高寒冻融区土石混合介质特征以及对土壤呼吸的影响

CORC > 成都山地灾害与环境研究所 > 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 > 山地表生过程与生态调控重点实验室

题名	高寒冻融区土石混合介质特征以及对土壤呼吸的影响
作者	吕富成
答辩日期	2017
文献子类	硕士
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	王小丹
关键词	土石混合介质砾石体积含量土壤呼吸粒径
其他题名	Characteristics of soil-stony mixture and its effects on soil respiration in cold and frozen thawing area
学位专业	自然地理
英文摘要	受地壳抬升挤压、冻融交替、风力侵蚀和冰川退缩等内外力共同作用的影响，青藏高原土壤不仅含有大量的砾石，这种土壤和砾石组成的土石混合介质在形成机制、物质组成和能量流动都十分独特。从形成机制上看，受第四纪气候变化，地壳隆升，冰川消融、山体侵蚀和剥蚀增强等共同作用，青藏高原周边地层中形成了巨厚的砾石层；从物质组成上看，高寒冻融区土壤中砾石的来源包括地质作用成土母质形成的风化物，冰川作用留下的冰碛物，以及成土母质进一步受到风蚀作用和流水作用裸露于地表的砾石等；土石混合介质在温湿度变化，地气能量交换、太阳辐射的传输，都不同于一般的均质土壤。在干旱半干旱地区，砾石含量对土壤性质、植物生长均有重要的影响，然而，有关砾石特征与土壤、生物关系的研究鲜有报道。此外，高寒草原地表广泛的砾石也影响土壤碳库的重要环境因子之一，砾石通过改变土壤与植物、大气交界面的水热交换和传输过程，间接影响土壤呼吸；砾石物理阻滞作用直接改变CO2传输方式、路径、时间特征，继而影响土壤呼吸的过程；尤其是在高寒地区，砾石对CO2的压力作用，可能改变土壤溶液中CO2含量、碳酸盐转化及其溶解度和淋溶强度。因此，研究砾石特征对土壤呼吸的影响机制势在必行。鉴于高寒冻融区土石混合介质中砾石分布及其对CO2传输过程影响的不确定性，本课题拟在青藏高原高寒冻融区域，依托申扎高寒草原生态站，以代表性高寒草原土壤分布区为重点，通过样带调查、遥感等技术手段，弄清高寒冻融区土石混合介质中砾石的主要特征；分析高寒冻融区砾石分布与土壤性质、生物量的关系；探究砾石特性对土壤呼吸的影响。不仅可以为高寒地区植被保护和生态屏障建设积累重要的基础资料，也是准确估算青藏高原有机碳库及其环境效应的提供重要基础，而且对陆地生态系统碳循环模拟有重要意义。总结起来，本研究主要取得了一下成果：1.申扎地区土石混合介质砾石体积含量空间差异性较大。0-10cm的砾石体积含量较低（0.9%~36.5%），10-20cm砾石体积含量次之（1.8%~68%）；20-30cm砾石体积含量最高（3%~86%）。总的来看，砾石体积含量随着土壤深度的增加而增加。从不同粒径的砾石体积含量看，不同土层的粒径配比是相同的，粒径的分选性差。2.高寒冻融区土石混合介质砾石体积含量与地上生物量、地下生物量均存在显著的线性负相关关系。即随着砾石体积含量的增加，高寒冻融区植物地上和地下的生物量逐渐较少。另外发现，申扎地区0-10cm的土壤砾石体积含量与土石混合介质总容重没有相关关系，该地区10-20cm、20-30cm的砾石体积含量与土石混合介质总容重呈显著的线性正相关关系，随着土壤深度的加深，砾石体积含量对土壤容重的影响愈加明显。部分粒径砾石体积含量与生物量有显著相关关系。0-10cm土层5-10mm粒径体积含量与同一土层的地下生物量显著线性负相关关系。10-20cm土层5-10mm、10-20mm粒径体积含量与对应土层的地下生物量显著线性负相关关系，20-30cm土层2-5mm粒径体积含量与对应土层的地下生物量呈显著线性负相关关系。3.通过野外定位实验发现，高寒冻融区地表粒径覆盖对土壤温度、湿度和土壤呼吸有显著影响。（1）不同粒径覆盖处理的评价土壤温度，中粒>细粒>CK>粗粒，5cm的土壤温度在16点达到最大，10cm和15cm的土壤温度在18点达到最大。其中粗粒的土壤温度在16点和18点明显低于其他处理；全天连续观测发现，10cm的土壤温度上升过程中，不同粒径覆盖处理之间土壤温度差异不大，且最高温度明显大于大气温度，但在温度下降过程中，土壤温度从大到小依次为中粒>细粒>CK>粗粒>大气温度。（2）不同粒径覆盖处理的土壤湿度存在差异，对白天10cm土壤湿度观测发现，粗粒>中粒>CK>细粒，且随着时间的推移土壤湿度缓慢下降。通过对10cm土壤湿度的连续观测发现，不同粒径覆盖下10cm的土壤湿度从大到小其次为，粗粒>中粒>CK>细粒。另外，在降水条件下，土壤湿度从大到小为：粗粒>细粒>中粒>CK。（3）不同粒径覆盖处理的土壤呼吸速率昼变化和月变化一致，依次为：CK>粗粒>中粒>细粒，且细粒土壤呼吸速率显著低于CK。（4）高寒冻融区土石混合介质地表不同粒径覆盖处理的土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度呈显著的线性正相关。
语种	中文
页码	49
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/24576]
专题	成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室
作者单位	中国科学院成都山地灾害与环境研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	吕富成. 高寒冻融区土石混合介质特征以及对土壤呼吸的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017.