南極苔原溫室氣體的同位素變化特征及其產(chǎn)生機理識別.pdf

1、土壤是全球大氣溫室氣體的重要的源和匯，過去的研究集中在不同生態(tài)條件下土壤溫室氣體的排放通量。濃度的變化僅反映這些氣體整個累積過程的情況，而對這些氣體穩(wěn)定同位素的研究有助于人們了解溫室氣體的產(chǎn)生和排放機理(曹亞澄等，2008)。南北極由于遠離人類活動區(qū)，自然生態(tài)結(jié)構單一，對全球氣候的變化尤為敏感，使得這里成為全球科學家研究研究氣候變化的理想場所。本文在前人研究工作的基礎上，運用穩(wěn)定同位素的方法，對比分析研究南極苔原土壤三種溫室氣體的同位素

2、組成及其影響因素，試圖從微觀層次上闡明南極苔原土壤溫室氣體的產(chǎn)生機理，為研究全球變化環(huán)境下南極苔原生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)過程提供重要的科學依據(jù)。主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果如下：
　　 (1)對采集于南極法爾茲半島兩個地點的海豹糞土(HS和GS)、阿德雷島兩個地點的企鵝糞土(AB和AF)以及東南極的帝企鵝糞土(DQ和DQT)，在室內(nèi)對所采集的樣品分別在有氧和厭氧條件下進行凍融培養(yǎng)實驗。結(jié)果表明：土壤在厭氧條件下比有氧條件下排放了更多的N2

3、O。在有氧培養(yǎng)下HS，GS，AB和DQT排放的N20的δ15N平均值分別為：0.24±4.09‰，-9.61‰，-4.09‰和32.44‰；δ18O的平均值分別為22.36±2.36‰，27.30‰,41.52‰和25.53‰。在厭氧培養(yǎng)下δ15N的平均值分別為6.72‰，-15.97‰，-8.55‰和35.51‰；δ18O的平均值分別為24.05‰，21.07‰，28.41‰和31.90‰。土壤排放的N2O與當?shù)卮髿釴2O相比普遍貧1

4、5N和18O。除DQT和HS外，δ15N和δ18O在有氧(r=0.774，p＜0.01)和厭氧(r=0.946，p＜0.01)培養(yǎng)下均呈現(xiàn)很好的正相關性。N2O排放量下降的同時伴隨著培養(yǎng)瓶內(nèi)剩余N2O中δ15N和δ18O值的增加，證實N2O還原為N2的過程引起重同位素富集。高的水分含量有利于土壤反硝化作用的進行，使釋放的N2O富集重同位素；pH值也會影響N2O的同位素組成，低pH會引起δ15N值增加。
　　 (2)在野外分別對A

5、d1、Ad2、Ad3、SW1、SW2和SW3（其中Ad1、Ad2、Ad3分別代表了遠離企鵝活動區(qū)、過渡區(qū)和企鵝聚居地的苔原觀測點；SW1、SW2、SW3分別代表了遠離海豹活動區(qū)、過渡區(qū)和海豹活動區(qū)的苔原觀測點）進行CO2排放濃度的現(xiàn)場觀測，同時在現(xiàn)場對這幾個觀測點分別進行遮光和透光觀測，以研究不同的光照條件對CO2濃度排放及其同位素組成的影響。在實驗室內(nèi)對新鮮阿德利企鵝糞MI和GI分別在有氧凍融、有氧恒溫和厭氧恒溫條件下進行培養(yǎng)，以研究

6、有氧和厭氧培養(yǎng)對CP2濃度排放及其同位素組成的影響。結(jié)果表明：太陽光照通過影響苔原植被的光合作用從而問接影響CO2的同位素組成。透光觀測相對于遮光觀測更有利于13C的富集。CO2濃度與δ13C值之間呈現(xiàn)負相關關系，即CO2濃度越高，對應的δ13C值越低。這說明土壤微生物的呼吸作用使土壤釋放的CO2貧13C。厭氧培養(yǎng)下相對于有氧培養(yǎng)更有利于13C的富集，而δ18O值在兩種培養(yǎng)條件下的差異不是很大。野外觀測相對于實驗室培養(yǎng)下CO2的δ13C