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1980-2010年三江平原土壤有机碳储量动态变化

作　者: 苗正红
导　师: 王宗明
学　校: 中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 土壤有机碳土地利用变化三江平原影响因素
分类号: S153.6
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

土壤碳储量的微小变化就能使生态系统发生碳―汇-源‖或―源-汇‖的转变，对全球生物地球化学循环产生重要影响。准确估算土壤有机碳储量、揭示其分布格局及动态将有助于预测陆地生态系统对气候变化的反馈关系。三江平原是我国最大的淡水沼泽湿地分布区，也是近50年来湿地开发最严重的地区，土地利用变化剧烈打破了三江平原生态平衡，影响了三江平原土壤有机碳总储量的变化和分布，本文运用遥感和GIS技术，结合统计学和地统计学方法，估算三江平原1980s年和2010年土壤有机碳储量，确定土壤有机碳密度的控制因素，并且分析其动态变化规律和影响因素。这有助于我们对三江平原土壤有机碳的碳源/碳汇的认识，从而对三江平原湿地保护、政府宏观决策和我国重要农业区的土壤有机碳循环研究具有重要的意义。主要结论如下：1.三江平原土壤有机碳密度及其控制因子。三江平原1980s年和2010年中不同植被类型（0-30cm，0-60cm，0-100cm）土壤有机碳密度的平均值从高到低的顺序均为：沼泽湿地>林地>草地>水田>旱地。1980-2010年三江平原（0-30cm，0-60cm，0-100cm）沼泽湿地土壤有机碳密度平均值均有所降低。土壤质地是影响三江平原土壤有机碳密度空间分布特征的重要环境因素，其中土壤黏粒对其影响最大。年均气温和年均累积降雨量也对土壤有机碳密度有一定的影响。2.三江平原土壤有机碳的垂直分布特征及其影响因素。三江平原1980s年和2010年不同类型的土壤有机碳含量与密度垂直分布特征为自上向下逐渐降低的趋势。土壤有机碳密度和含量更多地集中于表层。1980-2010年间表层土壤有机碳占1m深度总量的比例呈现显著下降趋势。1980s年旱地表层（0-30）土壤有机碳占1m深度总量的比例（54%）显著大于水田表层（0-30）土壤有机碳占1m深度总量的比例（53%），2010年沼泽湿地表层（0-30cm）和中层（30-60cm）土壤有机碳所占1m深度总量的比例相对1980s年均有所下降。三江平原土壤有机碳密度随着土壤深度的增加，其与环境变量的相关性在减弱。表层两期土壤有机碳密度均与年累积降雨量、土壤黏粒、土壤粉粒呈现显著正相关（P <0.01），但与年均温度和土壤砂粒显著负相关（P <0.01）。1980s年和2010年表层土壤有机碳密度占比例与土壤粉粒含量呈显著正相关。3.三江平原土壤有机碳储量时空动态。1980-2010年三江平原土壤有机碳储量均呈现逐渐减少的趋势。三江平原表层土壤有机碳库三十年减少了19.84%。1980s年三江平原1m土壤有机碳库为2930.46TgC，2010年三江平原土壤有机碳库为2324.34Tg C，三十年间减少的土壤有机碳储量为606.11Tg C。两期表层土壤有机碳库约占其当年1m土壤有机碳库的50%。1980s年三江平原不同土地覆被类型中林地的土壤有机碳储量最大，草地最低。经过三十年三江平原土地利用等变化的影响，到2010年林地的土壤有机碳储量虽然最高，但是与旱地土壤有机碳总储量相近。从空间上看，三江平原两期不同深度土壤有机碳密度空间差异明显。三江平原1m土壤有机碳密度研究区约有60%以上的象元中土壤有机碳密度都在减少，东南地区高于西部地区，减少最多值在40kg/m2以上，而三江平原东北地区呈现增加的趋势，增加最多值在10kg/m2以上。4.三江平原土壤有机碳储量动态变化的成因分析。三江平原过去三十年土地利用变化较为剧烈，主要发生在农田和其它土地利用类型之间。三江平原东北部农田增加的面积较大。沼泽湿地开垦、林地开垦和草地开垦三种农田开垦是影响三江平原土壤有机碳储量减少的主要原因，并且研究表明开垦对土壤有机碳的降低主要体现在表层。三江平原由于湿地开垦导致损失的土壤有机碳1m储量为86.84TgC，这也是三江平原东北部地区不同深度土壤有机碳减少的主要原因之一。林地和草地的开垦导致损失的土壤有机碳储量为24.78Tg C和2.01Tg C。退耕还湿和退耕还林均可能增加三江平原土壤有机碳储量。1980-2010年三江平原农田转化成沼泽湿地导致土壤有机碳储量增加19.02TgC。退旱地改沼泽湿地和退旱地改林地均更有助于表层土壤有机碳的增加。化肥施用、水田占农田比重和灌溉方式三种农田管理方式也是影响三江平原土壤有机碳的重要因素。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-13
引言  13-14
第一章绪论  14-29
  第一节选题背景、目的及意义  14-16
    一、选题背景  14-15
    二、选题目的及意义  15-16
  第二节国内外研究进展  16-26
    一、土壤碳循环的基本概念  16-17
    二、土壤碳储量估算研究  17-26
  第三节研究内容、技术路线以及创新点  26-29
    一、研究内容  26-27
    二、技术路线  27-28
    三、创新点  28-29
第二章研究区概况及研究方法  29-44
  第一节研究区概况  29-31
    一、总体概况  29-30
    二、气候条件  30
    三、地貌特征  30
    四、土壤特征  30-31
    五、植被特征  31
  第二节野外调查与采样  31-32
  第三节室内处理与实验测定  32-34
    一、土壤容重测定  32-33
    二、土壤有机碳测定  33-34
    三、土壤质地测定  34
  第四节其它数据来源  34-44
    一、土壤普查数据  34-35
    二、遥感数据  35-39
    三、其它数据  39-43
    五、统计方法  43-44
第三章三江平原土壤有机碳密度及其控制因子  44-57
  第一节研究方法  44-45
    一、传统统计方法  44
    二、 GLM 分析方法  44-45
    三、不同深度有机碳密度计算方法  45
  第二节采样方案设计  45-47
    一、重采样（Resample）理论  45-46
    二、三江平原土壤采样总样点数确定  46
    三、采样样点空间分布  46-47
  第三节三江平原土壤有机碳密度的大小及其分布  47-50
    一、土壤有机碳密度频度分布  47-48
    二、土壤有机碳密度描述性分析  48-50
  第四节土壤有机碳密度与环境因素的 GLM 分析和控制因子的确定  50-55
    一、三江平原土壤有机碳密度随环境因素变化趋势  50-54
    二、环境因素对土壤有机碳的综合作用  54-55
  第五节讨论与小结  55-57
    一、讨论  55
    二、小结  55-57
第四章三江平原土壤有机碳的垂直分布特征及其影响因素  57-67
  第一节研究方法  57
  第二节土壤有机碳垂直分布特征  57-63
    一、不同层土壤有机碳分布特征  57-58
    二、不同层土壤有机碳关系  58-59
    三、不同类型土壤有机碳垂直分布特征  59-63
  第三节土壤有机碳垂直分布与环境因素关系  63-65
    一、不同层土壤有机碳密度与环境因子的相关关系  63
    二、表层土壤有机碳所占比例随环境因素的变化趋势  63-65
    三、环境因素对表层土壤有机碳所占比例的综合作用  65
  第四节讨论与小结  65-67
    一、讨论  65-66
    二、小结  66-67
第五章三江平原土壤有机碳储量时空动态  67-81
  第一节研究方法  67-69
    一、正态性检验  67
    二、地统计学方法  67-69
  第二节结果与分析  69-79
    一、土壤有机碳密度统计特征分析  69-72
    二、半变异函数确定  72-73
    三、三江平原土壤有机碳及其动态变化  73-79
  第五节讨论与小结  79-81
    一、讨论  79-80
    二、小结  80-81
第六章三江平原土壤有机碳储量动态变化的成因分析  81-97
  第一节土地利用对土壤有机碳储量动态的影响  81-88
    一、三江平原土地利用动态变化  81-83
    二、农田开垦对土壤有机碳储量动态的影响  83-86
    三、退耕还湿对土壤有机碳储量动态的影响  86-87
    四、退耕还林对土壤有机碳储量的影响  87-88
  第二节农田管理措施对三江平原土壤有机碳的影响  88-92
    一、化肥施用对土壤有机碳的影响  88-90
    二、水田所占农田比重对土壤有机碳储量的影响  90-92
    三、灌溉方式对土壤有机碳储量的影响  92
  第三节生产力对土壤有机碳的影响  92-95
    一、粮食产量与土壤有机碳  92-93
    二、净初级生产力和植被指数与土壤有机碳的关系  93-95
  第四节三江平原土壤碳源及可能原因  95
    一、三江平原土壤碳源  95
    二、三江平原土壤碳源的可能原因  95
  第五节小结  95-97
第七章结论与展望  97-100
  第一节主要结论  97-99
    一、三江平原土壤有机碳密度及其控制因子  97
    二、三江平原土壤有机碳的垂直分布特征及其影响因素  97-98
    三、三江平原土壤有机碳储量时空动态  98
    四、三江平原土壤有机碳储量动态变化的成因分析  98-99
  第二节研究不足与展望  99-100
    一、研究不足与展望  99-100
参考文献  100-107
发表论文目录  107-108
致谢  108-110

1980-2010年三江平原土壤有机碳储量动态变化

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