使用Picarro分析仪测量农业管理泥炭地的温室气体排放特征

本研究的目的是评估在农业管理的泥炭地上覆盖矿物土壤对温室气体排放的影响，特别是对二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放的影响。通过对比覆盖与未覆盖矿物土壤的泥炭地，研究旨在确定矿物土壤覆盖是否能够有效减少温室气体排放，尤其是氧化亚氮（N₂O）的排放。此外，研究还探讨了矿物土壤覆盖对土壤有机碳损失的影响，为泥炭地的可持续管理提供科学依据。

图1：矿物土覆盖功能示意图

研究地点位于瑞士莱茵河谷的农业管理泥炭地，设置了覆盖矿物土壤（Cov）和未覆盖（Ref）的对照实验区。

图2：两个配对的试验点，没有(Ref蓝色框区)和有(Cov橙色框区)矿物土壤覆盖。涡度相关(EC)系统、地下水观测井、土壤传感器等观测设备位于Ref (E1)和Cov (E2)的中心。年累积足迹贡献用黑色虚线表示。

使用Vaisala监测气象参数，包括空气温度、压力、相对湿度、全球辐射和降水。测量土壤特性，如pH值、土壤孔隙体积、水分含量和温度。通过收获生物质的质量和碳氮含量来确定收获和施肥的碳氮交换量。使用元素分析仪对植被样本进行碳和氮含量的测定。

NECB包括了生物量收获、有机肥料的碳输入、CO₂和CH₄的气体交换。GHG预算综合了CO₂、CH₄和N₂O的排放，并使用IPCC的全球变暖潜能（GWP）将不同GHG的年度通量转换为CO₂当量。

这些方法的结合提供了一个全面的框架，用以评估和管理农业泥炭地的温室气体排放，为制定减少温室气体排放的策略提供了科学依据。

图3：无(Ref)和有(Cov)矿质土壤覆盖的净生态系统碳收支(NECB)的碳组分。负数表示碳吸收，正数表示碳排放。

图4：没有(Ref)和有(Cov)矿物土壤覆盖的场地的温室气体通量，CH₄排放量太小，无法可视化。不同的小写字母表示Ref和Cov在同一年内存在显著差异，不同的大写字母表示Ref或Cov在三年内存在显著差异。

覆盖矿物土壤层在减少土壤有机碳损失方面效果有限，因为这些损失主要由空气接触的碳储量大小决定。然而，矿物土壤覆盖显著降低了氧化亚氮（N₂O）排放，这主要是通过改变表层土壤属性实现的。研究还发现，通过提高地下水位（相对于泥炭表面），可以有效地减少土壤有机碳损失。矿物土壤覆盖层不仅能够增加土壤的承载能力，提供非饱和的顶层土壤，从而允许定期农业生产，还为延长有机土壤的农业利用期限提供了一种可行的管理策略。因此，矿物土壤覆盖可以作为在泥炭地不适合重新湿润或因社会经济限制而无法实施其他减排措施时的替代方案。