温带草地土壤N2O排放对水、氮添加变化响应的微生物学机制

The influence of regional nitrogen deposition and precipitation change caused by global change on ecosystem has become the key problem of science and technology circles. The influence of precipitation and nitrogen deposition on N2O greenhouse gas emissions changes is much less in grass lands, particularly the respond of soil microbiological mechanisms. The project according to the actual situation global changes of research region in recent 10 years, the design of a plurality amount of water, nitrogen deposition gradient change, using the biogeochemical, ecological stoichiometry and microbiology research methods and technology, clear the soil N2O emission and microbiological characteristics. The project focuses on the research of single factor and superposition factors effect on soil N2O emissions with grass and driving mechanism; quantitative determination of water, nitrogen deposition on soil N2O emission changes after generating instantaneous and the impact on N2O emissions of nitrogen settlement conversion coefficient; exploring water and nitrogen superposition effects on microbiology character mechanism and N2O emission in grassland. No matter is the study of alternation of wetting and drying on soil N2O emission excitation instantaneous effect of grassland, or the study of water and nitrogen element superposition produce changes in microbiological mechanisms on soil N2O emissions are will reported, reflecting the innovative of the project. The completion of the project will produce emissions driving mechanism of Soil microbiology on N2O emission has important scientific significance.

全球变化导致的区域氮沉降和降水变化对生态系统影响已成为科技界关注的热点问题，降水和氮沉降要素叠加变化对草地土壤N2O温室气体排放影响的微生物学机制鲜见报道。项目根据近10年研究区域全球变化的实际情况，设计多个水、氮沉降和叠加变化梯度，采用生物地球化学、生态计量学和微生物学等研究方法和技术，明确与土壤N2O产生排放密切相关的微生物学特性，重点研究水、氮单一要素变化和水、氮叠加变化对草地土壤N2O排放的影响和驱动机制；定量测定水、氮沉降变化以后对土壤N2O产生排放的瞬时影响和沉降氮素的N2O转化系数；在此基础上探索草地土壤N2O排放与水、氮变化叠加效应的微生物学驱动机制。无论是研究干湿交替条件下草地土壤N2O排放的激发瞬时效应，还是研究水、氮要素叠加变化对土壤N2O产生排放的微生物学机制等鲜见报道，体现项目的创新性。项目的完成将对认知土壤N2O产生排放的微生物学驱动机制等具有重要的理论意义。

氧化亚氮（N2O）是大气中重要的温室气体，同时也是破坏臭氧层主要的活性成分。陆地生态系统N2O源汇通量受到各种生物及非生物因素的影响，尤其是对水分与氮素可利用性的响应最为强烈。草地作为我国最大的陆地生态系统，其水、氮资源的缺乏使得草地N2O通量对外源降水及大气氮沉降的变化更为敏感，但迄今为止，水、氮交互作用下草地土壤N2O通量变化动态及驱动机制尚未明晰。.本研究选择了内蒙古温带典型草原作为研究对象，通过连续三年的野外水、氮添加模拟控制试验，探讨了水分和氮素变化及其耦合效应对草地土壤N2O排放通量的影响，并尝试从微生物角度探究土壤N2O排放通量的变化和驱动机制。三年的试验工作均按项目任务书的研究内容和研究目标有序的进行，进展顺利，实现了预期目标。先后完成培养博士研究生3名。已发表标注论文13篇，其中SCI论文4篇，EI论文2篇，CSCD论文7篇。.项目取得的主要进展概括为：（1）草地生长季土壤N2O通量波动较大，约在0~20 μg N2O m-2 h-1之间变化，进一步证明了温带典型草地是大气N2O的重要排放源。（2）揭示了氮素添加显著影响土壤N2O排放动态和排放量，氮添加后土壤N2O通量出现短期内显著增高的峰值现象，综合2016-2018年数据，水分和氮素叠加作用显著，水氮叠加增加了土壤累积N2O排放。（3）研究结果初步表明土壤N2O通量与土壤微生物量负相关，而直接参与土壤反硝化过程的亚硝酸还原酶和硝酸还原酶与土壤N2O通量几乎不相关。（4）分析发现土壤性质是影响N2O通量的重要驱动因子，不同水、氮添加处理下土壤N2O排放的驱动因子存在差异，总体上土壤湿度、矿质氮素和有机碳含量是决定N2O排放量大小的主要素。.该研究对于进一步完善草地碳循环模型水、氮驱动模块，有效降低预测中的不确定性具有重要科学意义，同时对于提高水、氮利用效率，增加草地可持续生产力和碳素固定也具有重要现实意义。