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黄土丘陵区植被恢复过程中土壤有机碳官能团变化的研究

2020-12-10阅读(225)

黄土丘陵区植被恢复过程中土壤有机碳官能团变化的研究

论文摘要

植被恢复是黄土高原地区提高土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）、改善土壤结构最有效的措施之一，而了解植被恢复过程中土壤有机碳官能团的组成和含量，对加深理解土壤有机碳化学稳定机制有积极意义。本研究应用同步辐射软X射线（X-rayAbsorption Near Edge Structure，XANES）及红外光谱（Synchrotron Radiation-FourierTransform Infrared，SR-FTIR）方法，测定黄土高原不同类型区植被条件下土壤有机碳官能团组成，并进行其含量的半定量分析，探讨黄土高原植被恢复过程中土壤、团聚体中有机碳官能团组成及含量变化规律，明确植被恢复对土壤有机碳化学稳定性影响。主要研究结果如下：1、半干旱区天然草地恢复影响土壤有机碳官能团的含量和分布，提高土壤有机碳化学稳定性增强。具体表现为随退耕年限增加，SOC脂肪-C特征峰吸收增强，土壤有机碳各官能团相对含量都有所增加；0-5cm、10-20cm土层土壤脂肪-C、醇-C相对百分含量明显增加，同时芳香-C相对含量有增加趋势。XANES测定结果与SR-FTIR测定结果基本一致，经T检验，两种方法测定结果差异不显著（P>0.05），表明采用XANES测定退耕草地土壤有机碳结构变化是可行的。2、人工苜蓿种植促进了SOC积累，改善土壤团聚体稳定性，改变了SOC各官能团在各粒级团聚体中分布及含量。当生长达8年时，效果最好；主要表现为随着种植年限增加，>0.25mm团聚体百分比增加；饱和烷烃相对百分含量增加，且主要分布在0.25-1mm团聚体中；脂肪-C、醇-C相对百分含量随着粒径增大而减少，增加的脂肪-C、醇-C主要分布在大团聚体中，芳香-C主要分布于<0.25mm团聚体中，表明小团聚体中有机碳稳定性高于大团聚体。连续种植苜蓿，其SOC中易氧化官能团（脂肪-C，醇-C）增加快于芳香-C，表明其对土壤有机碳增加的贡献最大。3、次生植被演替提高了土壤、团聚体官能团含量和SOC化学稳定性。植被恢复在促进了SOC中易氧化（醇-C、多糖-C、伸缩振动脂肪-C）官能团显著增加，稳定性较强的变形振动脂肪-C、芳香-C也增加，特别在恢复至狼牙刺至辽东栎阶段增加明显。植被演替对0-5cm土层SOC官能团变化的作用明显大于20-40cm土层。4、演替过程中团聚体SOC脂肪-C、醇-C、多糖-C、芳香-C含量增加；SOC多糖-C主要体现在<0.25mm团聚体中，脂肪-C、羧基-C、醇-C分别主要体现于2-5mm、0.5-0.25mm和<0.25mm团聚体中。演替至顶级群落时，芳香-C在各粒径团聚体中绝对含量明显增加，其主要分布于<0.5mm团聚体中。5、半干旱区与半湿润区天然草地SOC各官能团种类组成基本一致，而人工苜蓿草地SOC吸收图谱中还出现较为明显的饱和烷烃C-H面内弯曲振动、羧基O-H面外弯曲振动吸收峰。上述三类草地SOC官能团变化均表现为脂肪-C、醇-C、多糖-C随着草地年限增加和群落演替而逐渐增加，芳香-C也呈现增加趋势。土壤有机碳芳香-C增加幅度表现为半干旱区天然草地>半湿润区草地>半干旱区人工苜蓿草地。说明在各区恢复草地提高土壤有机碳化学稳定性的作用中，半干旱区封育草地强于半湿润区天然草地及半干旱区人工苜蓿地。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 选题目的及意义
  • 1.2 国内外研究进展
  • 1.2.1 植被恢复对土壤有机碳库的影响
  • 1.2.2 土壤固碳机制研究进展
  • 1.2.3 土壤有机碳官能团研究进展
  • 1.2.4 土壤有机碳官能团研究方法现状
  • 1.3 存在问题及选题目标
  • 1.4 研究内容
  • 第二章 材料与方法
  • 2.1 研究区概况
  • 2.1.1 云雾山草原自然保护区
  • 2.1.2 固原上黄村
  • 2.1.3 子午岭次生林区
  • 2.2 样地选择、样品采集及处理
  • 2.2.1 云雾山自然保护区退耕草地及封禁草地
  • 2.2.2 固原上黄村人工苜蓿地
  • 2.2.3 子午岭次生植被演替序列
  • 2.3 分析方法
  • 2.4 技术路线
  • 第三章 天然草地恢复下土壤有机碳官能团变化
  • 3.1 退耕草地恢复土壤有机碳光谱特征定性分析
  • 3.1.1 土壤有机碳 SR-FTIR 光谱特征定性分析
  • 3.1.2 土壤有机碳 XANES 图谱特征定性分析
  • 3.2 退耕草地土壤有机碳光谱特征半定量分析
  • 3.2.1 土壤有机碳 SR-FTIR 光谱特征半定量分析
  • 3.2.2 土壤有机碳软 X 射线图谱特征半定量分析
  • 3.3 小结
  • 第四章 人工苜蓿地土壤有机碳官能团变化
  • 4.1 人工苜蓿地 SOC 官能团变化
  • 4.1.1 不同年限苜蓿地土壤团聚体分布情况
  • 4.1.2 人工苜蓿地 0-10cm 土层土壤有机碳官能团光谱特征分析
  • 4.2 人工苜蓿对土壤团聚体的影响
  • 4.3 人工苜蓿对土壤有机质官能团的影响
  • 4.4 小结
  • 第五章 应用 XANES 研究次生植被演替下土壤有机碳官能团特征
  • 5.1 XANES 测定 SOC 官能团图谱特征
  • 5.2 SOC 官能团 XANES 吸收图谱特征定性分析
  • 5.3 XANES 测定 SOC 官能团图谱特征半定量分析
  • 5.4 小结
  • 第六章 应用 SR-FTIR 研究次生植被演替下的土壤有机碳官能团特征
  • 6.1 不同土层 SOC 官能团吸收图谱分析
  • 6.2 不同土层 SOC 官能团变化半定量分析
  • 6.3 讨论
  • 6.4 小结
  • 第七章 次生植被演替过程中不同粒径土壤团聚体 SOC 官能团分布特征
  • 7.1 XANES 吸收图谱特征
  • 7.1.1 坡耕地不同粒径团聚体 SOC 官能团 XANES 吸收图谱分析
  • 7.1.2 草地土壤有机碳 XANES 吸收图谱特征
  • 7.1.3 灌丛地土壤有机碳官能团 XANES 吸收图谱特征
  • 7.1.4 乔木林地土壤有机碳官能团 XANES 吸收图谱特征
  • 7.2 SR-FTIR 吸收图谱特征
  • 7.2.1 坡耕地土壤有机碳 SR-FTIR 图谱特征
  • 7.2.2 草地土壤有机碳 SR-FTIR 图谱特征
  • 7.2.3 灌丛地土壤有机碳官能团 SR-FTIR 图谱特征
  • 7.2.4 乔木林地土壤有机碳官能团 SR-FTIR 吸收图谱
  • 7.3 不同气候区草地土壤有机碳官能团变化特征比较
  • 7.4 小结
  • 第八章 主要结论
  • 8.1 半干旱区不同退耕年限草地 SOC 光谱学特性
  • 8.2 半干旱区人工苜蓿土壤有机碳官能团变化
  • 8.3 半湿润区次生植被恢复过程中土壤有机碳官能团变化
  • 8.4 次生植被演替过程中不同粒径团聚体土壤有机碳官能团分布
  • 8.5 半干旱区草地，半湿润区草地，及半干旱区人工苜蓿地 SOC 官能团 SR-FTIR 吸收图谱对比
  • 参考文献
  • 作者简介

    • 相关论文文献

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