华北农牧交错区草地生态系统温室气体交换规律的研究

发布时间：2017-05-29 04:10

  本文关键词：华北农牧交错区草地生态系统温室气体交换规律的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：草地占陆地面积的40%,同时也是温室气体重要的源和汇,在气候变化中发挥了重要的作用。然而目前草地生态系统温室气体交换的研究大多侧重于植物的生长季,对非生长季温室气体交换的认识不够,造成了定量温室气体年交换量有很大的不确定性。本研究以中国北方农牧交错区四种典型土地利用方式下的草地(夏季放牧草地SG、冬季放牧草地WG、长期禁牧草地UG和开垦农田OC)为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对草地CH4、N2O和CO2气体通量为期16个月的田间高频观测,定量了温室气体的年交换量；通过用CO2传感器对草地和农田土壤剖面的CO2浓度进行了连续自动观测,利用浓度梯度法估算了不同层次CO2产生量和释放量,确定了CO2产生在土壤剖面的垂直分布；最后初步估算了不同土地利用下草地温室气体的净交换量。主要研究结论如下：不同土地利用下的草地始终是大气CH4汇。即使在冬季积雪覆盖,土壤处于冻结状态仍然观测到CH4吸收的现象。春季冻融时期,放牧草地和农田的CH4吸收速率明显地增加,而禁牧草地却没有观测到对应的现象。四种样地SG、WG、UG和OC的CH4年吸收量分别为1.36、2.17、1.01和2.50 kg C ha-1 yr-1,生长季的吸收量对全年的贡献占主导约为61%-71%,而非生长季的贡献比例为29-39%。草地不同土地利用下CH4年吸收量的估算结果表明草地向农田的转变和放牧活动都倾向于增加CH4吸收量。不同土地利用下草地N20排放通量在大多数时期都处于较低水平。禁牧草地出现了N20排放脉冲,而放牧草地却没有观测到对应的N2O强排放。农田在冻融期间和施肥之后都出现了N2O排放脉冲。四种样地SG、WG、UG和OC的N2O年释放量为0.19、0.15、0.43和0.98 kg N ha-1 yr-1,农田和禁牧草地冻融季N20排放对年排放总量的贡献比例分别为65%和70%,两个放牧草地的贡献比例为31%和33%。可见,在定量N20年排放量时,非生长季不能被忽略。冻融期间无机氮的含量能够解释N20排放量差异的80%。不同土地利用下N20年排放量的估算结果表明：由于施肥作用草地向农田的转变增加了N20排放,而放牧通过抑制冻融季N20排放进而减少年排放量。四个样地SG、WG、UG和OC生态系统呼吸排放的CO2累积量的范围为722、657、817、901 g C m-2 yr-1其中生长季的贡献比例为92%-95%。非生长季土壤呼吸即NEE值的范围0-72 mgC m-2h-1。当估算生态系统净CO2年交换量时,非生长季NEE值不能忽略。土壤剖面CO2浓度随着深度的增加而增加。就相同层次而言,草地土壤CO2浓度高于农田。草地0-20cm、20-40cm和40-60cm土壤CO2产生量分别是360、123和28 gC.m-2,对总释放量的贡献比例分别为70%、24%和5%,农田不同层次产生量分别是267、45和15 gC.m-2,贡献比例分别为82%、14%和4%。草地土壤CO2产生量高于农田主要由于发达的根系和较高的有机碳含量。四个样地SG、WG、UG和OC的温室气体净排放量分别是2249、1665、-1826和-376 kg CO2 eq yr-1。苏鲁滩牧场区域温室气体净排放量为789 t CO2 eq yr-1。相比当前情景,如果四种样地莜麦田/冬牧/夏牧/禁牧面积比例为0/0.2/0.5/0.3时,既能维持现状草地载蓄能力,而且区域温室气体排放强度比当前情景下降低了36%。
【关键词】：温室气体 非生长季 冻融 生态系统 草地 农田 CO_2产生 农牧交错区
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 引言16-35
• 1.1 研究背景和意义16-17
• 1.2 草地CH_4吸收的研究进展17-21
• 1.3 草地N_2O排放的研究进展21-24
• 1.4 草地CO_2交换的研究进展24-30
• 1.5 草地温室温室气体净排放研究进展30-32
• 1.6 拟解决的关键问题、研究内容、技术路线32-35
• 第二章 材料和方法35-47
• 2.1 研究地概况35-38
• 2.2 试验方法38-47
• 第三章 草地CH_4吸收规律47-58
• 3.1 环境因子47-48
• 3.2 CH_4吸收的季节动态特征48-53
• 3.3 CH_4吸收总量53-55
• 3.4 环境因子和CH_4吸收的关系55
• 3.5 本章小结55-58
• 第四章 草地N_2O排放规律58-68
• 4.1 无机氮58
• 4.2 N_2O排放季节动态58-64
• 4.3 N_2O年排放量64-65
• 4.4 土壤因子对N_2O排放通量的影响65-67
• 4.5 小结67-68
• 第五章 草地生态系统呼吸规律68-77
• 5.1 生态系统呼吸季节动态68-73
• 5.2 生态系统呼吸排放CO_2总量和非生长季CO_2净交换量73-75
• 5.3 环境因子对生态系统呼吸通量的影响75-76
• 5.4 小结76-77
• 第六章 草地和农田土壤剖面CO_2的产生77-90
• 6.1 根系生物量,土壤有机碳和微生物碳77-78
• 6.2 环境因子78-80
• 6.3 土壤CO_2浓度的动态特征80-82
• 6.4 土壤表面CO_2释放通量的动态特征82-85
• 6.5 土壤剖面CO_2产生85-87
• 6.6 土壤CO_2通量和产生速率的日变化87-89
• 6.7 小结89-90
• 第七章 草地温室气体净排放90-93
• 7.1 不同土地利用下草地生态系统温室气体净排放量90-91
• 7.2 区域减排策略91-92
• 7.3 小结92-93
• 第八章 结论和展望93-96
• 8.1 主要结论93-94
• 8.2 主要创新点94
• 8.3 存在的不足和展望94-96
• 参考文献96-111
• 致谢111-113
• 作者简历113

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本文编号：404111