极端降水对不同管理模式下松嫩草甸草原土壤CH4通量的影响

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:puccacat
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甲烷(CH4)是大气中仅次于二氧化碳的重要温室气体,对全球变暖的贡献约占20%。放牧是草原上最常见的土地利用方式,放牧既可能直接影响土壤CH4通量,也可能通过间接作用调节大气氮沉降等全球变化因子对土壤CH4通量的影响。此外,随着全球变暖趋势的加剧,极端气候(例如极端降水或干旱)事件发生的频率、程度和持续时间不断增强;放牧和氮沉降等长期持续全球变化因子可能通过改变植被特性、土壤结构等影响土壤CH4通量对极端降水等气候事件的响应。为了了解氮添加、放牧和极端降水对草地土壤CH4通量的影响,我们利用野外实验(2017年和2018年)和原位土柱微宇宙实验(2018年)研究松嫩草甸草原土壤CH4通量对草地放牧利用方式和全球变化交互作用的响应及其潜在机制。野外实验结果表明:(1)由于极端降水事件的发生,研究区域草甸草原土壤在研究期间CH4排放量大于吸收量,总体上表现为大气CH4源;(2)在实验期间,对照处理(CK)、放牧处理(G)、氮添加处理(N)及放牧和氮添加处理(NG)的土壤平均CH4通量为7.8、5.8、9.3和7.6μg m-2 h-1。CK、G、N和NG处理的土壤累积CH4通量分别为24.9、11.5、28.8和17.8μg m-2 yr-1;(3)放牧和氮添加处理显著(P<0.05)影响土壤平均CH4通量,但二者之间不存在显著交互作用;氮添加处理显著提高土壤CH4通量(P<0.05),而放牧处理却显著降低土壤CH4通量(P<0.05)。氮添加处理使土壤CH4的平均通量增加19%,放牧处理使土壤CH4的平均通量减少25%。放牧处理显著降低极端降水事件后土壤CH4通量增加的百分比(P<0.05);(4)除了受极端降水事件(2017年8月)影响的采样日期外,土壤CH4通量与土壤充水孔隙度(WFPS)、土壤铵态氮(NH4+-N)和土壤硝态氮(NO3--N)呈现正相关关系(P<0.01),与土壤温度呈现负相关关系(P<0.01)。土壤CH4平均通量与地上生物量(AGB)呈现正相关关系(P<0.05);但是,与地下生物量(BGB)和凋落物量的相关关系不显著(P>0.05)。微宇宙实验结果表明:(1)在实验期间,对照处理(CK)、放牧处理(G)、氮添加处理(N)及放牧和氮添加处理(NG)的土壤平均CH4通量分别为-10.56、-10.11、-7.99和-8.25μg m-2 h-1。极端降水处理(W)、极端降水与模拟放牧交互处理(WG)、极端降水与氮添加交互处理(WN)及极端降水、氮添加和模拟放牧交互处理(WNG)的土壤平均CH4通量为-1.15、-0.43、1.02和0.41μg m-2 h-1。与对照相比,经过极端降水的四个处理(W、WG、WN和WNG)土壤平均CH4通量有显著(P<0.01)的提高。氮添加处理(N、NG、WN和WNG)降低土壤平均CH4通量,但并不显著(P>0.05);(2)CK、G、N和NG处理的CH4累积通量分别为-4.60、-4.31、-3.25和-3.64 mg m-2。W、WG、WN和WNG处理的土壤CH4累积通量分别为-1.67、-1.41、-0.93和-1.31 mg m-2;只有极端降水处理显著提升土壤CH4累积通量(P<0.01);(3)极端降水处理后,当土壤CH4通量小于0时,微生物生物量碳(MBC)含量、微生物生物量氮(MBN)含量、土壤NO3--N含量和土壤NH4+-N含量均与CH4通量呈现显著正相关关系(P<0.01);土壤CH4通量大于0时,均无相关关系(P>0.05)。土壤含水量与土壤CH4通量有显著的相关关系(P<0.01)。松嫩草甸草原的土壤CH4通量动态变化受到草地利用和全球变化等多种因子的综合影响,适度放牧可以减少氮添加处理对土壤CH4通量的负面影响,提高草甸草原土壤CH4汇的能力。相对于其它环境因子,土壤含水量对土壤CH4通量的影响具有决定性作用。随着极端降水事件的发生,研究区土壤由大气CH4的汇转变为源。因此,未来逐渐增多的极端降水事件可能改变松嫩草地土壤与大气CH4源汇关系。草地利用方式及氮沉降等其它全球变化因子能够调控极端降水事件对土壤CH4通量影响程度。本研究有助于预测草地利用和全球变化背景下松嫩草地土壤与大气CH4源汇关系。
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