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武汉植物园在水文变化与氮磷添加对三峡水库消落区温室气体排放研究中取得新进展

2021-06-02 | 来源:系统生态学学科组 叶琛| 【  

  水库消落区是水库水体季节性涨落,水陆衔接地带的土地周期性淹没而形成的一种特殊的库区生境,是生物地球化学循环的“热区”。近些年来,随着降雨格局的改变和人为建坝干扰的加剧,消落区面临着剧烈的水文变化的影响。而且,农业氮磷肥的使用量逐年上升,其利用率较低,大量氮磷肥流失随地表径流进入消落区和水体,进而对消落区生物地球化学循环产生较大影响。消落区温室气体(CO2CH4N2O)排放是全球变化生态学研究的热点之一,但目前有关消落区水文变化和氮磷输入增加对土壤温室气体排放的影响及其相关的微生物学机制还缺乏足够了解。

  中国科学院水生植物与流域生态重点实验室、武汉植物园系统生态学学科组博士研究生石文俊在张全发研究员和叶琛研究员的指导下,针对三峡水库消落区面临的频繁水文变化及农业氮磷输入增加的实际问题,以三峡水库消落区为研究对象,开展原位控制实验,探讨水文变化与氮磷输入对消落区土壤温室气体排放的影响及其机制。研究结果表明,水文变化显著影响了三种温室气体的排放,其中长期淹没显著减少CO2N2O的排放,但增加CH4的排放。氮磷同时添加促进三种温室气体的排放,而磷单独添加显著减少了N2O的排放。qPCR结果显示,长期水淹显著减少了甲烷氧化、硝化作用和反硝化作用相关功能基因丰度;而氮磷同时添加则增加了与三种温室气体产生过程相关的功能基因丰度。因此,水文变化和养分添加主要通过改变土壤环境因子(氧化还原条件、土壤湿度、土壤有机碳)及相关功能基因丰度来影响温室气体排放。利用百年尺度全球增温潜势(GWP)模型,估算三峡水库消落区落干时温室气体排放量约为 0.83 ± 0.08×106 tCO2-eq yr-1,长期水淹能减少温室气体排放量约为0.28×106 t CO2-eq yr-1,而氮磷同时输入将增加消落区温室气体排放量约为0.24×106 t CO2-eq yr-1。该研究对于厘清消落区生态系统碳排放机制和核算流域碳收支具有重要意义。

  该研究得到了国家自然科学基金(3187049832071634)、中国科学院青年创新促进会(2019334)支持。研究成果以Divergent effects of hydrological alteration and nutrient addition on greenhouse gas emissions in the Water Level Fluctuation Zone of the Three Gorges Reservoir, China为题,发表在国际期刊Water Research上。

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135421005066#bib0026. 

 

水文变化和氮磷添加对消落区温室气体排放的差异性影响

 
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