中文摘要：

申请者等已对南极苔原氧化亚氮（N2O）排放通量时空变化规律及其影响因素等方面开展了系统地研究,但这些研究多侧重于宏观界面N2O排放通量观测,而对土壤N2O产生和还原及其同位素变化特征等微观过程的研究严重欠缺；国外也未见有南极苔原土壤N2O同位素及其产生途径的研究报道。本项目将重点开展南极苔原大气和土壤源N2O同位素组成的时空变化特征及其影响因素的研究，阐明南极土壤N2O产生过程中同位素分馏效应及其同位素异构体位置优先值的变化特征，并应用同位素方法与成果识别南极苔原土壤N2O产生机理。这些研究结果将进一步丰富土壤N2O同位素理论，有助于从土壤微观层次上增进对极端环境下南极苔原N2O产生与排放过程的认识；推动南极苔原N2O研究从通量观测的宏观描述性阶段向微观过程层次的机理研究方向深入发展，这对于揭示气候变化对南极苔原氮素循环的影响也具有重要的科学意义。

结论摘要：

温室气体的同位素可有效识别其来源途径与产生机理。项目组成员对南极苔原生态区土壤源氧化亚氮同位素变化特征、影响因素及其对N2O产生机理的识别等,开展了系统地研究。发现南极苔原土壤反硝化作用相对富集重同位素，而硝化作用相对消耗重同位素；查明了反硝化作用是南极鸟粪土N2O主要来源途径；发现N2O氮氧同位素值呈显著正相关；证实N2O还原为N2过程会引起重同位素富集；土壤水分含量增加有利于反硝化作用进行，导致排放的N2O富集重同位素； pH值对土壤排放的N2O同位素组成有重要影响，低pH引起重同位素富集。研究了南极苔原CO2和CH4同位素组成，阐明了光合与呼吸过程对同位素组成的影响，发现南极苔原植被的光合作用导致大气CO2富集13C；而呼吸作用释放的CO2相对贫13C；查明了海洋大气中CO2同位素组成随纬度的变化规律及其影响因素，提出了海洋大气CO2同位素组成是海洋CO2源汇强度灵敏的指示剂。 此外，还深入研究了南极与高纬度北极苔原与湖泊系统温室气体通量的时空变异规律及其影响因素，阐明了海洋动物对极地苔原温室气体通量的影响，提出海洋动物聚居地是极区甚至全球N2O和CH4排放的热点，且当前气候变暖将进一步加剧二者的排放；查明藻类的光合作用显著增加了湖泊N2O的排放，但减少了CH4排放。研究了极地苔原土壤与北极王湾海洋沉积物中基质结合态磷化氢（MBP）的分布规律及其影响因素；查明MBP含量与磷酸酶活性和总有机碳、总氢、总硫浓度呈显著正相关，与磷组分含量相关不显著，表明MBP产生与微生物调控的因子有关，而不受磷组分所控制。阐明了冰川活动对海洋沉积物MBP浓度和磷循环的影响。运用16S rDNA-DGGE和定量PCR，对南极苔原土壤酶活性以及企鹅和海豹粪土剖面细菌群落的分布特征进行了研究，土壤细菌丰度与有机碳、总氮水平呈显著正相关，且高度响应于粪土剖面中企鹅粪、海豹粪相对含量的变化；16S rDNA-DGGE分析揭示了企鹅和海豹粪土中复杂的细菌群落结构，且DGGE条带数和优势带数随土壤深度递减; 海洋动物粪沉降量对南极土壤剖面细菌丰度与多样性垂直分布有重要影响。 发表标有该项目资助号的论文计15篇(含接受1篇)，其中SCI论文9篇；国内核心期刊论文6篇。通过该项目，为我国在南极积累了大量的痕量气体浓度与同位素观测资料，奠定了我国在南极该研究领域的领先地位。