牦牛粪便碎化对藏北高寒草原土壤温室气体排放影响研究

CORC > 成都山地灾害与环境研究所 > 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 > 山地表生过程与生态调控重点实验室

题名	牦牛粪便碎化对藏北高寒草原土壤温室气体排放影响研究
作者	杜子银
答辩日期	2017
文献子类	博士
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	王小丹
关键词	牛粪斑块破碎化降水淋溶 DOC DON NH4+-N NO3?-N 植被生物量 N2O排放
其他题名	Effects of yak dung fragmentation on alpine steppe soil greenhouse gas emissions
学位专业	自然地理
英文摘要	为了阐明不同碎化程度牦牛粪便斑块在自然降解过程中的养分动态变化及其对土壤养分含量、植被生长和温室气体排放的影响和可能作用机制，以中国科学院申扎高寒草原与湿地生态系统观测试验站（30°57' N, 88°42' E, 4,675 m a.s.l.）高寒草原观测场为研究基地，开展了以原状（ODP）、1/4碎化（FDP）、1/8碎化（EDP）和1/16碎化（SDP）牦牛粪便斑块为处理的PVC板框试验，监测了各处理牛粪碳（C）、氮（N）主要养分和主要温室气体（N2O、CH4和CO2）的排放通量；同时开展了不施粪便（对照）、ODP、FDP、EDP和SDP为处理（分别记为CK、ODP-S、FDP-S、EDP-S和SDP-S）的牛粪-土壤-植被体系试验，原位测定了土壤温湿度和碳氮养分变化、植被生物量响应和温室气体排放通量等，得到以下主要的研究结果：（1）在PVC板框试验中，斑块碎化促进了牛粪活性碳氮的淋溶，但对其自身总碳和全氮含量影响不大。经过72 d降解过后，各处理牛粪NH4+-N和NO3?-N显著降低，而总碳和全氮无显著变化；牛粪碎化显著增加了可溶性有机碳（DOC）和有机氮（DON）的淋溶，ODP处理DOC和DON累积淋溶量（65.8 kg C/ha和4.01 kg N/ha）显著低于（P < 0.05）FDP，EDP和SDP处理的DOC（分别为98.3，114和140 kg C/ha）和DON累积淋溶量（分别为5.44，5.73和6.54 kg N/ha），且碎化程度越大累积淋溶量也越大。不过，一定程度的斑块碎化增加牛粪NH4+-N淋溶，但会持续减少NO3?-N淋溶。总体而言，降水导致的各处理以DOC形式损失的碳占牛粪总碳损失量的2.99%-7.27%，而以DON、NH4+-N和NO3?-N形式损失的氮占牛粪总氮损失量的5.72%-11.7%、2.08%-2.91%和0.60%-0.80%。（2）在牛粪-土壤-植被体系试验中，牛粪施加总体上增加了土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量，而且随着降解时间的增长还会持续增加土壤NO3?-N含量。持续的降水淋溶致使牛粪施加后的30 d和72 d较CK显著增加了土壤DOC含量，而且碎化程度越大增幅越大。ODP-S处理受降水淋溶的DOC损失缓慢，从而使得其对增加土壤DOC含量的持续时间较长，并导致在1-30，31-72和73-120 d三个降解时期内的土壤DOC含量表现出显著差异（P< 0.05）。与之不同的是，牛粪施加可能通过刺激土壤微生物和植被对DON的需求，而表现为较CK显著降低了土壤DON含量（P < 0.05）。（3）就整个生长季而言，牛粪施加总体上较对照增加了高寒草原植被地上和0-10 cm根系生物量。斑块碎化在试验1-30 d和31-72 d并未较原状牛粪和对照显著增加植被地上和地下生物量，而到生长季末期原状牛粪处理则表现出显著增加的效应。表明牛粪斑块碎化在增加NH4+-N淋溶而减少NO3?-N淋溶的情形下并未能迅速促进植被生长，这可能与高原草原植被本身具有不同的氮素吸收偏好有关。而原状牛粪斑块对促进植被生长具有一定的滞后性。（4）牦牛粪便碎化促进了粪便自身N2O和CO2排放，但显著减少了CH4排放。在70 d观测期内，ODP处理N2O累积排放量为-29.2 g N2O-N/ha，显著低于（P < 0.05）FDP、EDP和SDP处理的40.3，24.0和25.9 g N2O-N/ha；而ODP处理CH4累积排放量685 g CH4-C/ha则显著高于（P < 0.05）FDP、EDP和SDP处理的231，271和357 g CH4-C/ha。1/4碎化牛粪斑块可能具有更适宜有机碳矿化和微生物厌氧反硝化等条件，从而使得其具有最高的CO2和N2O累积排放量。（5）牛粪返还较对照增加了高寒草原土壤N2O、CH4和CO2排放，而且排放通量与斑块大小有密切的关系。在120 d试验期内，ODP-S和FDP-S处理显著增加了（P < 0.05）高寒草原土壤N2O累积排放（50.4和58.9 g N/ha），而碎化程度更大时则与CK无显著差异。相比之下，ODP-S通过增加CH4排放而显著减少了（P < 0.05）草原土壤对CH4的吸收，而斑块碎化则对CH4排放无显著影响；总体而言，一定程度的牛粪碎化增大了N2O和CO2的排放系数，但无论碎化程度如何都能显著减小CH4的排放系数。这能为未来气候变化环境下，厘清牦牛粪便碎化导致的高寒草原温室气体排放组分的差异并合理管理放牧牦牛粪便等提供科学的理论参考。
语种	中文
页码	129
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/24599]
专题	成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室
作者单位	中国科学院成都山地灾害与环境研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	杜子银. 牦牛粪便碎化对藏北高寒草原土壤温室气体排放影响研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017.