《内蒙古农牧交错带土地利用方式变化对ch4吸收和n2o排放影响的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《内蒙古农牧交错带土地利用方式变化对ch4吸收和n2o排放影响的研究（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学科门类： 一级学科： 学科、专业： 研究方向： 申请人姓名： 指导教师姓名： 工学 环境科学与工程 环境科学 环境生态学 侯建华 焦燕副教授J， 1 - 二。一一年四月三十日 。II-”，f 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。本人保证所呈交的论文不侵犯国家机密、商业秘密及 其他合法权益。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示感谢。 签
2、名：覆逢! 霍 日期：加，年厂月广f 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学位 论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：馁璎窄：导师签名：僮丝。 f 日期：切f 年 6 月形日 内蒙古师范大学硕士学位论文 中文摘要 本文选择位于内蒙古中东部农牧交错带锡盟太仆寺旗邻近的4 个不 同样地(
3、天然草地，开垦年限为5 年，1 0 年，和5 0 年农田) 作为研究对象， 利用静态暗箱气相色谱法，对其土壤C H 4 吸收和N 2 0 排放的季节动态变 化进行野外观测试验，旨在探索土地利用方式变化对土壤C H 4 吸收和N 2 0 排放的影响。在野外观测试验的基础上，通过室内培养实验，探讨了内 蒙古锡盟太仆寺旗典型草原转变为农田后，在同一温度不同的水分梯度 条件下，对土壤C H 4 吸收的影响。本研究旨在进一步找出土地利用方式变 化对农牧交错带C H 4 和N 2 0 气体源汇特征影响的可能相关因子，进而为预 测气候变暖和温室气体减排措施的制定提供合理的理论依据。主要研究 结果如下： 1
4、内蒙古农牧交错带土地利用方式由天然草地转变为农田后增加了 土壤对C H 4 的吸收能力，但随开垦年限的增加而降低。 2 土地利用方式由天然草地转化为农田后，开垦5 年、1 0 年的农田 土壤降低了N 2 0 的排放能力，而开垦5 0 年的农田土壤增加了N 2 0 的排 放能力，N 2 0 的累积排放量随开垦年限的增加而增加。 3 野外观测试验表明，土壤温度水分、有机碳、全氮含量是影响 C H 4 吸收的主要因子，土壤有机碳、全氮含量和土壤水分含量是影响N 2 0 排放的主要因子。 4 培养实验表明，天然草地对C H 4 吸收量随水分含量的增加而增加 ( 5 F s o G ，由此说明土地利用方
5、式由草地转变为农田后增加 土壤对C H 4 的吸收能力，但随开垦年限的增加降低了C H 4 的吸收汇。 l O 姗 枷 姗 枷 瑚 湖 _ - _ - 3 结果与讨论 GF 5F 1 0F 5 0 土地利用类型( L a n d 璐et Y P e ) 图3 - 32 0 0 9 - 2 0 1 0 年供试样地土壤C H 4 的累积吸收量 F i g 3 - 32 0 0 9 - 2 0 1 0 年C u m u l a t i v eC H 4u p t a k eo f t e s t e x is o i l 3 1 3 影响C H 4 吸收的因素 3 1 3 1 土壤温度对C H 4
6、吸收的影响 一般来说，由于温度会影响有机物的分解和产甲烷菌的数量及活性，所以温度对 甲烷的吸收也有一定的影响。本研究于2 0 0 9 年和2 0 1 0 年连续两年对研究样地进行野 外数据采集，并通过对数据做相关性分析得知：四个样地( 天然草地、开垦5 年、1 0 年、5 0 年农田) 土壤的C H 4 吸收通量均与5 c m 土壤温度之间存在显著相关性，2 0 0 9 蜘 湖 瑚 枷 湖 枷 姗 姗 瑚 。舢 栅 枷 毒| | 伽 曩| 硼 枷 o J 一 一 - - _ - _ - Qu鼍口盆fI南_U o口时一=H葛篁U 一弋望一删娶签娶嘴叠u 内蒙古师范大学硕士学位论文 年天然草地C
7、H 4 吸收通量还与1 0 e r a 土壤温度之间存在显著相关性 ( 1 ) 2 0 0 9 年土壤温度与C H 4 吸收的相关性 5 e m 处土壤温度与天然草地C H 4 吸收的相关关系： Y = 4 E 0 5 T 3 0 0 0 0 2 T 2 0 0 2 8 2 T + 0 2 6 4 3 ( 1 ) 式中，Y 一土壤C H 4 吸收通量，m g m - 2 h 1 ；T _ 一土壤温度，o C 。 自由度( n - 2 ) = 6 ，r - - 0 8 0 2 ，p F 5 0 ) ，农垦5 年、1 0 年、5 0 年的农田N 2 0 的平均排放通量随有机碳和全氮含量的降低而增加
8、( F 5 0 F 1 0 F 5 ) 。由此可知，土壤 有机碳、全氮含量是影响N 2 0 排放的主要因素。 内蒙古师范大学硕士学位论文 3 2 4 本章讨论 天然草地转变为农田后，开垦5 年和1 0 年农田降低了N 2 0 的排放，可能原因是 农业管理方式影响土壤通透性和水分含量，因而影响硝化和反硝化作用的相对强弱及 N 2 0 在土壤中的扩散速率，还影响土壤有机碳的分解速率，进而影响产N 2 0 微生物 基质的供应。 N 2 0 的排放随农垦年限的增加而增加，原因可能是因为土壤有机碳和全氮的含量 随开垦年限的增加而降低【7 9 。8 2 1 。据报道，草地开垦为农田后土壤中的碳素损失3 0
9、 一5 0 t 8 1 】，而我国内蒙古草甸草原植被下的不同层次的黑钙土有机碳因农垦损失3 4 3 8 t 8 0 1 。P o s t 和M a n l 8 2 】指出，几乎所有的开垦都会造成自然生态系统土壤有机碳 含量的降低，温带地区草地开垦为农田后土壤有机碳损失2 0 4 0 。有机碳含量和 全氮的含量的降低直接导致微生物的数量和活性的下降，抑制硝化和反硝化作用，而 土壤中N 2 0 的产生主要是在微生物的参与下，通过硝化和反硝化作用完成，所以会 影响N 2 0 的排放。 研究表明，土地利用方式由天然草地转变为农田后，开垦5 年和1 0 年的农田土 壤与天然草地相比降低了N 2 0 的排
10、放，而开垦5 0 年的农田土壤与天然草地相比则增 加了N 2 0 的排放，其原因是因为土壤中N 2 0 的产生主要是在微生物的参与下，通过 硝化和反硝化作用完成，而微生物的数量和活性受土壤温度的影响。 一般认为，土壤温度是影响土壤N 2 0 排放的主要因子，对N 2 0 产生的生物学过 程有十分重要的影响，土壤温度影响微生物的活性强度，也就极强地影响硝化反硝化 速率。据研究显示，硝化作用微生物活性的适宜温度范围在1 5 “ - 3 5 ，当土壤温度 低于5 或高于4 0 均抑制硝化作用发生；反硝化微生物所要求的适宜温度一般为 5 - 7 5 * C 6 6 。但是，很多研究结果显示，土壤N 2
11、 0 的排放与土壤温度并不表现出明显 的规律性【8 3 1 。在适宜的水分条件下和一定温度范围内，N 2 0 排放量随土壤温度的上 升而增加【2 1 】。 土壤N 2 0 的主要排放机制、排放过程及排放通量都受土壤水分的强烈影响。研 究表明，土壤含水量为饱和含水量的4 5 “ - 7 5 时，由于硝化作用和反硝化作用，可 产生较多的N 2 0 1 6 6 。土壤处于饱和含水量以下时N 2 0 排放量随土壤水分含量的增加 而增加，而在饱和含水量以上时N 2 0 的排放逐渐减弱，当在高水分含量条件下N 2 0 的产生并非与土壤含水量成正比【溯5 1 。R u d a zAO 研究了瑞士一草原牧场N
12、 2 0 的排放 规律，结果发现N 2 0 排放与土壤温度无直接关系，但是与土壤含水量呈显著相关【州。 许多研究表明土壤湿度与硝化作用和反硝化作用之间具有重要的相关性，直接影 3 结果与讨论 响着N 2 0 的排放。黄国宏等认为 8 5 】，旱地农田土壤N 2 0 产生途径取决土壤水分状况， 高含水量的土壤，反硝化作用是N 2 0 产生的主要途径；中等含水量的土壤，硝化和 反硝化作用都是N 2 0 产生的主要途径；而低含水量的土壤，N 2 0 产生主要来自于硝 化过程。本研究观测结果表明，由于野外影响因素以及产生N 2 0 的微生物过程比较 复杂，所以二者之间并不呈简单的线性关系，而是呈多项式
13、关系，这与邹建文等【8 6 1 在华东地区麦田的研究结果一致。 总而言之，一般认为土壤温度、水分含量以及土壤特性是N 2 0 的产生和排放的 主要影响因素，但是N 2 0 的产生和排放是一个相当复杂的过程，要探明其来龙去脉 有待于进一步的深入研究。 3 2 5本章结论 土地利用由天然草地转变为农田后，两年野外观测试验表明，开垦5 年和开垦 1 0 年的农田土壤与天然草地相比降低了N 2 0 的排放，而开垦5 0 年的农田土壤与天然 草地相比有所增加；农田土壤N 2 0 的累积排放量随开垦年限的延长而增加( F 5 F l o F s o ) 。由此看来，土地利用年限影响N 2 0 的排放。经相
14、关分析得知，土壤含水量、 有机碳、全氮含量是影响N 2 0 的排放的主要因素。 内蒙古师范大学硕士学位论文 3 3 培养实验 3 3 1C H 4 培养实验 3 3 1 1不同农垦年限土壤不同水分含量下的甲烷吸收特征 如图3 7 到3 1 0 所示，不同水分含量的土壤均在培养初期对C H 4 的吸收速率大， 在4 5 5 h 之后它们的吸收速率下降，最后趋于零。其中图3 7 、图3 1 0 中对C H 4 的吸 收速率变化较为显著。图3 7 表明：培养初期天然草地在不同水分含量时对C H 4 吸收 速率为1 0 5 0 2 5 5 。图3 8 表明：培养初期农垦5 年的土壤在不同水分含量 时对
15、C H 4 吸收速率为5 5 0 2 5 1 0 。图3 - 9 表明：培养初期农垦1 0 年的土壤 在2 5 、5 0 水分含量时对C H 4 吸收速率小于5 、1 0 水分含量时对C H 4 吸收速率， 在2 5 水分含量时对C H 4 吸收速率在2 1 3 5 h 出现一次吸收峰值。图3 1 0 表明：培养 初期不同水分含量农垦5 0 年的土壤对C H 4 吸收速率为2 5 5 0 5 l O 。 一 Q 望董 V o l 篙墨 篓吾 叠 U - 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 O 2 44 5 56 9 59 3 51 1 7 51 4 1 51 6
16、 5 51 8 9 52 1 3 52 6 1 53 0 9 5 培养时间I n c u b a t i o nh o u r s ( h ) 图3 7 天然草地不同水分含量与C H 4 吸收速率的关系 F i g3 - 7 C o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ea b s o r p t i o nr a t eo f C H 4o f G r a s s l a n da n dd i f f e r e n tm o i s t u r ec o n t e n t ! 堕墨皇塑笙 0 2 44 5 56 9 59 3 5 1 1 7 51 4 1 51 6 5 51 8 9 52 1 3 5 2 6 1 5
