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CH4在大气中的含量仅为1.774ppmv,存留时间约10年。然而由于CH4对长波辐射的吸收潜能是等摩尔CO2的20~30倍,使之成为继CO2之后的第二大温室气体,对全球变暖的贡献率占18%左右。水分非饱和土壤是唯一的大气CH4生物汇,占大气甲烷汇的6%左右。氮素是影响土壤CH4吸收的重要因素之一。近年来随着化石燃料燃烧、化肥使用和畜牧业发展等人类活动加剧,中国已成为继北美和欧洲的第三大氮沉降区域。大气氮沉降对土壤CH4吸收的影响及驱动机制已成为陆地生态系统碳氮循环研究的热点之一。
青藏高原高寒草甸生态系统有效氮非常贫乏,植物和微生物长期适应贫氮环境。随着人类活动的加剧,当地大气氮沉降显著增加,势必影响生态系统碳氮循环过程。本文以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,构建多形态、低剂量、高频率氮沉降模拟实验,研究大气氮沉降对土壤CH4吸收的影响和机制。实验以当地大气氮沉降状况为基础(约10kgNha-1yr-1),设置对照(CK,0kgNha-1yr-1)、低氮(LN,10kgNha-1yr-1)、中氮(MN,20kgNha-1yr-1)、高氮(HN,40kgNha-1yr-1)三种氮肥水平和NH4Cl、KNO3、(NH4)2SO4三种氮肥类型的施氮处理试验。通过测定土壤CH4通量、含水量、温度、NO3--N、NH4+-N、DOC和pH等指标,来探讨不同剂量和类型的氮沉降对土壤CH4吸收的影响及机制,并预测未来大气氮沉降增加情景下土壤CH4吸收能力的变化趋势。研究结果表明:
1.青藏高原高寒草甸土壤CH4通量为-35.40±1.92μgm-2h-1,净吸收甲烷,其巨大的面积和对大气CH4的吸收能力使之成为了我国重要的大气CH4汇。
2.当前大气氮沉降能够促进青藏高原高寒草甸土壤CH4吸收,但如果未来大气氮沉降继续增加1倍以上将降低土壤吸收CH4的能力。氮沉降类型对土壤CH4吸收没有显著影响,但研究发现NO3--N有促进土壤CH4吸收的潜势,NH4+-N有抑制土壤CH4吸收的潜势。
3.在青藏高原高寒草甸生态系统中,土壤含水量是影响土壤CH4吸收最重要的因素,其次依次为土壤NH4+-N、NO3--N、DOC;高含水量、NO3-N、DOC抑制土壤CH4吸收,高NO3--N促进土壤CH4吸收。