城市河岸带绿地N2O和CH4排放对硝态氮输入的短期响应研究

2020-01-15邓焕广张智博

聊城大学学报（自然科学版） 2020年2期

邓焕广张智博刘涛张菊

(聊城大学环境与规划学院，山东聊城 252059)

全球城市化进程不断加快，城市空间面积每年新增约10万km2 [1]，同时人口高度集聚，导致大量物质、能源被集中消耗，温室气体排放量剧增.河岸带绿地作为城市生态发展的重要载体，具有重要的雨水径流净化功能，可通过物理、化学和生物等作用阻控截留地表径流中N素[2]，输入的N素可通过土壤微生物主导的硝化、反硝化等作用产生N2O和N2彻底脱离土壤[3,4]，土壤有机碳矿化是土壤重要的生物地球化学过程，与土壤养分释放和CH4、CO2排放有直接关系，均是温室气体的重要排放源之一[5].在N输入过程中，土壤含水率的变化、氮输入量和种类均会影响N2O和CH4的排放[6,7]，众多研究表明氮输入会显著促进温室气体的释放[8-11]，但氮种类对其影响差异较大主要集中于铵态氮和有机氮的输入[8,9]，而对硝态氮输入的研究较少；且当前关于氮输入影响的研究主要集中于河口、湿地等自然生态系统[9，12-16]，而对于城市绿地的研究较少.

1 试验材料与方法

1.1 研究区域概况

上海属亚热带海洋性季风气候，温和湿润，降水充沛，多年平均降水量约为1200 mm，年平均降雨日为131 d，上海城市河岸带多被改造为坡度较缓的人工绿地并具有水泥垂直护岸的河岸带.试验场地所在的长风2号绿地南临苏州河，沿苏州河岸线长468 m，宽80-130 m，选择生长有城市绿化常见种—矮生百慕大草(Cynodon dactylon)的绿草地进行试验.

1.2 试验方法与样品分析

试验采用静态箱-气相色谱法.静态箱由底座和箱体两部分组成，箱体由内径和高分别为30 和60 cm的透明有机玻璃圆筒制成；底座为不锈钢制成，内径为29 cm，上端有3 cm深、2 cm宽的密封槽，槽内填充硅胶密封条.箱内顶部设有CPU风扇和气体采样口.每次试验开始前1周在长风绿地固定区域选取百慕大草生长均一并避开已进行过试验的区域(图1)，插入底座静置，使其与土壤紧密接触，防止箱内外气体交换.

1.3 数据计算与统计

温室气体排放通量表示单位时间单位面积静态箱内该气体量的变化，正值表示气体排放，负值表示气体吸收，用公式表示为[21]

(1)

所有的数据统计均由Excel2013和SPSS18.5完成，图形由Origin2015完成.差异性比较采用One-way ANOVA检验，交互影响采用Three-way AVOVA检验，相关性分析通过Pearson相关检验进行.

2 结果

2.1 环境因子与土壤理化性质

如图1所示，试验期间各季节光照强度、气温和各深度土壤温度均呈现明显的日变化规律，中午气温、土温和光照强度最高，在春夏季土壤温度随深度增加呈持续降低的变化趋势，而在秋冬季节则表现为5 cm>10 cm>15 cm> 0 cm的变化趋势.受气候变化影响，各季节气温均存在极显著差异(P<0.01)；昼间光照强度春季最高(26698.1±19017.4 lux)，秋季最低(11712.0±7791.3 lux)(表1)，春夏和秋冬两组季节间有显著差异，而组内无显著差异；同一深度地温的季节差异性均极显著(P<0.01)，但相同季节地温间深度差异不同，春季各深度地温均存在极显著差异(P<0.01)，夏季则均不存在显著性差异；秋季各深度地温(除10和15 cm深度间)均具有极显著性差异(P<0.01)；冬季0、5和10 cm深度之间地温不存在显著差异，但均与15 cm深度温度有极显著性差异(P<0.01).

环境参数春夏秋冬气温/℃28.5±5.10A31.7±3.16B15.8±3.76C6.47±4.27D0 cm地温/℃25.8±4.43Aa-15.1±1.77Ca6.96±3.34Da5 cm地温/℃25.0±3.57Ab30.7±1.60Ba15.4±1.13Cb8.06±2.51Da10 cm地温/℃23.8±2.83Ac31.7±1.00Ba16.8±1.07Cc7.32±2.04Da15 cm地温/℃22.6±2.42Ad28.4±0.89Ba16.6±0.71Cc6.91±1.47Db光照强度(昼间)/ 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深度地温缺失；同行不同大写字母表示同一指标不同季节间具有显著性差异(P<0.05)，同列不同小写字母表示同一季节不同深度地温间具有显著性差异(P<0.05).