【摘要】：自19世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái),人類(lèi)社會(huì)在得到快速發(fā)展的同時(shí),土地利用方式的改變和化石燃料燃燒等人類(lèi)活動(dòng)的增加使大氣中溫室氣體的濃度急劇升高,進(jìn)而引起氣候變暖以及全球氮沉降的加劇,增溫通過(guò)影響大氣循環(huán)和洋流循環(huán)進(jìn)而會(huì)使區(qū)域降雨格局發(fā)生改變。目前已有較多實(shí)驗(yàn)證實(shí)氮沉降的增加和降雨格局的改變正在對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和群落結(jié)構(gòu)造成巨大的影響,且影響幅度不斷加劇。我國(guó)從1999年開(kāi)始實(shí)施退耕還林、退耕還草政策以來(lái),全國(guó)各地的棄耕地面積大幅度增加,近年來(lái)耕地面積已然逼近18億畝紅線。棄耕地通常是指耕地被人類(lèi)棄置后,不再受到人類(lèi)活動(dòng)的干擾,群落結(jié)構(gòu)隨環(huán)境變化不斷演替的一種較為特殊的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型,對(duì)未來(lái)氮沉降增加和降雨格局改變的響應(yīng)也較難預(yù)測(cè)。土壤呼吸作為陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間最大的碳通量之一,土壤呼吸的改變會(huì)直接影響大氣CO2濃度增加的速率。目前,棄耕地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸對(duì)氮添加和增雨響應(yīng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究仍然較少,探究棄耕地土壤呼吸對(duì)增雨和氮沉降增加的響應(yīng)規(guī)律及其響應(yīng)機(jī)理顯得尤為迫切。為了更好的探索棄耕地土壤呼吸對(duì)增雨和氮沉降增加的響應(yīng),在2012年,以華北平原棄耕草地為平臺(tái),采用控制實(shí)驗(yàn)的方法建立了增雨氮添加實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)共設(shè)立對(duì)照、氮添加、增雨和增雨氮添加四種處理,并區(qū)分了土壤呼吸的不同組分,用來(lái)探討棄耕地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸及其組分對(duì)增雨和氮沉降增加的響應(yīng)規(guī)律和機(jī)理。五年的實(shí)驗(yàn)中,氮添加顯著降低土壤0-10cm水分(SM,0.4v/v%)和土壤微生物量氮(MBN,43.5%);氮添加顯著提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(GEP,10.6%)和生態(tài)系統(tǒng)呼吸(ER,14.7%),但是對(duì)凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換無(wú)影響。此外,氮添加增加了地上凈初級(jí)生產(chǎn)力(ANPP,29.2%),降低了土壤pH值。研究發(fā)現(xiàn),氮添加對(duì)棄耕地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸及各組分(自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸)均無(wú)影響,原因在于根生物量和地下凈初級(jí)生產(chǎn)力的變化。生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的增加對(duì)自養(yǎng)呼吸具有促進(jìn)作用而土壤水分降低對(duì)自養(yǎng)呼吸又具有抑制作用,兩種作用相互影響使土壤自養(yǎng)呼吸沒(méi)有發(fā)生改變。氮添加對(duì)土壤異養(yǎng)呼吸無(wú)顯著影響,土壤微生物受到生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的增加和水分、pH值、和微生物量氮降低的影響,最終表現(xiàn)出土壤異養(yǎng)呼吸沒(méi)有改變。增雨使土壤水分增加(SM,0.3 v/v%),土壤溫度降低(ST,0.1 ℃)。增雨導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力(GEP)和凈碳交換(NEE)分別增加了 11.3%和9.1%。在本實(shí)驗(yàn)處理期間,增雨使土壤呼吸增加了 10.2%(在2012-2016年,每年增加的百分比為:3.0%、19.3%、12.2%、13.1%和6.0%,其中2013-2015年均達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平)。對(duì)土壤呼吸的不同組分,增雨對(duì)土壤異養(yǎng)呼吸沒(méi)有影響,土壤溫度的降低以及土壤微生物量氮(MBN)的降低(51.7%)表征著土壤中微生物群落數(shù)量受到增雨處理的抑制,但生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力的增加(GEP,11.3%)為土壤微生物提供了更為充足的呼吸底物,0-10cm 土層根生物量(RB)的增加(28.9%)也為土壤微生物提供了更多的根系分泌物,三者的對(duì)土壤微生物的作用相互影響,使土壤異養(yǎng)呼吸沒(méi)有發(fā)生改變。增雨刺激了土壤自養(yǎng)呼吸(AR,25.9%),在2012-2016年,增雨對(duì)土壤自養(yǎng)呼吸的影響分別為:-2.1%、+64.6%、+77.0%、+13.2%和+13.7%。土壤根生物量的增加(28.9%)和生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力的增加(11.3%)使土壤自養(yǎng)呼吸增加。在自然降雨條件下,氮添加使土壤呼吸改變的幅度隨處理年份的增加有增大的趨勢(shì)(2012-2016年氮添加對(duì)土壤呼吸的影響分別為:+8.4%、+6.8%、+4.4%、+13.8%和+27.2%,統(tǒng)計(jì)分析未達(dá)到顯著水平);在降雨增加條件下,氮添加對(duì)土壤呼吸有抑制作用。增雨對(duì)土壤呼吸始終呈現(xiàn)為正效應(yīng)(2012-2016年,增雨對(duì)土壤呼吸的影響分別為:+5.0%、+24.4%、+19.3%、+24.7%和+22.6%,其中2013-2015年達(dá)到顯著水平),但在同時(shí)進(jìn)行氮添加處理時(shí),兩種處理對(duì)土壤呼吸沒(méi)有影響。本研究表明,增雨顯著提高土壤呼吸,但在氮添加同時(shí)進(jìn)行時(shí)又會(huì)降低土壤呼吸。在未來(lái)氣候變化引起的降雨格局改變以及人類(lèi)活動(dòng)引起的氮沉降加劇的背景下,棄耕地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳排放速率有減弱的趨勢(shì),減緩大氣CO2濃度的上升。本實(shí)驗(yàn)探討了棄耕地土壤呼吸對(duì)氮添加和增雨的響應(yīng)機(jī)理,研究結(jié)果對(duì)于改善陸地生態(tài)系統(tǒng)模型具有重要參考意義。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S151.9
【圖文】：

月第一場(chǎng)雨后及時(shí)進(jìn)行。增雨處理為４－１０月份每次有效降雨量（＞３ｍｍ）的３０％，在實(shí)驗(yàn)逡逑地東１０米處有一個(gè)小型氣象站，每次降雨量可用設(shè)立的雨量器直接獲取，并采用增雨逡逑小區(qū)旁邊的水龍頭人工添加。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和處理見(jiàn)圖２－１。逡逑么邐水管－逡逑５＾邐１３．Ｊ邐２１＾邋ＨＨ邐３７邋－邐４５－逡逑0邐４Ｃ－＇邐５Ｎ＾邐１２Ｐ＾邋ＨｆｌＫ邋２０Ｃ＾＇邐２１Ｎ＋逡逑ｙ邐４－邐｜邐｜邋１２＾邐｜邐｜邋２０＾邐３６＾邐４４＾逡逑0邋ｃ邐……——邐－■邋＾邋Ｏ邐邐邐—？邋Ｏ逡逑０邐２２＾邐３０—邐３８＾逡逑丨邐１１Ｃ－邐１４Ｎ－邐１９Ｐ－逡逑｜邋１９＾邐２７＾邐３５－＊逡逑Ｏ逡逑７＾邐１５－Ｊ邐３１－邐３９＾邐４７＾逡逑２Ｎ—１邐７０邐１５Ｐ—‘邐１８Ｎ－邐２３０逡逑２－邐Ｉ邋Ｉ邋１０－邋Ｉ邋Ｂ９Ｍ邐２６－邐３４ｖ邐４２＋Ｊ逡逑ｌｎｒｖ邐0邐：邐ｔ邋．邋．，：＞邋0逡逑Ｉ逡逑１６＊邐２４＾邐３２？－＇邐４８逡逑６ｍ＾邐８Ｐ－邐９Ｎ＊邐１６Ｃ＾邐２４Ｐ＾逡逑９－１邐１７＾邐２５—邐＾＾９９＾邐４１ｙ逡逑邐逡逑４ｎｒｖ邋ｌｎｒｖ逡逑■＝＞邐：對(duì)照，ｃ逡逑Ｄ邋：氮添加，Ｎ逡逑ＣＺＺ１邋：X椨輳繡義希旱砑櫻椨輳校五義希镥澹撼鏊阱義賢跡玻保λ砑郵笛櫬砑吧杓�。辶x希疲椋紓酰潁邋澹玻保澹校歟錚翦澹歟幔錚酰翦澹錚駑澹簦瑁邋澹椋睿悖潁澹幔螅澹溴澹穡潁澹悖椋穡椋簦幔簦椋錚鑠澹幔睿溴澹睿椋簦潁錚紓澹鑠澹幔洌洌椋簦椋錚鑠澹澹穡澹潁椋恚澹睿簦義希玻澹玻澹插逋寥覽砘災(zāi)實(shí)牟舛ㄥ義顯諉磕甑模乖碌捉懈锪坎杉

本文編號(hào)：2768677