羊草与大针茅草原不同放牧处理土壤N2、N2O、NO和CO2的排放研究

摘要

氮气(N2)、氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)和二氧化碳(CO2)是生物地球化学碳氮循环重要组成部分,其中CO2、N2O、NO作为直接或间接温室气体,对大气化学过程和全球变暖产生重要的影响。N2本身对生态环境没有负面影响,但作为反硝化过程的终产物,它的产生起着闭合全球氮循环的作用。草原生态系统占陆地总面积的40%,同时也是大气中N2、N2O、NO和CO2的重要的源或汇,因此在气候变化中发挥了重要作用。放牧是人类活动作用于草原土壤的一项非常重要的干扰因素,影响草原碳氮元素生物地球化学循环及温室气体的交换。
　　 本研究以内蒙古典型半干早羊草草原和大针茅草原不同放牧处理土壤为研究对象,采用氦环境培养-气体同步直接测定法,研究在羊草草原和大针茅草原生长季内平均最高(20℃)及最低(5℃)温度、土壤O2含量为10%(少氧)和20%(常氧),土壤湿度为65%WFPS(土壤孔隙含水量)条件下,不同放牧处理土壤N2、N2O、NO和CO2的排放。主要结果/结论如下:
　　 1.羊草草地禁牧与放牧处理土壤N2、N2O、NO和CO2排放速率分别为0.3-2.0μgNh-1kg-1ds,0.02-0.4μgNh-1kg-1ds,0.08-0.7μgNh-1kg-1ds,0.01-1.9nagCh-1kg-1ds。含氮气体累积排放量(即N2、N2O和NO的累积排放量之和)为205.5-266.3μgNkg-1ds,其中,N2排放为N2O排放的8-17倍。
　　 2.大针茅草地禁牧与两放牧处理土壤N2、N2O、NO和CO2排放速率分别为0.66-7.66μgNh-1kg-1ds,0.01-1.51μgNh-1kg-1ds,0.01-0.69μgNh-1kg-1ds,0.02-1.53mgCh-1kg-1ds。含氮气体累积排放量为360.2-673.6μgNkg-1ds,其中,N2排放为N2O排放的9-50倍。
　　 3.由于较大的空间变异性,羊草草原放牧和禁牧处理土壤N2、N2O、NO和CO2排放无差异。大针茅禁牧处理土壤N2排放显著高于放牧处理的N2排放,这可能是由于禁牧处理土壤微生物种群数量/生物量丰富的缘故。土壤温度升高和湿度增加促进N2、N2O、NO和CO2的排放,而土壤O2含量(10%和20%)对N2、N2O、NO和CO2排放的影响不显著。
　　 4.培养结束后土壤铵态氮含量减少,土壤硝态氮含量增加,氮素气体的排放仅占土壤氮底物变化的2.14%-5.13%。