中国北方草原甲烷吸收对大气氮沉降响应的区域差异及影响机制

　　 摘要:

大气氮沉降是全球变化的关键驱动因素，深刻调控草原生态系统甲烷（CH4）吸收过程，但其区域尺度响应差异及内在驱动机制尚不明确，制约了CH4收支动态的精准评估。本研究以中国北方草原为对象，在“灰箱”概念模型的基础上构建了大气氮沉降与CH4排放量之间的线性模型，并且提出了可满足区域尺度评估大气氮沉降改变草原CH4排放量的新参数——排放因子R，定义为即每单位大气氮沉降量所增加的CH4排放量，旨在量化R区域变异规律、解析其影响机制，并基于1996—2015年氮沉降数据估算CH4通量变化。通过收集28个样点低剂量氮添加实验数据，结合环境栅格数据集，运用多元统计与空间分析方法得出以下结果：1）CH4吸收对氮沉降响应的区域差异显著，R均值为13.04 mg CH4 g N-1；空间上，典型草原R显著高于荒漠草原，随干旱程度增加呈递减趋势，经纬度梯度上呈“经度先升后降、纬度单峰波动”特征。2）影响机制呈“土壤养分主导-水热条件辅助”格局：土壤养分（土壤有机碳、全氮和全磷）对R变异解释率达27.7%，其中土壤有机碳为核心驱动因子（显著正相关），全氮和全磷协同参与调控；水热条件解释率仅10.5%，湿润区高水分抑制CH4吸收，温带适宜温度下温度调控作用微弱。3）1996—2015年，大气氮沉降共抑制北方草原20.38 Gg CH4 a?1的CH4吸，抑制效应时空格局与R区域差异一致。本研究阐明了北方草原CH4吸收对氮沉降响应的区域格局及驱动机制，完善了区域尺度评估方法，为CH4收支预测及碳中和政策制定提供科学依据。