土壤水分对秦岭火地塘天然次生油松林不同坡位土壤温室气体通量的影响

发布时间：2020-08-12 09:48

【摘要】：我国森林大多分布在山地、丘陵地区,这导致了森林土壤温室气体通量常常因地形不同而呈现不同的时空变异。空间尺度上,坡位间环境因子的变化是温室气体通量产生差异的主要原因。本研究在秦岭火地塘天然次生油松林内从上到下选取四个坡位,以野外样地各坡位土壤孔隙充水率(WFPS)在一年间的变动范围为依据,设置低、中、高三个水分梯度,监测三种水分梯度下各坡位土壤温室气体通量在培养周期内(6、12、24、48、72h)的变化趋势,并采用乙炔抑制法,对不同水分梯度下的各坡位土壤反硝化势进行测定,结果发现:(1)同一坡位内,上坡位土壤在中等水分处理条件下达到CO_2排放最大值(579.45±24.24μg·g~(-1)),且各水分处理组间存在显著差异(P0.05);中坡位土壤CO_2排放量随WFPS的增大而增大,高水分处理组的CO_2排放量(360.13±31.79μg·g~(-1))显著大于其余处理组(P0.05)。不同坡位间,高水分条件下,上坡位土壤CO_2排放量显著大于其余坡位(P0.05)。整体而言,中、下坡位CO_2排放速率随着培养时间的增加而减小,但上坡位、中上坡位土壤可溶性有机碳含量会随着培养时间的增加而增加,因而在培养中后期,上、中上坡位会出现小幅的CO_2排放速率上升现象。(2)高水分条件下,反硝化作用是土壤产生N_2O的主要方式,当土壤硝态氮含量不足时,反硝化细菌产生N_2O的速率随着培养时间的增加而减弱,但N_2O向N_2还原的速率不受影响,因而可能出现N_2O吸收的现象。同一坡位内,高水分处理组的N_2O排放量均显著大于低、中等水分处理组(P0.05);不同坡位间,中坡位土壤的N_2O排放量(4069.88±257.90μg·g~(-1))显著高于其余坡位(P0.05)。低、中等水分条件下,硝化作用是土壤产生N_2O的主要方式。同一坡位内,低、中水分处理组的N_2O排放量不存在显著差异;不同坡位间,下坡位的N_2O排放量(46.98±35.18μg·g~(-1)、36.27±29.16μg·g~(-1))最高,中坡位N_2O排放量(17.85±0.79μg·g~(-1)、17.07±0.57μg·g~(-1))最小。(3)同一坡位内,各水分处理组的CH_4排放量不存在显著性差异(P0.05);不同坡位间,高水分状况下中坡位土壤的CH_4排放量显著低于上坡位土壤(P0.05)。培养初期,容器内水分分布不均是导致各坡位土壤在前期排放CH_4的主要原因,培养后期水分分布均匀,激活了甲烷氧化菌活性,同时容器内CO_2浓度升高导致土壤酸性增强,抑制了甲烷生成菌活性,出现CH_4吸收的现象。总体来说,低、中等水分条件下,各坡位N_2O排放量无显著差异,上坡位土壤CO_2排放量最大;高水分条件下,NO_3~-含量不足可能会诱导产生N_2O吸收现象;各水分条件下的CH_4排放量不存在显著性差异。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S714
【图文】：

坡位,土壤孔隙,充水,锥形瓶

培养实验本研究中，培养实验与乙炔抑制实验同时于 2017 年 11 月展开。具体方法如（1）将土样从 4℃的冷藏柜中取出进行室内风干，风干后分别称取各坡位土个重复），用烘干法测定风干后土样的含水量。（2）再次称取各坡位风干后土样 20g 于 250ml 锥形瓶内，每个坡位 18 个重（3）根据风干后土样的含水量，向锥形瓶内滴加不等量的去离子水，使所有壤孔隙充水率达到 30%的预设值。（4）盖上橡胶塞，将锥形瓶放置在 25℃恒温的人工气候箱内预培养 7 天，预每天称量锥形瓶重量，若重量减少，则补加水分。注：预培养阶段，为保证瓶体交换，瓶塞上的三通阀为打开状态。（5）预培养结束后按坡位将所有锥形瓶进行分组，每个坡位 18 个重复，再从随机挑选 9 个重复作为培养组，将其分为低、中、高三个水分梯度，每一梯度重复。注：实验中的水分梯度依据野外条件下各坡位的土壤孔隙充水率在一年内的变设定，故不同的坡位，水分梯度各不相同。（图 2-1，表 2-1）

土壤CO2通量,动态,CO2排放,速率

%与 WFPS 90%处理组 CO2排放速率的变化趋势较为一致（图3-1）：二者均在第 24 小时出现 CO2排放速率最小值，分别为5.27 μg·g-1·h-1，4.53 μg·g-1·h-1；第 48 小时出现 CO2排放速率的小幅回升，但到实验末期（48-72h），CO2排放速率再次下降。当 WFPS 为 30%时，从培养开始至结束，土壤 CO2排放速率持续下降，并在第 72 小时达到 CO2排放速率最小值 1.03 μg·g-1·h-1。上坡位土壤在各水分梯度下的 CO2排放量大小依次为：WFPS 60%（579.45 ± 24.24 μg·g-1）＞WFPS 90%（485.13 ± 72.07μg·g-1）＞WFPS 30%（154.17 ± 17.57 μg·g-1），且各水分处理组之间存在显著差异（P＜0.05）（图 3-1

处理组,通量,排放量,土壤N

出现（0.40μg·g-1·h-1）。总体来说，上坡位土壤在各水分梯度下均是 N2O 的排放源排放量大小依次为 WFPS 90%（134.97 ± 37.97 μg·g-1）＞WFPS 30%（27.44 ± 1.74 μ＞WFPS 60%（20.28 ± 6.01 μg·g-1）。WFPS 90%处理组的土壤 N2O 排放量分别与 30%、WFPS 60%处理组存在显著性差异（P＜0.05）（表 3-1）。

【参考文献】