模拟放牧干扰对黄土丘陵区生物结皮土壤碳循环的影响及机制.docx

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1、模拟放牧干扰对黄土丘陵区生物结皮土壤碳循环的影响及机制生物土壤结皮（简称“生物结皮”）是干旱、半干旱地区生态系统的重要组成部分,可以通过光合作用固定大气中的CO₂,影响土壤水热环境及土壤碳排放等,显著影响土壤碳循环。干扰是自然中常见现象,可显著影响生物结皮的盖度、组成及土壤理化性质等,进而可能影响生物结皮土壤碳循环。本论文以黄土丘陵区稳定发育期的藻藓混合生物结皮为研究对象,采用野外小区定位监测试验,以不干扰生物结皮为对照,研究了10%-15%（1等级）、15%-20%（2等级）、20%-25%（3等级）、25%-30%（4等级）和30%-40%（5等级）等5个模拟放

2、牧干扰（简称“干扰”）等级对生物结皮群落组成及盖度的影响,分析了干扰对生物结皮土壤理化性质、有机碳含量及组分的影响,以及碳循环的影响,借助主成分分析、聚类分析、一级动力学方程等统计分析方法,解析了干扰对生物结皮土壤碳循环过程的影响。研究在理论上有助于揭示干扰影响下生物结皮土壤碳平衡特征以及干扰对生物结皮土壤碳循环的影响机制,在实践中可为区域生态系统土壤碳库管理与碳循环研究提供科学依据。所取得主要结论如下:1.干扰可降低生物结皮的盖度和生物量,改变生物结皮层土壤理化性质,导致生物结皮退化,影响程度与干扰等级和生物结皮的恢复速率有关。干扰后,生物结皮盖度随干扰等级的增加呈线性显著下降趋势,主

3、要为藻结皮盖度和藓结皮盖度的降低。与不干扰相比,1-5等级干扰的藻结皮盖度降低幅度为4.8%-10.3%,1-5等级干扰的藓结皮盖度降低幅度为3.5%-6.9%,4-5等级干扰的生物结皮总盖度下降17.1%-18.5%,与不干扰差异显著。干扰降低了生物结皮生物量,1-5等级干扰的藻生物量较不干扰生物结皮降低8%-38%,1-5等级干扰的藓生物量较不干扰降低55%-92%,其中5等级下降幅度较大;干扰后,生物结皮恢复速率顺序为2等级干扰快于4等级干扰,雨季干扰快于旱季干扰,藻结皮>藓结皮>地衣结皮。干扰改变了土壤理化性质,影响主要集中在生物结皮层,对0-2cm和2-5cm土层影

4、响较小。干扰降低了生物结皮层容重,增加了生物结皮层孔隙度,当干扰达到5等级时差异显著。干扰对生物结皮土壤温度和水分的影响表现为生物结皮层大于5cm土层,1-5等级干扰温度和水分变异系数均呈现高于不干扰生物结皮的趋势,这种差异在结皮层尤为明显。干扰降低了生物结皮土壤碳氮比,2-3等级较不干扰差异显著。2.干扰可显著增加生物结皮层土壤易氧化碳、土壤微生物量碳、土壤可矿化碳等土壤活性有机碳组分,但降低生物结皮土壤有机碳含量。干扰显著影响生物结皮层土壤有机碳及碳组分,对0-2cm和2-5cm土层无显著影响。干扰显著增加土壤易氧化碳含量,1-3等级易氧化碳变化较不干扰无显著差异,4-5等级易氧化碳

5、变化较不干扰差异显著;5等级较不干扰土壤微生物量碳增加70%;4等级较不干扰生物结皮土壤可矿化碳显著增加77%;干扰导致生物结皮土壤有机碳呈下降的趋势,1-5等级较不干扰土壤有机碳含量显著降低1.90-2.38g·kg^-1。干扰条件下生物结皮土壤易氧化碳与微生物量碳含量呈显著正相关,土壤微生物量碳与可矿化碳含量呈显著正相关,生物结皮土壤有机碳与易氧化碳、微生物量碳呈显著负相关。3.干扰显著降低了生物结皮光合固碳速率,增加了土壤碳排放速率,并改变了生物结皮光合固碳和碳排放的日动态和季动态特征。生物结皮光合固碳速率随干扰等级的增加呈线性函数下降的趋势（R²

6、sup>=0.832,P<0.05）,5等级较不干扰降低0.81μmolCO₂·m^-2·s^-1,差异显著,其它等级无显著差异;生物结皮土壤碳排放速率随干扰等级的增加呈线性显著上升的趋势（R²=0.796,P<0.05）,1-5等级较不干扰增加0.82-1.43μmolCO₂·m^-2·s^-1。干扰后生物结皮光合固碳速率与藻盖度呈显著正相关,碳排放速率与藻盖度呈显著负相关。干扰后生物结皮光合固碳和碳排放具有明显的日动态和季动态特

7、征。在日动态上,生物结皮光合固碳呈明显的单峰型曲线,且峰值出现在8:00左右。干扰降低生物结皮光合固碳速率,3等级较不干扰平均降低28%。生物结皮土壤碳排放呈单峰型曲线,且峰值出现在12:00¹4:00之间。干扰增加生物结皮土壤碳排放速率,3等级干扰显著高于不干扰达17.4%;在季动态上,干扰后生物结皮光合固碳速率表现为雨季前>雨季中>雨季后。干扰降低生物结皮光合固碳速率,在雨季前和雨季中,不同干扰