青藏高原高寒草甸非生长季温室气体排放特征及其年度贡献

高寒草甸是青藏高原地区的主要植被类型,目前对其温室气体研究多集中于生长季.本文利用静态箱-气相色谱法,对非生长季高寒草甸温室气体排放特征及其与主要环境因子的关系进行了研究.结果表明:非生长季高寒草甸表现为CO2和N2O的源、CH4的汇.其中非生长季CO2通量平均值为89.33 mg·m-2·h-1,累积排放通量为280.01g· m-2;CH4通量平均值为-11.35 μg·m-2·h-1,累积吸收通量为124.74 mg·m-2;N2O通量平均值为8.02 μg·m-2·h-1,累积排放通量为39.51 mg·m-2.非生长季CO2、CH4和N2O累积排放通量分别占全年的13.33％、53.47％和62.67％.冻融期(2012年4月)CH4累积吸收通量较小,只占非生长季的4.5％;而CO2和N2O累积排放通量较大,分别占非生长季的25.8％和20.8％.非生长季CO2通量与温度(气温、5和10 cm土壤温度)和5 cm土壤湿度均存在显著正相关关系,而CH4和N2O通量仅与5 cm土壤湿度存在显著正相关.研究表明,虽然冻融期CH4累积吸收通量在非生长季累积量中比重较小,但非生长季CH4和N2O累积排放量却占全年累积排放量的1/2以上,在温室气体累积通量评估中不容忽视.     

施氮对桉树人工林生长季土壤温室气体通量的影响

施肥是维持短期轮伐人工林生产量的重要手段,为了提高肥料利用效率,缓释氮肥逐渐成为广泛采用的氮肥种类。评估缓释肥施用对人工林生长季土壤温室气体通量的影响对于全面评估人工林施肥的环境效应具有重要意义。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验研究了4种施氮处理(对照CK:0 kg/hm2;低氮L:84.2 kg/hm2;中氮M:166.8 kg/hm2;高氮H:333.7 kg/hm2)对土壤-大气界面3种温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响,结果表明:(1)4种施氮水平下CO2排放通量、N2O排放通量和CH4吸收通量分别为276.84—342.84 mg m-2h-1、17.64—375.34μg m-2h-1和29.65—39.70μg m-2h-1;施氮显著促进了N2O的排放(P0.01),高氮处理显著增加CO2排放和显著减少CH4吸收(P0.05),且CO2排放通量与CH4吸收通量随着施氮量的增加分别呈现增加和减少的趋势;(2)生长季CO2和N2O排放呈现显著正相关(P0.01),CO2排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.05),N2O排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.01);(3)土壤温度和土壤水分是影响CO2、N2O排放通量和CH4吸收通量的主要环境因素。结果表明:施用缓释肥显著增加了桉树林生长季土壤N2O排放量,且高氮处理还显著促进CO2排放和显著抑制CH4吸收,上述研究结果可为人工林缓释肥对土壤温室气体通量评估提供参数。     

施氮对桉树人工林生长季和非生长季土壤温室气体通量的影响

森林在调控温室气体排放方面有重要作用,随着人工林的迅速发展,其温室气体通量和对施肥的响应逐渐引起广泛关注。为了解施氮对桉树人工林生长季和非生长季土壤温室气体通量的影响,在广西东门林场尾巨桉人工林样地设置低(84.2 kg N·hm-2)、中(166.8 kg N·hm-2)、高(333.7 kg N·hm-2)3个施氮水平和不施氮对照,采用静态箱-气相色谱法监测土壤CO2、N2O和CH4通量。结果表明:(1)不同施氮处理的桉树人工林土壤CO2、CH4和N2O年均排放通量分别为214~271 mg CO2·m-2·h-1、-47~-37 kg CH4·m-2·h-1和16~203 kg N2O·m-2·h-1;土壤CO2排放通量在生长季高于非生长季,CH4和N2O通量未表现出明显季节变化。(2)施氮显著增加了土壤CO2和N2O年均排放通量,其促进效应主要集中在生长季(施氮后的4个月,即6—9月),且随时间增加,效应减弱。(3)施氮显著降低了土壤CH4年均吸收通量。因此,在维持桉树人工林生产力的基础上,结合季节变化,合理调控施氮量将有助于减少桉树林土壤温室气体排放。     

沙坡头人工植被固沙区生物结皮-土壤系统温室气体通量特征

荒漠生物结皮-土壤系统温室气体(CO2、CH4和N2O)通量数据的缺乏,给区域尺度上温室气体通量的估算带来很大的不确定性.2011—2012年在腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同时期建植的人工植被固沙区,采用静态箱-气相色谱法研究了不同类型和不同演替阶段生物结皮覆盖的土壤CO2、CH4和N2O的通量特征.结果表明:结皮类型、恢复时间及二者与采样时间的互作显著影响CO2通量;恢复时间、结皮类型与采样时间的互作显著影响CH4通量;采样日期显著影响CO2、CH4和N2O通量.苔藓结皮年均CO2通量(105.1 mg·m-2·h-1)显著高于藻类结皮(37.7 mg·m-2·h-1).荒漠生物结皮-土壤系统年均CH4和N2O吸收通量分别为19.9和3.4μg·m-2·h-1.藻类结皮的年均CH4和N2O吸收通量略高于苔藓结皮,但差异并不显著.随着荒漠生物结皮的发育和演替的深入,生物结皮-土壤系统呼吸逐渐增加,CH4和N2O吸收能力逐渐下降.与藻类结皮相比,苔藓结皮呼吸对温、湿度的变化更为敏感,且随着生物结皮的发育和演替的深入逐渐增强.温度和湿度不是决定荒漠生物结皮-土壤CH4和N2O通量的关键因子.     

多年冻土退化地区湿地土壤温室气体排放及其影响因子

采用野外原位实验静态箱-气相色谱法,研究了兴安岭多年冻土不同程度退化地区生长季湿地土壤温室气体CH4、CO2和N2O的排放通量特征,同时分析了环境因子对土壤温室气体排放的影响。结果表明:1)3种类型冻土区(季节性冻土区、岛状多年冻土区、连续多年冻土区,分别用D1、D2、D3表示)土壤在生长季时期表现为CO2和N2O的源;D1和D3为CH4的源,D2为CH4的汇。D1、D2、D3土壤在生长季中平均CH4排放通量分别为(0.127±0.021)、(-0.020±0.006)、(0.082±0.019)mg·m^-2·h^-1;CO2排放通量分别为(371.50±66.73)、(318.43±55.67)、(213.19±37.05)mg·m^-2·h^-1;N2O排放通量分别为(24.05±2.62)、(8.07±2.42)、(2.17±0.25)μg·m-2·h-1。土壤CO2和N2O排放通量随多年冻土退化程度的加剧呈现出升高的趋势。2)细根生物量、凋落物生物量、全碳、全氮、可溶性有机碳、总可溶性氮、土壤容重、土壤温度、土壤含水量等均影响温室气体排放,3种不同类型冻土区土壤CH4、CO2和N2O的排放差异是诸多影响因子综合作用的结果。     

新疆天山高寒草原不同放牧管理下的CO_2,CH_4和N_2O通量特征

以中国科学院新疆巴音布鲁克草原生态站为依托,于2010年5月—2011年10月利用静态箱-气相色谱法对短期禁牧(2005年围封)、长期禁牧(1984年围封)和自由放牧(冬季放牧)3种草地的CO2、CH4、N2O气体通量进行了野外连续试验研究。结果表明:新疆天山高寒草原对CO2,CH4和N2O通量表现出明显的季节排放特点。在植物的生长季(5—10月),新疆天山高寒短期禁牧、长期禁牧和自由放牧草原的CO2通量平均值分别为:(89.8±49.3)、(52.8±28.7)、(57.0±30.7)mg·m-2·h-1,CH4通量平均值分别为:(-66.3±21.3)、(-104.5±32.8)、(-103.0±39.0)μg·m-2·h-1,N2O通量平均值分别为:(21.2±11.8)、(13.6±6.9)、(13.2±6.2)μg·m-2·h-1;短期禁牧草原与长期禁牧和自由放牧草原CH4平均通量具有显著性差异(P0.05),但CO2和N2O差异不显著(P0.05)。在植物的非生长季(11月—翌年4月),新疆天山高寒短期禁牧、长期禁牧以及自由放牧草原的3种温室气体的通量较低且差异均不显著。     

玉渡山水库生长季温室气体排放特征及其影响因素

为了探讨温带水库温室气体排放规律,采用静态箱-色谱分析法,研究了温带地区库龄10年内的北京玉渡山水库生长季3种温室气体CO2、CH4及N2O排放特征,及其影响因子。结果表明:样地类型、测定月份与样地类型交互作用对3种温室气体通量影响极显著,5月消落带CO2通量(664.31mg·m-2·h-1)达到最大,显著高于入库口和浅水区;8月消落带CH4通量(0.87mg·m-2·h-1)及N2O通量(3.05mg·m-2·h-1)最大;8月,切除消落带样地地上植物后,3种温室气体通量均有所降低。CO2通量与地下5cm地温、氧化还原电位和水体总氮显著正相关,与地上生物量和水体pH显著负相关;CH4通量与地表温度、地上生物量、水体pH呈显著相关,与水体总氮和水体铵态氮显著负相关;N2O通量与水体总氮含量显著相关,与水体pH显著负相关。采取平均估值法初步推测,在生长季,水库消落带、入库口及浅水区CO2排放量依次为15960、2160、-70kg·hm-2;CH4排放量依次20.04、-7.05、14.8kg·hm-2;N2O排放量依次83.42、3.79、-1.54kg·hm-2;表明消落带3种温室气体的排放量均较高,为玉渡山水库3种温室气体排放的重点区域。     

广州地区晚稻田CH4和N2O的排放通量及其影响因素

用密闭箱法同时研究了广州地区晚稻田CH4和N2 O的排放通量。结果表明 ,连续淹水、常规连作和水旱轮作等 3种处理的CH4平均排放通量分别为 1 7 63、2 84和0 36mg·m- 2 ·h- 1 ,而N2 O的平均排放通量分别为 6 74、1 1 69和 55 0 7μgN2 O N·m- 2 ·h- 1 ,表明稻田连续淹水显著增加CH4的排放而降低N2 O的排放。水旱轮作降低CH4排放而提高N2 O的排放 ,说明稻田CH4和N2 O排放之间存在着消长关系。讨论了这 2种温室气体排放的影响因素 ,并初步分析了它们对温室效应的相对贡献。     

鼎湖山针阔叶混交林地表温室气体排放的日变化

利用静态箱 -气相色谱法对鼎湖山针阔叶混交林地表 3种温室气体 CO2 、CH4 、N2 O通量进行了原位观测 .结果表明 ,鼎湖山针阔叶混交林地表为 CO2 、N2 O的排放源 ,为 CH4 的弱汇 ,通量日变幅分别是 4 88.99～ 70 0 .5 7,0 .0 4 9～ 0 .10 8mg/ (m2· h)和- 0 .0 2 5～ - 0 .0 5 3mg/ (m2 · h) ;地表凋落物分解释放 CO2 约占总排放的 1/ 3;凋落物层和林下灌木对 CH4 和 N2 O的通量无明显影响 ;CO2 、N2 O的 9∶ 0 0观测值与其日平均值有明显差异     

长白山阔叶红松林土壤N2O排放通量的变化特征

采用静态密闭箱 /气相色谱分析方法对长白山阔叶红松林两个样地的N2 O排放通量进行了测定。结果表明 ,凋落物对林地土壤N2 O排放的影响是显著的 ,其对全年N2 O排放的平均贡献率是 36 89%。长白山阔叶红松林土壤是大气N2 O一个重要的源 ,但在极少的天气状况下也能吸收大气中的N2 O ,而起着汇的作用。其排放通量的变化范围是 - 4 1 4 8～ 2 91 84μgN2 O·m-2 ·h-1,平均通量是 6 8 7μgN2 O·m-2 ·h-1,高于其他类型林地的排放通量 ,且变动范围也较其他森林类型大。无凋落物林地土壤N2 O排放通量变化范围是 - 2 3 2 4～ 93 75 μgN2 O·m-2 ·h-1,平均通量为 33 79μgN2 O·m-2 ·h-1。两个样地N2 O排放通量的季节变化特征相似 :夏季N2 O的排放通量最高 ,春季次之 ,秋冬两季较低且趋于平稳。昼夜变化趋势也相似 :N2 O排放通量的最大值都出现在 18∶0 0 ,最小值都出现在 12∶0 0和 14∶0 0。研究还表明 ,林地土壤N2 O的排放通量与地表温度和地下 5cm温度的相关性较好 ,无凋落物的样地N2 O的排放通量仅与地下 5cm温度的相关性较好。     

不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间

在连续6 a耕作模式的基础上,利用静态箱-气相色谱法对常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量日变化进行了连续48 h观测,并确定1 d中最佳的观测时间。结果表明,常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量具有显著的日变化特征,常规耕作处理和免耕处理土壤表现为CH4的吸收汇、CO2、N2O的排放源。CH4日均吸收通量:常规耕作无秸秆还田处理(AC)>常规耕作秸秆还田处理(PC)>免耕(PZ);CO2日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ);N2O日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ)。相关性分析表明,常规耕作及免耕条件下CO2、CH4、N2O通量日变化与地表温度和5 cm地温呈极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)的正相关关系,温度是决定温室气体日变化的主要决定因素。通过矫正系数和回归分析表明,在小麦生育后期(4—6月),CO2的最佳观测时间段在8:00—10:00,CH4为8:00—10:00,N2O为8:00—12:00。     

气候暖化对解冻期不同纬度兴安落叶松林土壤氧化亚氮释放的影响

春季解冻期北方森林土壤释放出大量的N₂O,是大气温室气体的主要来源之一.本研究将分布于塔河(52°31′ N)、松岭(50°43′ N)、孙吴（49°13′ N）和带岭（47°05′ N）4个纬度上林分状况相似的兴安落叶松林样地（包括幼树、地被物和A、B层土壤）移置至其自然分布区南缘,模拟气候暖化,分析春季解冻期土壤N2O通量的时间动态及其影响因子.结果表明：各处理的土壤N2O释放高峰均出现在解冻中后期.带岭、孙吴、松岭和塔河样地土壤解冻期的土壤N₂O平均通量分别为（66.5±9.3）、（54.3±5.6）、（44.3±5.3）和（33.5±3.7） μg·m^-2·h^-1;土壤N₂O通量与5 cm土壤温度和0～10 cm土壤微生物生物量碳呈显著正相关,但与土壤含水率的相关性不显著.解冻期4个处理的土壤N₂O释放差异显著,其平均通量和累积释放量均随纬度升高而下降.这种差异主要是由于不同纬度土壤的微生物活性和土壤物理性质的差异引起的.     

模拟氮沉降增加对寒温带针叶林土壤 CO2排放的初期影响

研究大气氮沉降增加情景下北方森林土壤CO2排放通量及其相关控制因子至关重要。在大兴安岭寒温带针叶林区建立了大气氮沉降模拟控制试验,利用静态箱-气相色谱法测定土壤CO2排放通量,同时测定土壤温度、水分、无机氮和可溶性碳含量等相关变量,分析寒温带针叶林土壤CO2排放特征及其主要驱动因子。结果表明:氮素输入没有显著改变森林土壤含水量,但降低了有机层土壤溶解性无机碳(DIC)含量,并增加有机层和矿质层土壤溶解性有机碳(DOC)含量。增氮短期内不影响土壤NH+4-N含量,但促进了土壤NO-3-N的累积。增氮倾向于增加北方森林土壤CO2排放。土壤CO2通量主要受土壤温度驱动,其次为土壤水分和DIC含量。虽然土壤温度整体上控制着土壤CO2通量的季节变化格局,但在生长旺季土壤含水量对其影响更为明显。在分析增氮对土壤CO2通量的净效应时,除了土壤温度和水分外,还要考虑土壤有效碳、氮动态的影响。     

鄱阳湖秋季水-气界面CH4排放通量的区域差异及影响因素

有限的观测点以及空间的异质性已经成为准确估算湖泊水-气界面CH4通量的挑战。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,为了解秋季湖区水-气界面的CH4排放通量,2010年10月利用密闭静态箱-气象色谱法对星子、都昌、南矶山和吴城4个湖区水-气界面CH4排放通量及气象、底泥、水体等因素进行了测定。研究表明,都昌湖区CH4排放通量平均值为0.26mg·m-2·h-1,显著高于星子(0.15mg·m-2·h-1)、吴城(0.13mg·m-2·h-1)和南矶山(0.10mg·m-2·h-1)湖区。鄱阳湖水-气界面秋季CH4排放通量平均为0.17mg·m-2·h-1,变异系数为58.6%。相关分析表明,风速显著影响CH4排放通量(P<0.01)。在排除风速>5m·s-1的数据后,底泥有机碳以及水体铵态氮含量与CH4排放通量显著相关,而水体DOC含量与CH4排放通量呈显著负相关(P<0.05)。对鄱阳湖CH4排放量的精确估算,依赖于较广区域和较长时间的观测。     

长白山阔叶红松林土壤氮化亚氮和甲烷的通量研究

采用静态箱／气相色谱分析方法对长白山阔叶红松林两个处理的N2O和CH4通量进行了研究．结果表明,凋落物对土壤N2O排放和CH4吸收的影响是显著的,影响程度分别是36．9％和23．4％．两个处理的N2O排放通量季节变化趋势相似：夏季(6～8月)的排放通量最高,春季(3～5月)次之,秋(9～11月)冬(12～1月)两季较低．其日变化趋势也相似：最大值都出现在18：00,最小值都出现在12：00和14：00．CH4吸收通量的季节变化趋势也很相似：夏秋两季的吸收通量明显高于春冬两季的吸收通量．其日变化趋势也相似：从14：00开始持续上升到18：00达到最大值,然后持续下降到早晨6：00达到通量的最小值．研究还发现,长白山阔叶红松林土壤的N2O排放和CH4吸收间存在着一种负线性相关关系．     

采伐干扰对东北温带次生林土壤CH4通量的影响

2007年6月至2009年10月,采用静态箱/气相色谱法测定了不同采伐干扰(皆伐后农作、皆伐后造林、50%强度采伐、25%强度采伐和对照)条件下,东北地区典型次生林的土壤CH₄通量. 结果表明: 研究样地的土壤均为CH₄的吸收汇.采伐干扰降低了土壤的CH₄吸收能力,不同处理样地土壤的CH₄吸收通量大小依次为:对照(-85.03 μg CH₄·m^-2·h^-1)>50%强度采伐(-80.31 μg CH₄·m^-2·h^-1)>25%强度采伐(-70.97 μg CH₄·m^-2·h^-1)>皆伐后农作(-65.57μg CH₄·m^-2·h^-1)>皆伐后造林(-62.02μg CH₄·m^-2·h^-1).各处理样地土壤CH₄吸收通量的季节动态相似,均表现为生长季吸收值较高,冬季较低.采伐干扰后各处理的土壤温度、土壤湿度、土壤硝态氮和铵态氮含量均增加,而土壤CH₄吸收通量与土壤温度呈显著二次相关,与土壤含水量呈线性负相关.次生林采伐后土壤含水量、土壤铵态氮和硝态氮含量的增加是土壤CH₄吸收通量降低的重要控制因子.     

寒温带针叶林土壤CH4吸收对模拟大气氮沉降增加的初期响应

N沉降作为驱动因子会改变森林土壤－大气界面CH4净交换通量和方向。然而,对引起北方森林土壤CH4吸收发生转变的大气N沉降临界负荷及其响应机制知之甚少。为此,本研究以我国大兴安岭北方寒温带针叶林土壤作为研究对象,参照大兴安岭站实际大气N沉降通量,构建了低剂量、多形态和高频率的大气N沉降模拟增加控制实验,研究了2010年6-10月生长季土壤CH4吸收通量及其驱动因子对增N的初期响应。研究表明：整个生长季,大兴安岭寒温带针叶林土壤作为大气CH4净汇,CH4平均吸收通量为51.5?4.70 ugm-2h-1,主要受0-10cm土壤水分驱动。短期内,0-10cm矿质土壤NH4 -N含量对增N响应敏感;0-10cm矿质土壤NO3--N含量则受NO3--N输入影响较为明显。相反,0-10cm矿质土壤pH对增N的响应不敏感。总体上,低剂量的N输入对大兴安岭寒温带针叶林生长季土壤－大气界面CH4净交换通量影响不显著,而不排除NO3--N 输入尤其是低N处理情形所呈现出促进土壤CH4氧化的趋势。大兴安岭寒温带针叶林土壤CH4吸收对增N的响应敏感程度可能和土壤CH4活性氧化区域,土壤NH4 -N、NO3--N含量空间分布格局和相对比例有关。未来长期低水平的大气N沉降是否会改变大兴安岭北方森林土壤氧化大气CH4趋势,有待研究。     

紫色土菜地生态系统土壤N2O排放及其主要影响因素

应用静态箱/气相色谱法对种菜历史超过20a的紫色土菜地进行了一年N2O排放的定位观测, 分析了菜地N2O排放特征及施氮、土壤温度、土壤湿度和蔬菜参与对N2O排放的影响. 结果表明, 紫色土菜地生态系统在不施氮和施氮（N150kg?hm-2）情况下N2O平均排放通量为50.713.3和168.437.3g?m-2?h-1, N2O排放系数为1.86%. 菜地生态系统N2O排放强度高于当地粮食作物农田,其主要原因在于菜地较高的养分水平和频繁的施肥、浇水等田间管理措施. 从菜地N2O排放总量的季节分配来看, 有64%的N2O排放量来自于土壤水热条件较好的夏秋季蔬菜生长期, 冬春季蔬菜生长期N2O排放量较少, 仅占34%. 因此, 土壤水热条件不同是造成菜地N2O排放量季节分配差异的重要原因. 氮肥对增加N2O排放的效应因蔬菜生育期内单位时间施肥强度不同而异, 蔬菜生育期越短, 施氮对增加N2O排放的效应越明显.不施氮和常规施氮菜地N2O排放通量与地下5cm处土壤温度呈显著的正相关, 但不种蔬菜的空地两者之间的关系不显著, 并且常规施氮菜地土壤温度（T）对N2O排放通量（F）的影响可用指数方程F＝11.465e0.032T（R＝0.26, p<0.01）表示. 土壤湿度对菜地N2O排放的影响存在阈值效应, 当土壤含水空隙率（WFPS）介于60%-75％时更易引发N2O高排放. 因此, 依据蔬菜生育期特点, 结合土壤水分状况调节施肥量与施肥时间可能会减少菜地N2O排放.