干濕交替及凍融過程對溫帶森林土壤溫室氣體凈通量的影響.pdf

1、大量研究表明干土濕潤和凍融過程深刻影響著土壤溫室氣體凈通量和碳氮轉(zhuǎn)換過程。當今日益嚴峻的全球氣候變化加劇土壤干土濕潤和凍融過程的發(fā)生,而長白山地區(qū)由于其獨特的地理位置和氣候條件,首當其沖地受到影響。這種影響是否顯著改變土壤溫室氣體的年凈通量以及對氣候變化產(chǎn)生怎樣的反饋作用仍不清楚。因此,從機制層面深入研究干濕交替和凍融過程中土壤溫室氣體凈通量及碳氮轉(zhuǎn)換過程顯得尤為重要,這將有利于對區(qū)域土壤固碳能力和溫室氣體凈通量變化趨勢的合理評估以及相

2、關模型的建立。
　　本文以中國東北長白山地區(qū)闊葉紅松混交林及其臨近的次生白樺林為研究對象,通過室內(nèi)模擬土柱培養(yǎng)的方法,來研究(1)不同濕潤程度(55％和80%土壤充水孔隙率,WFPS)條件下外源碳(葡萄糖,6.4 g C m-2)和兩種形態(tài)氮(NH4Cl和KNO3,4.5 g N m-2)的添加對不同演替階段兩種林分土壤干濕交替和凍融過程中溫室氣體凈通量及土壤屬性影響的單一和交互作用;(2)結(jié)合土壤屬性的變化,分析土壤干濕交替和凍

3、融過程中溫室氣體凈通量的主要影響機制。結(jié)果表明:
　　1)除了高濕潤程度單施 NH4Cl的次生白樺林土壤外,濕潤程度的增加以及外源碳和氮的添加均能顯著促進次生白樺林和闊葉紅松混交林土壤干土濕潤過程中氧化亞氮(N2O)排放量,并兩兩存在交互作用;干土濕潤過程中兩種林分土壤源 N2O排放對不同濕潤程度和外源碳和氮添加響應有很大差異。實驗條件下,土壤濕度,有效氮以及微生物量影響著兩種林分土壤干土濕潤過程中N2O累積排放量。
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4、)無外源碳和氮添加條件下,與闊葉紅松混交林土壤相比,次生白樺林土壤干土濕潤過程中二氧化碳(CO2)排放速率更大且隨著土壤濕度的增加顯著降低;闊葉紅松混交林土壤干土濕潤過程中CO2排放速率則隨濕度增加而顯著增加(P<0.05)。單施葡萄糖顯著提高兩種林分土壤 CO2排放速率、微生物碳、微生物碳/氮比及微生物代謝熵。施兩種形態(tài)氮均顯著抑制兩種林分土壤干土濕潤過程中 CO2排放速率。實驗條件下,兩種林分土壤干土濕潤過程中 CO2排放均受到土壤

5、微生物碳的強烈影響,并與土壤速效氮含量呈顯著負相關關系。
　　3)濕潤程度的增加以及碳氮的添加均顯著促進兩種林分土壤融化過程中 N2O的排放(P<0.05)。隨著濕潤程度的增加,葡萄糖對兩種林分土壤融化過程中N2O排放的促進作用減弱(P<0.05)。實驗條件下,次生白樺林土壤凍融過程中N2O排放受到土壤pH和微生物碳的影響,而闊葉紅松混交林土壤則主要受到WFPS的影響。
　　4)隨著濕潤程度的增加,次生白樺林土壤融化過程中

6、CO2累積通量顯著降低,而闊葉紅松混交林土壤顯著升高。施加葡萄糖顯著增加兩種林分土壤融化過程中CO2累積通量(P<0.05)。融化過程中,次生白樺林土壤 CO2累積通量顯著大于闊葉紅松混交林土壤(P<0.05)。濕潤程度的增加和施加葡萄糖交互影響兩種林分土壤融化過程中 CO2累積排放量。次生白樺林土壤凍融過程 CO2排放受到微生物碳氮含量以及 K2SO4浸提DON含量的影響,而闊葉紅松混交林土壤則主要受到K2SO4浸提的礦質(zhì)氮和DOC含