利用方式高寒草原土壤有机碳过程及其对增温与增雨的响应

来源 :新疆农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cytunyu
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草地利用和管理对生态过程具有非常重要的影响,往往决定着土壤碳过程(土壤碳蓄积与土壤碳排放过程)的变化程度和方向。因此,分析草地利用方式对土壤碳过程的影响,对于科学草地管理、优化草地利用方式、促进农牧业的可持续发展以及应对未来气候变化提出相关对策具有重要意义。本文以新疆巴音布鲁克高寒草地(开垦草地:GF,从2014年至今;放牧草地:GG,从1971年至今;对照的围封草地:UGII,1985年至今)为研究对象,从草地利用的短期试验(土壤碳蓄积:土壤有机碳与土壤全碳含量、土壤碳排放:土壤呼吸速率、稳定机制:土壤团聚体物理分组与土壤有机碳化学分组)到气候变化的长期模拟(增温与增雨试验及模型预测)两方面,探讨草地利用对土壤碳过程的影响,结果表明:(1)土壤全碳含量和土壤有机碳含量主要集中在0-20cm土壤表层处,即GF、GG和UGII处理平均土壤全碳含量分别为50.03 g/kg、60.41 g/kg和59.77 g/kg;平均土壤有机碳含量分别为31.13g/kg、43.94 g/kg、42.81 g/kg。GF、GG、UGII处理在生长季期间(4月-9月)的平均土壤呼吸速率分别为4.35μmol/(m2·s)、2.48μmol/(m2·s)和2.37μmol/(m2·s)。(2)GG和UGII处理(0-20cm)的土壤团聚体百分含量(粒径大于2mm)分别比GF处理增加了3.69倍和4.07倍。土壤团聚体的粒径越大,其土壤有机碳含量越高。土壤中四种有机碳组分含量(极不稳定、不稳定、稳定和惰性有机碳组分含量)均与土壤有机碳含量均呈极显著的线性回归关系。从有机碳组分的分配比例而言,GF处理土壤主要以极不稳定的有机碳组分为主,而GG和UGII处理土壤主要以惰性有机碳组分为主。(3)30℃室内恒温培养下,GF、GG和UGII处理在培养试验结束后(156 d)土壤呼吸累积量分别为4.90mg/g、6.99mg/g与6.52mg/g。极不稳定有机碳组分含量和惰性有机碳组分含量的变化量均与土壤呼吸累积量呈极显著正相关关系;不稳定有机碳组分和稳定有机碳组分的变化量均与土壤呼吸累积量呈负相关关系。整个增雨室内恒温培养试验过程中(40 d),土壤含水量为60%处理下土壤呼吸累积量最高,GF和GG以及UGII处理的土壤呼吸累积量分别为1.825mg/g、2.323mg/g和2.090mg/g。培养期内,土壤水分损失量与土壤呼吸速率呈极显著的负相关关系。当土壤水分每损失10g时,土壤呼吸速率减少0.046 mg/(g·d)。(4)通过模型验证(r为0.91-0.95;RMSE为6.39-7.99%;M为(-0.20)-0.11g/kg)后,Denitrification-Decompositiond Model(DNDC)预测结果表明,在A2情景下(国内或区域资源情景),2020年、2050年、2080年,GF处理土壤有机碳含量分别为27.25g/kg、26.78 g/kg和26.32 g/kg;其土壤呼吸速率分别为6.45μmol/(m2·s)、6.71μmol/(m2·s)和8.67μmol/(m2·s)。GG处理在A2情景模式下,2020年、2050年和2080年土壤有机碳含量分别是44.25g/kg、44.85g/kg和46.15g/kg;其土壤呼吸速率的动态分别为3.48μmol/(m2·s)、3.90μmol/(m2·s)和3.56μmol/(m2·s)。综上所述,从生态和环境保护角度分析,合理放牧草地是有效的提高资源可持续利用的方式之一。
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