内蒙古农牧交错带土地利用方式对CH4吸收和N2O排放的影响

全球变暖是当前倍受关注的环境问题，CH4和N2O是重要的温室气体。农牧交错带的边际性和脆弱性特征已引起广大学者普遍关注，然而，农牧交错带土地利用格局的变化对温室气体排放/吸收的影响及其微生物学机理及相互间关系还鲜有研究。本研究拟以内蒙古农牧交错带为试验区域，采用野外原位观测和数值模拟相结合的方法，分析该区CH4吸收和N2O排放规律，揭示土壤因素、气候因素、生物因素的驱动作用。应用培养实验和分子生物学技术，基于甲烷氧化菌、硝化菌、反硝化菌的分子生态学角度，结合土壤因素（质地，土壤有机碳，水溶性碳，微生物碳、氮含量等）,阐明土壤特性和微生物对CH4吸收和N2O排放的驱动作用，揭示土地利用方式变化引起CH4吸收和N2O排放差异的驱动机制和排放机理。本项目的实施不仅有助于客观评价农牧交错带温室气体的源汇功能，提供有效控制CH4和 N2O排放的措施，也为农牧业和环境的可持续发展提供科学依据。

本项目针对全球变暖倍受关注的CH4和N2O两种重要的温室气体，研究农牧交错带土地利用格局变化对CH4吸收和N2O排放的影响及其微生物学机理。本研究采用野外原位观测和数值模拟相结合的方法，分析土地利用变化影响农牧交错带CH4吸收和N2O排放规律。应用培养实验和分子生物学技术，结合土壤因素（质地，土壤有机碳，水溶性碳，微生物碳、氮含量等）, 揭示土地利用方式变化农田开垦年限驱动CH4吸收和N2O排放差异。(1)草地转变为农田过程中，N2O排放规律是先升高后降低。开垦5-10年农田N2O排放比草地低10%-50%，开垦50年农田比草地高10%-30%。作物生长季决定N2O排放的单一土壤因子是土壤水分含量。在土壤因子交互作用下，阐明土壤水分含量和NH4+-N 含量是CH4吸收和N2O排放驱动因子。研究证实草地转变为农田的年限能决定N2O排放。(2) 草地开垦为农田开垦年限对土壤特性产生重要影响。草地土壤营养高于草地开垦为农田的土壤，草地转变为农田导致土壤碳储量损失和相关土壤特性改变。0-30 cm土层，开垦50年的农田土壤有机碳含量(3.28 kg C/m2 )显著低于草原土壤(6.32 kg C/m2). 开垦 5, 10, 15, 20, 35和50 农田土壤有机碳和草原相比分别损失17%, 12%, 19%, 47%, 46%, and 48%。开垦50年的农田土壤总氮（35 g N/m2）少于草地土壤65 g N/m2。草地转变为农田的50年中，水溶性有机碳、有效钾、粘粒含量和PH降低，土壤容重和砂粒含量增加。(3)草地开垦为农田,促进CH4吸收。开垦5年-50年农田CH4吸收量比草地土壤增加20%-280%。随着开垦年限延长，5年-50年农田CH4累积吸收量降低。草地土壤和开垦5年-50年农田土壤CH4吸收与土壤水分含量和NH4+-N 含量呈负相关关系(R2=0.7380, P<0.01)。草地转变为农田后,土壤水分含量和NH4+-N 含量驱动不同开垦年限的农田土壤和草地土壤CH4吸收差异。本项目的实施不仅有助于提供有效控制CH4和 N2O排放的措施，也为农牧业和环境的可持续发展提供科学依据。