大气N沉降对内蒙古草原植被-土壤系统15N自然丰度梯度变化和N循环特征的影响

大气氮沉降导致的活性氮增加是全球变化的重要现象之一，已经对全球N循环产生了重大影响。迄今为止，国内外对大气N输入增加对于陆地生态系统N循环影响的研究中，无论在大尺度上的样带研究还是小尺度的机理研究均开展较少。在区域尺度研究大气氮沉降对我国陆地生态系统N循环格局与过程的现实影响与未来趋势，无疑具有十分重大的科学与现实意义。本项目拟采取样带调查与N添加野外控制实验相结合，以稳定性同位素技术为主要手段，对内蒙古草原生态系统15N自然丰度（δ15N）和大气N沉降沿中国东北样带（NECT）-草原样带的时空动态进行实验观测研究，确定植被与土壤系统中N同位素自然丰度与大气N沉降之间的定量关系，揭示δ15N对大气N沉降梯度变化的响应格局与作用机理，验证"N 循环的开放性增强导致植物-土壤系统15N富集"假说，为阐明活性氮增加对我国温带草原生态系统N素生物地球化学循环的可能影响提供科学依据。

大气氮沉降导致的活性氮增加是全球变化的重要现象之一，已经对全球 N 循环产生了重大影响。迄今为止，国内外对大气 N 输入增加对于陆地生态系统 N 循环影响的研究中，无论在大尺度上的样带研究还是小尺度的机理研究均开展较少。在区域尺度研究大气氮沉降对我国陆地生态系统 N 循环格局与过程的现实影响与未来趋势，无疑具有十分重大的科学与现实意义。本项目采取样带调查与 N 添加野外控制实验相结合，以稳定性同位素技术为主要手段，对内蒙古草原生态系统 15N 自然丰度（δ15N）和大气 N 沉降沿中国东北样带（ NECT） -草原样带的时空动态进行实验观测研究，确定植被与土壤系统中 N 同位素自然丰度与大气 N 沉降之间的定量关系，揭示δ15N 对大气 N 沉降梯度变化的响应，同时通过对氮沉降梯度下的内蒙古草地温室气体通量时空变异以及放牧和氮添加对温室气体的影响改变及其驱动因子进行研究。结果表明内蒙古草原无机氮沉降范围在4.53-12.21kg N ha-1，均值为8.07kg N ha-1.降水是无机氮沉降最主要的驱动因子。内蒙古草原氨挥发时间上主要受环境因子水分和温度的影响驱动，空间尺度上主要受土壤氮素水平的影响。土壤15N丰度与土壤全氮及孔隙度成反比，与土壤pH值成正比。生长季CO2排放总量平均值为1.56 ± 0.17 kg CO2 m-2（变化范围0.3~2.5 kg CO2 m-2），自东向西逐渐减少。CH4吸收量平均值为1.34 ± 0.16 kg C ha-1（变化范围0.20 ~ 2.15kg C ha-1），在中部典型草原具有最大的CH4吸收量。N2O排放具有很大的变异性，排放总量平均值为0.11 ± 0.02 kg N2O ha-1（变化范围0.02~0.25kg N2O ha-1）。适度放牧不影响草地生态系统在全球气候变化中的作用。增温显著促进了CH4吸收，促进了CO2和N2O的排放。增雨显著抑制了CH4吸收，促进了CO2和N2O的排放。施氮在短期内对于CH4吸收和CO2排放没有显著影响，只是在典型草原显著降低了CH4吸收；而施氮对于N2O排放具有显著的促进作用。该结果对于我国乃至世界领域对于氮循环的研究具有领先水平，为更好的管理和利用草地，发挥草地生态系统在气候变化过程中的作用具有重要的意义。