泥炭藓退化和氮营养环境变化对大兴安岭泥炭地碳循环的影响

发布时间：2017-10-17 10:14

  本文关键词：泥炭藓退化和氮营养环境变化对大兴安岭泥炭地碳循环的影响

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【摘要】：北方高纬地区是泥炭沼泽的主要分布区,而泥炭地特有的冷湿环境尤其是多年冻土层的作用,令其对气候变化的响应特别敏感。近几十年来,北方高纬地区增温效应明显,多年冻土退化严重。在人为活动造成的气候变暖和大气氮沉降背景下,泥炭地碳、氮生物地球化学过程均受到了各种直接或者间接的影响,泥炭地碳收支以及碳循环过程已成为国内外研究的热点。但国内关于气候变化对多年冻土区泥炭沼泽湿地碳循环的研究还很少,因此,本研究以大兴安岭多年冻土区泥炭地为研究对象,基于野外原位观测和原位控制试验,以泥炭藓去除模拟气候变暖后的泥炭藓退化,氮输入模拟大气氮沉降造成的氮营养环境变化为主要研究思路,揭示泥炭藓退化、氮营养环境变化以及二者交互作用对泥炭地CH4、CO2和N2O排放通量的影响及控制机制,为全球变化背景下多年冻土区泥炭地碳、氮循环提供基础数据和理论依据。本研究主要取得如下结论:(1)泥炭藓退化没有改变多年冻土区泥炭地CH4季节性排放模式,但显著降低了泥炭地CH4的排放通量(50.4%);外源氮输入会显著抑制泥炭地CH4的排放(65.8%);泥炭藓退化和氮营养环境变化交互作用会导致CH4通量明显降低(68.5%);土壤温度和水分条件是多年冻土区泥炭地CH4排放的主要影响因子。(2)泥炭藓退化导致多年冻土区泥炭地CO2排放通量降低(3.9%~13.1%);而外源氮输入导致泥炭地CO2排放通量增加(12.7%~46.8%),但对季节性排放模式没有显著影响;泥炭藓退化和氮营养环境改变交互作用下,CO2排放通量增加(21.6%~35.9%);土壤温度是多年冻土区泥炭地CO2排放的主要影响因子。(3)早期泥炭藓退化会促进多年冻土区泥炭地N2O排放(11.1%~115.4%),但随着时间推移,促进作用转变为抑制作用(4.29%);外源氮输入会增大泥炭地N2O排放通量(47.5%~85.1%),但对季节性排放模式并没有影响;泥炭藓退化和氮素增加交互作用会极大促进N2O的排放(36.7%~78.9%);在此条件下,N2O排放通量主要与地上生物量和土壤氮素有效性密切相关。(4)泥炭藓退化和外源氮输入会导致泥炭地土壤孔隙水中CH4浓度降低;但对CO2浓度的影响不同,表现为,泥炭藓退化导致土壤孔隙水中CO2含量降低,而氮素增加会增大孔隙水中CO2含量;泥炭藓退化和氮素增加交互作用下的变化较为复杂,不同土壤层表现存在一定的差异。
【关键词】：多年冻土区 泥炭地 泥炭藓去除 氮输入 碳循环
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P593
【目录】：

• 中文摘要8-10
• Abstract10-13
• 引言13-15
• 第一章 绪论15-33
• 1.1 选题背景及意义15-18
• 1.1.1 选题背景15-17
• 1.1.2 选题意义17-18
• 1.2 国内外研究现状与展望18-31
• 1.2.1 泥炭地的分布18
• 1.2.2 泥炭地土壤有机碳分布特征18-19
• 1.2.2.1 泥炭地土壤有机碳 (SOC) 质量分数18-19
• 1.2.2.2 泥炭地土壤有机碳密度及储量19
• 1.2.3 苔藓植物的特性19-21
• 1.2.3.1 苔藓植物含水量的季节变化19
• 1.2.3.2 苔藓植物对降水的截留作用19-20
• 1.2.3.3 苔藓植物含水量与光合作用速率、呼吸作用速率的关系20-21
• 1.2.3.4 苔藓植物在养分循环中的作用21
• 1.2.4 泥炭藓变化对泥炭地特征和温室气体排放的影响21-28
• 1.2.4.1 泥炭藓对泥炭地物理特性的影响21-26
• 1.2.4.2 泥炭藓对泥炭地CH_4排放的影响26-27
• 1.2.4.3 泥炭藓对泥炭地CO_2排放的影响27
• 1.2.4.4 泥炭藓对泥炭地土壤氮可利用性的影响27-28
• 1.2.5 氮营养条件改变对泥炭藓和温室气体排放的影响28-31
• 1.2.5.1 氮营养条件改变对泥炭藓的影响28-29
• 1.2.5.2 氮营养条件改变对泥炭地CH_4排放的影响29
• 1.2.5.3 氮营养条件改变对泥炭地CO_2排放的影响29-30
• 1.2.5.4 氮营养条件改变对泥炭地N2O排放的影响30-31
• 1.3 研究内容、技术路线和创新点31-33
• 1.3.1 研究内容31-32
• 1.3.2 技术路线32
• 1.3.3 创新点32-33
• 第二章 研究区概况及研究方法33-39
• 2.1 研究区概况33-36
• 2.1.1 自然概况33-34
• 2.1.2 气候状况34
• 2.1.3 土壤概况34-35
• 2.1.4 植被类型35-36
• 2.2 研究方法36-39
• 2.2.1 样地的选择和布置36
• 2.2.2 野外观测方法36-38
• 2.2.2.1 气体通量的野外原位观测36-37
• 2.2.2.2 孔隙水的采集以及孔隙水中CO_2和CH_4的测定37
• 2.2.2.3 相关环境因子的观测37-38
• 2.2.2.4 植被生物量38
• 2.2.3 室内样品分析方法38
• 2.2.4 数据统计38-39
• 第三章 泥炭藓退化和氮营养环境变化对多年冻土区泥炭地CH_4排放的影响39-59
• 3.1 多年冻土区泥炭地CH_4通量的季节变化特征40-48
• 3.1.1 泥炭藓退化条件下CH_4通量的季节变化特征40-43
• 3.1.2 氮营养环境改变对CH_4通量的影响43-46
• 3.1.3 泥炭藓退化和氮营养条件改变交互作用对CH_4排放的影响46-48
• 3.2 多年冻土区泥炭地CH_4排放通量的主要环境影响因子48-56
• 3.2.1 泥炭藓退化情景下CH_4通量的主要环境影响因子49-51
• 3.2.2 氮营养环境改变条件下CH_4通量的主要环境影响因子51-53
• 3.2.3 泥炭藓退化和氮营养条件改变交互作用背景下CH_4通量的主要环境影响因子53-56
• 3.3 泥炭藓退化和氮营养环境改变情景下CH_4排放通量变化机制分析56-57
• 3.3.1 泥炭藓退化对CH_4排放的影响机制分析56-57
• 3.3.2 氮营养环境改变对CH_4排放影响的作用机制分析57
• 3.3.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化交互作用对CH_4排放的影响机制分析57
• 3.4 小结57-59
• 第四章 泥炭藓退化和氮营养环境变化对多年冻土区泥炭地CO_2排放的影响59-91
• 4.1 多年冻土区泥炭地CO_2通量的季节变化特征60-68
• 4.1.1 泥炭藓退化条件下CO_2通量特征60-63
• 4.1.2 氮营养环境改变条件下CO_2通量特征63-66
• 4.1.3 泥炭藓退化和氮营养环境改变交互作用下CO_2通量特征变化66-68
• 4.2 多年冻土区泥炭地CO_2通量的主要影响因子68-86
• 4.2.1 泥炭藓退化情景下CO_2通量变化的主要环境影响因子68-72
• 4.2.2 氮营养环境改变背景下CO_2通量的主要环境影响因子72-79
• 4.2.2.1 土壤温度和水分对CO_2排放通量的影响72-76
• 4.2.2.2 地上生物量变化对CO_2排放通量的影响76-78
• 4.2.2.3 CO_2排放通量与植被氮素含量变化的关系78-79
• 4.2.3 泥炭藓退化和氮营养环境改变交互作用下CO_2通量变化的环境影响因子79-86
• 4.2.3.1 土壤温度和水分对CO_2通量影响79-83
• 4.2.3.2 地上生物量变化对CO_2排放通量的影响83-84
• 4.2.3.3 CO_2排放通量与植被氮素含量变化的关系84-86
• 4.3 泥炭藓退化和氮营养环境改变情景下CO_2排放通量变化机制分析86-89
• 4.3.1 泥炭藓退化对CO_2排放的影响机制分析86-87
• 4.3.2 氮营养环境改变对CO_2排放影响的作用机制分析87-88
• 4.3.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化交互作用对CO_2排放的影响机制分析88-89
• 4.4 小结89-91
• 第五章 泥炭藓退化和氮营养环境变化对多年冻土区泥炭地N2O排放的影响91-113
• 5.1 多年冻土区泥炭地N_2O通量的季节变化特征92-101
• 5.1.1 泥炭藓退化背景下N_2O通量季节变化特征92-96
• 5.1.2 氮营养条件改变下N_2O通量的季节变化特征96-98
• 5.1.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化交互影响下N2O通量变化特征98-101
• 5.2 多年冻土区泥炭地N2O通量变化的主要环境影响因子101-107
• 5.2.1 泥炭藓退化情景下N_2O通量主要环境影响因子101-103
• 5.2.2 氮营养改变条件下N_2O通量主要影响因子103-105
• 5.2.2.1 N_2O排放通量与地上生物量的相关关系103-104
• 5.2.2.2 N_2O排放通量与土壤含氮量的相关关系104-105
• 5.2.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化交互作用下N2O通量变化的主要环境影响因子105-107
• 5.2.3.1 N2O排放通量与地上生物量的相关关系105-106
• 5.2.3.2 N2O排放通量与植被含氮量的相关关系106-107
• 5.3 泥炭藓退化和氮营养品环境改变情景下N2O排放通量变化机制分析107-110
• 5.3.1 泥炭藓退化对N2O通量影响的机制107-108
• 5.3.2 氮营养环境改变对N2O通量影响的作用机制108-109
• 5.3.3 泥炭藓退化和氮营养环境改变交互作用对N2O通量影响的机制109-110
• 5.4 小结110-113
• 第六章 泥炭藓退化和氮营养环境改变影响下泥炭地土壤孔隙水溶解性有机碳、含碳气体浓度变化特征113-133
• 6.1 土壤孔隙水中溶解性有机碳 (DOC) 和土壤有机碳 (SOC) 含量的变化特征113-118
• 6.1.1 泥炭藓退化后孔隙水中溶解性有机碳和土壤有机碳含量的变化特征113-115
• 6.1.2 氮营养环境变化情景下孔隙水溶解性有机碳和土壤有机碳含量的变化特征115-117
• 6.1.3 泥炭藓退化和氮营养环境交互作用影响下孔隙水溶解性有机碳和土壤有机碳含量变化特征117-118
• 6.2 泥炭藓退化和氮营养环境变化对孔隙水中CH_4含量的影响118-125
• 6.2.1 泥炭藓退化对孔隙水中CH_4含量的影响119-121
• 6.2.2 氮营养环境变化对孔隙水中CH_4含量的影响121-123
• 6.2.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化对孔隙水中CH_4含量的影响123-125
• 6.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化对孔隙水中CO_2含量的影响125-130
• 6.3.1 泥炭藓退化对孔隙水中CO_2含量的影响125-127
• 6.3.2 氮营养环境变化对孔隙水中CO_2含量的影响127-129
• 6.3.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化对孔隙水中CO_2含量的影响129-130
• 6.4 小结130-133
• 第七章 结论与展望133-139
• 7.1 主要研究结论133-137
• 7.1.1 泥炭藓退化和氮营养环境变化对泥炭地CH_4排放的影响133-134
• 7.1.2 泥炭地CO_2排放对泥炭藓退化和氮营养环境变化的响应特征134-135
• 7.1.3 泥炭藓退化和氮营养环境变化对多年泥炭地N2O排放的影响135-136
• 7.1.4 泥炭地孔隙水中CH_4和CO_2含量的变化特征136-137
• 7.2 本研究中存在的问题及展望137-139
• 参考文献139-157
• 作者简历157-159
• 发表文章目录159-161
• 致谢161-163

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本文编号：1048259