天山高寒草原N2O排放及其对氮沉降的响应

草原生态系统的氮素沉降在全球氮素循环中起着非常重要的作用。在人类干扰和全球变化条件下，高寒草原温室气体N2O的源/汇功能将如何变化？环境因子和管理模式对其如何调控？已成为全球气候变化研究的热点之一。我国学者已在内蒙古草原、青藏高原高寒草甸和东北沼泽湿地开展了相关工作，但在新疆高寒草原的研究未见报道，并且多集中于生长季节，常缺乏时间序列上非生长季，尤其是冻融交替期的研究。本项目以新疆高寒草原为对象，选择禁牧区和自由放牧区定期监测N2O排放，分析高寒草原N2O排放的年际变化、季节变化和日变化特点，区分生长季、非生长季，尤其是冻融交替期对全年N2O的排放贡献。从低沉降背景思考，确定N2O排放对不同氮素沉降水平的响应，揭示环境因子和管理模式（禁牧、自由放牧、刈割、施肥）对N2O排放的影响机制。本研究对于准确估算和全面评价温带草原N2O排放对我国温室气体的贡献具有重要意义。

工业革命以来，化石燃料燃烧和氮肥广泛使用等人类活动加快了大气活性氮的释放，全球氮沉降水平持续升高。草原生态系统的氮素沉降在全球氮素循环中起着非常重要的作用，相关研究在我国的森林、湿地、农田和温带草原生态系统已经开展，但关于高寒草原的研究报道较少。本项目以新疆巴音布鲁克高寒草原为对象，按照预订的研究计划正常开展工作，系统报道了N2O等温室气体对氮素沉降和放牧管理的响应。目前，项目规定的研究内容已经完成，预期目标均已实现，并超额完成了论文发表的指标。主要研究结果如下：新疆高寒草原春季融化阶段的N2O排放没有显著增加，其对全年的贡献仅为6.6 %，冬季为16.7%，生长季节决定了全年的N2O排放，为 76.7%。氮沉降显著增加了N2O和CO2的释放以及CH4的吸收，但在非生长季节和冬季无显著差异。N2O和CO2的释放显著相关与大气温度、土壤温度 (10 cm)和土壤含水量 (10 cm)，CH4吸收正相关与大气温度和土壤温度 (10 cm)，负相关与土壤含水量 (10 cm)。表明未来降水和温度的增加将会影响高寒草原生态系统N2O和CO2排放。此外，N2O和CO2的排放通量与植被盖度显著正相关，表明植物的类型也可能影响着温室气体的排放。研究区域的氮素干沉降量为4.01 kg N ha-1 yr-1。NH4-N和NO3-N的湿沉降通量分别为2.2和1.81 kg N ha-1 yr-1，总的氮素沉降量约为8 kg N ha-1 yr-1。本研究有助于理解氮沉降对草原生态系统的影响，对于评价全球氮沉降的影响、地球系统模型的建立和信息决策者具有一定的科学意义。