多年冻土区氧化亚氮通量研究进展

来源：金冠游戏 位置：农业论文时间：2020-12-21 11:2012

　　摘要： 多年冻土区占陆地表面积的25%，土壤中贮藏了大量的土壤有机碳和全氮，是温室气体重要的源、汇和转换器。受到气候变暖的影响，全球尺度的多年冻土都在融化和退化，这会引起温室气体的排放，进而加剧全球气候变化。此外，全球变化(如氮沉降)和人为干扰(如采伐)因素等，也会改变温室气体的排放速率。N2O的温室效应强，在大气中存留时间长，因此越来越受到科学家的关注。目前，科学家已经开展了一些多年冻土区N2O通量排放的研究，取得了一定的研究成果。本文綜述了国内外多年冻土区N2O通量的研究，探讨了多年冻土区N2O通量的排放特征，总结了多年冻土区N2O通量排放的影响因素，分析了不同干扰因素对多年冻土区N2O通量的影响，揭示了多年冻土区N2O通量的产生机制，并对多年冻土区N2O通量排放的研究方向提出了展望。

　　关键词： 多年冻土区; 氧化亚氮; 影响因素; 产生机制

　　自2000年以来，大气中温室气体浓度明显增加，气候变暖已经成为不争的事实。氧化亚氮(N2O)是继二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)之后最重要的温室气体。N2O的全球增温潜势高，是CO2的265倍和CH4的9倍，并且能够通过光化学反应破坏臭氧层，对温室效应的贡献率达到6%，越来越受到科学家的重视[ 1， 2 ]。大气中N2O浓度从工业革命前的271 ppb增加到了目前的324 ppb，已经增加了20%，未来还在以0.26% yr-1的速度增加[ 1 ]。预计到2100年，大气中N2O浓度会升高到354～425 ppb[ 3 ]。如何减少N2O通量的排放和减缓温室效应，已经成为世界性的难题。

　　多年冻土指地表下一定深度内地温持续2年或者2年以上处于0 ℃以下的土层(土壤、土和岩石)。多年冻土区覆盖了陆地表面积的25%，是全球气候系统五大圈层之一——冰冻圈的重要组成部分[ 4 ]，主要分布在高纬度和高海拔地区，对全球气候变化极为敏感。多年冻土中贮存有31～102 Pg的土壤全氮，在全球氮生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。受到全球气候变化的影响，全球范围内的多年冻土都在融化和退化，固定在冻土中的土壤氮活化并且释放到大气中。预计到本世纪末，冻土融化会释放29 Pg的土壤氮[ 3 ]。这会显著改变大气中的N2O浓度，加剧全球气候变化[ 5 ]。

　　在多年冻土区，科学家主要关注C循环过程中CO2和CH4通量释放，而对N2O通量研究较少。尽管多年冻土区贮藏有大量的土壤氮，但是由于多年冻土区土壤温度较低，土壤含水量高，氮矿化速率比较慢，能够被植物和微生物直接吸收和利用的矿质氮含量少，使多年冻土成为氮限制地区。科学家认为受到土壤氮的限制，多年冻土区的N2O通量排放几乎可以被忽略不计。然而，在亚北极多年冻土区发现了N2O通量排放的“热区”[ 6， 7 ]，在裸露的泥炭地，N2O通量的排放速率可以达到1 297～2 662 μg /m2·h，与热带和农业土壤N2O排放速率相当[ 6， 7 ]。近些年，已开展了一些关于多年冻土区N2O通量排放的研究，探讨多年冻土区N2O通量排放规律，为评估多年冻土区对全球气候变化的影响具有重要意义。本文对多年冻土区N2O通量排放特征、影响因素、干扰因素和产生机制进行了综述，并对未来的研究方向提出了展望。

　　1 多年冻土区N2O通量排放特征

　　目前，多年冻土区N2O通量的研究主要集中在生长季[ 7， 8 ]，而在冻融期鲜有报道[ 9 ]。在生长季，南极地区较早的开展了多年冻土区N2O通量排放的研究，结果表明不同年份的N2O通量排放具有一定的差异性，2005年N2O通量最高排放速率为0.1 mmol/m2·min，是2003年N2O通量最高排放速率的2.7倍[ 8 ]。N2O通量的排放速率与土壤剖面中N2O浓度具有一定的相关性，土壤剖面中N2O浓度高，排放速率也高;而土壤剖面N2O浓度低，排放通量也低[ 8 ]。Ma等[ 10 ]发现北极多年冻土区N2O通量比较低，在含水量较高并且铵态氮含量也高的条件下，N2O通量排放会大一些，不同生态系统在观测期内累计排放了0.59～4.57 g N2O-N hm2。但是在西伯利亚多年冻土区，不同生态系统N2O通量排放差异较大。在观测期内，兴安落叶松林、干旱草地和池塘表面的N2O通量排放速率分别为-0.3～

　　4.6、0.1～6.9和-3.4～1.9 μg N2O-N m/h，累计N2O排放量分别为0.009 3～0.043、0.036～0.13和-0.034～

　　-0.017 kg N2O-N hm2，表现是N2O通量的弱源或者弱汇[ 11 ]。然而在湿润的草地，水淹期几乎没有N2O通量排放，水淹过后N2O通量排放速率会出现峰值，最高可以达到368 μg N2O-N m2/h，累计N2O排放量可以达到(1.7±0.7)kg N2O-N hm2，明显高于兴安落叶松林、干旱草地和池塘[ 11 ]。

　　在亚北极裸露的泥炭地，发现了N2O通量排放的热区，最高排放速率高达31 mg/m2·d，与热带和农业土壤的排放量相近[ 6 ]。但是在植被覆盖的区域，N2O通量排放速率几乎可以被忽略[ 6 ]。在俄罗斯亚北极的科米共和国和乌茨约基多年冻土区，也发现了N2O通量的排放热区，裸露的泥炭地N2O排放速率为31.4 mg/m2·d，累计N2O排放量为14 g/m2·yr，这也表明了多年冻土区可以是N2O通量的重要排放源。但是不同类型的生态系统N2O通量排放差异显著，植被覆盖区域N2O通量和累计通量几乎可以被忽略[ 7 ]。在芬兰北部的泥炭地，N2O排放速率为-0.02～0.01 μmol/m2·s，明显低于亚北极裸露的泥炭地[ 12 ]。亚北极加拿大的多年冻土区N2O通量也很低，不同生态系统类型平均N2O通量范围在-0.03～0.16 nmol/m2·s[ 13 ]。北极的新奥尔松多年冻土区，N2O通量排放速率为-6.5～10.8 μg/m2·h[ 14 ]。在我国大兴安岭多年冻土区，三种类型森林沼泽湿的N2O通量排放为11.81～79.25 μg/m2·h，累计排放了0.79～1.07 kg/hm2[ 15 ]。在全年尺度上，兴安落叶松林、白桦林和樟子松林N2O通量的范围为-3.87～1 。

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