大气氮磷沉降对三峡库区消落带土壤温室气体释放的影响

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土壤碳库作为最大的陆地生态系统碳库,即使表层土壤有机碳轻微的矿化,也可能引起大气CO2和CH4浓度的显著升高,从而导致全球气温上升。大气氮磷沉降是影响陆地生态系统碳循环的重要因素。人类活动已导致大气氮磷沉降显著增加,且随着全球人口的持续膨胀和能源消耗的进一步加大,全球大气氮磷沉降将持续加剧。因此,大气氮磷沉降对土壤CO2和CH4释放的影响已成为关注的焦点。探讨土壤CO2和CH4释放对大气氮磷沉降响应的研究主要集中在森林、草地和湿地生态系统中,由于不同生态系统土壤性质差异显著,得出了不同甚至相反的结论。要建立有效的评估模型,仍需针对更多的土壤生态系统开展研究。消落带是水陆生态系统的交界地带,受水位周期性涨落影响,处于干湿交替环境中。这种特殊的水文环境使其成为全球温室气体排放的重要来源,然而消落带土壤CO2和CH4排放对大气氮磷沉降的响应研究尚鲜见报道。本研究拟以三峡库区消落带土壤为研究对象,采用室内培养法探讨消落带土壤CO2和CH4释放及其温度敏感性对大气氮磷沉降的响应及关键机制,研究结果如下:在落干期:(1)氮或氮磷共同添加显著增加了土壤铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、溶解性有机氮(DON)和微生物生物量氮(MBN)含量(P<0.05),而磷添加和对照间无显著差异(P>0.05)。(2)不同氮磷添加处理没有显著改变整个消落带土壤CO2释放速率及其温度敏感性(Q10-CO2)(P>0.05),但氮或氮磷共同添加使其有降低的趋势,氮磷添加导致的土壤酸化可能是导致此结果的原因。一方面,随着氮或氮磷共同添加,降低了土壤pH值进而降低了土壤中溶解性有机碳(DOC)或微生物生物量碳(MBC)的含量,从而抑制了土壤CO2的释放速率。另一方面,随着pH值的降低,直接抑制了 Q10-CO2。在淹水期:(1)氮磷及其共同添加对整个消落带土壤CO2和CH4释放速率均无显著影响(P>0.05),氮磷添加导致的土壤酸化和NO3--N含量增加可能是导致此结果的原因。一方面,随着氮或氮磷共同添加降低的土壤pH值一方面降低了土壤中DOC的含量,或间接通过降低MBC含量抑制了土壤CO2释放速率。另一方面,降低的土壤pH值直接促进了土壤中CO2的释放速率。对于土壤CH4的释放速率,一方面氮或氮磷共同添加通过降低土壤pH值促进了土壤CH4的释放速率。另一方面,氮或氮磷共同输入导致土壤中NO3--N浓度增加抑制了土壤CH4的释放速率。这两方面的综合效应可能导致了土壤CO2和CH4释放速率对氮及氮磷共同添加的无显著响应。(2)氮磷添加对整个消落带上土壤CO2和CH4释放温度敏感性均无显著影响(P>0.05)。相关性分析表明,Q10-CO2与土壤理化性质均无显著相关性(P>0.05)。一方面,氮或氮磷共同添加导致的土壤pH值降低促进了土壤CH4释放的温度敏感性(Q10-CH4)。另一方面,氮或氮磷共同输入导致土壤中NO3--N浓度增加抑制了 Q10-CH4。pH值降低和NO3--N增加产生的促进和抑制作用可能导致了 Q10-CH4对氮及氮磷共同输入无显著响应的原因。本文研究了在大气氮磷沉降背景下,三峡库区消落带土壤CO2和CH4释放速率及其温度敏感性的变化及内在机制,研究结果可为预测大气氮磷负荷增加对三峡库区消落带土壤温室气体释放的影响提供基础理论依据。
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