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氧化亚氮(N2O)是除二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)以外的第三大温室气体,具有巨大的增温潜能,引起国际社会的广泛关注。亚热带丘陵地区茶园生态系统大量氮肥投入为茶园土壤提供了丰富的氮源,促进了茶园鲜叶采摘量,同时,氮肥大量投入加剧茶园土壤酸化,充足氮肥和土壤酸化为N2O的产生与排放创造了有利条件条件下,茶园可能具有较大的N2O排放风险,而有关我国亚热带丘陵茶园田间原位观测N2O排放通量的研究鲜见报道。本研究以亚热带典型丘陵茶园代表,研究了茶园N2O排放在区域土地利用类型中的排放强度及主要驱动因子,探明了在典型旱季和雨季中茶园N2O排放的空间分布特征,并对茶园N2O年排放量以及排放因子进行了计算,旨在揭示茶园N2O排放的环境风险,同时为区域N2O排放总量估算提供数据支撑,为建设低碳茶园管理模式提供理论依据。主要研究结果如下:
1)2010-2012年观测期内,茶园与区域不同土地利用类型土壤N2O排放通量大小依次是茶园>菜地>水稻田>马尾松林,排放通量分别为11.54-20.02 kgN ha-1yr-1、5.57-33.76kgNha-1yr-1、2.27-3.01 kg N ha-1yr-1和0.85-2.06 kg N ha-1yr-1。茶园具有高且稳定的年排放量,三年年排放量无差异显著性。土壤氮素水平、土壤湿度和温度为主要环境影响因子。水稻田、菜地和茶园常规管理N2O年平均排放因子分别为0.91%、3.25%和2.93%。
2)三年观测期内,茶园不施肥、稻草覆盖以及常规管理处理土壤N2O排放具有明显季节变化,雨季排放量高而旱季排放量低,与日最高、最低气温以及采样事件发生前4天和前5天累积降雨量达到极显著的相关关系。施肥极显著促进茶园土壤N2O排放,N2O排放与土壤铵态氮和硝态氮达到极显著相关关系。
3)茶园不施肥处理、稻草覆盖和常规管理处理N2O年排放量分别在0.96-5.71 kg N ha-1yr-1、12.86-22.86 kgNha-1yr-1和11.54-20.2 kgNha-1yr-1之间,年均排放量分别为2.68 kgNha-1yr-1、17.47 kg N ha-1yr-1和15.88 kg N ha-1yr-1。稻草覆盖和常规管理三年平均排放因子分别为3.29%和2.93%。茶园稻草覆盖可能促进茶园N2O年排放,还需进行进一步研究。
4)旱季和雨季茶园N2O排放均呈现较强的空间变异性。N2O排放值经对数转化后呈现正态分布。茶树垄断面的不同位置N2O排放量大小顺序为施肥点>树下>行间>树中,雨季的趋势更加明显。旱季N2O排放仅有高程达到极显著相关关系(r=-0.42,p<0.001),与土壤其他理化性质关系不显著。在雨季,N2O排放与土壤铵态氮、硝态氮和可溶性氮均达到极显著相关关系(p<0.001),与高程和土壤含水量达到显著相关关系(p<0.05)。旱季N2O排放空间变异性略低于雨季,采用三种不同的空间插值法对旱季该集水区N2O进行空间插值计算,排放量在25.7-26.8 gN d-1(4.8 ha)之间,雨季研究集水区总排放量为115.42-115.53 gNd-1(3.95 ha)之间。
5)设置不同水分梯度和氮肥条件研究茶园土壤N2O排放。土壤N2O累积排放量与含水量呈现极显著的指数相关关系。当土壤含水量低于60%WFPS时,N2O累积排放量随水分梯度的上升增加缓慢,当土壤含水量80%WFPS时,N2O排放发生剧烈变化。氮肥显著促进茶园土壤N2O排放量,随着土壤含水量的增加促进作用更加明显。不添加氮肥和添加氮肥的处理中,100%WFPS水分状况下,土壤N2O累积排放量最大,分别为1.28±0.13 mg kg-1和69.74±1.95 mg N kg-1。