增氮对青藏高原东缘高寒草甸土壤甲烷吸收的早期影响

研究大气氮沉降对青藏高原高寒草甸土壤CH4吸收的影响,对于揭示氮素调节土壤CH4吸收的机制和评价氮沉降增加背景下大气CH4收支平衡至关重要。通过构建多形态、低剂量的增氮控制试验,测定土壤CH4净交换通量和相关土壤理化性质,分析高寒草甸土壤CH4通量变化特征及其主要驱动因子。研究结果表明:自然状态下高寒草甸土壤是大气CH4汇,CH4平均吸收量为(35.40±1.92)μg.m-.2h-1。土壤CH4吸收主要受水分驱动,其次为土壤NH+4-N和NO-3-N含量。NH+4-N抑制CH4吸收,NO-3-N促进CH4吸收;不同剂量氮素输入对土壤CH4吸收影响也不尽相同,低氮处理促进土壤CH4吸收,而中氮和高氮处理抑制土壤CH4吸收。结果显示青藏高原高寒草甸土壤是重要的大气CH4汇,在未来大气氮沉降加倍的情景下CH4汇功能增强,但当氮沉降量增加两倍以上时CH4汇功能将会减弱。

森林土壤甲烷吸收的主控因子及其对增氮的响应研究进展

森林土壤甲烷(CH4)吸收在生态系统碳、氮循环和碳平衡研究中具有重要作用。论述了森林土壤CH4的产生和消耗过程及其主控因子,有效氮不同的森林土壤CH4吸收对氮素输入的响应差异及其驱动机制,并且明确了现有研究的不足和未来研究的重点。研究表明:大气氮沉降输入倾向于抑制富氮森林土壤的CH4吸收,而对贫氮森林土壤CH4吸收具有显著的促进作用,其内在的氮素调控机制至今尚不明确。主要的原因是过去通过高剂量施氮试验所得出的理论难以准确地解释低水平氮沉降情景下森林土壤CH4吸收过程,有关森林土壤CH4吸收对大气氮沉降响应的微生物学机理也缺乏系统性研究。未来研究的重点是探讨森林土壤CH4物理扩散和净吸收过程对施氮类型、剂量的短期与长期响应,量化深层土壤CH4累积和消耗对表层土壤CH4吸收的贡献,揭示森林土壤CH4吸收对增氮响应的物理学与生物化学机制。另外,研究森林土壤甲烷氧化菌群落活性、结构对施氮类型和剂量的响应,阐明土壤CH4吸收与甲烷氧化菌群落组成的内在联系,有助于深入揭示森林土壤CH4吸收对增氮响应的微生物学机制。

增氮对青藏高原东缘典型高寒草甸土壤有机碳组成的影响

土壤有机碳动态是陆地生态系统碳平衡研究的关键环节,有关青藏高原高寒草甸土壤有机碳组成对大气氮沉降增加的响应研究至今尚未开展。基于中国科学院海北生态站的大气氮沉降模拟控制实验平台,于2010年5月、7月和9月中旬分别测定不同施氮处理下0—10cm、10—20cm、20—30cm土壤中粗颗粒态有机碳(CPOC)、细颗粒态有机碳(FPOC)和矿质结合有机碳(MOC)含量,研究不同施氮类型(NH4Cl,(NH4)2SO4和KNO3)和施氮水平(0、10、20、40 kgN.hm-.2a-1)对土壤POC和MOC含量以及POC/MOC比值的影响。结果表明:青藏高原高寒草甸土壤POC积聚在土壤表层,占总土壤有机碳(SOC)含量的64%以上,稳定性较差。施氮水平显著改变了土壤CPOC、FPOC和MOC含量,而施氮类型的影响不显著。不同月份土壤POC和MOC含量对增氮的响应不同,反映了SOC组分对增氮响应的时间异质性。在生长季中期,施氮倾向于增加表层土壤POC含量,而在生长季初期和末期恰好相反。土壤MOC对增氮的响应不敏感。另外,施氮显著降低生长季初期表层土壤POC/MOC比例,SOC稳定性增加。表明,青藏高原高寒草甸土壤有机碳活性组分较高,未来大气氮沉降增加短期内即可降低活性有机碳含量,相应地改变了其组成和稳定性。

中国环境工程科技2035技术预见研究

技术预见是制定科技发展战略和科技政策的重要基础,德尔菲调查是技术预见中最常用的方法。本研究通过文献分析、专家建议、会议讨论等方法,从大气污染防治、水污染防治、固体废弃物污染防治与资源化、土壤污染防治、生态保护与恢复、环境监测预警与风险控制、资源利用与清洁生产7个子领域提出我国环境工程领域的45项备选技术。根据德尔菲法的调查结果,初步筛选出2035年我国环境工程科技发展的关键技术、共性技术以及颠覆性技术,分析了技术实现时间、发展水平与制约因素,为未来20年我国环境工程科技发展战略和目标的制定提供参考。

模拟氮沉降增加对寒温带针叶林土壤CO_2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。

寒温带针叶林土壤CH_4吸收对模拟大气氮沉降增加的初期响应

土壤甲烷(CH4)吸收是森林生态系统碳循环的重要环节,研究大气氮(N)沉降增加情景下北方森林土壤CH4吸收通量及其驱动机制至关重要。以大兴安岭寒温带针叶林作为研究对象,构建了低剂量、多形态的增N控制实验,研究了2010年生长季(6—10月)土壤CH4吸收通量对增N的初期响应及其环境驱动机制。结果表明:整个生长季,寒温带针叶林土壤表现为大气CH4的汇,土壤CH4平均吸收通量为(51.5±4.7)μg m-2h-1,主要由0—10 cm层土壤水分驱动。除了低剂量的NO-3-N输入促进了土壤CH4氧化外,低剂量的N输入总体上没有显著改变寒温带针叶林土壤CH4净吸收通量。另外,增N没有显著改变0—10cm层土壤水分、温度和土壤pH值,但显著增加了0—10cm矿质土壤NH+4-N和NO-3-N含量。研究表明,受N限制的北方森林土壤CH4吸收对增N响应的敏感程度与土壤CH4活性氧化区域、土壤NH+4-N和NO-3-N含量的空间分布格局以及相对比例有关。在分析北方森林土壤CH4通量及其驱动因子对N沉降增加的响应时,除要考虑N沉降水平影响外,还应考虑N沉降类型(NH+4-N和NO-3-N)的相对影响。