不同水分條件下巴音布魯克天鵝湖高寒濕地夏季N2O日排放特征

胡保安，賈宏濤,，朱新萍,*，蔣平安,，楊磊，胡毅，王寧寧

1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆土壤與植物生態(tài)過(guò)程實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052

不同水分條件下巴音布魯克天鵝湖高寒濕地
夏季N2O日排放特征

胡保安1，賈宏濤1,2，朱新萍1,2*，蔣平安1,2，楊磊1，胡毅1，王寧寧1

1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆土壤與植物生態(tài)過(guò)程實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052

在氣候變暖背景下溫室氣體排放特征的研究已成為全球變化的研究熱點(diǎn)之一，而濕地生態(tài)系統(tǒng)與溫室氣體排放有著密切的關(guān)系。濕地N2O排放對(duì)水分變化的響應(yīng)機(jī)制研究對(duì)干旱區(qū)高寒濕地的科學(xué)管理具有重要意義。以新疆天山中部巴音布魯克天鵝湖高寒濕地為研究區(qū)，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法，對(duì)處于不同水分條件下高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O排放特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明：（1）常年積水區(qū)、季節(jié)性積水區(qū)、常年干燥區(qū)生態(tài)系統(tǒng)N2O的日平均排放通量分別為1.27、0.99、0.98 μg·m-2·h-1。生態(tài)系統(tǒng)日N2O累積排放量分別為常年積水區(qū)30.61 μg·m-2、季節(jié)性積水區(qū)23.97 μg·m-2、常年干燥區(qū)23.08 μg·m-2。（2）季節(jié)性積水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)N2O排放日變化表現(xiàn)為3峰曲線，其峰值分別出現(xiàn)在2:00（1.30 μg·m-2·h-1）、11:00（1.28 μg·m-2·h-1）和21:00（1.66 μg·m-2·h-1），而常年干燥區(qū)生態(tài)系統(tǒng)N2O排放日變化表現(xiàn)為雙峰曲線，峰值分別出現(xiàn)在9:00（1.40 μg·m-2·h-1）和17:00（1.42 μg·m-2·h-1）。（3）環(huán)境因素顯著影響著濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O排放，地表植被活體生物量與生態(tài)系統(tǒng)N2O累積排放量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性，在常年積水區(qū)地下10 cm土壤溫度與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量相關(guān)性達(dá)到顯著水平（F=8.326，P=0.018），在季節(jié)性積水區(qū)土壤含水量與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量有顯著相關(guān)性（F=4.787，P=0.043）。

高寒濕地；土壤；N2O

近年來(lái)，全球氣候的異常變化已引起了人們的廣泛重視，溫室氣體所導(dǎo)致的全球變暖已引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。N2O是僅次于CO2和CH4的主要溫室氣體，增溫效應(yīng)顯著，2011年，甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）質(zhì)量濃度分別達(dá)到1803 μg·L-1和324 μg·L-1，分別比工業(yè)化前高了150%和20%。目前溫室氣體的濃度都達(dá)到 80萬(wàn)年以來(lái)的最高值（IPCC，2013）。從生物圈排放到大氣中的 N2O有70%來(lái)源于土壤（Ding等，2007，2011），但植物本身的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)也能產(chǎn)生N2O，其排放量也不容忽視（Rckaul等，2004）。生態(tài)系統(tǒng)N2O排放速率受溫度、濕度、微生物、土壤質(zhì)地、pH、有機(jī)質(zhì)含量、外源氮輸入等因素的綜合影響（李俊，1995）。濕地作為水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡區(qū)域，在全球變暖過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用（李英臣等，2008）。當(dāng)前，關(guān)于濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤N2O排放已展開了許多的研究，研究區(qū)域主要集中在東北及沿海地區(qū)的自然和人工濕地系統(tǒng)（劉霞等，2104；易瓊等，2014；袁俊吉等，2014），對(duì)處于我國(guó)干旱區(qū)典型高寒濕地生態(tài)系統(tǒng) N2O排放過(guò)程與特征的研究尚未開展。本研究以巴音布魯克天鵝湖高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究常年積水區(qū)、季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)3種不同水分條件生態(tài)系統(tǒng)N2O的排放特征，并探討土壤溫度、地表植被及土壤含水率等環(huán)境因素對(duì)N2O排放的影響，為巴音布魯克天鵝湖高寒濕地的科學(xué)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

巴音布魯克天鵝湖高寒濕地位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州和靜縣境內(nèi)（82°59′～83°31′ E，42°45′～43°00′ N），濕地植被主要類型為苔草（Carex tristachya）和早熟禾（Poa pratensis），面積約770 km2，海拔2300～3042 m，沼澤地貌類型為天山南坡大尤爾斯盆地的山前洪積扇間洼地和河漫灘洼地，屬于典型的高寒氣候。濕地水源主要來(lái)源于冰雪融水和地下潛水，地下水位埋深大約0.5～1.0 m，礦化度為1.54 g·L-1。研究選擇具有代表性的常年干燥區(qū)、季節(jié)性積水區(qū)與常年積水區(qū)為監(jiān)測(cè)區(qū)域。各監(jiān)測(cè)區(qū)域主要概況為：（1）常年干燥區(qū)（84°22′31" E、42°49′13" N）海拔2390 m，主要植被類型為早熟禾（Poa pratensis）、松草（Ceratopteris pterioides）、苔草（Carex tristachya），土壤水分含量 30%～40%，除冬季降雪覆蓋，土壤均處于干燥狀態(tài)；（2）季節(jié)性積水區(qū)（84°22′29"E、42°49′4"N）海拔 2391 m，主要植被類型為苔草（Carex tristachya）、冰草（Agropyron cristatum），土壤水分含量 50%～70%，除冬季外，土壤保持濕潤(rùn)狀態(tài)；（3）常年積水區(qū)（84°22′26" E、42°48′34" N）海拔 2389 m，主要植被類型為苔草（Carex tristachya），土壤常年處于淹水狀態(tài)。

1.2 研究方法

1.2.1 氣體的采集和分析方法

于2014年6月中旬進(jìn)行監(jiān)測(cè)，1周內(nèi)選取3個(gè)典型日進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為白天每隔2 h監(jiān)測(cè)1次，夜間每隔3 h監(jiān)測(cè)1次。每個(gè)水分條件監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置3個(gè)底座，即3次重復(fù)。3個(gè)水分條件下同時(shí)進(jìn)行氣體樣品采集，氣體采集采用靜態(tài)箱法，采樣箱由箱蓋和底座構(gòu)成，箱蓋是由 PVC材料做成正方體，尺寸為長(zhǎng)寬高50 cm，外加隔熱材料。箱頂上安裝有1個(gè)空氣攪拌風(fēng)扇和氣體樣品采集口。采樣時(shí)將箱體放在底座邊緣四周的凹槽中，加水密封，扣箱后0、5、10、15、20 min時(shí)用帶有三通閥的50 mL注射器采集氣體樣品，收集起來(lái)的氣體迅速轉(zhuǎn)移到已抽真空的氣袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜分析。在收集氣體的同時(shí)，采用水銀溫度計(jì)記錄靜態(tài)箱內(nèi)空氣溫度。

用氣相色譜儀（Agilent7890A，Agilent，Palo Alto，USA）分析N2O的濃度；N2O檢測(cè)器為ECD（電子捕獲檢測(cè)器），載氣為N2，流量為30 mL·min-1，檢測(cè)器溫度為300 ℃，分離柱溫度為55 ℃；通過(guò)對(duì)測(cè)定的5個(gè)氣樣濃度進(jìn)行線性回歸，得出氣體排放速率，進(jìn)而求出N2O的排放通量。

1.2.2 地表植被調(diào)查方法

植被采集采用樣方法，在干燥區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)各選擇具有代表性的地段，按一定方向設(shè)置50 m樣線，每隔10 m布設(shè)1個(gè)1 m×1 m的樣方，對(duì)樣方內(nèi)地表活體植物生物量和凋落物進(jìn)行采集，用稱重法測(cè)定。

1.2.3 相關(guān)環(huán)境因素測(cè)定方法

在上述收集氣體的同時(shí)用地溫計(jì)記錄地下 5 cm(T5)和10 cm(T10)處土壤溫度，并采集靜態(tài)箱周圍1 m范圍內(nèi)的原狀土，采用經(jīng)典烘干法測(cè)定土壤濕度。

1.3 數(shù)據(jù)的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

N2O的排放通量計(jì)算：

式中，F(xiàn)為N2O排放通量（以N計(jì)）（μg·m-2·h-1）；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N2O的密度（1.98 kg·m-3）；V為密閉箱內(nèi)有效的空間體積（m3）；A為密閉箱覆蓋的水面面積（m2）；Δc/Δt為在特定時(shí)間內(nèi)的N2O濃度變化速率；T為采樣時(shí)密閉箱的溫度（℃）。

N2O累計(jì)排放量計(jì)算：

式中：E表示累積土壤 N2O累積排放量（μg·m-2）；F表示土壤N2O排放通量（μg·m-2·h-1）；i表示采樣次數(shù)；t表示采樣時(shí)間（h）。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2007軟件作圖，數(shù)據(jù)分析在SPSS軟件（SPSS19.0 for Windows）中進(jìn)行，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和LSD多重比較檢驗(yàn)不同取樣區(qū)域?qū)ν寥繬2O排放量影響的顯著性，采用線性回歸擬合檢驗(yàn)環(huán)境因素與土壤 N2O排放速率的相關(guān)性，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分條件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)N2O排放的影響

2.1.1 不同水分條件下濕地生態(tài)系統(tǒng) N2O 排放日變化特征

從圖1可以看出，常年積水區(qū)、季節(jié)性積水區(qū)、常年干燥區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng) N2O的日平均排放通量分別為1.27、0.99、0.98 μg·m-2·h-1，日平均排放通量大小表現(xiàn)為常年積水區(qū)>季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)，季節(jié)性積水區(qū)中土壤N2O排放日變化表現(xiàn)為3峰曲線，其峰值分別出現(xiàn)在2:00（1.30 μg·m-2·h-1）、11:00（1.28 μg·m-2·h-1）、21:00（1.66 μg·m-2·h-1），而在常年干燥區(qū)中土壤 N2O排放日變化表現(xiàn)為雙峰曲線，峰值分別出現(xiàn)在 9:00（1.40 μg·m-2·h-1）、17:00（1.42 μg·m-2·h-1），且峰值的出現(xiàn)都較季節(jié)性積水區(qū)提前3 h左右。

2.1.2 高寒濕地N2O日排放通量對(duì)水分條件的響應(yīng)

從表1可以看出，影響高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量的主導(dǎo)因素不同，在溫度作為影響土壤N2O排放通量主導(dǎo)因素時(shí)，其差異性表現(xiàn)不顯著，如在11:00、13:00、19:00土壤溫度變化幅度較大，溫度上升為影響土壤 N2O排放的主導(dǎo)因素，使其N2O排放通量差異性不顯著，在溫度變化趨于平緩時(shí)，土壤N2O排放通量受水分條件的影響差異性顯著（表1）。且在2:00、7:00、15:00、17:00、21:00差異性達(dá)到極顯著水平。

表1 不同水分條件下濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量日變化顯著性分析Table 1 Significant analysis about the daily emissions characteristics of N2O under different water conditions ecosystems

2.2 不同水分條件對(duì)高寒濕地N2O累積排放量的影響

從圖2可以看出常年積水區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O累積排放量增長(zhǎng)速率要大于季節(jié)性積水區(qū)和常年干旱區(qū)，在2:00到9:00之間季節(jié)性積水區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O累積排放速率要大于常年干燥區(qū)，但到9:00以后二者累積排放速率趨于相似。3種不同水分條件下濕地生態(tài)系統(tǒng) N2O累積排放量大小依次為常年積水區(qū)>季節(jié)性積水區(qū)>常年干燥區(qū)，其大小分別為30.61、23.97、23.08 μg·m-2。

圖1 不同水分條件下濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O排放日變化特征Fig. 1 The daily emissions characteristics of N2O under different water conditions ecosystems

2.3 不同水分條件下生物量對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng) N2O日排放量的影響

圖2 不同水分條件下濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O日排放累積量Fig. 2 The cumulative daily emissions of N2O under different water conditions ecosystems

圖3顯示出常年積水區(qū)、季節(jié)性積水區(qū)、常年干燥區(qū)活體生物量分別為 191.15、50.93、31.58 g·m-2，常年積水區(qū)水分充足植物生產(chǎn)茂盛致使其活體生物量要明顯大于季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)。而凋落物生物量則表現(xiàn)為常年干燥區(qū)大于季節(jié)性積水區(qū)，其值分別為17.03、10.50 g·m-2。從圖3可以看出，生態(tài)系統(tǒng)N2O累積排放量與活體生物量存在正相關(guān)趨勢(shì)。相關(guān)分析表明，活體生物量與土壤N2O 累積排放量之間存在顯著正相關(guān)性（r=0.965）；但在季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)N2O累積排放與凋落物生物量?jī)H呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。

圖3 不同水分條件下生物量與濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O日排放量的關(guān)系Fig. 3 The relationship between biomass and N2O emissions under different water conditions ecosystems

圖4 不同水分條件下土壤溫度和土壤含水量的日動(dòng)態(tài)Fig. 4 The daily characteristics of soil temperature and soil water content under different water conditions ecosystems

2.4 環(huán)境因子與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量的關(guān)系

不同水分條件下，5 cm土層地溫變化范圍在（4.25～19.50 ℃）之間(圖 4A)，常年積水區(qū)由于常年處于淹水狀態(tài)，對(duì)環(huán)境因素的敏感度要明顯弱于季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)，其常年積水區(qū)（4.25～15.85 ℃）變化幅度要小于季節(jié)性積水區(qū)（4.75～19.50 ℃）和常年干燥區(qū)（5.10～19.35 ℃），常年干燥區(qū)地下 5 cm處土壤平均溫度最高（11.30 ℃），季節(jié)性積水區(qū)次之（10.76 ℃），常年積水區(qū)最低（9.74 ℃）。10 cm土層地溫變化范圍在（5.60～12.90 ℃）之間（圖4B），受外界環(huán)境干擾要小于5 cm土層土壤，其地溫變化幅度要小于5 cm土層土壤。

季節(jié)性積水區(qū)表層土壤含水量在（42.91%～74.12%）之間（圖 4C），平均值為（63.17%），最低值最高值分別出現(xiàn)在7:00、15:00。常年干燥區(qū)表層土壤含水量在（30.32%～52.19%）之間（圖 4C），平均值為（40.60%），最低值最高值分別出現(xiàn)在9:00、23:00。季節(jié)性積水區(qū)含水量變化幅度、平均值都要明顯大于常年干燥區(qū)。

對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量與土壤5、10 cm地溫和含水量用 SPSS19.0進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)（表2），常年干燥區(qū)土壤N2O排放通量與土壤5、10 cm地溫和含水量相關(guān)性均不顯著，而常年積水區(qū)土壤N2O排放通量與土壤 10 cm地溫呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（F=8.326，P=0.018），季節(jié)性積水區(qū)土壤N2O排放通量與土壤含水量之間的相關(guān)性達(dá)到顯著水平（F=4.787，P=0.043）。

表2 不同水分條件下生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量與土壤溫度和土壤含水量的擬合關(guān)系Table 2 The fitting relationship between N2O emissions and soil temperature and soil moisture content

3 討論

3.1 地表水分條件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)N2O排放的影響

水分條件不同將影響土壤的理化性質(zhì)，濕地土壤N2O排放主要來(lái)源于土壤中的硝化-反硝化作用，研究表明濕地的淹水條件，低含氧量和豐富的碳、氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)使反硝化作用被看作是濕地土壤 N2O排放的主要因素，而土壤的硝化-反硝化作用是一個(gè)微生物過(guò)程，凡是影響土壤微生物活動(dòng)的因素均影響土壤硝化-反硝化作用（李英臣等，2008）。水分條件通過(guò)影響含氧量而間接影響反硝化作用的強(qiáng)度及其 N2O/N2的比率，一般情況下反硝化作用的強(qiáng)度隨水分含量的增加而加強(qiáng)（Erich等，1984）。

常年積水區(qū)土壤 N2O日平均排放通量和累積排放量均要大于季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)，這與鄭循華、顏曉元等研究結(jié)果一致，在土壤水分含量接近100%時(shí)，土壤具有最大的N2O排放速率（鄭循華等，1996；顏曉元等，2000）。反硝化作用是濕地土壤N2O排放的主要來(lái)源，而反硝化作用是由某些嫌氣性和兼氣性微生物完成的，故反硝化速率與土壤中的含氧量呈負(fù)相關(guān)，在高含水量時(shí)，土壤N2O排放主要來(lái)自于反硝化作用（孫文廣等，2014）。同時(shí)，干濕交替會(huì)改變氮循環(huán)的過(guò)程，濕地季節(jié)性積水會(huì)刺激反硝化作用，進(jìn)而促進(jìn)土壤N2O的排放（Mentzer等，2006），本研究的結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

3.2 地表生物量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)N2O排放的影響

濕地地表植被可通過(guò)通氣組織傳遞N2O氣體，植物通過(guò)根系呼吸作用消耗土壤中O2，有利于反硝化作用的進(jìn)行，植物的根系分泌物還可以為微生物提供可利用性的碳，增加微生物的活性（李英臣等，2008），植物本身的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)也能產(chǎn)生 N2O，其排放量還能達(dá)到與土壤排放相當(dāng)?shù)乃剑惞谛艿龋?990）。最終導(dǎo)致在高生物量的常年積水區(qū)土壤N2O排放量要大于季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)。

氣體從土壤向大氣的排放是一個(gè)復(fù)雜的輸送過(guò)程，與土壤有較大的相關(guān)性，地表植被的覆蓋度直接影響土壤結(jié)構(gòu)的變化，特別是對(duì)土壤空隙和土壤松緊性有較大的影響（杜睿等，2001），進(jìn)而影響土壤向大氣排放N2O。在本研究中季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)凋落物生物量分別為 17.03、10.50 g·m-2，對(duì)應(yīng)的土壤N2O累積排放量分別為23.97、23.08 μg·m-2，二者表現(xiàn)出一定的負(fù)相關(guān)性趨勢(shì)，但有研究表明土壤微生物能分解植物凋落物，使可利用N增加，提高土壤N2O的排放（Maljanen等，2003），這與本文的研究結(jié)果存在差異，這可能是由于植被N2O排放的效應(yīng)所致。

3.3 相關(guān)環(huán)境因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量的影響

除水分、植被外，土壤溫度和濕度是影響生態(tài)系統(tǒng) N2O排放的主要因素（楊蘭芳和蔡祖聰，2005）。土壤溫度升高能促進(jìn)土壤呼吸及土壤微生物的活性，從而促進(jìn)土壤N2O的排放量（Allen等，2010），在土壤濕度適宜的情況下土壤N2O排放與土壤溫度呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系（伍延正等，2013），本研究中常年積水區(qū)土壤N2O排放通量與土壤10 cm地溫呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性（r2=0.481），季節(jié)性積水區(qū)土壤 N2O排放通量與土壤含水量之間的相關(guān)性達(dá)到顯著水平（r2=0.545）；土壤N2O排放與土壤含水量之間有正相關(guān)性（石洪艾等，2013），是因?yàn)橥寥篮康纳吣軇?chuàng)造土壤的厭氧環(huán)境，有利于反硝化作用的進(jìn)行，導(dǎo)致土壤 N2O排放量增加（Smith等，2003）。

本研究發(fā)現(xiàn)，土壤溫度的變化幅度會(huì)影響到N2O排放日變化。當(dāng)土壤溫度變化幅度較大時(shí)均出現(xiàn)N2O排放峰值，如9:00到11:00、15:00到19:00土壤溫度發(fā)生較大波動(dòng)，此時(shí)季節(jié)性積水區(qū)、常年干燥區(qū)都伴隨有N2O排放峰值的出現(xiàn)。但常年積水區(qū)日變化曲線無(wú)明顯峰值出現(xiàn)，常年積水區(qū)常年處于淹水狀態(tài)，環(huán)境因素較為穩(wěn)定，致使其土壤N2O排放通量波動(dòng)幅度要小于季節(jié)性積水區(qū)和常年干旱區(qū)。在常年積水區(qū)土壤水分處于過(guò)飽和狀態(tài)，極端厭氧，有利于厭氧微生物的生存，促進(jìn)土壤進(jìn)行反硝化作用，最終導(dǎo)致其N2O排放量要大于季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)；常年積水區(qū)10 cm土壤溫度與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放存在顯著相關(guān)性（r2=0.481），而5 cm土壤溫度與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放相關(guān)性很弱（r2=0.279）。在季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)土壤溫度與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放量的相關(guān)性均不顯著，可能是地表植被覆蓋率低，受外界環(huán)境因素影響較大的原因所致（Almagro等，2009）；季節(jié)性積水區(qū)土壤含水量與生態(tài)系統(tǒng) N2O排放量存在顯著正相關(guān)（r2=0.545），而常年干燥區(qū)土壤含水量與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放量相關(guān)性不顯著，這與Hansen等（1993）的研究相符合，土壤含水量在一定范圍內(nèi)（45%～75%）土壤N2O排放速率隨含水量的升高而增加，季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)土壤含水量均值分別為63.17%、40.60%，常年干燥區(qū)土壤含水量要明顯低于季節(jié)性積水區(qū)，所以導(dǎo)致常年干燥區(qū)生態(tài)系統(tǒng)N2O排放對(duì)土壤含水量的變化不敏感。

4 結(jié)論

水分條件對(duì)高寒濕地N2O排放通量影響顯著，常年積水區(qū)、季節(jié)性積水區(qū)、常年干燥區(qū)生態(tài)系統(tǒng)N2O的日平均排放通量分別為 1.27、0.99、0.98 μg·m-2·h-1。生態(tài)系統(tǒng)N2O累積排放量表現(xiàn)為常年積水區(qū)>季節(jié)性積水區(qū)>常年干燥區(qū)，其值分別為30.61、23.97、23.08 μg·m-2。

除地表水分條件外，其他環(huán)境因素對(duì)濕地N2O排放也具有一定影響。其中，活體生物量與濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O累積排放量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性。

常年積水區(qū)地下 10 cm土壤溫度與生態(tài)系統(tǒng)N2O排放通量相關(guān)性達(dá)到顯著水平（F=8.326，P=0.018），在季節(jié)性積水區(qū)、常年干燥區(qū)土壤溫度的大幅度波動(dòng)會(huì)刺激生態(tài)系統(tǒng) N2O的排放使其出現(xiàn)排放通量峰值。在季節(jié)性積水區(qū)土壤含水量與生態(tài)系統(tǒng) N2O排放通量有顯著相關(guān)性（F=4.787，P=0.043），而季節(jié)性積水區(qū)和常年干燥區(qū)土壤溫度與生態(tài)系統(tǒng) N2O排放量相關(guān)性不顯著。生態(tài)系統(tǒng)N2O排放除受溫度影響外還需要考慮土壤含水量和其他環(huán)境因素的協(xié)同作用。

致謝：感謝項(xiàng)目組野外工作的王寧寧、李典鵬、徐杰、蔡?hào)|、張起山同學(xué)；感謝中國(guó)科學(xué)院巴音布魯克草原生態(tài)觀測(cè)站及巴音布魯克天鵝湖自然保護(hù)區(qū)的支持。

ALLEN D E, KINGSTON G, RENNENBERG H, et al. 2010. Effect of nitrogen fertilizer management and waterlogging on nitrous oxide emission from subtropical sugarcane soils [J]. Agriculture, Ecosystems＆Environment, 136(3-4): 209-217.

ALMAGRO M, LóPEZ J, QUEREJETA J, et al. 2009. Temperature dependence of soil CO2efflux is strongly modulated by seasonal patterns of moisture availability in a Mediterranean ecosystem [J]. Soil Biology and Biochemistry, 41(3): 594-605.

DING W, CAI Y, CAI Z, et al. 2007. Nitrous oxide emissions from an intensively cultivated maize-wheat rotation soil in the North China Plain [J]. Science of the Total Environment, 373(2-3): 501-511.

DING W, YU H, CAI Z. 2011. Impact of urease and nitrification inhibitors on nitrous oxide emissions from fluvo-aquie soil in the North China Plain [J]. Biology and Fertility of Soils, 47(1): 91-99.

ERICH M S, BEKERIE A, DUXBURY J M. 1984. Activities of denitrifying enzymes in freshly sampled Soils [J]. Soil Science, 138(1): 25-32.

HANSEN S, MAHLUM J E, BAKKEN L R. 1993. N2O and CH4fluxes in soil influenced by fertilization and tractor traffic [J]. Soil Biology and Biochemistry, 25(5): 621-630.

IPCC Climate Change. 2013. The physical science basis. Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the IPCC [R]. UK: Cambridge University Press.

MALJANEN M, LIIKANEN A, SILVOLA J, et al. 2003. Nitrous oxide emission from boreal organic soil under different land-use [J]. Soil Biology and Biochemistry, 35(5): 689-700.

MENTZER J L, GOODMAN R M, BALSER T C. 2006. Microbial response over time to hydrologic and fertilization treatments in asimulated wet prairie [J]. Plant and Soil, 284(1-2): 85-100.

RCKAUL U, AUGUSTIN J, RUSSOW R, et al. 2004. Nitrogen removal from drained and reflooded fen soils affected by soil N transformation processes and plant up take [J]. Soil Biology chemisty, (36): 77-90.

SMITH K A, BALL T, CONEN F, et al. 2003. Exchange of greenhouse gases between soil and stmosphere: Interactions of soil physical factors and biological processes [J]. European Journal of Soil Science, 54(4): 779-791.

陳冠熊, 商曙暉, 丁克偉, 等. 1990. 植物釋放氧化亞氮研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1(1): 77-90.

杜睿, 王庚辰, 呂達(dá)仁. 2001. 放牧對(duì)草原土壤 N2O產(chǎn)生及微生物的影響[J].環(huán)境科學(xué), 22(4): 11-15.

李俊. 1995. 農(nóng)業(yè)土壤排放氧化亞氮的因素分析[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 3(4): 63-66.

李英臣, 宋長(zhǎng)春, 劉德燕. 2008. 濕地土壤N2O排放研究進(jìn)展[J]. 濕地科學(xué), 6(2): 124-129.

劉霞, 胡海清, 趙希寬, 等. 2014. 大興安嶺地區(qū)島狀林沼澤CH4和N2O排放及其影響因子[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 29(9): 1565-1575.

石洪艾, 李祿軍, 尤孟陽(yáng), 等. 2013. 不同土地利用方式下土壤溫度與土壤水分對(duì)黑土 N2O 排放的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 32(11): 2286-2292.

孫文廣, 孫志高, 甘卓亭, 等. 2014. 黃河口不同恢復(fù)階段濕地土壤N2O產(chǎn)生的不同過(guò)程及貢獻(xiàn)[J]. 環(huán)境科學(xué), 35(8): 3110-3119.

伍延正, 張苗苗, 魏文學(xué), 等. 2013. 不同土地利用方式下冬季N2O排放及其影響因素[J]. 環(huán)境科學(xué), (8): 2968-2974.

顏曉元, 施書蓮, 杜麗娟, 等. 2000. 水分狀況對(duì)水田土壤N2O排放的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 37(4): 482-489.

楊蘭芳, 蔡祖聰. 2005. 施氮和玉米生長(zhǎng)對(duì)土壤氧化亞氮排放的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 16(1): 100-104.

易瓊, 唐拴虎, 逄玉萬(wàn), 等. 2014. 華南稻區(qū)不同施肥模式下土壤 CH4和N2O排放特征[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 33(12): 2478-2484.

袁俊吉, 項(xiàng)劍, 劉德燕, 等. 2014. 互花米草入侵鹽沼濕地CH4和N2O排放日變化特征研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 23(8): 1251-1257.

鄭循華, 王明星, 王躍思, 等. 1996. 稻麥輪作系統(tǒng)中土壤濕度對(duì)N2O產(chǎn)生于排放的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 7(3): 273-279.

Daily Characteristics of Summer N2O Emission under Different Water Conditions at Bayinbuluke Swan Lake Alpine Wetland

HU Baoan1, JIA Hongtao1,2, ZHU Xinping1,2*, JIANG Pingan1,2, YANG Lei1, HU Yi1, WANG Ningning1
1. College of Grassland and Environment Sciences, Xinjiang Agricultural, University, Urumqi 830052, China；2. Xinjiang Key Laboratory of Soil and Plant Ecological Processes, Urumqi 830052, China

Characteristics of greenhouse gas emission had became the focus of global change study under the background of climate warming, and the wetland ecosystem and greenhouse gas emissions are closely related. Understanding the effect of water change on the dynamics of wetland N2O emissions is important for the scientific management of alpine wetland in arid area.Taking the alpine wetland at Swan Lake of Bayinbuluke in the middle Tianshan Mountain as a study area, the emission characteristics of N2O was measured under different water conditions at alpine wetland ecosystems using the method of static steel chambers and gas chromatography. Results showed that: (1) The average daily emissions of N2O at perennial seeper area, seasonal water area and perennial dry area were 1.27, 0.99, and 0.98 μg·m-2·h-1, respectively, while the cumulative daily emissions of N2O at perennial seeper area, seasonal water area and perennial dry area were 30.61, 23.97 and 23.08 μg·m-2, respectively. (2) The curve of N2O daily emissions in seasonal water area had three peaks, which occurred at 2:00 (1.30 μg·m-2·h-1), 11:00 (1.28 μg·m-2·h-1), and 21:00 (1.66 μg·m-2·h-1), while the curve of N2O daily emissions in perennial dry area peaked at 9:00 (1.40 μg·m-2·h-1) and 17:00 (1.42 μg·m-2·h-1). (3) Environmental factors had significant effect on N2O emissions in wetland ecosystems. There is a significant positive correlation between the soil N2O cumulative emissions and vegetation living biomass at all areas. The significant correlation between N2O emissions and soil temperature of underground 10 cm was only found at perennial seeper area (P=0.018), while the correlation between N2O emissions and soil water content was significant (P=0.043) only at seasonal water area.

alpine wetland; soil; N2O

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.014

X142

A

1674-5906（2015）05-0811-07

胡保安，賈宏濤，朱新萍，蔣平安，楊磊，胡毅，王寧寧. 不同水分條件下巴音布魯克天鵝湖高寒濕地夏季N2O日排放特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(5): 811-817.

HU Baoan, JIA Hongtao, ZHU Xinping, JIANG Pingan, YANG Lei, HU Yi, WANG Ningning. Daily Characteristics of Summer N2O Emission under Different Water Conditions at Bayinbuluke Swan Lake Alpine Wetland [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 811-817.

新疆自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2013211B17）

胡保安（1989年生），男，碩士研究生，主要從事生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究。E-mail：529594039@qq.com *通信作者：朱新萍（1978年生），女，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事干旱區(qū)區(qū)域環(huán)境演變，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量安全與評(píng)價(jià)。E-mail：zhuxinping1978@163.com

2015-01-24