黄土高原丘陵沟壑区草地农业系统土壤呼吸与有机碳特征

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1、黄土高原丘陵沟壑区草地农业系统土壤呼吸与有机碳特征【中文】黄土高原北接蒙古高原畜牧区，西连河西走廊农业区，东临华北平原农耕区，南毗青藏高原畜牧区，是世界农业系统多样性最丰富的地区之一，也是我国农业历史最悠久的地区之一。本研究在陇东黄土高原丘陵沟壑区进行，主要研究该区域较为典型的栽培草地系统、作物地系统、农林复合系统、林牧复合系统、天然草地系统。测定各个草地农业系统土壤呼吸、土壤有机碳、全氮、全磷、速效氮和速效磷，并观测系统植被生物量和主要环境因素。研究结果表明：1．系统土壤呼吸研究区所有生产系统土壤呼吸速率表现均为8月＞5月＞12月。5月份榆树林牧复合系统土壤呼吸最强，达到

2、1.54μtmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，作物地系统最弱为0.59μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)。8月份榆树林牧复合系统土壤呼吸最强仍最强，达到2.05μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，作物地系统土壤呼吸仍最小，仅为1.37μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)。12月份栽培草地土壤呼吸为0.48μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，高于其他系统，为天然草地系统最低，其土壤呼吸速率为0.19μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)。各生产系统土壤呼吸季节变化受环境因子的影响不尽相同，但与环境温度都为正相关关系，而与地

3、表空气和土壤含水量则大多数为负相关关系。栽培草地系统、作物地系统、农林复合系统和天然草地系统8月份土壤呼吸日变化动态都为单峰曲线，而榆树、杨树林牧复合系统则为双峰曲线。栽培草地系统和农林复合系统土壤呼吸日变化峰值出现在16：00，分别为2.81、2.37μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，最小值出现在凌晨1：00-6：00之间，分别为0.95、0.89μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)。作物地系统和天然草地系最小值均在1：00出现，分别为0.49、0.82μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，而作物地系统峰值出现在14：00，为2.07μmolC

4、O_2·m~(-2)·s~(-1)天然草地峰值则出现在12：00，约为1.84μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)。榆树林牧复合系统土壤呼吸日变化2个峰值分别出现在14：00和1：00，其值分别为2.54和2.51μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，最小值出现在10：00，大小为2.05μtmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)。杨树林牧复合系统土壤呼吸日变化的2个峰值分别为2.58和2.66μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，出现在14：00和1：00，最小值为1.94μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)，出现在8：00。呼吸速率为

5、8月各系统土壤日呼吸总量大小依次为榆树林牧复合系统>杨树林牧复合系统>栽培草地复合系统>农林复合系统>作物地系统>天然草地系统>作物地系统，呼吸总量分别为：23.55、23.05、18.23、15.24、13.31和10.33gC·m~(-2)·d~(-1)。2．系统有机碳各草地农业系统1m土层土壤有机碳垂直分布特征基本都呈递减趋势。栽培草地系统、作物地系统、农林复合系统、杨树林牧复合系统、榆树林牧复合系统和天然草地系统0-1m土壤有机碳密度分别为：3.91、4.20、3.77、3.40和5.19、3.93kg·m~(-2)，其中榆树林牧复合系统土壤有机碳储量最大，杨树林牧

6、复合系统最小。植被地上碳密度次序为：杨树林牧复合系统>榆树林牧复合系统>农林复合系统>栽培草地系统>作物地系统>天然草地系统。植被地下碳密度次序为：栽培草地系统>农林复合系统>杨树林牧复合系统>天然草地系统>>榆树林牧复合系统作物地系统。杨树林牧复合系统植被碳密度最大为2.23kg·m~(-2)，作物地系统最小仅为0.47kg·m~(-2)。3．系统土壤氮各草地农业系统中，榆树林牧复合系统1m土层土壤全氮、速效氮密度均最高，分别为0.57、0.031kg·m~(-2)。各系统1m土层土壤全氮依次为：榆树林牧复合系统>作物地系统>天然草地系统>栽培草地系统>农林复合系统>杨树

7、林牧复合系统；速效氮密度次序为：榆树林牧复合系统>栽培草地系统>天然草地系统>农林复合系统>杨树林牧复合系统和作物地系统。4．系统土壤磷农林复合系统1m土壤全磷密度最高，达到0.52kg·m~(-2)，杨树林牧复合系统最小，为0.36kg·m~(-2)。其人系统全磷密度依次为：农林复合系统>作物地系统>榆树林牧复合系统>天然草地系统>栽培草地系统>杨树林牧复合系统。速效磷密度依次为：作物地系统>天然草地系统=农林复合系统>栽培草地系统>杨树林牧复合系统>榆树林牧复合系统。5．系统水分在5月下旬，作物地系统土壤含水量