降水和氮沉降增加对温带典型草地N2O排放的影响及其机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 国语 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 董云社 |
| 关键词 | 氧化亚氮（N2O） 降水 氮沉降 温带典型草地 交互作用 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 氧化亚氮（N2O）是重要温室气体之一，增温潜力大，还破坏臭氧层，其在大气存留时间可达百年，不利效应难以短期消除。随着地球气温上升及臭氧空洞 等环境问题的加剧，削减 N2O 排放成为全球共识。草地面积广，是大气 N2O 的重要排放源。了解受到水、氮共同限制的温带草地其土壤 N2O 排放如何响应两大全球变化因子降水变化和氮沉降增加是未来全球变化情景下减小草地土壤N2O 排放估算不确定性，有效削减 N2O 排放的重要前提。然而，当前关于降水 量或氮沉降增加对草地土壤 N2O 排放的影响仍存在较大争议，而探讨两者交互 作用对 N2O 排放的影响效应和机制等的研究更是相对缺乏，特别缺乏 3 年以上 水、氮交互变化引起的对 N2O 排放的累积影响效应的探讨。 因此，本研究以我国内蒙古温带典型草地生态系统为研究对象，开展野外原位控制试验，模拟 2 水平降水量（D：自然降水量；W：增加 15%年降水量，约 52 mm yr-1）和 4 水平氮沉降（CN：0 g N m-2 yr-1 ；LN：2.5 g N m-2 yr-1 ；MN：5 g N m-2 yr-1 和 HN：10 g N m-2 yr-1）及其叠加变化。通过对比不同处理下土壤 N2O通量、土壤性质（孔隙含水量 WFPS 和 pH）、土壤碳氮养分含量（可溶性有机碳DOC，NH4 +，NO3 -，总碳 TC，总氮 TN）和微生物量含量（MBC）的变化特征 及其相互关系，定量水、氮增加对土壤 N2O 通量及累积排放量的影响效应及其 中关键因子，探究水、氮增加影响土壤 N2O 通量及累积排放量的影响途径和机 制。基于 2017-2019 年（水、氮添加处理的第4~6年）生长季和 2018-2019 年非 生长季野外试验的观测数据，获得以下基本结论： （1）土壤 N2O 通量在生长季中期较高，在生长季前期和后期较低；而非生长季土壤N2O通量在初冬冻融期较高，在冻结期和春季冻融期较低。生长季降 水、非生长季融雪及外源水和氮添加是导致土壤 N2O 通量波动的重要因素。降水量和氮沉降增加不改变土壤 N2O 通量的变化趋势。自然条件下，土壤N2O 通 量在生长季和非生长季变化范围分别为-9.60 ~ 29.47 μg N2O m-2 h -1 和-13.03 ~ 105.22 μg N2O m-2 h -1，均存在短期负通量。在生长季，降水量增加增多脉冲式 N2O排放，增大土壤 N2O 通量的变异性；氮沉降增加增大 N2O 通量，且与氮沉降量 正相关（β = 0.401，R 2 = 0.064，P < 0.001）。在非生长季，降水量增加增大 N2O通量，低、中水平氮沉降降低土壤 N2O 通量。水、氮存在显著交互作用，降水量 增加增强了生长季土壤 N2O 通量对氮添加响应的敏感性，使低、中氮沉降水平 下土壤 N2O 通量增大。 （2）温带草地生态系统是 N2O 排放源，生长季和非生长季土壤 N2O 累积排 放分别为 18.20±2.44 mg N2O m-2（4.96±0.67 μg N2O m-2 h -1）和 34.78±1.54 mg N2O m-2（6.83±0.30 μg N2O m-2 h -1）。虽然生长季土壤 N2O 累积排放与降水量（自然降水和人为增加降水）负相关（β = -0.088，R 2 = 0.471，P = 0.002），但降 水量增加处理对 N2O 累积排放影响不显著。N2O 排放系数（EF）是衡量外源氮 对土壤 N2O 变化贡献的重要指标。本研究中，生长季 EF 为-0.19% ~ 0.83%，全 年 EF 为-0.26% ~ 0.24%。草地 EF 低于 IPCC 默认系数0.5%，且与氮沉降量正相关。降水增加将减缓EF随氮沉降增加的增长速率。 （3）连续六年增加降水量和氮沉降对土壤理化性质（WFPS 和 pH）、土壤碳氮养分（DOC，NH4 +，NO3 -，TC，TN）和微生物量（MBC）影响显著。降水 量增加显著提高土壤 WFPS，氮沉降增加也在一定程度上利于土壤保水。自然条件下土壤 pH 约为 7.7，降水增加可缓解氮沉降对土壤的酸化作用。同时，降水增加削弱了氮沉降对土壤 NH4 +和 NO3 -含量的增加效应。水、氮添加提高了生长季 土壤 DOC 含量，但是却减小土壤 DOC 与 NH4 +或 NO3 -含量的比值。此外，降水 增加还促进了土壤 TC 和 TN 含量的增加，而氮添加对土壤 TC 和 TN 含量的影 响相反。然而水、氮增加对土壤 C/N 比值（TC/TN）无显著影响。氮添加降低生长季土壤 MBC 含量，降水增加对土壤 MBC 含量的影响与自然降水量有关。 （4）生长季土壤 N2O 排放与土壤温度、土壤 DOC，NO3 -和 TC 含量呈正相 关，与土壤 WFPS、土壤 pH 和土壤 TN 含量呈负相关；非生长季土壤 N2O 排放与土壤 WFPS，DOC，NH4 +和 NO3 -含量呈正相关，与土壤温度和土壤 pH 呈负相关。水、氮增加和气象条件通过直接或者间接调节土壤理化性质（WFPS 和 pH）和土壤碳氮养分影响土壤 N2O 排放。其中，氮添加主要通过调控土壤 pH，DOC和活性氮含量间接影响土壤 N2O 排放。水分添加则主要通过改变土壤湿度、pH和土壤 MBC 含量间接影响土壤 N2O 排放。结构方程模型（SEM）分析结果进一 步显示，水、氮添加和气候条件及土壤性质只能解释 10% 生长季土壤 N2O 通量 的变化，约 71% 非生长季土壤 N2O 通量的变化，以及约 84% 生长季土壤 N2O累积排放的变化。 综上，在未来降水和氮沉降增加情景下，温带典型草地土壤依然是 N2O 排放源。氮沉降增加会显著提高土壤速效养分含量，增加土壤 N2O 排放的潜力； 降水量增加可在一定程度上缓解氮沉降对土壤 N2O 排放的促进作用。土壤理化性质和养分含量虽然不能十分精确地反映土壤 N2O 通量时间动态变化，但对预 估季节或更长时间尺度上的土壤 N2O 累积排放量具有较好的参考价值。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 119 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184628]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 国语. 降水和氮沉降增加对温带典型草地N2O排放的影响及其机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。