西北内陆干旱区5种栽培草地温室气体的排放特征

摘要

陆地生态系统作为温室气体的源和汇，在全球气候变化中起着至关重要的作用。西北内陆干旱区是我国栽培草地的主要生产基地，本研究以一年的单播草地黑麦、多年生的单播草地无芒雀麦和苜蓿及多年生苜蓿的混播草地苜蓿*无芒雀麦与苜蓿*高羊茅5种栽培草地为实验组，天然草地为对照组，于2016至2017年连续两年测定生长季内三种主要温室气体（CO2、CH4、N2O）的排放通量。确定草地在不同生长季温室气体的排放通量及变化特征，分析土壤理化性质不同季节的变化规律。明确土壤理化性质、水热条件及地上生物量与温室气体之间的关系，得出影响不同草地温室气体排放的主要因子。本研究可以明确不同栽培草地与天然草地在整个生长季，CO2、CH4、N2O的排放规律与特征，为减排提供合理的科学数据，同时对干旱区盐碱地的改良具有一定的指导作用。主要研究结果如下： （1）不同草地在整个生长季CO2与N2O均为排放源；5种栽培草地均表现为CH4的吸收状态，而天然草地 CH4具有吸收与排放两种状态，且在不同年际间存在显著性差异。三种温室气体在生长季的排放通量有相同的单峰趋势，即5、6月份上升，7月份达到最大值，8、9月份下降。 （2）整个生长季内，多年生混播草地与天然草地 2016 年 CO2的排放通量显著低于 2017 年（P＜0.05），一年生的单播黑麦草地年际间无显著差异。所有草地2016年CH4的吸收通量均显著低于2017年（P＜0.05）；一年生的单播黑麦与多年生的单播苜蓿草地2016年N2O的排放通量显著低于2017年（P＜0.05）；以CO2为当量计算，除了无芒雀麦与苜蓿两种多年生单播草地2016年显著低于2017年（P＜0.05），其他的栽培草地与天然草地均无显著性差异。 （3）表层土壤温度5cm与CH4的排放呈极显著负相关，与CO2和N2O的排放呈显著正相关，不同土层（0-10cm、10-20cm、20-30cm）含水量与三种温室气体的排放显著正相关。CO2排放通量对水热条件的响应比CH4和N2O更敏感，。当土壤含水量在15-25%且温度在12-20℃范围时，CO2和N2O排放通量随土壤水分和温度的增加而增加；不同草地土壤呼吸对土壤温度变化的响应不同，其中一年生的黑麦草地最敏感，其次为多年生单播草地。 （4）不同年际间土壤理化指标无明显变化，多年生草地土壤有机碳（SOM）和全氮（TN）含量高于一年生草地。土壤pH值和土壤饱和导水率（COND）是所有草地影响温室气体排放的共同因子，TN是多年生的单播苜蓿及苜蓿混播草地温室气体排放的共同影响因子。三种温室气体的排放通量与地上生物量呈线性正相关。 （5）草地增温潜势有以下规律：黑麦＜苜蓿*高羊茅＜苜蓿*无芒雀麦＜天然草地＜无芒雀麦＜苜蓿，一年生单播草地和多年生苜蓿混播草地可以降低土壤的增温潜势，多年生的单播草地增加了土壤的增温潜势。2016年黑麦、苜蓿*高羊茅、苜蓿*无芒雀麦、三种草地的增温潜势比天然草地分别降低了 39.62%、23.83%、18.61%，无芒雀麦和苜蓿分别增加了1.81%和6.87%；2017年黑麦、苜蓿*高羊茅、苜蓿*无芒雀麦三种草地增温潜势比天然草地分别降低了 40.40%、6.48%、4.37%，无芒雀麦和苜蓿分别增加了6.98%和10.77%。

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