【摘 要】
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全球气候变暖已成为人类面临的最严峻的环境问题之一。温室气体是全球变暖的主要促动因素,而氧化亚氮（N2O）作为三大温室气体之一,在百年尺度上的增温潜势是二氧化碳（CO2）的298倍。土壤氮（N）库占森林生态系统总氮储量的近90%,土壤是氧化亚氮（N2O）重要的排放源。而亚热带常绿阔叶森林土壤含有大量的碳氮储量,气候变暖可能会通过促进土壤有机氮矿化产生更多的无机氮从而进一步加速硝化作用和反硝化作用产生
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全球气候变暖已成为人类面临的最严峻的环境问题之一。温室气体是全球变暖的主要促动因素,而氧化亚氮（N2O）作为三大温室气体之一,在百年尺度上的增温潜势是二氧化碳（CO2）的298倍。土壤氮（N）库占森林生态系统总氮储量的近90%,土壤是氧化亚氮（N2O）重要的排放源。而亚热带常绿阔叶森林土壤含有大量的碳氮储量,气候变暖可能会通过促进土壤有机氮矿化产生更多的无机氮从而进一步加速硝化作用和反硝化作用产生N2O,对全球变暖产生正反馈作用。然而,目前尚不清楚不同增温场景下亚热带森林生态系统气态氮的损失量及相关的微生物作用机制,特别是土壤N2O消耗的机制。本论文依托云南省景东县中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站（简称哀牢山生态站）亚热带常绿阔叶林（＞300年林龄）梯度增温实验样地,通过静态箱法对原位土壤N2O排放通量进行2年的野外观测,并实时监测了不同土层和空气的温湿度,揭示亚热带常绿阔叶林土壤N2O排放对梯度增温的响应特征。同时采集野外土壤样品开展室内培养实验,采用乙炔抑制技术来量化亚热带常绿阔叶森林土壤中模拟变暖和不同氧气（O2）含量条件下的N2O和N2排放特征,并用分子生态学方法探讨了关键过程的微生物作用机理。主要研究结果如下:（1）土壤原位N2O通量观测的结果表明,梯度增温显著增加了土壤N2O排放速率和年累积排放通量（P＜0.05）,但N2O排放的增加量并非呈线性增加趋势。与大气本底温度相比,增温0.8℃、1.6℃、2.8℃、3.8℃时分别显著增加了128%、162%、141%和208%的N2O累计排放量。（2）基于乙炔抑制法的室内培养实验发现,在好氧培养过程中,2℃的短期温度升高导致N2O排放量显著增加了4.8倍（P＜0.05）。在厌氧条件下,N2O和N2排放量在2℃的短期温度处理分别显著增加了18倍和1.9倍（P＜0.05）,从而显著增加N2O/（N2O+N2）的比值（P＜0.05）。（3）室内培养实验温度升高2℃,N2O/（N2O+N2）在0.16-0.65之间波动,并且在培养21天的过程中,N2O/（N2O+N2）比值逐渐增加,表明模拟的短期升温对反硝化产物N2O的促进作用要大于N2。（4）结构方程模型表明,模拟变暖情景下N2O损失的增加可以解释为土壤反硝化细菌nos Z-I基因丰度的减少,由此导致的N2O还原为N2的量减少,以及升温使NO3-含量在21天培养后降低了43%,表明有更多的硝酸盐作为反硝化作用的底物消耗,从而进一步加速反硝化作用气态N的排放。综上所述,在未来全球变暖的背景下,哀牢山亚热带常绿阔叶森林土壤N2O和N2排放有显著增加的趋势,这主要是由于增温促进了反硝化过程气态N的产生。在对温度升高的适应过程中,反硝化细菌产生和排放N2O和N2的潜能增强从而可能加速亚热带森林土壤氮素的损失。本论文的研究结果有助于亚热带常绿阔叶森林土壤N2O和N2排放模型的建立以及全球温室气体排放的评估和预测。
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