强度集约经营雷竹林土壤有机碳储量的时空变化

论文摘要

雷竹（Phyllostachys praecox）强度集约经营是指大量施用肥料、冬季覆盖增温、强化田间管理的栽培模式,目标是实现竹笋早出、高产、提高经济效益。通过我们的研究发现,强度集约经营的雷竹林还是强大的碳汇,包含大量地上部分生物积累固持的有机碳和地下部分积累固持的更多的土壤有机碳,随着强度集约经营栽培年限的延长,雷竹林一土壤生态系统固定的二氧化碳量是相当惊人的。迄今,雷竹林土壤有机碳含量的时空变化仅有零星报道,至于雷竹林土壤有机碳化学结构组分及其变化的研究更是空白。2006年3月到2008年3月,我们以浙江省临安市不同乡镇、集约经营年龄（0-15a）长短不一的雷竹林为对象,着重研究了雷竹林土壤总有机碳（TOC）含量的时空变化、雷竹林土壤活性有机碳含量的时空变化、土壤腐殖酸含量和光密度值随栽培年限延长和剖面深度增加的变化;此外,还运用固态13C核磁共振波谱法分析了雷竹土壤中有机碳化学结构随土壤深度层次的变化及其表层土壤（0-10cm）有机碳化学结构随栽培年限延长的变化。研究得到的初步结论如下:1.强度集约经营雷竹林土壤总有机碳的时空变化:通过对三口镇、横畈镇和西天目乡三个乡镇的雷竹林土壤共720个样品的研究发现,土壤总有机碳含量随栽培年限的延长而逐渐提高。三个乡镇雷竹林土壤表层的有机碳含量（平均值）与水稻土相比,种植10a后TOC提高了0.119倍,15a后提高了1.086倍,其中三口镇15a表层的TOC含量最高达到78.31g·kg-1。从空间上看,15a内表层土壤TOC含量受影响最大、提高最多,其次是亚表层,而底层土壤所受影响不大。从三个不同地理位置的乡镇来看,TOC含量以管理比较精细、技术比较到位的三口镇受影响最大、提高最多,西天目乡次之,而横畈镇则是最小。2.雷竹林土壤活性有机碳的时空变化:雷竹林土壤WSOC是随着栽培年限的延长而增加,土壤WSOC含量随着剖面深度的增加而递减。西天目乡的WSOC含量比横畈镇高。ROC呈随栽培年限延长逐渐递增的趋势,表层ROC/TOC的比值随着栽培年限延长基本呈递减趋势。ROC含量的空间分布特征是表层最高,亚表层次之,底层最低,地区之间也有差异。随着强度集约经营雷竹林栽培年限的增加,表层土壤微生物生物量碳含量总体呈现下降趋势,MBC/TOC的比例也降低,横畈镇和西天目乡雷竹林地的MBC变化轨迹不同但趋势一致。3.雷竹林土壤腐殖酸组分及其光密度的变化:胡敏酸HA随栽培年限延长先下降后逐渐递增,其在腐殖酸中所占比例也相应地先下降后升高,与总有机碳的变化趋势类似。HA/FA比值一般都在1.0以上,说明HA的活性小。HA/FA的比值随栽培年限延长逐渐升高,集约经营的栽培方式在一定程度上改变了雷竹林土壤的HA/FA比值。HA、FA和HA+FA含量表层最高,亚表层次之,底层最低。随着雷竹林栽培年限延长,HA的光密度值E4（HA）和E6（HA）增加,E4/E6（HA+FA）也呈逐渐递增规律,反映出HA的分子复杂程度逐渐加强,芳化度增强,土壤腐殖质的性质越来越稳定。随着剖面深度的增加,光密度E4（HA）递减,说明表层土壤芳化度最高,分子最稳定。4.固态13C核磁共振波谱法对雷竹林土壤中有机碳化学结构（组分）的研究:1a至15a雷竹林土壤有机碳的13CNMR波谱碳骨架基本类似,可分为四个明显的共振区。由于15a时间对土壤有机质的变化来说太短了,因此有机碳结构在大类型上没有显示有多大差别,但土壤有机碳各组分信号强度分布仍有一些变化。空间变化方面,在剖面深度上,15a雷竹林土壤亚表层A/O-A值最大,有机碳结构最稳定,最不容易释放和分解。在采样空间上的变化,葱坑村15a雷竹林土壤芳香度比三口镇的低,说明葱坑村土壤有机质的腐殖化程度较低,土壤有机碳稳定性就没有三口镇土壤有机碳的高,从土壤固碳的角度来看,三口镇雷竹林土壤腐殖化程度更强,其固碳潜力更大。雷竹土壤A/O-A比值随栽培年限延长而逐渐递减,芳香度略微增加,从土壤有机碳积累和碳汇的观点看是有利于土壤碳固定的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 土壤碳汇功能、意义及国际背景
• 1.1 土壤碳汇功能和土壤有机质消长
• 1.2 全球气候变化与《京都议定书》
• 2的任务及可行性'>1.3 我国减排CO₂的任务及可行性
• 13CNMR分析在土壤有机碳库上的应用'>2 雷竹林丰产高效技术、土壤碳素和¹³CNMR分析在土壤有机碳库上的应用
• 2.1 集约经营雷竹林丰产高效技术
• 2.1.1 施肥技术
• 2.1.2 覆盖技术
• 2.1.3 其他管理措施
• 2.2 集约经营雷竹林的土壤碳素
• 2.2.1 雷竹林土壤有机质
• 2.2.2 雷竹林土壤活性碳研究进展
• 2.2.3 雷竹林土壤碳汇能力的估算及意义
• 2.2.4 稻田土壤有机质含量的变化和碳固持
• 2.2.5 我国南方扩大雷竹栽培面积的潜力分析
• 2.3 核磁共振光谱（NMR）对土壤有机质化学结构和组成的研究现状及展望
• 2.3.1 NMR对土壤有机质化学结构和组成的研究现状
• 2.3.2 展望
• 3 集约经营雷竹林土壤总有机碳的时空变化
• 3.1 试验与方法
• 3.1.1 试验地概况
• 3.1.2 试验设计与样品采集分析
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 样区土壤基本性质
• 3.2.2 土壤总有机碳含量随雷竹林栽培年限延长的时间变化
• 3.2.3 土壤总有机碳含量的空间变化
• 3.2.4 表层土壤总有机质、全氮含量的相关关系及其比值
• 3.3 讨论
• 4 集约经营雷竹林土壤活性有机碳的时空变化
• 4.1 试验与方法
• 4.1.1 试验地概况
• 4.1.2 试验设计与样品采集分析
• 4.2 结果分析
• 4.2.1 土壤水溶性有机碳（WSOC）的变化
• 4.2.2 土壤易氧化碳（ROC）的变化
• 4.2.3 土壤微生物生物量碳（MBC）的变化
• 4.3 讨论
• 5 雷竹林土壤腐殖酸及其光密度的时空变化
• 5.1 试验与方法
• 5.1.1 试验地概况
• 5.1.2 试验设计与样品采集分析
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 腐殖酸组分的时空变化及其在腐殖酸中比例
• 5.2.2 雷竹林土壤HA光密度E的变化
• 5.3 讨论
• 13CNMR在雷竹林土壤有机碳化学结构研究中的应用'>6 固态¹³CNMR在雷竹林土壤有机碳化学结构研究中的应用
• 6.1 试验与方法
• 6.1.1 试验地概况
• 6.1.2 样品采集和HF前处理
• 6.2 结果分析
• 6.2.1 雷竹林土壤有机碳化学结构、组分随土壤剖面深度和采样地点的空间变化
• 6.2.2 雷竹林表层土壤（0-10cm）碳化学结构组分随栽培年限的变化
• 6.3 讨论
• 7 结论
• 参考文献
• 附录图Ⅰ
• 附录图Ⅱ
• 附录图Ⅲ
• 附录符号表
• 个人简介
• 致谢