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增温对大兴安岭多年冻土区泥炭地氮氧化物排放的影响研究

崔倩  
【摘要】:北方高纬度地区是泥炭地的主要集中分布区,也是全球变暖的敏感区。近几十年来,北方高纬地区升温效果明显,导致该区多年冻土大面积退化。日益增强的人类活动更加剧了这种变化,泥炭地中碳、氮循环均受到了直接或者间接的影响,从而对气候变化产生正反馈或者负反馈作用。但国内关于气候变暖对多年冻土区泥炭地氮循环研究甚少,因此,本研究以大兴安岭连续多年冻土区泥炭地为研究对象,基于野外OTC原位控制增温实验,并与室内培养实验相结合,重点围绕增温、冻融作用、氮可利用性变化对泥炭地氮氧化物排放的影响,阐明增温背景下泥炭地氮氧化物排放的季节与年际排放动态,揭示了增温对泥炭地氮氧化物排放通量的影响及其主要影响因素,探讨了N_2O排放通量对冻融作用和氮可利用性变化的响应。主要取得以下结论:(1)基于野外OTC原位增温控制实验研究发现,增温对多年冻土区泥炭地表层土壤温度的增加幅度大于气温。其中,气温平均增加了0.6℃,5cm、10cm、20cm、30cm、50cm、100cm土壤温度分别平均增加了2.42℃、1.48℃、1.21℃、0.57℃、0.45℃、0.48℃。土壤温度的增加导致土壤融化深度平均增加了6.6cm,而增温对土壤含水量影响较小。(2)基于野外OTC原位增温控制实验研究发现,增温显著的促进了各观测年N_2O排放通量,提高了89%-223%。表现为:从年际增加幅度来看,柴桦-泥炭藓泥炭地在2013、2014和2015年N_2O排放通量的平均增加幅度分别为174%、128%和167%;狭叶杜香-泥炭藓泥炭地在2013、2014和2015年N_2O排放通量的平均增加幅度分别为165%、123%和122%。从月份增加幅度来看,柴桦-泥炭藓泥炭地的N_2O排放通量的增加幅度在8月份最大为223%,而狭叶杜香-泥炭藓泥炭地增加幅度在7月份最大为217%。研究表明,土壤温度和土壤融化深度是影响N_2O排放的主要因素。(3)基于野外OTC原位增温控制实验研究发现,增温显著的促进了各观测年NO排放通量,提高了75%-239%。表现为:从年际增加幅度来看,柴桦-泥炭藓泥炭地在2013、2014和2015年NO排放通量的平均增加幅度分别为176%、226%和133%;狭叶杜香-泥炭藓泥炭地在2013、2014和2015年的NO排放通量的平均增幅分别为154%、177%和127%。从月份增加幅度来看,柴桦-泥炭藓泥炭地在8月份达到最大增幅为239%,而狭叶杜香-泥炭藓泥炭地在7月份达到最大增幅为219%。研究表明,土壤温度是影响NO排放的主要因素。(4)基于室内冻融模拟实验研究发现,冻融作用和氮添加显著的促进了多年冻土区泥炭地N_2O的释放。冻融过程中观测到N_2O的排放峰值,并且冻融作用在硝态氮添加作用下尤为明显。N_2O排放量与NO3-浓度呈正相关关系,这说明冻融作用下多年冻土区N_2O的产生受到NO3-有效性和反硝化作用的影响。冻融作用与硝态氮添加的交互作用加速了多年冻土区泥炭地N_2O的大量排放。(5)通过模拟氮可利用性变化培养实验研究发现,土壤N_2O排放速率随着氮输入的增加而增强,氮输入对N_2O排放产生激发效应,但是底层土壤的激发效应与表层土壤相比出现延迟现象。氮输入对0-15cm土壤的N_2O通量影响最为显著,各个氮处理与对照处理的差异达到显著水平。氮输入对15-30cm土壤的N_2O通量影响不显著,30-45cm土壤的N_2O通量只有在高氮处理下影响显著。


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