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      土壤溫度和水分含量是如何調控城市草坪土壤N2O通量的?——來自LI-COR土壤溫室氣體通量長期監測系統14個月的測量數據

      來源:北京力高泰科技有限公司 發布時間:2021-01-20 15:20:58 點擊數:907 使用提問 咨詢價格

      原文以How do soil temperature and moisture regulate N2O flux from an urban lawn? 為標題發布在LI-COR網站上。

      作者 | 徐六康,Kristen Minish,Derek Trutna

      翻譯 | 子毅

      N2O的全球增溫潛勢(Global Warming Potential,簡稱GWP)是CO2的300倍。因此,N2O是一種重要的溫室氣體。

      全球增溫潛勢(Global warming potential,簡稱GWP),是衡量某種溫室氣體對全球增溫效應的一個參數。在既定時間內,如100年,以CO2的吸熱量為基準,某種相同質量的氣體吸熱量對基準的比值即為GWP。在京都議定書中受管制的溫室氣體有二種:一種是具有很高全球增溫潛勢的;另一種是全球增溫潛勢雖不大,但在地球大氣層中的濃度正在迅速上升的(來源/維基百科)。

      土壤N2O通量是生態系統氮循環中的重要環節。和農業生態系統一樣,城市草坪是人工生態系統。城市草坪被認為是N2O的釋放源。然而,在城市草坪上開展的N2O通量研究很少。本研究監測了城市草坪14個月的土壤N2O通量,同步測量土壤溫度和土壤水分含量,旨在評估非生物環境變量對土壤N2O通量的調控。

      樣地設置

      從2019年9月開始,研究者在美國內布拉斯加州林肯市,布設了LI-8100A/8150多通道土壤溫室氣體長期測量系統(點擊了解更多),共使用了4個Chamber,以及新型N2O分析儀LI-7820(點擊了解更多),連續測量了城市草坪的土壤N2O通量。每30mins重復測量一次,同時測量5cm深處的土壤水分含量和土壤溫度。

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      土壤N2O通量計算公式


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      其中,FN2O :土壤N2O通量(nmol m-2s-1

      V : 測量室體積(m3

      P : 大氣壓強(Pa)

      Wo :初始水汽濃度(mol mol-1

      R :氣體常數(Pa m3mol-1 K-1

      S : 土壤面積(m2

      T : 測量室溫度(K)

      d N2O/dt : N2O的增加速率(nmol mol-1s-1

       

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      LI-7820高精度N2O/H2O氣體分析儀(點擊了解更多)

      結果

      樣地土壤為粉砂粘土,群落組成以羊茅(Festuca spp.)為主,冠層平均高度約5cm。實驗時間從2019年9月到2020年11月中旬,歷時14個月。

      1. 夏季土壤N2O通量約為4.2nmol m-2s-1,冬季大約在零附近。土壤N2O通量與土壤水分含量、土壤溫度密切相關。這與其他草地生態系統的研究結果類似(Bijoor et al.,2008)。

      2. 在冬季早期(2019年10月28日以后),當土壤5cm深處的溫度低于5℃后,N2O通量值趨向于0。

      3. 降雨事件可在短期內迅速提高土壤N2O通量。尤其是在夏季,土壤水分含量低于20%的情況下。

      4. 2020年1月31日至2月15日,冬春交接,冰雪融化,土壤N2O通量會迅速增加。數據顯示,2020年2月初,土壤溫度雖然仍在0℃附近,土壤N2O通量從0附近躍升到0.6 nmol m-2s-1。


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      5. 基于這14個月的數據,累積N2O通量為67.07mg N2O m-2(0.671kg N-N2O ha-1)。和類似生態系統比較,這一數據偏低。例如,2011年,Townsend-Small和Czimczik在加利福尼亞歐文市城市綠地的研究數據顯示,全年的總釋放速率約為1.0-3.0 kg N-N2O m-2yr-1。

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      土壤N2O通量數據示例

      基于8100-104長期測量室(體積5973cm3,面積318cm2),當N2O通量高于0.1 nmol m-2s-1時,線性回歸系數高于0.9。下面是兩個示例:

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      基于土壤長期N2O通量數據,這套閉路測量系統可檢測到的最低N2O通量約為0.05 nmol m-2s-1。一個典型的示例數據如下:2mins的測量時長,測量室內N2O濃度增加了~0.768ppb,這大約是LI-7820 N2O氣體分析儀測量精度(~0.3ppb)的3倍。

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      結論

      1. 內布拉斯加州林肯市羊茅草坪是N2O的釋放源。土壤N2O通量和土壤溫度和土壤水分含量密切相關,冬季土壤N2O通量趨向于0,夏季可達4.2 nmol m-2s-1。

      2. 冬春之交,冰雪融化階段,土壤N2O通量迅速增加。

      3. 降雨事件可迅速促進土壤N2O釋放,尤其是在夏季土壤水分含量低于20%時。

      4. 當前系統組成(LI-8100A/8150聯合LI-7820),能檢測到可信的土壤N2O通量最小值約為0.05 nmol m-2s-1。


      參考文獻

      Bijoor N S, Czimczik C I, Pataki D E, et al. Effects of temperature and fertilization on nitrogen cycling and community composition of an urban lawn[J]. Global Change Biology, 2008, 14(9): 2119-2131.

      Flechard C R, Neftel A, Jocher M, et al. Bi‐directional soil/atmosphere N2O exchange over two mown grassland systems with contrasting management practices[J]. Global Change Biology, 2005, 11(12): 2114-2127.

      Townsend‐Small A, Czimczik C I. Carbon sequestration and greenhouse gas emissions in urban turf[J]. Geophysical Research Letters, 2010, 37(2).

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