降水变化下人工草地土壤剖面温室气体排放时空动态的影响机制

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangfegnlin
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人类活动导致的大气温室气体浓度增加会导致全球降水模式的改变,进而对土壤温室气体排放产生深远影响。土壤温室气体排放是土壤不同深度温室气体产生与排放共同作用的结果;草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球气候变化反馈调节中起着至关重要的作用。因此,了解降水变化下草地生态系统土壤温室气体时空动态的影响机制,可以更准确地评估未来降水模式下的土壤温室气体收支。本文以陕西省长武县人工草地(早熟禾群落为主)为研究对象,采用遮雨架和自流滴灌系统干预降水的方法,利用天然降水资源形成不同的降水条件(正常降水、降水增加40%处理、降水减少40%处理)。通过静态暗箱法和土壤剖面气体采集方法对降水变化下土壤表层与剖面CO2与N2O排放和CH4吸收进行原位观测;结合土壤温湿度、硝态氮、铵态氮与可溶性碳氮等非生物因子和根系生物量、微生物碳氮和酶活性等生物因子参数,探讨降水变化下人工草地土壤剖面温室气体排放时空动态变化特征及其驱动机制。主要研究结果如下:(1)土壤温室气体组分总通量表现出季节性动态变化,总体来看,生长季土壤温室气体通量高于非生长季。减水处理显著降低了土壤呼吸,主要是由于减水处理显著降低了微生物呼吸所导致,但增水处理土壤呼吸及其组分与正常降水处理均未表现出显著差异。减水处理也显著降低了无植物土壤N2O排放速率,不同降水处理对土壤CH4吸收均无显著影响。(2)随着土壤深度的增加,土壤CO2和CH4通量季节性动态变化趋于稳定,但深层土壤N2O通量仍表现出较大的季节性动态变化。生长季土壤剖面CO2和N2O扩散通量高于非生长季,CH4扩散通量在生长季与非生长季未表现出显著差异。降水变化对土壤剖面温室气体通量有显著影响,降水增加显著促进了10-20 cm土壤温室气体通量,降水减少则促进土壤剖面N2O和CH4通量。静态箱测定土壤CO2排放速率与0-20 cm土壤CO2通量较为接近;静态箱测定土壤N2O排放速率远低于0-20 cm土壤N2O通量;静态箱测定CH4吸收速率均高于0-10 cm和0-20 cm土壤CH4通量。(3)降水变化对土壤温度没有影响,各土层土壤温度季节性变化趋势一致;降水变化显著影响着土壤水分,减水处理各土层土壤水分均显著低于增水和正常降水。各土层土壤温度与土壤CO2通量为指数函数关系,土壤水分与土壤CO2通量主要呈二次曲线关系。增水处理和正常降水下0-10 cm土层土壤CO2通量随土壤水分的增加呈先增加后减小的趋势,表明0-10 cm土层土壤CO2通量可能存在水分阈值。土壤N2O通量与土壤温度呈正相关,与土壤水分呈负相关;土壤CH4通量与土壤温湿度均为负相关关系,土壤CH4通量主要受到土壤水分的影响。土壤硝态氮、铵态氮和可溶性碳、氮存在季节差异。降水变化下土壤硝态氮、铵态氮和可溶性碳、氮含量与土壤CO2通量之间均有显著相关性,土壤铵态氮含量与土壤N2O通量之间有显著相关性。(4)研究区草地根系主要分布在0-10 cm土壤,降水变化下0-10 cm土层根系生物量表现为增水处理(1159.40 g m-2)>正常降水(850.96 g m-2)>减水处理(647.61 g m~2)。降水变化下根系生物量与土壤N2O通量有显著正相关关系。降水变化下土壤微生物碳、氮含量波动较大,8月草地土壤微生物碳含量略高于5月。减水处理下8月不同土层草地的土壤微生物碳、氮含量低于增水处理和正常降水。降水变化下土壤微生物碳、氮含量与土壤温室气体通量之间均无显著相关性。土壤中的磷酸酶和纤维素二糖苷酶活性表现出季节差异。草地土壤的五种酶活性明显高于裸地土壤,草地和裸地土壤中均表现出磷酸酶活性最高,而N-乙酰氨基-β-葡萄糖苷酶活性最低。降水变化下纤维素二糖苷酶与土壤CO2通量呈显著相关关系,β-葡萄糖苷酶、纤维素二糖苷酶和亮氨酸酶与土壤N2O通量之间均有显著相关关系。
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