放牧草原土壤冻融过程对N2O排放的影响及机制——基于内蒙古温带典型草原和新疆高山草原样地的分析

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草地生态系统约占全球陆地总面积的1/3左右,是N2O排放的来源之一。我国的草地面积约占全球草地总面积的12.5%,大部分位于季节性冻土区内。冻融作用是影响N2O产生的关键过程之一,同时放牧作为草地最常见的利用方式,其对N2O产生的影响也不容忽视。因此,探究冻融期不同放牧条件对草原N2O排放的影响意义重大。本研究以内蒙古典型草原和新疆高山草原为研究区,分别设置内蒙古典型草原1979禁牧(自1979年以来禁牧)样地、1999禁牧(自1999年以来禁牧)样地、持续放牧样地和新疆高山草原1984禁牧(自1984年以来禁牧)、持续放牧样地。于2019年—2021年,利用5TE传感器和气体原位采集装置对不同深度土壤剖面的水分、温度和N2O浓度进行了长期监测,并用静态箱法进行了N2O通量测定,以期为减少草地生态系统N2O排放提供理论基础。主要得到以下结果:(1)内蒙古典型草原放牧促进了N2O的产生。冻融期土壤剖面N2O浓度显著高于生长期,但地表N2O通量没有显著差异。在冻融期,放牧处理样地土壤剖面N2O浓度、剖面N2O通量和地表N2O通量均高于禁牧处理样地。(2)新疆高山草原土壤剖面N2O浓度、土壤剖面N2O通量以及地表N2O通量在不同时期、不同放牧条件下均无显著差异。(3)冻融期内蒙古典型草原放牧处理样地N2O浓度和地表N2O通量显著高于禁牧处理样地,N2O的产生与铵态氮、微生物生物量碳、土壤温度、土壤含水量等显著相关。冻融期新疆高山草原不同放牧条件下N2O浓度和地表N2O通量均无显著差异,N2O的产生与各环境因子的相关性均不显著。这可能与新疆地区长期冻融交替和土壤水分含量较低有关。(4)内蒙古典型草原融解时间早于新疆高山草原,融解所需时间长于新疆高山草原。内蒙古典型草原土壤剖面的N2O浓度高于新疆高山草原,土壤剖面的N2O浓度变化率、土壤剖面N2O通量变化率和地表N2O通量变化速率均高于新疆高山草原。(5)整合分析结果显示,放牧处理对草地地表N2O通量影响不显著,可能与不同文献中放牧强度和禁牧历史差异有关。冻融期较生长期显著降低了草地地表N2O通量,主要受冻融期土壤水分含量较低的影响。
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