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青海省寒区恢复生态学重点实验室揭示了冻土活动层土壤氧化亚氮排放对冻融过程中水热耦合的响应规律

2021-06-21  

  全球气候变化正深刻改变青藏高原冻土区土壤冻融格局,进而驱动这类系统土壤氮转化加速,增加N2O等温室气体排放潜力及氮素气态损失风险。针对青藏高原温度和降水协同变化下冻融过程中冻土区活动层土壤N2O排放机理不清的问题,青海省寒区恢复生态学重点实验室与青海师范大学、河南农业大学进行合作,采取模拟实验,探究了冻土活动层土壤在长期昼夜冻融交替过程中N2O通量对土壤含水量和融化温度耦合结果的响应。

  结果表明,土壤水分主导冻融过程中活动层土壤N2O通量格局,且脉冲式释放特征主要发生在中等含水量土壤中,且低温融化条件下相比高温融化更有利于形成大量无氧和有氧或介于二者之间的丰富微域,通过刺激硝化和反硝作用,进而促进冻融过程中土壤有效氮释放和N2O排放。另外,尽管冻融循环次数对N2O通量影响集中体现在冻融前期,且依赖土壤湿度,但本研究发现,长期的冻融交替相比短期更能刺激活动层土壤中有机质释有效养分释放,延长冻融过程中N2O高水平排放时间,增加干燥土壤和水分饱和两类含水量极端条件下的累积排放量。研究结果对预测气候变化过程中,暖湿化或暖干化的情形下,不同生态类型冻土区活动层土壤非生长季内氮转化和温室气体排放具有一定的科学价值。

  

  图1 不同处理下N2O累积排放规律:(A)W15T5,(B)W15T10,(C)W15T20,(D)W30T5,(E)W30T10,(F)W30T20,(G)W45T5,(H)W45T10,(I)W45T20。切线的斜率代表累积发射的强度。

  

  图2 短期冻融循环中N2O通量对土壤湿度和温度的响应模型横轴表示土壤湿度,由左向右递增。下图横坐标为不同土壤含水量下的土壤环境,其中黑色线条为植物根系,灰色不规则几何形状为土壤团聚体,白色空隙为土壤空隙,蓝色部分为土壤游离水。植被景观照片从左至右依次为高寒草原、高寒草甸、高寒湿地。

  该研究结果于2021年6月18日以Soil moisture but not warming dominates nitrous oxide emissions during freeze-thaw cycles in a Qinghai-Tibetan Plateau alpine meadow with discontinuous permafrost为题在线发表于Frontiers in Ecology and Evolution上。青海师范大学陈哲副教授为第一作者,青海省寒区恢复生态学重点实验室周华坤研究员和青海师范大学王文颖教授为通讯作者。

  该研究得到了青海省自然基金(2018-ZJ-935Q),三江源国家公园联合基金(LHZX-2020-08)、教育部春晖项目(陈哲,2018)和青藏高原第二次综合科学考察项目(2019QZKK0302)的资助。

  论文链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2021.676027/full