本文關(guān)鍵詞：增溫對大興安嶺多年凍土區(qū)泥炭地氮氧化物排放的影響研究　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：北方高緯度地區(qū)是泥炭地的主要集中分布區(qū),也是全球變暖的敏感區(qū)。近幾十年來,北方高緯地區(qū)升溫效果明顯,導(dǎo)致該區(qū)多年凍土大面積退化。日益增強的人類活動更加劇了這種變化,泥炭地中碳、氮循環(huán)均受到了直接或者間接的影響,從而對氣候變化產(chǎn)生正反饋或者負反饋作用。但國內(nèi)關(guān)于氣候變暖對多年凍土區(qū)泥炭地氮循環(huán)研究甚少,因此,本研究以大興安嶺連續(xù)多年凍土區(qū)泥炭地為研究對象,基于野外OTC原位控制增溫實驗,并與室內(nèi)培養(yǎng)實驗相結(jié)合,重點圍繞增溫、凍融作用、氮可利用性變化對泥炭地氮氧化物排放的影響,闡明增溫背景下泥炭地氮氧化物排放的季節(jié)與年際排放動態(tài),揭示了增溫對泥炭地氮氧化物排放通量的影響及其主要影響因素,探討了N_2O排放通量對凍融作用和氮可利用性變化的響應(yīng)。主要取得以下結(jié)論:(1)基于野外OTC原位增溫控制實驗研究發(fā)現(xiàn),增溫對多年凍土區(qū)泥炭地表層土壤溫度的增加幅度大于氣溫。其中,氣溫平均增加了0.6℃,5cm、10cm、20cm、30cm、50cm、100cm土壤溫度分別平均增加了2.42℃、1.48℃、1.21℃、0.57℃、0.45℃、0.48℃。土壤溫度的增加導(dǎo)致土壤融化深度平均增加了6.6cm,而增溫對土壤含水量影響較小。(2)基于野外OTC原位增溫控制實驗研究發(fā)現(xiàn),增溫顯著的促進了各觀測年N_2O排放通量,提高了89%-223%。表現(xiàn)為:從年際增加幅度來看,柴樺-泥炭蘚泥炭地在2013、2014和2015年N_2O排放通量的平均增加幅度分別為174%、128%和167%;狹葉杜香-泥炭蘚泥炭地在2013、2014和2015年N_2O排放通量的平均增加幅度分別為165%、123%和122%。從月份增加幅度來看,柴樺-泥炭蘚泥炭地的N_2O排放通量的增加幅度在8月份最大為223%,而狹葉杜香-泥炭蘚泥炭地增加幅度在7月份最大為217%。研究表明,土壤溫度和土壤融化深度是影響N_2O排放的主要因素。(3)基于野外OTC原位增溫控制實驗研究發(fā)現(xiàn),增溫顯著的促進了各觀測年NO排放通量,提高了75%-239%。表現(xiàn)為:從年際增加幅度來看,柴樺-泥炭蘚泥炭地在2013、2014和2015年NO排放通量的平均增加幅度分別為176%、226%和133%;狹葉杜香-泥炭蘚泥炭地在2013、2014和2015年的NO排放通量的平均增幅分別為154%、177%和127%。從月份增加幅度來看,柴樺-泥炭蘚泥炭地在8月份達到最大增幅為239%,而狹葉杜香-泥炭蘚泥炭地在7月份達到最大增幅為219%。研究表明,土壤溫度是影響NO排放的主要因素。(4)基于室內(nèi)凍融模擬實驗研究發(fā)現(xiàn),凍融作用和氮添加顯著的促進了多年凍土區(qū)泥炭地N_2O的釋放。凍融過程中觀測到N_2O的排放峰值,并且凍融作用在硝態(tài)氮添加作用下尤為明顯。N_2O排放量與NO3-濃度呈正相關(guān)關(guān)系,這說明凍融作用下多年凍土區(qū)N_2O的產(chǎn)生受到NO3-有效性和反硝化作用的影響。凍融作用與硝態(tài)氮添加的交互作用加速了多年凍土區(qū)泥炭地N_2O的大量排放。(5)通過模擬氮可利用性變化培養(yǎng)實驗研究發(fā)現(xiàn),土壤N_2O排放速率隨著氮輸入的增加而增強,氮輸入對N_2O排放產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng),但是底層土壤的激發(fā)效應(yīng)與表層土壤相比出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。氮輸入對0-15cm土壤的N_2O通量影響最為顯著,各個氮處理與對照處理的差異達到顯著水平。氮輸入對15-30cm土壤的N_2O通量影響不顯著,30-45cm土壤的N_2O通量只有在高氮處理下影響顯著。
[Abstract]:The northern high latitudes are the main concentrated distribution areas of peat land and a sensitive area of global warming. In recent years, the northern high latitude warming effect is obvious, the permafrost degradation in large area. The increasing human activity has made such a change. The carbon and nitrogen cycles in peatlands have been directly or indirectly affected, thus giving rise to positive feedback or negative feedback on climate change. But the domestic about climate warming on peatlands in permafrost regions of the nitrogen cycle research very little, therefore, the study on peat continuous permafrost zone in Greater Khingan Range as the research object, the control field warming experiment based on OTC in situ, and combined with indoor culture experiments, focus on increasing temperature, freezing and thawing, nitrogen effects on peatland the emission of nitrogen oxides by change, clarify the warming under the background of nitrogen oxide emissions from peatlands, seasonal and interannual dynamic emission, reveals the effects of warming on peatland nitrogen oxide emission flux and its main influencing factors, discusses the N_2O emission flux of freeze thawing and response to nitrogen availability changes. The main conclusions are as follows: (1) based on field experiments of OTC in situ warming control, it is found that the increase of soil temperature on the surface layer of peat in permafrost regions is greater than that of air temperature. The average temperature increased by 0.6 degrees. The soil temperature of 5cm, 10cm, 20cm, 30cm, 50cm and 100cm increased by 2.42, 1.48, 1.21, 0.57, 0.45, 0.48, respectively. The increase of soil temperature resulted in an average increase of 6.6cm in the depth of soil melting, while the effect of increasing temperature on soil water content was less. (2) based on the experimental study of OTC in situ temperature control in the field, it is found that the increase of temperature significantly improves the N_2O emission flux in each observation year and increases the 89%-223%. Performance: from the annual rate of increase, the birch - sphagnum peat in 2013, 2014 and 2015 N_2O emission flux average increase rate were 174%, 128% and 167%; Ledum palustre - sphagnum peat in 2013, 2014 and 2015 N_2O emission flux average increase was 165%, respectively. 123% and 122%. The increase of N_2O emissions from Chai Hua sphagnum peat in August is the largest in August, and the maximum increase is 223% in July. The results show that soil temperature and depth of soil melting are the main factors affecting N_2O emission. (3) based on the experimental study of OTC in situ temperature control in the field, it is found that the increase of temperature significantly improves the NO emission flux in each observation year and increases the 75%-239%. Performance: from the annual rate of increase, the birch - sphagnum peat in 2013, 2014 and 2015 NO emission flux average increase rate were 176%, 226% and 133%; Ledum palustre - sphagnum peat to an average increase of NO emission flux in 2013, 2014 and 2015 respectively 154%, 177% and 127%. From the monthly increase, the Chai Hua sphagnum peat land increased by 239% in August, while the narrow leaf duer sphagnum peat land reached a maximum increase of 219% in July. The study shows that soil temperature is the main factor affecting NO emission. (4) based on the indoor freezing and thawing simulation experiments, it is found that the freezing thawing and nitrogen addition significantly promote the release of N_2O in the peat land in permafrost regions. The peak of N_2O emission was observed during the freezing and thawing process, and the freezing and thawing effect was especially obvious with the addition of nitrate nitrogen. N_2O emission has a positive correlation with the concentration of NO3-, which indicates that the production of N_2O in permafrost region under freezing thawing is affected by the effectiveness of NO3- and denitrification. The interaction of freezing and thawing with the addition of nitrate accelerates the massive emission of N_2O in peat land in permafrost regions. (5) by simulating the change of nitrogen availability, we found that soil N_2O emission rate increased with the increase of nitrogen input, and nitrogen input had a stimulating effect on N_2O emissions. However, the excitation effect of the underlying soil was delayed compared with the surface soil. Nitrogen input had the most significant influence on the N_2O flux of 0-15cm soil, and the difference of nitrogen treatment and control treatment reached a significant level. Nitrogen input had no significant influence on the N_2O flux of 15-30cm soil, and the N_2O flux in 30-45cm soil was significantly affected by high nitrogen treatment.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X171

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7 王s，

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