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氮素对于草原生态系统至关重要,含氮气体的排放对气候变化和大气环境有着重要的影响,因此估算草原生态系统氮收支及含氮气体排放十分有意义。本文通过分析和计算放牧草原氮素流入和流出的各个组分建立了IAP-N模型草原模块,以此来估算放牧草原区域氮收支和含氮气体排放。模型输入数据主要包括牲畜数量、人口数据、草地面积和化石能量消费数据。氮素在三个主要氮库(土壤-植物、牲畜和人、大气)中流转。草原土壤-植物库的输入包括生物固氮、大气氮沉降、牲畜排泄物氮输入。氮素流出主要有三个途径,牲畜采食、含氮气体排放、淋溶和径流。在牲畜和人的氮库中活性氮在牲畜、畜产品、人、以及牲畜和人的排泄物中流转。研究通过对内蒙古放牧草原的氮收支及含氮气体排放的估算,得到以下研究结果和相关结论:
内蒙古放牧草原氮素输入在1994年后按照所占比例大小依次为大气氮沉降、牲畜排泄物氮输入、生物固氮,大气氮沉降和牲畜排泄物氮输入的数值呈不断上升趋势,在2003年后加速上升。1978-2006年在氮素输出的三个主要途径中,按所占比例排列依次为牲畜采食、含氮气体排放、淋溶。由牲畜采食而输出的氮逐年增加,在2003年后加速增加:含氮气体排放数值逐年小幅增加,2003年后增幅略有加大。内蒙古放牧草原氮收支除了1978年外,其余年份皆为负值。内蒙古放牧草原2006年氮收支为-1.6×108±0.6×108kg。
内蒙古草原不同阶段生物固氮量在内蒙古西部和北部地区较大。不同阶段较高的氮沉降输入量发生在内蒙中部和东部。内蒙古草原较高的牲畜排泄物氮输入量发生在内蒙古中部地区。不同阶段由牲畜采食而输出的氮在内蒙古中部地区氮输出量较大而在北部和西部的几个县较低。1978年内蒙古草原由含氮气体排放在中部地区和西部较大,在东乌珠穆沁旗含氮气体排放量最大。1988-2006年内蒙古放牧草原由含氮气体排放而输出的氮在中部和东部地区较大。不同阶段内蒙古草原因淋溶而输出的氮主要集中在内蒙古中部和东部地区。1978年内蒙古放牧草原氮收支在内蒙北部和西部面积较大的一些县,氮收支数值为正值。在内蒙古南部草原面积较小的许多县氮收支数值为微小正值或负值。内蒙古放牧草原1988-2006年,在内蒙中部和东部的一些旗县出现较大的净氮损失。
内蒙古放牧草原生态系统1978-2006年主要含氮气体排放数值按大小排列依次为氨气(NH3)、氮气(N2)、一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N2O)。NO、NH3和N2排放逐渐增加,2003年后增加明显。2006年内蒙古放牧草原生态系统N2O、NO、NH3和N2排放数值为7.6×106±5.0×106kg、1.9×107±0.3×107kg、2.3×108±1.1×108 kg和8.4×107±2.1×107kg。
不同阶段内蒙古草原N2O放牧草地排放与草原生态系统排放的空间分布规律较为相似。在内蒙古北部和西部地区N2O排放量较大。不同阶段NO放牧草地排放量在内蒙古北部和西部地区较大。NO草原生态系统排放量1978年在内蒙古北部较大。以后逐渐转变为在内蒙古中部地区较大。不同阶段内蒙古草原NH3放牧草地排放与草原生态系统排放的空间分布规律较为相似。在内蒙古中部地区NH3放牧草地排放量和草原生态系统排放量比较大。不同阶段内蒙古草原N2放牧草地排放量在内蒙古北部和西部地区较大。N2草原生态系统排放的空间分布,由在内蒙古北部和中部地区排放量较大,逐渐转变为在内蒙古中部地区排放量较大。