模拟降雨量改变对松嫩草地N2O通量的影响

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全球变暖对全球及区域降水格局的影响越来越引起科学家们的重视。降雨量改变作为降水格局变化的表现之一,也愈发受到关注。N2O是温室气体的重要组成部分,可以吸收大气中的长波辐射,对臭氧层造成破坏,并且长期保存在大气层中,对未来全球增温趋势造成巨大影响。草地土壤是全球N2O产生的一个重要来源,极易受到气候变化的影响,但降雨量改变对草地土壤N2O通量的影响程度和潜在作用机制尚不明晰。本实验以东北松嫩草地为研究对象,通过控制降雨实验方法,设置降雨量梯度为:增加降雨量50%(+50%)、30%(+30%),自然降雨对照处理(0%),减少降雨量30%(-30%)、50%(-50%)和70%(-70%)。采用静态暗箱进行气体样品的收集,研究降雨量改变对草地生物量、土壤理化性质及土壤N2O通量的影响。得到以下结果:(1)降雨量变化处理显著影响地上生物量。2017年和2018年,+50%降雨量处理的地上生物量最大,-70%降雨量处理的地上生物量最小。两个实验年份,降雨处理未显著影响地下生物量,增加降雨量处理的地下生物量整体大于减少降雨量处理,但差异不显著。地上生物量存在年际变化,2018年地下生物量高于2017年,造成这种结果的原因是2017年生长季前期降雨量少,且后期出现极端降雨事件,抑制植物地下生物量形成。2017年,各降雨量处理间根冠比无显著差异;2018年,降雨处理显著影响根冠比,减少降雨量处理的根冠比显著高于增加降雨量的处理。(2)不同降雨量处理显著影响土壤含水量。土壤pH值随降雨量的减少而显著增加。增加降雨量显著提高了土壤铵态氮含量,减少降雨量提高了土壤硝态氮含量。增加降雨量有利于土壤有效氮的积累,但不同降雨量处理间无显著差异。土壤总氮和总碳呈现出随降雨量增加而增加的趋势。松嫩草地土壤净矿化速率与净硝化速率较低,降雨量的变化对其无显著影响。增加降雨量显著提高了土壤微生物生物量碳(MBC)与生物量氮(MBN),说明良好的土壤水分条件有利于土壤微生物的生长繁殖。2017年与2018年,土壤含水量、土壤pH值、土壤铵态氮含量、土壤硝态氮含量、总碳、总氮、MBC和MBN均具有相同的季节变化趋势。(3)不同降雨量处理下,土壤N2O通量表现出明显的季节动态,年平均通量差异显著。2017年与2018年,全年最大通量均出现在7月份。2017年,N2O通量在+30%降雨量处理下显著高于+50%与-70%的降雨量处理。2018年,土壤N2O通量随降雨量的增加而显著增加。2017年与2018年,不同降雨量处理下,土壤含水量、土壤铵态氮含量、土壤硝态氮含量、MBC和MBN与N2O通量正相关,土壤pH值与N2O通量负相关。降雨量变化通过改变土壤理化性质和土壤微生物活性间接影响土壤N2O通量。本研究结果表明,松嫩草地地上生物量对降雨量改变响应敏感。两年的实验发现,N2O通量表现出明显的季节动态,并且N2O年均通量随降雨量增加而显著增加。未来降雨格局改变可能通过影响土壤理化性质和土壤微生物活性,进而影响草地土壤N2O通量。因此,本实验结果对研究降雨格局变化下草地土壤温室气体排放作用机制具有重要的理论性意义。
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