产品应用

相关产品

相关产品资讯

您现在的位置:首页 > 产品应用 > 典型案例 > 典型案例

土壤温度和水分含量是如何调控城市草坪土壤N2O通量的?——来自LI-COR土壤温室气体通量长期监测系统14个月的测量数据

来源:北京力高泰科技有限公司 发布时间:2021-01-20 15:20:58 点击数:384 使用提问 咨询价格

原文以How do soil temperature and moisture regulate N2O flux from an urban lawn? 为标题发布在LI-COR网站上。

作者 | 徐六康,Kristen Minish,Derek Trutna

翻译 | 子毅

N2O的全球增温潜势(Global Warming Potential,简称GWP)是CO2的300倍。因此,N2O是一种重要的温室气体。

全球增温潜势(Global warming potential,简称GWP),是衡量某种温室气体对全球增温效应的一个参数。在既定时间内,如100年,以CO2的吸热量为基准,某种相同质量的气体吸热量对基准的比值即为GWP。在京都议定书中受管制的温室气体有二种:一种是具有很高全球增温潜势的;另一种是全球增温潜势虽不大,但在地球大气层中的浓度正在迅速上升的(来源/维基百科)。

土壤N2O通量是生态系统氮循环中的重要环节。和农业生态系统一样,城市草坪是人工生态系统。城市草坪被认为是N2O的释放源。然而,在城市草坪上开展的N2O通量研究很少。本研究监测了城市草坪14个月的土壤N2O通量,同步测量土壤温度和土壤水分含量,旨在评估非生物环境变量对土壤N2O通量的调控。

样地设置

从2019年9月开始,研究者在美国内布拉斯加州林肯市,布设了LI-8100A/8150多通道土壤温室气体长期测量系统(点击了解更多),共使用了4个Chamber,以及新型N2O分析仪LI-7820(点击了解更多),连续测量了城市草坪的土壤N2O通量。每30mins重复测量一次,同时测量5cm深处的土壤水分含量和土壤温度。

1611126285979588.jpg

土壤N2O通量计算公式


1611126337169027.png

其中,FN2O :土壤N2O通量(nmol m-2s-1

V : 测量室体积(m3

P : 大气压强(Pa)

Wo :初始水汽浓度(mol mol-1

R :气体常数(Pa m3mol-1 K-1

S : 土壤面积(m2

T : 测量室温度(K)

d N2O/dt : N2O的增加速率(nmol mol-1s-1

 

1611126948374905.jpg

LI-7820高精度N2O/H2O气体分析仪(点击了解更多)

结果

样地土壤为粉砂粘土,群落组成以羊茅(Festuca spp.)为主,冠层平均高度约5cm。实验时间从2019年9月到2020年11月中旬,历时14个月。

1. 夏季土壤N2O通量约为4.2nmol m-2s-1,冬季大约在零附近。土壤N2O通量与土壤水分含量、土壤温度密切相关。这与其他草地生态系统的研究结果类似(Bijoor et al.,2008)。

2. 在冬季早期(2019年10月28日以后),当土壤5cm深处的温度低于5℃后,N2O通量值趋向于0。

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

4. 2020年1月31日至2月15日,冬春交接,冰雪融化,土壤N2O通量会迅速增加。数据显示,2020年2月初,土壤温度虽然仍在0℃附近,土壤N2O通量从0附近跃升到0.6 nmol m-2s-1


1611127046135391.png

5. 基于这14个月的数据,累积N2O通量为67.07mg N2O m-2(0.671kg N-N2O ha-1)。和类似生态系统比较,这一数据偏低。例如,2011年,Townsend-Small和Czimczik在加利福尼亚欧文市城市绿地的研究数据显示,全年的总释放速率约为1.0-3.0 kg N-N2O m-2yr-1

1611127080101891.png

土壤N2O通量数据示例

基于8100-104长期测量室(体积5973cm3,面积318cm2),当N2O通量高于0.1 nmol m-2s-1时,线性回归系数高于0.9。下面是两个示例:

1611127122939945.png

基于土壤长期N2O通量数据,这套闭路测量系统可检测到的最低N2O通量约为0.05 nmol m-2s-1。一个典型的示例数据如下:2mins的测量时长,测量室内N2O浓度增加了~0.768ppb,这大约是LI-7820 N2O气体分析仪测量精度(~0.3ppb)的3倍。

1611127144171958.png

结论

1. 内布拉斯加州林肯市羊茅草坪是N2O的释放源。土壤N2O通量和土壤温度和土壤水分含量密切相关,冬季土壤N2O通量趋向于0,夏季可达4.2 nmol m-2s-1

2. 冬春之交,冰雪融化阶段,土壤N2O通量迅速增加。

3. 降雨事件可迅速促进土壤N2O释放,尤其是在夏季土壤水分含量低于20%时。

4. 当前系统组成(LI-8100A/8150联合LI-7820),能检测到可信的土壤N2O通量最小值约为0.05 nmol m-2s-1


参考文献

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).