，是固碳减排和提高土壤生产力有效的技术方法。目前，生物炭与土壤相互作用机制尚不明确，对土壤温室气体调控作用缺乏普适性。针对不同土壤类型、不同生物质来源生物炭、不同的添加比例开展更广泛的研究是十分有必要的，这有利于全面评价生物炭对土壤、环境、作物的影响与作用，为实际推广应用提供依据。 本研究在西南喀斯特地区选取了三种不同土地利用方式（轮作旱地、灌丛林地、水旱轮作农田），采用静态箱-气相色谱法进行了为期一年土壤CO2、CH4和N2O通量观测，并对生物炭施用于农田土壤改良土壤物理、化学性质，调控温室气体排放进行了研究，主要结论如下： 1.不同土地利用方式对温室气体通量有很大影响。喀斯特地区旱地轮作农田、灌丛林地、水旱轮作农田土壤平均CO2通量分别为271.09、342.98、546.92mg CO2?m-2?h-1，通量大小表现为水旱轮作农田＞灌丛林地＞旱地轮作农田；旱地轮作农田、灌丛林地、水旱轮作农田土壤平均CH4通量分别为－36.86、－103.22和70.77μg CH4?m-2?h-1；水旱轮作农田中水稻生长期主要表现为CH4释放源，蔬菜生长期土壤始终表现为CH4的净吸收汇。旱地轮作农田、灌丛林地、水旱轮作农田土壤N2O平均通量为24.53、4.33和18.71μg N2O?m-2?h-1，不同土地利用方式下土壤氧化N2O通量表现为旱地轮作农田＞ 水旱轮作农田＞灌丛林地。不同土地利用方式下土壤全球增温潜势(GWP)表现为水旱轮作＞灌丛林＞旱地轮作。与国内其他地区林地相比，本研究灌丛林土壤CH4吸收通量表现出明显地带性特征，为已有研究结果的较高值。水旱轮作农田土壤CH4通量与其它地区测定结果相比明显偏低，主要与水管理、土壤、施肥和气候等因子的区域性差异有关。 2.轮作旱地农田土壤CO2通量日变化大气温度和地表温度相关性显著；CO2通量的季节变化与大气温度或是土壤温度呈现显著的指数正相关关系，表明温度是土壤呼吸最重要的驱动因子。CO2通量与土壤含水量相关关系不显著，但土壤含水量会和温度协同影响土壤呼吸。传统耕作方式的翻耕能在短时间内促进CO2排放，加快土壤有机质分解。CO2通量与土壤pH存在极显著线性正相关关系，说明对于喀斯特旱地土壤，pH的升高能促进微生物的活动，进而提高土壤呼吸作用。本研究中，氮肥施用对土壤N2O排放有明显的促进作用，温度的升高在一定时段内加速了土壤反硝化作用，促进N2O排放速率增加，从整个观测期看，N2O通量对土壤水分状况变化的相应最为显著。水分是本研究中土壤氧化CH4的主要限制因子，温度对CH4氧化的影响作用小于水分，其效应被屏蔽。 土壤温度是影响灌丛林地土壤CO2通量的主要因素，土壤CO2通量随温度升高呈极显著幂函数增加；土壤水分对土壤CO2通量的影响不显著，但干旱造成的水分胁迫却能明显影响土壤呼吸速率；双因素模型可以很好拟合土壤温度和土壤湿度对土壤CO2通量的共同影响。CH4吸收通量与土壤5 cm温度呈极显著正相关，温度越高，越利于土壤对CH4的吸收；CH4吸收通量受土壤湿度的限制影响明显，随着土壤含水量增加，土壤 CH4氧化强度变弱。土壤湿度是影响灌丛林土壤N2O通量的主要因子。温度并不是N2O通量的主要影响因子，或者N2O通量受到了其它环境因子的影响，是多因子协同作用的结果。 水旱轮作农田土壤CO2通量表现出强烈的季节变化特征。非淹水阶段CO2通量与土壤温度和大气温度均有极显著指数正相关关系，表明温度是非淹水期影响土壤CO2通量的主要环境因子。非淹水阶段的CO2通量与土壤体积含水量之间有极著的线性相关关系，这种负相关关系主要是由于温度和水分含量之间的互逆关系造成的。水旱轮作农田CH4季节变化趋势主要受水分条件驱动。非淹水期CH4吸收通量与气温、土壤温度均表现为极显著正相关，而和水分含量没有响应关系。水稻生长期N2O通量与土壤含水量呈显著负相关，表明水分状况是影响水稻生长期N2O通量的主要因素，但水分状况对蔬菜土壤N2O通量影响并不明显。化学氮肥促进了硝化反硝化作用，促使土壤有效氮含量显著提高。 3.生物炭作为土壤改良剂施用于农田能有效改良土壤和提高耕作性能。施用生物炭能显著降低土壤容重和土壤硬度；生物炭对土壤中有效磷等营养元素有很强的吸附作用，通过减少磷素养分的溶解迁移避免其流失；生物炭添加提高了土壤NO3－-N含量；施加生物炭后土壤持水能力得到提高；生物炭提高了土壤pH；生物炭处理能显著提高土壤有机质，从而改善土壤团聚体稳定性. |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境地球化学 |
| 公开日期 | 2016-12-16 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.gyig.ac.cn:8080/handle/352002/5809]  |
| 专题 | 地球化学研究所_研究生_研究生_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 房彬. 喀斯特地区不同土地利用方式下温室气体通量和生物炭农田调控技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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