荒漠土壤氧化亚氮排放及其驱动因素研究进展

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00082

摘要/Abstract

摘要：

氧化亚氮（N₂O）具有寿命长、增温潜势高且对臭氧层破坏性大等特点，陆地生态系统是其产生的主要来源。温度升高、降水变化以及由此引起的土壤中多种生物过程的改变，会促进或抑制N₂O排放，进而对环境产生深远影响。基于此，本文回顾和总结了有关国内外荒漠区土壤N₂O排放的研究进展，分析了荒漠土壤N₂O的产生-排放过程及排放通量，并详细综述了环境因子、土壤生物和非生物因素对荒漠土壤N₂O排放的影响机制。结果表明：荒漠土壤N₂O排放由硝化作用和反硝化作用主导，且具有明显的季节特征，具体表现为生长季排放量高，非生长季排放量低甚至为负。在总结已有研究的基础上，展望了荒漠区土壤N₂O排放的研究方向及亟待解决的问题：（1）基于同位素示踪技术及分子生物学技术探究微生物及相关功能基因对荒漠土壤N₂O产生和消耗的影响；（2）探究不同时间尺度（日、月、季节以及年际）多因素交互作用下荒漠土壤N₂O排放规律；（3）完善荒漠生态系统N₂O排放模型，并评估其对环境变化的影响。

关键词: 荒漠生态系统, 气候变化, 硝化/反硝化作用, 排放通量, 功能基因

Abstract:

Nitrous oxide （N₂O） has the characteristics of long lifespan， high warming potential and great damage to the ozone layer. Terrestrial ecosystem is the main source of N₂O. Global climate change lead to the change of temperature， rainfall and biological process in desert ecosystem， which will promote or inhibit N₂O emissions and further influence of the environment. Therefore， this paper summarized the latest domestic and foreign researches on soil N₂O emission in desert regions. We analyzed the production process and emission flux of N₂O in desert soil， and further reviewed the effect of environmental factors and soil biological and abiotic factors on desert soil N₂O emission. The soil N₂O emission in desert ecosystems， dominated by nitrification and denitrification， has seasonal characteristics （high emissions in growing season and low emissions or absorb N₂O in non-growing season）. On the basis of the previous researches， some topics that need to be solved urgently in the research field about soil N₂O emission are prospected at the end of this paper. The ideas and pathways solve these problems as follows： firstly， isotope tracer method and molecular biological technique should be used to explore the effects of soil micro-organisms and its related functional genes on N₂O emissions and consumption in arid and semi-arid regions； secondly， investigate the patterns of N₂O emissions in desert soils under the interaction of multiple factors at different time scales （daily， monthly， seasonal and interannual）； thirdly， refine the N₂O emission models in desert ecosystems and assess the impact of N₂O emission on environmental change.

Key words: desert ecosystems, climate change, nitrification/denitrification, emission flux, functional genes

中图分类号:

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图/表 2

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	苔藓	结皮土	季节性	—	—	-15.5~4.5	[33]
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	草本	砂质土	全年	0.13	—	0~3.46	[32]
	牧草	砂质土	全年	0.13	43	1.49（均值）	[30]
	稀疏灌木，草本	砂质土	夏季	—	—	0~8	[11]
干旱草原	草本	砂质土	全年	0.22	53	-0.7~10.3	[34]
干旱草原	草本	砂质土	生长季	—	—	8.58（均值）	[35]
半干旱草地	草本	砂质土	生长季	—	—	-0.14~46.62	[36]
半干旱草地	草本	细壤土	生长季	—	—	0~400	[37]
半干旱草原	草本	盐碱土	生长季	13.1	90	18.7（均值）	[38]
	牧草	砂质土	生长季	—	—	19.8（均值）	[29]
	草本	砂质土	生长季	—	—	-0.34~0.12	[39]
	草本	砂质土	生长季	—	—	2.8~3.9	[40]
	草本	砂质土	生长季	—	—	3.4~12	[41]
	苔藓	结皮土	生长季	—	—	-0.42~0.84	[42]
	草本	砂质土	生长季	—	—	4（均值）	[43]

生境类型	植被类型	土壤类型	观测时间	年排放量 /(kg·hm^-2)	生长季排放量占全年比重/%	排放通量 /(μg·m^-2·h^-1)	参考文献
荒漠	藻类	结皮土	全年	-0.19	—	-2.12（均值）	[10]
	藻类	结皮土	季节性	—	—	-18.5~9.8	[33]
	苔藓	结皮土	全年	-3.87	—	-4.42（均值）	[10]
	苔藓	结皮土	季节性	—	—	-15.5~4.5	[33]
	混生	结皮土	全年	-0.27	—	-3.12（均值）	[10]
	草本	砂质土	全年	0.13	—	0~3.46	[32]
	牧草	砂质土	全年	0.13	43	1.49（均值）	[30]
	稀疏灌木，草本	砂质土	夏季	—	—	0~8	[11]
干旱草原	草本	砂质土	全年	0.22	53	-0.7~10.3	[34]
干旱草原	草本	砂质土	生长季	—	—	8.58（均值）	[35]
半干旱草地	草本	砂质土	生长季	—	—	-0.14~46.62	[36]
半干旱草地	草本	细壤土	生长季	—	—	0~400	[37]
半干旱草原	草本	盐碱土	生长季	13.1	90	18.7（均值）	[38]
	牧草	砂质土	生长季	—	—	19.8（均值）	[29]
	草本	砂质土	生长季	—	—	-0.34~0.12	[39]
	草本	砂质土	生长季	—	—	2.8~3.9	[40]
	草本	砂质土	生长季	—	—	3.4~12	[41]
	苔藓	结皮土	生长季	—	—	-0.42~0.84	[42]
	草本	砂质土	生长季	—	—	4（均值）	[43]

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