城市河岸帶綠地N2O和CH4排放對硝態(tài)氮輸入的短期響應(yīng)研究

鄧煥廣 張智博 劉 濤 張 菊

(聊城大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，山東 聊城 252059)

全球城市化進(jìn)程不斷加快，城市空間面積每年新增約10萬km2 [1]，同時人口高度集聚，導(dǎo)致大量物質(zhì)、能源被集中消耗，溫室氣體排放量劇增.河岸帶綠地作為城市生態(tài)發(fā)展的重要載體，具有重要的雨水徑流凈化功能，可通過物理、化學(xué)和生物等作用阻控截留地表徑流中N素[2]，輸入的N素可通過土壤微生物主導(dǎo)的硝化、反硝化等作用產(chǎn)生N2O和N2徹底脫離土壤[3,4]，土壤有機(jī)碳礦化是土壤重要的生物地球化學(xué)過程，與土壤養(yǎng)分釋放和CH4、CO2排放有直接關(guān)系，均是溫室氣體的重要排放源之一[5].在N輸入過程中，土壤含水率的變化、氮輸入量和種類均會影響N2O和CH4的排放[6,7]，眾多研究表明氮輸入會顯著促進(jìn)溫室氣體的釋放[8-11]，但氮種類對其影響差異較大主要集中于銨態(tài)氮和有機(jī)氮的輸入[8,9]，而對硝態(tài)氮輸入的研究較少；且當(dāng)前關(guān)于氮輸入影響的研究主要集中于河口、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)[9，12-16]，而對于城市綠地的研究較少.

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

上海屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫和濕潤，降水充沛，多年平均降水量約為1200 mm，年平均降雨日為131 d，上海城市河岸帶多被改造為坡度較緩的人工綠地并具有水泥垂直護(hù)岸的河岸帶.試驗場地所在的長風(fēng)2號綠地南臨蘇州河，沿蘇州河岸線長468 m，寬80-130 m，選擇生長有城市綠化常見種—矮生百慕大草(Cynodon dactylon)的綠草地進(jìn)行試驗.

1.2 試驗方法與樣品分析

試驗采用靜態(tài)箱-氣相色譜法.靜態(tài)箱由底座和箱體兩部分組成，箱體由內(nèi)徑和高分別為30 和60 cm的透明有機(jī)玻璃圓筒制成；底座為不銹鋼制成，內(nèi)徑為29 cm，上端有3 cm深、2 cm寬的密封槽，槽內(nèi)填充硅膠密封條.箱內(nèi)頂部設(shè)有CPU風(fēng)扇和氣體采樣口.每次試驗開始前1周在長風(fēng)綠地固定區(qū)域選取百慕大草生長均一并避開已進(jìn)行過試驗的區(qū)域(圖1)，插入底座靜置，使其與土壤緊密接觸，防止箱內(nèi)外氣體交換.

1.3 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計

溫室氣體排放通量表示單位時間單位面積靜態(tài)箱內(nèi)該氣體量的變化，正值表示氣體排放，負(fù)值表示氣體吸收，用公式表示為[21]

(1)

所有的數(shù)據(jù)統(tǒng)計均由Excel2013和SPSS18.5完成，圖形由Origin2015完成.差異性比較采用One-way ANOVA檢驗，交互影響采用Three-way AVOVA檢驗，相關(guān)性分析通過Pearson相關(guān)檢驗進(jìn)行.

2 結(jié)果

2.1 環(huán)境因子與土壤理化性質(zhì)

如圖1所示，試驗期間各季節(jié)光照強(qiáng)度、氣溫和各深度土壤溫度均呈現(xiàn)明顯的日變化規(guī)律，中午氣溫、土溫和光照強(qiáng)度最高，在春夏季土壤溫度隨深度增加呈持續(xù)降低的變化趨勢，而在秋冬季節(jié)則表現(xiàn)為5 cm>10 cm>15 cm> 0 cm的變化趨勢.受氣候變化影響，各季節(jié)氣溫均存在極顯著差異(P<0.01)；晝間光照強(qiáng)度春季最高(26698.1±19017.4 lux)，秋季最低(11712.0±7791.3 lux)(表1)，春夏和秋冬兩組季節(jié)間有顯著差異，而組內(nèi)無顯著差異；同一深度地溫的季節(jié)差異性均極顯著(P<0.01)，但相同季節(jié)地溫間深度差異不同，春季各深度地溫均存在極顯著差異(P<0.01)，夏季則均不存在顯著性差異；秋季各深度地溫(除10和15 cm深度間)均具有極顯著性差異(P<0.01)；冬季0、5和10 cm深度之間地溫不存在顯著差異，但均與15 cm深度溫度有極顯著性差異(P<0.01).

環(huán)境參數(shù)春夏秋冬氣溫/℃28.5±5.10A31.7±3.16B15.8±3.76C6.47±4.27D0 cm地溫/℃25.8±4.43Aa-15.1±1.77Ca6.96±3.34Da5 cm地溫/℃25.0±3.57Ab30.7±1.60Ba15.4±1.13Cb8.06±2.51Da10 cm地溫/℃23.8±2.83Ac31.7±1.00Ba16.8±1.07Cc7.32±2.04Da15 cm地溫/℃22.6±2.42Ad28.4±0.89Ba16.6±0.71Cc6.91±1.47Db光照強(qiáng)度(晝間)/ lux26698.1±19017.4A17529.3±9010.7A11712.0±7791.3B16433.3±12957.7BSOM/(g·kg-1)6.2110.74.784.07NH+4-N/(mg·kg-1)3.091.062.611.09NO-3-N+ NO-2-N /(mg·kg-1)1.770.241.040.90

注：夏季0 cm深度地溫缺失；同行不同大寫字母表示同一指標(biāo)不同季節(jié)間具有顯著性差異(P<0.05)，同列不同小寫字母表示同一季節(jié)不同深度地溫間具有顯著性差異(P<0.05).

2.2 不同硝氮輸入量對岸帶綠地N2O排放的影響

2.3 不同硝氮輸入量對岸帶綠地CH4排放的影響

2.4 不同硝氮輸入量下岸帶綠地N2O和CH4排放的影響因素分析

表2 季節(jié)和輸入量對N2O和CH4排放通量影響效應(yīng)的顯著性分析

表3 各處理方式下N2O和CH4排放通量與其他因素的相關(guān)性分析

注：a表示P<0.01;b表示P<0.05.

3 討論

4 結(jié)論