贵州喀斯特森林土壤N2O和NO排放与驱动机制

There are still high uncertainties existed in the current global nitrous oxide (N2O) and nitric oxide (NO) emissions from subtropical forest soils due to rare field measurements. The karstic forestry ecosystems in south China are major components of Chinese subtropical forests. So far, however, rare investigations regarding the nitrogen cycling and the associated N2O and NO emissions from karstic forest soils have been reported. Hence, the proposed project intends to conduct multi-year in situ field and laboratory experiments to measure soil N2O and NO emissions and corresponding environmental factors for the karstic forests in Guizhou province. The objectives of this project are to (a) quantify soil N2O and NO fluxes through multi-year continuous measurements, (b) identify the key regulating environmental factors of soil N2O and NO emissions, (c) characterize temporal and spatial variations of soil N2O and NO emissions and clarify the key drivers as well as the underlying mechanisms. Such information will improve our understanding of soil N2O and NO emissions and the underlying mechanisms for subtropical forests. Moreover, the obtained representative N2O and NO fluxes from karstic forest soils in south China are essential to minimize the uncertainties in estimation of N2O and NO fluxes from Chinese forest soils.

缺乏亚热带森林土壤氧化亚氮（N2O）和一氧化氮(NO)排放研究是当前全球土壤排放量估算存在高不确定性的主要原因。我国南方喀斯特森林生态系统是世界亚热带森林重要组成部分，然而针对其土壤N2O和NO排放的研究鲜见报道。本研究拟依托环境地球化学国家重点实验室和中国科学院普定喀斯特生态系统研究站，以贵州喀斯特常绿阔叶落叶混交林为研究对象，通过多年野外原位连续观测并辅以室内可控条件模拟试验对其土壤N2O和NO排放及相关环境因子开展同步观测研究。该研究旨在准确定量贵州喀斯特森林土壤N2O和NO排放通量，定量分析主控环境因子及其影响机理，揭示土壤N2O和NO排放时空变异特征并阐明其驱动机制。据此，可加深对亚热带森林土壤N2O和NO排放与驱动机制这一重要国际科学问题的认识，明晰我国南方喀斯特森林土壤的N2O和NO排放现状，并为准确估算区域及我国森林土壤N2O和NO排放量状提供可靠的数据支持和科学依据。

全球森林土壤N2O等温室气体排放估算当前不确定性的主要是由缺乏亚热带森林土壤N2O等温室气体排放观测数据及其机制认识不足所致。因此本项目以亚热带喀斯特和非喀斯特主要森林（退耕还林人工林和灌木林）为主要研究对象，利用连续原位观测和室内培养试验等手段，对比研究亚热带喀斯特和非喀斯特森林土壤N2O与NO等温室气体排放特征及其驱动机制。研究结果表明：（1）亚热带喀斯特和非喀斯特森林土壤均是N2O和 NO排放源但却为大气CH4的汇，土壤N2O和NO排放通量均较其他区域亚热带森林土壤低；土壤N2O， NO和CH4吸收速率都呈现湿热雨季较干冷旱季高且有明显年际时间变异特征；（2）亚热带喀斯特和非喀斯特森林土壤N2O和NO排放和CH4吸收也呈现明显的空间变异特征，主要由土壤温湿度等土壤环境因子空间差异所致；不同树种和树龄森林生态系统其土壤N2O和NO排放和CH4吸收通量存在显著差异，表明开展亚热带喀斯特与非喀斯特森林土壤N2O等温室排放区域估算不可忽略树种与树龄等森林生态系统特征；（3）亚热带喀斯特与非喀斯特地区退耕还林为主形成的人工林（乔木与灌木）生态系统较邻近农田生态系统均可显著减少N2O和NO排放并增加土壤CH4吸收，表明退耕还林是研究区减少温室气体排放的有效措施；（4）土壤温湿度、土壤可利用性碳氮含量等土壤环境因子是土壤N2O等温室气体排放主控环境因子，其时空变异特性是土壤N2O等温室气体排放时空变异特征的主要驱动机制；（5）发现土壤有机碳增加可以激发N2O排放增加并对其作用机制进行了初步阐述，但是需要进一步加强土壤有机碳对土壤N2O排放的作用机制研究。本项目获取的温室气体排放观测数据和研究成果可为我国森林土壤温室气体排放估算和减排提供数据支撑和科学依据。