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模拟氮沉降对克氏针茅草原N_2O排放及氮去向的影响研究

杨涵越  
【摘要】:随着工农业和社会的快速发展,我国成为全世界氮沉降最高的国家之一。温带草原地区的氮沉降水平局部超过3 g·m~(-2)·a~(-1),可能会对草原生态系统氮循环过程产生影响。除了对植被生物量、生物多样性和土壤理化性质产生影响之外,氮沉降增加还可能增加温带草原的氧化亚氮(N_2O)排放。N_2O是一种重要的温室气体。随着温带草原氮沉降的进一步增加,有必要对草原土壤N_2O的排放特征及排放量进行测定,研究氮沉降对草原土壤N_2O排放的影响有助于认识温带草原地区的氮循环特征与效应,并为政府制定大气污染控制和气候变化应对政策提供科学依据。本研究在2014年至2016年间,在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅草原开展了为期2年的模拟氮沉降野外控制实验(添加NaNO_3,N剂量0~50 g·m~(-2)·a~(-1),分6个梯度水平)和1年的~(15)N稳定同位素标记实验(添加Na~(15)NO_3),采用静态箱法测定不同氮添加水平下草原土壤N_2O的排放通量,并对土壤、植物和土壤排放N_2O的同位素丰度进行测定,探究内蒙古典型草原土壤排放N_2O的季节变化规律及其影响因素,及氮素在克氏针茅草原生态系统各氮库(氮汇)的去向和N_2O的排放机制。模拟氮沉降野外控制实验表明,在自然条件下,夏季是内蒙古典型草原N_2O排放的主要季节,冻融期也存在少量的N_2O的排放,分别占全年排放通量的59.4%和2.04%。冻融期对内蒙古典型草原N_2O排放总量相对较低的贡献同以往研究的草甸草原不同。内蒙古典型草原N_2O排放量与土壤温度(ST)和土壤含水率(WFPS)密切相关,通过拟合计算了自然氮沉降条件下的年均N_2O排放量(N_2O-N)为0.04g·m~(-2)·a~(-1),仅为氮沉降量的1.3%。氮添加有增加土壤N_2O排放的趋势,但只有在高氮添加水平(50 g·m~(-2)·a~(-1))下显著增加。~(15)N同位素标记实验结果显示,在短期内(一个生长季内),内蒙古典型草原的氮输入主要留存在土壤氮库和植物氮库中。在氮添加水平高于5 g·m~(-2)·a~(-1)时,土壤可交换性NO_3~-急剧增加,表明氮饱和可能发生。根据~(15)N_2O排放对~(15)N添加的滞后响应以及冻融期N_2O排放与可交换NH_4~+增加的相关性,推测内蒙古克氏针茅草原土壤N_2O的产生可能主要来自于硝化作用,因此NH_4~+沉降可能对草原土壤N_2O的排放产生更为显著的影响。


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