侵蚀驱动下红壤坡耕地有机碳组成的分异特征

发布时间：2020-09-27 21:31

　　红壤是我国南方最重要的土地资源,是我国热带亚热带经济林果的生产基地,在我国农业及经济社会可持续发展中占有重要地位。红壤区域属于热带亚热带季风气候,降雨丰沛,但是时空分布不均匀,加之高强度的开发与利用,导致红壤长期以来遭受较为强烈的土壤侵蚀,严重威胁农业和生态环境的可持续发展。分布于土壤表层的土壤有机碳,最容易因水蚀和耕作侵蚀而流失,在景观中发生迁移再分布,直接影响着土壤肥力和作物生长。为揭示红壤区坡耕地水土流失对有机碳空间格局的驱动过程,本论文在江西鹰潭孙家小流域选取了两个典型坡耕地坡面,采集坡上、坡中和坡下的0~(-1)00 cm土壤,通过室内分析土壤137Cs核素、土壤有机碳组成、铁铝氧化物、土壤团聚体稳定性等性质,探明了不同地貌部位的土壤侵蚀、沉积状况,并建立了土壤有机碳与土壤侵蚀的联系。本论文取得的主要结果如下:(1)土壤有机碳在水平和垂直方向的分布格局存在差异,坡中坡上坡下,且土壤有机碳由表层到深层呈递减趋势,坡中下降最快,坡下下降最慢。坡位对游离态氧化铁影响大,坡上坡中坡下,而对其他形态的铁铝氧化物影响不显著。游离态、无定形和络合态的铁铝氧化物基本上随土壤深度增加而表现出增加的趋势,而络合态氧化铁则随土壤深度增加而表现出下降的趋势,说明后者主要与有机质络合。坡位对团聚体水稳定性影响较小,但土壤深度对团聚体稳定性影响明显。在0-40 cm土层,团聚体水稳定性随深度增加而呈现下降趋势,而在40~(-1)00 cm土层,团聚体水稳定性随深度增加表现出上升趋势,说明40 cm以上土壤团聚体可能以有机质为主要胶结物质,40 cm以下以铁铝氧化物为主要胶结物质。(2)根据137Cs核素面积活度和耕地土壤侵蚀模型,估算两个典型坡面的侵蚀速率。坡1的坡上、坡中和坡下侵蚀速率分别为64 t·km~(-2)·a~(-1)、3635 t·km~(-2)·a~(-1)和-2134 t·km~(-2)·a~(-1);坡2的坡上、坡中和坡下侵蚀速率分别为11 t·km~(-2)·a~(-1)、3598t·km~(-2)·a~(-1)和-2400 t·km~(-2)·a~(-1),说明坡中受土壤侵蚀最为剧烈,而坡上部位由于地势较为平坦侵蚀较弱,坡下则为沉积区。137 Cs与SOC有相似的分布规律,两者之间呈线性显著正相关(R2≥0.66,P0.001)。(3)土壤侵蚀改变了土壤有机碳的空间分布格局,也相应地改变了土壤有机碳组成。采用Six等的物理分组方法将其分为非保护有机碳、物理保护有机碳和化学保护有机碳。三种有机碳组分在深度上表现出与土壤总有机碳相同的变化趋势,但各组分有机碳含量差异显著,表现为:化学保护有机碳含量最高,非保护有机碳含量次之,物理保护有机碳含量最低。本论文研究结果表明红壤地区典型坡耕地侵蚀较为严重。坡中侵蚀速率达到水利部发布的中度侵蚀等级(2500-5000 t·km~(-2)·a~(-1)),导致大量有机碳流失,而在坡下位置由于泥沙沉积形成碳汇,积累更多更厚的有机碳。因此,研究该区域土壤侵蚀及其驱动土壤有机碳在空间上再分配对评价全球变化和农业生态环境可持续发展有重要意义。
【学位单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S153.6
【部分图文】：

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2.2 试验设计试验地为孙家小流域两个坡向不同的花生地，每个坡耕地长度大约 200 m，坡度 5-15°，在每个坡面的坡上、坡中、坡下三个坡位各挖土壤剖面进行采样，剖面深度为 1 m，各自三个重复。坡面位置见图 2.2

示意图,坡位,坡面,示意图

鲁东大学硕士学位论文层分为五个土层，50 cm 以下按照 50 cm-70 cm、70 cm-100 cm 分为二层。每层三个重复。核素样品：用铁铲采集原状土样，采样深度 50 cm，每 5 cm 为一层。每层三个重复（在相邻水稻田采集核素背景值样品：方法同上）。环刀样品：用体积为 100 cm3钢制环刀采集原状土壤样品，分层与混合样品一致，每层三个重复。将样品分类标记后装入自封袋带回实验室风干。剔除杂草和石子，核素样品过 200目筛。土壤有机碳样品过 60 目筛。

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图 2.4 土壤团聚体有机质的物理分组技术路线图其中: HMP 表示六偏磷酸钠；cPOM 即 coarse particulate organic matter，代表粗颗粒有机质；s+c_M 即 silt plusclay fraction within macroaggregates，代表粉黏粒；mM 即 microaggregates within macroaggregates，代表包被于大团聚体内的微团聚体；fPOM 即 fine inter-microaggregate POM，代表微团聚体间的细颗粒有机质；iPOM_mM 即 fine intra-microaggregate POM within macroaggregates，代表包被于大团聚体中微团聚体内的细颗粒有机质；s+c_mM 即 silt plus clay fraction within microaggregates occluded within macroaggregates，代表包被于大团聚体中微团聚体内的粉粒和黏粒.将风干的土壤样品过 2000 μm 筛后称取 50.0 g，在 250 μm 的筛子中放入 50颗直径大小为 4-6 mm 的玻璃珠，将筛子放入稍大点的小盆，把称重后的样品均匀倒入筛子，之后缓慢加入蒸馏水直至没过土壤样品，持续浸泡样品约 30 分钟，然后筛子左右持续摇晃，直到 250 μm 筛子内的土壤样品完全破碎，只剩下砂粒与颗粒有机物（没有泥土粘手指），将通过土筛存留盆中的< 250 μm 的土壤样品，按照以上步骤再次进行过 53 μm 筛子，此次不需要再添加玻璃珠，得到保留在 250μm 土筛上的为粗颗粒有机物（cPOM，250-2000 μm），微团聚体（mM，53-250 μm）

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