黄土台塬近30年不同土地利用方式土壤呼吸特征

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土壤是温室气体(如CO2、CH4和N2O)产生的重要源,土壤呼吸是土壤碳库向大气释放CO2的最大碳源,因此,研究土壤呼吸对于CO2的减排与增汇至关重要。本研究以黄土台塬为研究对象,其土壤呼吸进行了计算,并分析了地形(DEM、坡度、坡向)、气象因子(气温、降水)、土壤有机碳密度、土地利用类型、土壤类型与土壤呼吸之间的关系。主要得到以下结论:(1)土壤呼吸逐年增加。1985—2006年宝鸡台塬土壤呼吸的增加所占面积较大,其他台塬土壤呼吸面积减少较大;而2006—2015年土壤呼吸空间分布情况与1985—2006年刚好相反。近30年间,大部分地区的土壤呼吸随时间的延长而增幅明显。(2)在空间分布上,1985、2006和2015年的气温在空间上由北向南逐渐增加,而降水的空间分布格局差异较为明显,1985年和2015年降水趋势相同,而与2006年不同;近30年间,黄土台塬气温不断升高,土壤呼吸增加量呈先增大后减小的趋势,土壤呼吸与降水呈线性增长关系。(3)土壤类型相比,塿土面积最大,且平均土壤呼吸为82.13 gC/(m2·month),黄绵土次之(平均土壤呼吸为79.92 gC/(m2·month)),盐土面积最小(平均土壤呼吸为77.84gC/(m2·month))。1985、2000和2015年不同土壤类型平均呼吸分别为71.90、82.76和93.86 gC/(m2·month)。(4)30年间,在几种主要用地类型中,用地类型不同,土壤呼吸的变化也不同。1985-2006年,林地单位面积土壤呼吸的增加率为16.45%,草地增加率为14.67%、耕地增加率为14.22%,园地增加率为14.24%。2006-2015年,耕地增幅为15.67%,园地增幅为15.58%,草地增幅为12.90%,林地增幅为12.37%。土地利用方式不同,总土壤呼吸的变化有所差异。草地总土壤呼吸逐渐减少,2006年较1985年减少了0.34×103(gC·km2/(month)),降幅为2.67%,2015年较2006年减少了0.49×103(gC·km2/(month)),降幅为4.00%;耕地总土壤呼吸逐渐增加,2006年较1985年增加了11.64×103(gC·km2/(month)),增加率为17.12%,2015年较2006年增加了6.47×103(gC·km2/(month)),增加率为8.12%;林地总土壤呼吸逐渐增加,2006年较1985年增加了0.95×103(gC·km2/(month)),增幅为105.80%,2015年较2006年增加了7.05×103(gC·km2/(month)),增幅为379.75%;园地总土壤呼吸先增加后减小,2006年较1985年增加了0.17×103(gC·km2/(month)),增加率为25.24%,2015年较2006年减小了0.22×103(gC·km2/(month)),减幅为24.93%。(5)近30年间,土壤呼吸逐渐增加,且主要集中在坡度26。黄土台塬坡度<2°的面积占总面积的24.37%,土壤呼吸均值为81.49 gC/(m2·month);坡度在26°的面积占比为43.24%,土壤呼吸均值为81.16 gC/(m2·month);坡度在615°的面积占比为23.70%,土壤呼吸均值为80.90 gC/(m2·month);坡度在1525°的面积占比为6.51%,土壤呼吸均值为80.85 gC/(m2·month);坡度>25°的面积占比为2.18%,土壤呼吸均值为81.31 gC/(m2·month)。不同坡向范围内土壤呼吸含量不同。近30年间,阴坡土壤呼吸为81.50 gC/(m2·month),半阳坡土壤呼吸为81.72 gC/(m2·month)。从整体来看,土壤呼吸含量逐期递增,且均在22.5°67.5°的阴坡和225°270°的半阳坡之间达到最大值(且半阳坡土壤呼吸值总是大于阴坡土壤呼吸值)。(6)对土壤呼吸和环境因子进行相关分析可知,6种环境因子与土壤呼吸均呈正相关关系,相关性大小的绝对值为气温>土壤有机碳密度>降水>土壤类型>土地利用>DEM。由通径分析可知,土壤有机碳密度是间接通过气温和降水从而对土壤呼吸产生影响。主成分分析表明,气温、降水对于土壤呼吸的贡献率大于70%。
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