亚热带典型丘陵坡地马尾松林土壤N2O排放研究

论文摘要

大气中温室气体浓度的迅猛增加主要是受人类活动的影响所造成的，而由此导致的全球气候变暖和环境变化已引起全世界的广泛关注。N2O是重要的温室气体之一，其重要排放源是土壤，主要来自于土壤微生物的硝化和反硝化作用过程。森林是陆地生态系统的主体，在温室气体排放中占有重要的地位。研究亚热带地区林地N2O的排放特征及其影响因素，可预测未来该地区温室气体排放状况，为今后制定温室气体减排措施提供科学依据。本研究以亚热带典型丘陵坡地马尾松林（Pinus Massoniana）土壤为研究对象，采用静态箱-气相色谱法对该土壤N2O排放量进行了为期一年的定位观测，研究了林地土壤N2O的年排放动态及其与各环境因子的关系，并通过室内培养试验定量研究了温度和水分对马尾松林土壤N2O排放的影响。主要研究结果如下：（1）观测期内马尾松林土壤N2O排放通量呈现较明显的季节变化，在夏季和秋初排放通量较高，在秋末和冬春季较低，甚至出现负值。N2O平均日排放量为3.89g N/hm2/d，排放通量受到气温、降水量、5cm土壤温度、土壤水分以及土壤矿态氮等因素不同程度的影响，其中N2O排放通量与日最低气温、5cm土壤温度和0～20cm表层土壤含水量存在显著正相关关系（P<0.05），与前四天累积降水量和0～20cm表层土壤矿态氮含量存在极显著正相关关系（P<0.01）。并应用多元统计分析方法构建了马尾松林土壤N2O排放的预测模型与实测结果具有较高的一致性。（2）室内培养15d的结果表明，在温度为15℃、25℃、30℃水平下，水分含量为40%的土壤持水孔隙（WFPS）、50%WFPS和60%WFPS的处理中土壤N2O的排放量变化随着培养时间的延长大致呈“S”型曲线增加，且N2O的排放总量较高，最高可达242.85mg N2O-N/kg；在WFPS=20%和WFPS=30%的处理中，土壤N2O的排放总量处于较低水平，变化范围为1.92～2.72mg N2O-N/kg。当温度在5℃时，该土壤硝化和反硝化反应受到抑制，几乎不产生N2O，平均排放总量仅为0.55mg N2O-N/kg。N2O的平均累积排放量随着土壤温度和土壤水分含量的升高均呈现上升趋势，尤其当WFPS大于40%时呈指数增加。经非线性参数优化估计得出，该土壤硝化反应和反硝化反应N2O排放的Q10值分别为1.15和3.0；硝化反应N2O排放的最佳土壤水分含量为WFPS=56%；反硝化反应N2O排放的土壤WFPS的指数响应系数为8.8。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 2O的源和汇'>1.2 N₂O的源和汇
• 2O产生的机理'>1.3 土壤N₂O产生的机理
• 1.3.1 硝化作用
• 1.3.2 反硝化作用
• 1.3.3 非生物转化
• 2O排放的影响因子'>1.4 土壤N₂O排放的影响因子
• 1.4.1 土壤温度
• 1.4.2 土壤水分
• 1.4.3 土壤矿态氮
• 1.4.4 其他影响因子
• 2O通量测定方法'>1.5 陆地生态系统N₂O通量测定方法
• 1.5.1 箱法
• 1.5.2 微气象法
• 1.5.3 其他方法
• 1.6 研究目标及内容
• 1.6.1 研究目标
• 1.6.2 研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 试验地概况
• 2.2 田间原位试验
• 2.2.1 试验设计
• 2.2.2 气体样品分析方法
• 2.2.3 土壤样品采集与分析方法
• 2.3 室内培养试验
• 2.3.1 供试土壤
• 2.3.2 培养方法
• 2.3.3 气体样品分析方法
• 2.3.4 土壤样品分析方法
• 2.4 数据处理
• 2O年排放动态研究'>3 林地土壤N₂O年排放动态研究
• 2O排放的动态变化'>3.1 N₂O排放的动态变化
• 3.2 环境因子的动态变化
• 3.2.1 土壤温度
• 3.2.2 土壤水分
• 3.2.3 土壤矿态氮
• 2O排放通量与各环境因子的关系'>3.3 N₂O排放通量与各环境因子的关系
• 3.4 讨论
• 2O的排放'>3.4.1 林地土壤N₂O的排放
• 2O排放的影响'>3.4.2 环境因子对土壤N₂O排放的影响
• 3.5 本章小结
• 2O排放的影响'>4 温度和水分对林地土壤N₂O排放的影响
• 2O日排放变化'>4.1 培养期间土壤N₂O日排放变化
• 2O累积排放差异特征'>4.2 土壤N₂O累积排放差异特征
• 2O排放的影响'>4.3 土壤温度、水分对硝化和反硝化反应N₂O排放的影响
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 全文结论
• 5.2 研究特色与创新点
• 5.3 存在问题及研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录