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高寒草地生物地球化学过程学科组揭示了全球草地生态系统氧化亚氮排放速率对氮沉降响应特征及调控因素
2020-12-30 科技处 | 【 】【打印】【关闭

  2020年12月,世界气象组织(WMO)发布《2020年全球气候状况》临时报告指出,全球气候变化仍在继续,2020年将成为有记录以来最暖的三个年份之一。2020年全球平均气温比工业化前高出约1.2摄氏度。氧化亚氮(N2O)是引起全球气候变化的三大温室气体之一,2019年全球大气氧化亚氮浓度达到新高,约332.0 ± 0.1 ppb,相比于工业革命之前面,浓度增加了123%。N2O在大气中存在寿命较长约121年,等摩尔浓度增温潜势为CO2的265倍,其对全球增温具有长期潜在深远的影响。

  大气氮沉降增加是全球变化重要特征之一,也是反映大气环境质量状况变化的重要指标,它对全球尺度碳氮循环及环境质量均具有重要影响。从20世纪以来,全球范围的大气氮沉降量显著增加,达到每年约103 Tg,预计到2050年全球大气氮沉降量可能达到195 Tg,远远超出全球氮素临界负荷(100 Tg/a)。氮沉降显著提高土壤供给微生物利用的氮素水平,可能会大幅增加草地生态系统N2O排放量。目前,有关氮沉降对全球草地生态系统氧化亚氮排放特征的影响强度及调控机理尚不清晰。
  本研究基于全球草地生态系统已开展的80项模拟氮沉降试验(图1)结果进行meta分析表明:氮沉降极显著增加全球草地生态系统N2O排放速率,平均效应值约为1.64 ± 0.14 (95%置信区间为1.37-1.92,P<0.0001,图2)。采用随机效应模型,引入分类变量(氮素类型)作为解释变量,发现不同氮素对平均效应值影响强度顺序依次为:家畜尿液、尿液和粪便混合物、粪便、硫酸铵、硝酸铵和尿素(图3)。通过混合效应模型,引入连续变量作为解释变量发现,全球草地生态系统平均效应值主要受气温、海拔及pH值影响,分别可以解释25.88%、20.50%和19.99%的效应值变异。积极应对全球增温和土壤酸化及退化程度,降低全球平均气温和延缓土壤pH降低趋势,均有利于降低氮沉降对草地生态系统N2O排放的激发效应。
  研究结果于2020年12月,以Nitrogen deposition increases global grassland N2O emission rates steeply: a meta-analysis为题,发表在农林科学一区期刊 Catena,影响因子4.33。该研究得到了第二次青藏科考项目(2019QZKK0302)、国家自然科学基金面上项目(31770532),以及中科院“西部之光”西部青年学者A类项目和青海省寒区恢复生态学重点实验室开放课题资助。杜岩功研究员为该论文第一作者和共同通讯作者。
1 全球草地生态系统氧化亚氮排放速率对氮沉降的响应试验研究样点

2 全球草地生态系统氧化亚氮排放速率对氮沉降响应的平均效应值及置信区间

3 对比分析草地生态系统氧化亚氮排放对不同类型氮素响应的平均效应值

 

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