模拟氮沉降对克氏针茅草原N2O排放及氮去向的影响研究

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1、模拟氮沉降对克氏针茅草原N2O排放及氮去向的影响研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位:环境学院：学科:环境科学与工程：研究生:杨涵越：指导教师:段:雷教授二○一七年六月StudyontheEffectofStimulatedNDepositiononN2OEmissionandFateofNitrogeninaStipakryloviisteppeThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofSciencei

2、nEnvironmentalScienceandEngineeringbyYangHanyueThesisSupervisor:ProfessorDuanLeiJune,2017摘要摘要随着工农业和社会的快速发展，我国成为全世界氮沉降最高的国家之一。温带草原地区的氮沉降水平局部超过3g·m-2·a-1，可能会对草原生态系统氮循环过程产生影响。除了对植被生物量、生物多样性和土壤理化性质产生影响之外，氮沉降增加还可能增加温带草原的氧化亚氮（N2O）排放。N2O是一种重要的温室气体。随着温带草原氮沉降的进一步增加，有必要对草原土壤N2O的排放特征及排放量进行测

3、定，研究氮沉降对草原土壤N2O排放的影响有助于认识温带草原地区的氮循环特征与效应，并为政府制定大气污染控制和气候变化应对政策提供科学依据。本研究在2014年至2016年间，在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅草原开展了为期2年的模拟氮沉降野外控制实验（添加NaNO-2-13，N剂量0~50g·m·a，分6个梯度水平）和1年的15N稳定同位素标记实验（添加Na15NO3），采用静态箱法测定不同氮添加水平下草原土壤N2O的排放通量，并对土壤、植物和土壤排放N2O的同位素丰度进行测定，探究内蒙古典型草原土壤排放N2O的季节变化规律及其影响因素，及氮素在克氏针茅草原生态系

4、统各氮库（氮汇）的去向和N2O的排放机制。模拟氮沉降野外控制实验表明，在自然条件下，夏季是内蒙古典型草原N2O排放的主要季节，冻融期也存在少量的N2O的排放，分别占全年排放通量的59.4%和2.04%。冻融期对内蒙古典型草原N2O排放总量相对较低的贡献同以往研究的草甸草原不同。内蒙古典型草原N2O排放量与土壤温度（ST）和土壤含水率（WFPS）密切相关，通过拟合计算了自然氮沉降条件下的年均N2O排放量（N2O-N）为0.04g·m-2·a-1，仅为氮沉降量的1.3%。氮添加有增加土壤N2O排放的趋势，但只有在高氮添加水平（50g·m-2·a-1）下显著增

5、加。15N同位素标记实验结果显示，在短期内（一个生长季内），内蒙古典型草原的氮输入主要留存在土壤氮库和植物氮库中。在氮添加水平高于5g·m-2·a-1时，土壤可交换性NO-15153急剧增加，表明氮饱和可能发生。根据N2O排放对N添加的滞后响应以及冻融期N+2O排放与可交换NH4增加的相关性，推测内蒙古克氏针茅草原土壤N+2O的产生可能主要来自于硝化作用，因此NH4沉降可能对草原土壤N2O的排放产生更为显著的影响。关键词：氮沉降；N2O排放；温带草原；克氏针茅；氮循环IAbstractAbstractWithfastdevelopmentofindust

6、ry,agricultureandsociety,ChinabecamethehighestNdepositionzoneintheworld.Ndepositionhadexceeded3g·m-2·a-1insomeareaoftemperatesteppe,whichmayhaveinfluenceontheNcyclingofthegrasslandecosystem.Exceptfortheinfluenceoftheplantbiomassorproduction,biodiversity,physicalandchemicalpropert

7、iesofsoilwithinthisarea,NdepositionmayalsoincreasetheN2Oemissioninthetemperategrassland.N2Oasthemaingreenhousegas,itsemissionfluxandcharacteristicsinthetemperategrasslandneedtobemeasured,toknowwellabouttheNcyclingcharacteristicsandeffects,whichmayofferthescientificevidencetothepo

8、licysettingofairpollutioncontrolandclima