土壤侵蚀与碳动态环境放射性核素示踪研究

目录

第一章引言 (1)

1.1 研究背景和意义 (1)

1.2 国内外研究进展 (2)

1.2.1 土壤侵蚀FRNs示踪技术研究进展 (2)

1.2.2土壤侵蚀在陆地碳循环中的作用 (7)

1.3研究中亟待解决的问题 (9)

第二章研究内容与方法 (11)

2.1研究目标 (11)

2.2研究内容 (11)

2.3研究思路与技术路线 (11)

2.4材料与方法 (14)

2.4.1 研究区概况 (14)

2.4.2 研究方法 (15)

2.4.3 数据分析 (17)

第三章变时空尺度土壤侵蚀的FRN示踪采样方法 (18)

3.1 FRN采样方法的经济有效性评价-估算不同尺度的空间变异 (18)

3.1.1前言 (18)

3.1.2采样与分析 (19)

3.1.3研究案例 (22)

3.1.4结果 (23)

3.1.5讨论与结论 (28)

3.2 FRN采样方法的经济有效性评价-估算空间平均值随时间的变化 (29)

3.2.1前言 (29)

3.2.2方法 (30)

3.2.3研究案例 (34)

3.2.4 结果与讨论 (36)

3.2.5 归纳与结论 (38)

第四章基于FRN示踪的我国土壤侵蚀防治措施的有效性评价 (39)

4.1 前言 (39)

4.2 研究方法 (39)

4.2.1研究地点 (39)

4.2.2样品采集 (40)

4.2.3样品分析 (41)

4.2.4数据处理与分析 (41)

4.3 结果与讨论 (42)

4.3.1 利用137Cs和210Pbex评价西昌林地不同植被对上游泥沙的拦截 (42)

4.3.2 利用137Cs评价延安不同坡地景观土壤侵蚀与土壤质量 (42)

4.3.3 利用137Cs评价不同耕作措施对东北拜泉坡地景观减沙效应 (43)

4.3.4 利用7Be评价丰宁保护性耕作措施减少风蚀的效应 (44)

4.4 小结 (44)

第五章利用7Be示踪评价我国典型侵蚀区土壤保持措施减蚀固碳作用 (46)

5.1 前言 (46)

5.2 材料与方法 (47)

5.2.1 研究区域 (47)

5.2.2 采样和样品准备 (48)

5.2.3 采样分析 (48)

5.2.4土壤侵蚀净再分配速率的估算 (49)

5.2.5土壤有机碳侵蚀净再分配速率的估算 (49)

5.2.6不同保护性农业措施下的土壤侵蚀再分配引起的固碳 (50)

5.3 结果 (50)

5.3.1 7Be的活度和面积含量 (50)

5.3.2土壤有机碳（SOC）浓度和储量 (51)

5.3.3净土壤和有机碳侵蚀再分配速率 (53)

5.3.4土壤有机碳的固定 (53)

5.4 讨论 (54)

5.4.1土壤7Be剖面分布和含量 (54)

5.4.2土壤有机碳剖面分布 (54)

5.4.3净土壤有机碳再分布及其不确定性 (55)

5.4.4保护性措施下SOC储量的增加 (55)

5.5小结 (56)

第六章利用137Cs和原位监测技术评价坡地景观土壤侵蚀引起的碳动态变化 (57)

6.1 前言 (57)

6.2 材料与方法 (58)

6.2.1 研究区域 (58)

6.2.2侵蚀、堆积和输出的量化 (60)

6.2.3土壤CO2通量和温度、水分的原位测定 (60)

6.2.4碳输入的估算 (60)

6.3土壤侵蚀、堆积和碳输出（C exp） (61)

6.4土壤呼吸的时空格局(R h) (62)

6.5侵蚀和堆积对土壤呼吸的影响(r e & r d) (64)

6.6碳输入（I h& i） (64)

6.7讨论 (65)

6.7.1 SOC处于动态平衡和稳态通量？ (65)

6.7.2更广泛的影响 (66)

6.8小结 (66)

第七章主要研究结论与展望 (68)

7.1 主要研究结论 (68)

7.1.1 变时空尺度土壤侵蚀的FRN示踪采样方法 (68)

7.1.2 基于FRN示踪的我国土壤侵蚀防治措施的有效性评价 (68)

7.1.3 利用7Be示踪评价我国典型侵蚀区土壤保持措施减蚀固碳作用 (69)

7.1.4 利用FRN和原位监测技术评价坡地景观土壤侵蚀引起的碳动态变化 (69)

7.2 主要创新点 (70)

7.3 研究展望 (70)

参考文献 (71)

致谢 (91)

作者简历 (92)

表目录

表2-1 研究样点概况 (15)

表3-1采样和测定的成本参数估计值 (21)

表3-2 农地137Cs和土壤再分布的统计汇总 (24)

表3-3 普通克里格计算的137Cs和土壤再分布NSR1954-2011的拟合变异函数参数和交叉验证结果 (24)

表3-4基于137Cs采样得出土壤再分布的统计汇总 (27)

表3-5在案例研究区域应用不同采样设计方法的统计分析和成本 (36)

表4-1 西昌地区不同植被下137Cs和210Pbex的面积浓度及其与参考点比较计算对上坡泥沙的拦截 (42)

表4-2 延安试验点根据测定137Cs含量得到的由于水蚀导致的平均沉积物产出 43 表4-3 东北拜泉梯田与传统耕作比较对减少土壤侵蚀的效应 (43)

表4-4 东北拜泉等高耕作与顺坡耕作对减少土壤侵蚀的效应 (44)

表4-5 丰宁不同保护性耕作措施下7Be面积浓度的变化 (44)

表5-1四种处理下7Be储量的季节变化统计数据 (51)

表5-2四种处理土壤有机碳含量（0-245mm） (52)

表5-3 参考、退耕还草、免耕、传统耕作4种处理7Be估算的净土壤侵蚀的季节变化 (53)

表5-4 参考、退耕还草、免耕、传统耕作4种处理有机碳侵蚀速率的年平均值 (53)

表5-5 保护性农业措施（4种处理）相对于传统耕作措施的固碳作用显示土壤侵蚀/堆积对SOC流失的影响 (53)

表6-1 CO2通量、137Cs和SOC再分布速率的统计数据 (62)

表6-2 2011年和2012年作物（小麦）、NPP和碳输入的平均值与标准差 (65)

图目录

图2-1本研究的技术路线图 (13)

图2-2研究样点的分布位置 (15)

图3-1 中国黄土高原研究点和数字高程模型图 (22)

图3-2 参考点137Cs活度垂直分布 (24)

图3-3 137Cs和土壤再分布速率（1954-2011）的试验数据点和拟合的半方差函数及预测图 (25)

图3-4 应用简单分层随机采样和室内混合样品分析方法计算的总成本（固定成本除外） (26)

图3-5 点变异函数的平均值随地层细分成更小的地层所需混合样品的数量变化 (26)

图3-6不同地层和混合样组合的分层简单随机采样的土壤再分布变异 (27)

图3-7四种采样基本方式 (31)

图3-8常规网格每个地层两个样品如何形成两个混合样品 (32)

图3-9三个不同时期顺坡土壤净再分布变异性 (37)

图4-1 4 个研究点的侵蚀景观 (41)

图5-1研究区域位于中国北方丰宁附近 (47)

图5-2 应用刮板对4种处理进行样品采集 (48)

图5-3参考点、退耕还草、免耕和传统耕作等处理下不同季节7Be浓度分布 (51)

图5-4参考、退耕还草、免耕、传统耕作4种处理的剖面土壤有机碳再分布（深度445mm） (52)

图6-1 碳通量组成（C e，C d和C exp）的概念框架图以及在稳定状态下各通量（i, r e 和r d）的差异 (58)

图6-2 研究区域地形图 (59)

图6-3 土壤再分布对两种类型原位积累的CO2通量 (63)

图6-4监测点原位土壤CO2通量和SOC再分配的关系图 (64)

英文缩略表

英文缩写英文全称中文名称

FRNs Fallout radionuclides 放射性核素

IAEA International Atomic Energy Agency 国际原子能机构MBC Microbial biomass carbon 土壤微生物生物量碳ROC Readily oxidized carbon 土壤易氧化碳WSOC Water-soluble organic carbon 土壤水溶性有机碳TOC Total organic carbon 土壤总碳

137Cs Caesium-137 铯-137

210Pb Lead-210 铅-210

7Be Beryllium-7 铍-7

SOC Soil organic carbon 土壤有机碳