放牧对草原土壤N2O产生及微生物的影响

利用AIM乙炔抑制法,首次测试了我国内蒙古放牧和非放牧羊草草原土壤N₂O产生的微生物过程;通过分析不同类型草原土壤N₂O产生的微生物过程和相关微生物菌群的季节变化,研究了放牧行为对于草原土壤N₂O微生物产生过程的影响.放牧行为改变了土壤结构,有利于土壤微生物反硝化作用的发生,在一定程度上降低了草原土壤N₂O的排放.揭示了内蒙古草原土壤N₂O产生是以异养硝化作用过程为主的微生物过程,解释了内蒙古典型草原土壤N₂O通量较低和其季节变化的微生物学机理.     

内蒙古典型草原土壤N2O产生的机理探讨

利用AIM乙炔抑制法,首次测试了我国典型草原土壤与N2O 产生相关的微生物参数,并通过分析研究不同类型草原土壤N2O 产生的微生物过程和相关微生物菌群的季节变化,揭示了内蒙古典型草原土壤N2O产生是以异养硝化作用过程为主的微生物过程,从而解释了内蒙古典型草原土壤N2O通量较低及其季节变化特征的微生物学机理.     

农田土壤N2O产生的关键微生物过程及减排措施

氧化亚氮(N2O)作为一种重要的温室气体,其全球排放总量仍然在持续上升.它不仅可以产生温室效应,还可以间接破坏臭氧层,使其在全球气候变化和生态环境变化研究中备受关注.土壤生态系统是大气中N2O的最重要排放源.本文详细论述了农田土壤中反硝化作用、硝化作用、硝化微生物的反硝化作用以及硝酸盐异化还原成铵作用等过程产生N2O的微生物学机制,并从土壤理化性质(土壤pH、氮素、有机质、土壤温度和湿度)和土壤生物等方面对农田土壤N2O排放的影响进行综述,在此基础上对农田土壤N2O的减排措施进行总结,并就今后农田土壤N2O排放的研究重点和方向进行了展望,为调控农田土壤温室气体排放、氮转化过程和提高氮素利用效率提供科学依据.     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生的不同过程及贡献

采用时空替代法,选择黄河口生态恢复前后未恢复区(R0)、2007年恢复区(R2007)和2002年恢复区(R2002)的芦苇湿地为研究对象,分析了生态恢复工程对湿地土壤N2O产生不同过程与贡献的影响.结果表明,尽管不同恢复阶段湿地土壤N2O总产生量差异明显,但总体均表现为N2O释放.恢复区湿地土壤的N2O产生量大于未恢复区.N2O的产生主要以硝化作用和硝化细菌反硝化作用为主,而反硝化作用对N2O的产生有较大削弱作用,这与不同恢复阶段湿地土壤理化性质密切相关.非生物作用对N2O产生量贡献较大,这与黄河口为高活性铁区,Fe的还原作用关系密切.尽管黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O的产生是生物作用与非生物作用共同作用的结果,但由于非生物作用对N2O产生的影响较大,应受到特别关注.温度和水分对不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程的影响不尽一致,这与土壤微生物活性对温度和水分的响应差异有关.黄河口不同恢复阶段湿地土壤的N2O总产生量介于(0.37±0.08)～(9.75±7.64)nmol·(kg·h)-1,略高于闽江口互花米草湿地的N2O总产生量,但明显低于富氧森林土壤、草原土壤和闽江口短叶茳芏湿地的N2O总产生量.研究发现,黄河口生态恢复工程的长期实施明显促进了N2O的产生,因而下一步生态恢复工程应统筹考虑景观恢复与温室气体削弱这两方面因素.     

盐碱区不同开发年限水田温室气体排放规律及影响因素

以吉林省前郭盐碱水田区为研究对象,采用野外采样和小区试验相结合的方法,监测水稻生长期土壤温室气体(CH4和N2O)排放、土壤p H和土壤有机碳(SOC)变化,分析水田温室气体排放规律及其影响因素.结果表明,水田N2O排放季节变化特征明显并呈现3个峰值,肥料的施入提供了更多的反应底物,对水田N2O的排放量影响显著.在淹水条件下,N2O的主要来源于反硝化过程,而排水后,硝化作用则占据了主导地位.CH4排放呈现单峰,在水稻生长旺盛的分蘖期,稻田较深水层以还原环境为主,为产生CH4的微生物提供了适宜的条件,进而导致CH4排放呈高峰值;土壤p H对N2O和CH4排放的影响不明显,但土壤SOC含量与CH4的排放规律呈现显著正相关.     

短期放牧对半干旱草地生态系统CO_2和NO_2排放的影响

通过在北方农牧带半干旱草地生态系统(山西右玉)设置不放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4个不同强度的放牧实验,运用静态-暗箱法测定放牧第一年生长季的温室气体通量,研究不同放牧强度对该地区温室气体通量的影响。结果表明:(1)CO2和N2O在生长季表现出随着温度和水分变化的明显季节动态变化,但是与不放牧相比,第一年不同放牧强度对CO2和N2O排放速率没有显著影响;(2)放牧显著降低了土壤含水量(P0.05),中度放牧降低了土壤微生物生物量碳(MBC,P0.05),中度和重度放牧降低了土壤微生物生物量氮(MBN,P0.05);(3)CO2排放速率和土壤温度、土壤水分之间呈显著正相关关系,土壤温度、可溶性氮、微生物生物量氮以及CO2排放速率之间呈显著正相关关系。放牧增加了温度与CO2排放的相关性,但对N2O排放相反。(4)虽然放牧降低了土壤含水量,但是没有发现不同放牧强度间CO2和N2O排放的差异,说明短期内不同的放牧强度尚未对土壤微生物结构与功能造成显著影响,需要继续进行长期深入的研究,揭示放牧强度对温室气体通量的影响机制。     

冻融对内蒙古温带贝加尔针茅草甸草原N2O通量的影响

本研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象,通过室内模拟实验与野外观测实验相结合,分析不同土层、放牧与封育、长期与短期冻融、不同冻融频率与冻融温差强度对草地土壤N2O产生与排放的影响.结果表明:冻融期间,从地表到下层15cm土壤N2O的产生速率随深度的增加而逐渐减少,N2O的产生主要来源于0~9cm的表层土壤;冻融期间温差相同的情况下,冻融次数越多,N2O的产生速率越小;N2O的产生速率随着温差的变小而减少;冻融期间封育样地的N2O排放量大于放牧样地,且封育样地的N2O排放量占全年排放总量的25.09%,大于放牧样地(12.38%),但从观测年排放总量看,放牧却促进了草地N2O源的功能;草地春融期间的N2O排放量是整个冻融期N2O排放量的最大贡献者.     

短期放牧对半干旱草地生态系统CO2和N2O排放的影响

通过在北方农牧带半干旱草地生态系统(山西右玉)设置不放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4个不同强度的放牧实验,运用静态-暗箱法测定放牧第一年生长季的温室气体通量,研究不同放牧强度对该地区温室气体通量的影响.结果表明:(1) CO_2和N_2O在生长季表现出随着温度和水分变化的明显季节动态变化,但是与不放牧相比,第一年不同放牧强度对CO_2和N_2O排放速率没有显著影响;(2)放牧显著降低了土壤含水量(P 0. 05),中度放牧降低了土壤微生物生物量碳(MBC,P 0. 05),中度和重度放牧降低了土壤微生物生物量氮(MBN,P 0. 05);(3) CO_2排放速率和土壤温度、土壤水分之间呈显著正相关关系,土壤温度、可溶性氮、微生物生物量氮以及CO_2排放速率之间呈显著正相关关系.放牧增加了温度与CO_2排放的相关性,但对N_2O排放相反.(4)虽然放牧降低了土壤含水量,但是没有发现不同放牧强度间CO_2和N_2O排放的差异,说明短期内不同的放牧强度尚未对土壤微生物结构与功能造成显著影响,需要继续进行长期深入地研究,揭示放牧强度对温室气体通量的影响机制.     

稻田土壤不同水分条件下硝化/反硝化作用及其功能微生物的变化特征

以湖南桃源县一长期种植水稻的酸性土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了4个水分梯度处理,分别为田间持水量(water holding capacity,WHC)的30%、60%、90%和淹水2 cm深.考察了水分条件变化对硝化和反硝化作用影响,并结合定量PCR和限制性末端片段长度多态性(T-RFLP)技术研究了硝化-反硝化微生物的响应特征.结果表明,30%WHC处理土壤无明显的硝化和反硝化作用发生,硝化作用主要发生于60%WHC和90%WHC处理土壤,90%WHC处理土壤硝化作用明显强于60%WHC,并检测到明显的N2O释放,表明该水分条件可能发生了硝化-反硝化耦合作用.淹水处理土壤氧化还原势Eh显著低于非淹水处理土壤,无明显的硝化作用发生,但能检测到N2O释放且释放量小于90%WHC处理土壤.除培养初期(7 d)外,反硝化功能基因nirS和nirK,以及氨氧化细菌(AOB)amoA基因的丰度先随着水分增加而增加,并在淹水处理中小幅下降,三者之间呈明显的正相关关系,且AOB amoA、nirS和nirK基因丰度均在90%WHC处理中最高,与该处理中硝化和反硝化活性最高相一致.T-RFLP结果表明,培养2周后,nirS基因为代表的反硝化微生物群落组成对水分梯度变化产生明显响应,Eh和含水率Cw是影响其群落组成的主要因子.     

温度对滴滤池硝化过程氧化亚氮释放的影响

研究了某大学污水处理厂的一个滴滤池(生物膜系统)随季节变化N2O的释放特征.结果表明,滴滤池中N2O的释放浓度范围为0~18.21×10-6,释放量为20.5~554g N2O/(m3?a),其释放因子(N2O-N/进水NH3-N)为0.1%~0.8%.N2O释放量与季节变化有关,夏季产生量较高而春季较少,空气和进水的温差是影响滴滤池中硝化作用和N2O释放的主要因素,7月份时气温和水温温差较小,导致空气中的氧气无法充入水中,水中溶解氧的不足使得滴滤池硝化不完全,N2O释放量最高.另外,N2O释放量的昼夜变化规律表明,滴滤池的N2O释放、硝化作用和温度变化相关,通过在线监测N2O释放和水温/气温温度变化可以间接反映滴滤池的生物硝化效果.     

放牧对内蒙古草原温室气体排放的影响

静态箱-气相色谱法用于测定内蒙古典型草原温室气体排放.禁牧草原及放牧草原吸收CH₄、排放N₂O和CO₂各自有其相对固定的季节变化形式,草原和大气交换温室气体通量的季节变化形式主要受年度气候变化所控制,而土壤、植被类型、降雨量等禁牧因素和放牧强度等人为因素仅影响排放强度.与禁牧草原相比,自由放牧降低了羊草草原对CH4的吸收和对N₂O的排放,但大大增加了CO₂的排放量.随着放牧强度的增加,草原温室气体排放强度呈线性迅速增长.     

内蒙古农牧交错带土地利用方式对土壤CH4吸收的影响

本文选取内蒙古锡林郭勒盟太仆寺旗温带半干旱典型草原及其邻近不同开垦年限的农田（5年,10年,50年）为研究对象,利用静态暗箱法对土壤CH4的吸收通量进行了野外观测试验。结果表明：天然草地转化为农田后,土壤吸收CH4的能力增强,随农垦年限的增加,土壤对CH4的吸收能力呈现逐渐降低趋势,依次为F5〉FIO〉F50〉G。     

内蒙古天然草地资源精细化气候区划研究

根据内蒙古107个气象站资料,利用梯度距离平方反比法,推算出内蒙古自治区气候数据的千米网格数据图形。根据内蒙古实际草原类型和畜种结构的分布规律,确定了内蒙古5类草原类型、6个产草量等级和5类主要放牧家畜地理分布的气候区划指标。利用气候区划指标,对栅格点气候数据进行分级,绘制了内蒙古自治区天然草原草地类型、产草量和主要放牧家畜地理分布的区划图,并分区进行评述。研究结果可为内蒙古畜牧业生产区域合理布局提供科学依据。     

内蒙古草地生产力资源和载畜量的区域尺度模式评估

在气候变化和人类活动的干扰下熏内蒙古草地在过去50年里产生大面积的退化沙化。论文在大气植被相互作用模式穴AVIM雪的基础上发展了一个区域评估模型AVIMia。该模式包括陆面物理过程、植被生长过程和草地利用模式,用来评估放牧利用和气候变化对草地生产力和载畜量的影响。结果表明:内蒙古草地区域生产力剧烈的年际变化与降水量密切相关,而与温度没有明显相关关系。模式估计内蒙古草地总的地上生产力为771.7×108kg/a,可食地上生物量为498.1×108kg/a,典型草原和草甸草原占了大部分的生产力。据此推算的内蒙古地区总的载畜量为45.51×106羊单位,与1997年实际载畜量比较,超载100%。因而熏提出过牧可能是内蒙古草地大面积退化沙化的主要原因,甚至超过气候变化的影响。     

农垦对草甸草原生态系统温室气体(CH4和N2O)的影响

2012~2013年在呼伦贝尔谢尔塔拉牧场对天然草甸草地和草地开垦农田后,不同农作物种植和管理措施下甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放进行了野外实地观测.结果表明,天然草甸草地和农田均为大气CH4的吸收汇、N2O的排放源.在生长季,天然草甸草地开垦增强了土壤的N2O排放量,但是对土壤CH4通量的影响却存在较大的不确定性.在相同的气象条件下,作物类型对生长季农田CH4和N2O排放通量都没有影响.在生长季,灌溉对干旱农田的CH4平均吸收通量没有显著影响,但降低了干旱农田N2O的平均排放通量.2012年和2013年农田CH4和N2O的差异主要是因为降雨量不同导致的年际差异.回归分析表明,N2O排放通量与土壤湿度呈线性相关,与土壤温度没有相关性,CH4的吸收通量与土壤温度呈线性相关,与土壤湿度呈线性负相关.土壤湿度是影响土壤CH4吸收和N2O排放的主要因素.     

农垦与放牧对内蒙古草原N2O、CO2排放和CH4吸收的影响

利用优选静态箱/气相色谱法(GC),首次对我国内蒙古草原典型地区进行了人类活动对N₂O、CO₂和CH₄交换通量影响的实验观测结果表明,农垦麦田N₂O平均排放通量比原始草原高出3倍,并改变了草甸草原为CO₂汇的性质,使其季节排放净通量以C计增加14.3 mg·(m²·h).随放牧强度的增加CO₂排放通量呈线性增长,轻牧会引起草原对CH₄吸收的大幅增加,而随着放牧压力的增大,增加值迅速回落.农垦麦田与草甸草原相比地-气间CH₄交换无显著变化,放牧强度对N₂O排放影响无显著规律.土壤湿度和温度是影响草原排放N₂O和CO₂、吸收CH4季节变化形式的关键因子,而人类活动仅影响排放强度.排放和吸收量年际间差异很大,但主要受降水的影响.N₂O和CO₂排放与CH₄吸收峰值相反现象普遍存在.     

草原土壤的碳氮分布与CO2排放通量的相关性分析

利用静态暗箱法,对内蒙古锡林河流域的贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、克氏针茅(Stipa krylovii)等草原群落样地的CO₂排放通量进行了测定;同时采集各样地的不同层次土壤混合样,分析其中有机碳和全氮的含量,探讨其与CO₂排放的相关性.结果发现:不同样地群落的CO₂排放与其土壤中不同层次的有机碳和全氮含量呈高度正相关,相关系数(R)均0.8以上,说明在环境因子相对稳定的情况下,土壤有机碳和全氮含量直接或间接地决定生态系统CO₂排放通量的变化.另外,土壤不同层次的有机碳和全氮含量随深度增加递减,其中70%以上集中在0～30cm土层中,说明它们主要是来自地表有机质的分解;在0～100cm的土层中,土壤有机碳和全氮的总含量从贝加尔针茅草原、大针茅草原、羊草草原和克氏针茅草原依次减少,表明降水量、蒸发量和干燥度是影响土壤有机碳、全氮分布的重要因子.