地表UV-B增强与O3升高对农田地-气碳氮交换的复合影响

地表UV-B辐射增强与O3浓度升高是全球重大环境问题，农田是温室气体的重要排放源之一。本项目采用自动调控装置模拟UV-B增强与O3升高，运用多通道全自动通量箱分析CO2净交换通量、静态箱-气相色谱法测定CH4和N2O排放通量，并通过对土壤微生物组成与活性、土壤有机碳与有效氮含量、土壤酶活性、13C和15N同位素分析土壤碳氮转化速率、植株氮代谢过程和生物量等指标的测定，定量研究UV-B增强与O3升高对农田生态系统地-气碳氮交换通量复合影响的规律，并进一步探讨其影响的过程机理。本研究的特色与创新之处是运用先进技术对UV-B增强与O3升高进行适时自动调控，研究UV-B增强与O3升高对农田地-气碳氮交换的复合影响。项目有助于阐明地表UV-B辐射增强与O3浓度升高情景下农田生态系统温室气体排放规律，为客观估计区域农田温室气体排放量及变化趋势提供科学依据。

地表UV-B增强与O3浓度升高是全球重大环境问题，农田是温室气体的重要源汇。UV-B增强与O3浓度升高对农田地气交换的综合效应仍是未知，研究其对地气碳氮交换的复合作用，对估算气候变化情景下温室气体排放量具有重要意义。本项目田间模拟UV-B增强与O3升高，测定农田CO2、CH4和N2O通量，研究UV-B增强与O3升高对农田生态系统碳氮交换通量复合影响，并分析对作物生物量、植株氮代谢、土壤有机碳与有效氮、土壤酶活性和土壤微生物等指标的影响。研究结果表明：(1) UV-B增强(U)、O3升高(O)和UV-B与O3复合处理(UO)使土壤-冬小麦系统CO2累积排放量降低了9.4%、17.8%和20.0%，使土壤CO2累积排放量显著降低了12.9%、16.5%和19.3%。(2) U、O、UO使土壤-大豆系统CO2累积排放量分别降低了17.1%、24.6%和28.2%，使土壤CO2累积排放量分别降低了7.1%、12.5%和14.6%。(3) U对稻田CH4排放量没有影响，O和UO使CH4累积排放量分别降低了20%和22.7%。(4) O和UO使土壤-冬小麦系统N2O累积排放量分别降低了18.1%和20.9%，使土壤N2O累积排放量分别降低了15.7%和17.9%。(5) U、O、UO使土壤-大豆系统N2O累积排放量分别降低了10.7%、16.5%和20.9%，使土壤N2O累积排放量分别降低了9.33%、13.7%和15.2%。(6) O和UO使冬小麦生物量分别降低了25.2%和25.5%，使水稻生物量分别降低了17.1%和18.5%。U、O和UO使大豆生物量分别降低了6.7%、11.9%和14.9%。(7) O和UO显著改变了冬小麦叶片硝态氮、铵态氮和全氮含量，并降低了开花-结荚期和鼓粒期大豆叶片的硝态氮和全氮含量，降低了大豆叶片可溶性蛋白含量，并降低了冬小麦和大豆叶片硝酸还原酶活性。(8) O和UO增加了冬小麦灌浆期土壤氨氧化细菌的数量。(9) O和UO使土壤有机碳、硝态氮和全氮有显著改变。(10) O和UO对土壤脲酶活性有促进作用，对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶有降低作用。U、O和UO显著降低了大豆分枝期和开花-结荚期的土壤硝化速率。本项目有助于阐明地表UV-B增强与O3升高情景下农田生态系统温室气体排放规律，为客观估计区域农田温室气体排放量及变化趋势提供科学依据。