论文部分内容阅读
随着全球气候增暖明显和氮沉降加剧,与其相关的研究也成为当今的一大热点。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第5次报告给出近百年增暖已达0.85～0.89℃。与此同时,由于工农业和城市的快速发展,中国氮的排放自20世纪80年代来一直持续增长。而中国草地生态系统虽然只占世界草地总面积的6～8%,碳却占世界草地总碳的9～16%,为世界碳储量做出了巨大贡献。土壤呼吸作为全球碳循环的一个重要组成部分,与全球变化密切相关,土壤呼吸的微小变化都可能引起大气二氧化碳浓度的很大变化。本研究选取的青藏高原腹地风火山地区的高寒沼泽草甸生态系统,青藏高原作为世界上海拔最高的高原,由于环境条件较严酷导致其生态系统十分脆弱,对全球变化的响应更迅速。因此研究增温与施氮条件下高寒沼泽草甸土壤呼吸及其影响因素,能够为预测土壤碳排放及循环机制对全球变化的响应提供参考。试验利用开顶式增温小室及人为氮添加进行模拟气候增暖及大气氮沉降,通过测定土壤呼吸速率及其温度水分,同时采集土壤测定微生物生物量碳氮及土壤养分,旨在探讨高寒沼泽草甸土壤呼吸、微生物状况及土壤养分对增温、施氮及其交互作用的响应。主要得到如下结果:（1）增温、施氮及增温施氮耦合处理均使土壤呼吸速率发生了改变,且不同处理下土壤呼吸速率均表现出一致的季节变化,即繁殖期（6月）土壤呼吸速率高于返青期（8月）和枯黄期（9月）。不同幅度的增温均对2018年返青期和枯黄期的土壤呼吸速率表现出促进作用,但随着增温时间的延长,在2019年这种促进作用的显著性降低。繁殖期高幅度增温处理使两年间土壤呼吸速率均显著提高,而低增温对2018年土壤呼吸速率没有显著影响,但使2019年呼吸速率显著提高。不同浓度氮肥施入对返青期和枯黄期土壤呼吸速率在两年间表现出相似的趋势,且均使呼吸速率显著提高。繁殖期低浓度施氮没有显著影响两年间土壤呼吸速率,高浓度施氮没有显著影响2018年繁殖期呼吸速率,但是2019年呼吸速率提高。增温同时施氮处理下两年间生长季不同月份土壤呼吸速率均显著高于相应对照处理。（2）土壤呼吸与土壤温度间符合指数关系,且随着土壤温度升高呼吸速率呈上升趋势,对于不同增温施氮及其交互作用处理,土壤温度可解释土壤呼吸速率随季节变化的57.6%～80.8%。与土壤水分呈二次多项式关系,土壤水分可解释不同处理下土壤呼吸速率的31.3%～79.3%的变异。且随着处理方式趋于复杂,单一水热因子对土壤呼吸的解释程度降低。土壤温度对土壤呼吸速率变化的解释均高于土壤水分,说明本研究区土壤温度是土壤呼吸变化的主导因子。土壤温度、土壤水分始终能解释土壤呼吸的大部分变异,不同水平增温施氮处理土壤温度和土壤水分共同解释土壤呼吸速率变化的73.8%～91.7%。（3）用Van’t Hoff模型拟合得出,不同增温施氮及其交互处理下土壤呼吸温度敏感性(Q10)均小于对照处理,对照样地温度敏感系数为7.85,低浓度施氮与高施氮处理下分别为4.31,4.62,低幅度增温和高幅度增温下Q10值为4.81和6.88,增温同时施氮处理下Q10值最低,为4.22。（4）不同处理下土壤微生物生物量碳、氮均表现出相似的季节差异,繁殖期（8月）土壤微生物生物量碳含量高于返青期（6月）和枯黄期（9月）。返青期（6月份）,不同幅度增温处理使0-10cm土壤微生物生物量碳、氮含量均有一定程度的增加,却对10-20cm土层土壤微生物量碳氮表现出不同的影响,微生物量碳含量无影响甚至降低,而微生物量氮含量却显著提高（p<0.05）。施氮处理对土壤微生物量碳、氮总体上表现出一定程度的促进作用,但0-10cm土层土壤中,随着浓度增加,施氮对MBC促进作用降低,高浓度施氮处理对表层MBC含量表现出无影响甚至抑制作用。而在10-20cm土层土壤中,施氮处理对MBC含量影响表现出了明显的季节变化,不同浓度施氮处理下10-20cm土层返青期MBC含量均有一定程度的下降,而繁殖期和枯黄期均有一定程度的提高。而高浓度施氮处理对返青期和繁殖期10-20cm土层微生物量氮含量促进作用显著（p<0.05）。增温同时施氮处理显著促进了繁殖期及枯黄期微生物量碳,且随土壤深度增加促进作用更显著,而在返青期增温对微生物量碳的促进作用不明显,甚至随着土壤深度增加表现出了抑制作用。增温同时施氮处理下繁殖期土壤微生物量氮明显升高,返青期和枯黄期微生物量氮含量无显著影响甚至有所降低。且不同处理使微生物量碳氮比发生了改变。（5）对土壤理化性质与土壤呼吸做冗余分析得到,理化性质对土壤呼吸造成了影响,不同观测年份生长季土壤呼吸速率与0-10cm土层土壤铵态氮及土壤微生物生物量氮均呈正相关,与可溶性全氮及可溶性有机碳呈负相关。不同观测年份呼吸速率与10-20cm土层土壤微生物生物量碳、氮,土壤铵态氮和有机碳呈正相关关系,其中微生物量碳、氮正相关关系显著（p<0.05）。同时不同观测年份土壤呼吸与两层土壤铵态氮正相关关系显著（p<0.05）。