土壤有机碳区域变异主控因子的幅度效应及其机理研究

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1、密级：中国科学院大学UniversitvofChineseAcademyofSciencesv．博士学位论文2012年11月ByWangMeiyanADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofAgricultureInstituteofSoilScience，ChineseAcademyofSciences11，2012摘要土壤有机碳(SOC)在保持土壤肥力、提高

2、作物产量、减缓温室气体排放和保护环境等方面具有重要作用。因此，关于土壤有机碳库储量、空间变异及其影响因子的研究一直是全球变化、农业和环境方面的重点。土壤有机碳具有空问变异性，变异程度依赖于空间尺度，土壤碳的影响因子众多，并且诸多因子间存在复杂的相互作用，更重要的是它们在不同尺度上的重要性不均等，而目前对于土壤碳空间变异及其影响因子的研究主要集中在单一幅度，缺乏对多幅度土壤有机碳空间变异规律的认识，仅有的少数多幅度研究也仅仅关注了幅度大小的影响，而忽略了地带方向性在幅度拓展中的作用，不同地带性特征变化方向上，土壤有机碳变异性及其影响因子对幅度的响应是否存在差异还不清楚。

3、因此，本文以我国黄淮海省区土壤为研究对象，利用全国第二次土壤普查土壤剖面属性数据，以及气候、地形和行政区划图等空间数据，研究了土壤有机碳变异性及主控因子的幅度效应。主要包括三方面的内容：首先，揭示了土壤有机碳随土壤剖面深度的分布特征及其影响因子：其次，研究了表层SOC变异性及其主要影响因子对幅度拓展的响应，并特别针对黄淮海省区旱地SOC的幅度效应，与东北地区旱地进行了对比；最后，在黄淮海省区腹地选择代表不同气候变化特征的典型样带，通过比较研究不同条带内SOC变异对幅度响应的差异性，及研究不同样带内SOC与气候因子所需的最小幅度等级，揭示了幅度拓展中的地带方向性特征。主

4、要研究结果如下：1．随着土壤深度的增加，SOC含量由表层(0-20cm)的8．539kg‘1减小到底层(70—100cm)的3．83gkg"1；SOC含量变异系数则由表层的78．8％增加到底层的102．9％。SOC剖面深度分布中具有表层聚集的特性，其中表层(O．20cm)SOC的相对储量达到了30．4％。各土壤深度SOC与年均温和砂粒含量显著负相关，与年均降水、粘粒、全磷和速效磷显著正相关，而与全钾和速效钾的相关性不显著(P>0．05)。不同土地利用类型和土壤类型之间SOC含量存在显著差异，但随着土壤深度的增加类型间的差异性减弱。回归分析结果显示以上所有影响因子对SO

5、C含量的综合解释能力随土壤深度的加深而降低，由表层的53．9％减小到底层的29．7％。在表层(0-20cm)气候因子(年均温和年均降水)对SOC含量的综合解释能力最高，其次为土壤质地因子(砂粒、粉粒和粘粒)，两者分别解释SOC含量的22．1％和19．3％。随着土壤深度的增加，土壤质地的相对解释能力增加，而气候因子的相对解释能力降低，在表下层(20．t00cm)主控因子为土壤质地，而气候因子为次要因子。2．三种类型幅度，即行政区幅度(县、地级市、省和大区)、土壤分类幅度(土属、亚类、土类和土纲)和土地利用幅度(一级和二级)，SOC变异性均随着幅度的拓展而逐渐增大。行政区

6、幅度，SOC密度变异系数均值从最小县级幅度的49。9％增大到大区幅度的89A％；不同省份SOC变异性对幅度的响应存在差异，其中河北和河南最显著，而江苏最弱。土壤分类幅度，SOC密度变异系数均值从最小土属幅度的44．9％增大到土纲幅度的76．8％；不同土纲SOC变异性对幅度的响应也不同，半淋溶土、半水成土、淋溶土和盐碱土SOC变异性随着土壤分类幅度的增大而增大，而初育土、钙层土和人为土SOC变异性并不总是随着土壤分类的概化而增加。土地利用幅度，SOC密度变异系数均值从二级分类幅度的75．2％增大到一级分类幅度的84．5％；非耕地SOC变异性大于耕地，且对土地利用幅度的响

7、应强于耕地。考虑土地利用后再进行行政区幅度或土壤类型幅度拓展耕地SOC的变异性显著降低，而非耕地则有所增加：土地利用一行政区幅度，耕地和非耕地SOC密度的变异系数均值分别由县级幅度的38．5％和57．8％增加到大区幅度的68．3％和100．7％；土地利用．土壤分类幅度，耕地和非耕地SOC密度的变异系数均值分别由土属幅度的40。3％和45．7％增加到土纲幅度的67．2％和78。4％，因此在SOC储量的估算及尺度上推中土地利用类型不容忽视。3．SOC影响因子在不同行政区幅度对SOC的相关性存在差异，随着幅度的减小达到显著相关水平的幅度单元所占比例也减小；