降雨和凋落物對(duì)人工楊樹(shù)林土壤溫室氣體通量的影響

程 功，劉廷璽，2*，王冠麗，2，段利民，2，李東方，2

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源保護(hù)與利用重點(diǎn)試驗(yàn)室，呼和浩特010018）

溫室氣體不斷增加所導(dǎo)致的全球變暖可能會(huì)引起海平面上升、颶風(fēng)、病蟲災(zāi)害等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅人類的生存和發(fā)展[1]。森林儲(chǔ)存了全球植被碳庫(kù)的86%以上，其中森林土壤碳庫(kù)約為全球土壤碳庫(kù)的73%[2]，森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其土氣界面的溫室氣體交換是全球碳氮循環(huán)的重要組成部分[3]，其土壤溫室氣體通量任何微小的變化都會(huì)對(duì)全球碳氮平衡產(chǎn)生顯著影響[4]。

全球溫室氣體濃度的增加通過(guò)增加森林凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）導(dǎo)致森林中凋落物數(shù)量的增大[5]，凋落物會(huì)通過(guò)改變土壤溫室氣體通量從而影響森林生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮儲(chǔ)量[6]。林地土壤中微生物的數(shù)量和活性、植物養(yǎng)分的供應(yīng)以及水熱條件很大程度上受到枯枝落葉的數(shù)量、成分以及分解速率的影響，因此凋落物在一定程度上影響土壤溫室氣體的交換[7]。凋落物對(duì)土壤溫室氣體的影響也因植被環(huán)境、觀測(cè)周期和季節(jié)性溫濕度的變化而有所不同[8-9]。研究表明在云杉林、油松人工林、杉木人工林等樹(shù)種所構(gòu)成的林地中，凋落物會(huì)促進(jìn)CO2及N2O的排放并抑制CH4吸收[10-14]。降雨是自然狀態(tài)下森林土壤水分的主要來(lái)源，降雨通過(guò)短時(shí)間內(nèi)改變土壤水分狀態(tài)，影響土壤有機(jī)質(zhì)分解速率[15]、微生物活性[16]、甲烷菌生長(zhǎng)環(huán)境[17]、土壤好氧狀態(tài)（轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)）[18]，直接或間接地影響溫室氣體的吸收或排放。一般情況下，降雨會(huì)導(dǎo)致CO2和N2O排放量的增加及CH4吸收值的增大[19]。但也有研究顯示，一定程度上的降雨會(huì)使CO2和N2O溶解于土壤孔隙水從而降低雨后CO2和N2O的通量[20-21]。干旱半干旱地區(qū)約占全球陸地面積的40%以上[22]，其土壤的溫室氣體交換也是干旱半干旱地區(qū)土壤碳氮損失的主要過(guò)程之一。土壤溫室氣體通量的交換是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，會(huì)受到諸多環(huán)境及生物因素的影響[23]，其中土壤水分含量對(duì)溫室氣體通量的影響較為顯著[22]，而干旱半干旱地區(qū)土壤水分含量常年較低，因此研究降雨及凋落物對(duì)干旱半干旱地區(qū)森林土壤溫室氣體通量的影響十分重要。

楊樹(shù)是常見(jiàn)的人工林地樹(shù)種之一，科爾沁地區(qū)沙丘分布廣泛，當(dāng)?shù)啬撩駷楦纳粕郴寥罃?shù)十年來(lái)不斷人為栽種楊樹(shù)，周遭環(huán)境有所改善，沙丘邊界向沙丘內(nèi)部萎縮。科爾沁地區(qū)生長(zhǎng)季降水分布不均，秋冬季節(jié)樹(shù)林中凋落物較多，當(dāng)?shù)啬撩癫⑽磳?duì)凋落物焚燒或掩埋處理，自然狀態(tài)下的凋落物和集中降雨對(duì)溫室氣體的排放具有較大影響。因此本文以科爾沁沙丘-草甸相間地區(qū)人工楊樹(shù)林為研究對(duì)象，研究不同程度降雨和改變凋落物數(shù)量對(duì)溫室氣體通量的影響及其動(dòng)態(tài)變化，探討干旱半干旱地區(qū)人工林地土壤溫室氣體吸收或排放的規(guī)律及環(huán)境因子對(duì)溫室氣體通量的影響，為干旱半干旱地區(qū)人工林地溫室氣體通量源匯規(guī)律研究和碳氮循環(huán)過(guò)程提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁左翼后旗阿古拉鎮(zhèn)（122°39′18″E，39°18′01″N），地處科爾沁沙地東南。該區(qū)多年平均降雨量389 mm，主要集中在6—9月；多年平均水面蒸發(fā)量（Φ20 cm蒸發(fā)皿）1412 mm，主要集中在4—9月；多年平均相對(duì)濕度55.8%；多年平均氣溫6.6℃，年極端最低氣溫-33.9℃，年極端最高氣溫36.2℃；年平均風(fēng)速3～4 m·s-1。植物生長(zhǎng)主要依賴天然降雨。區(qū)內(nèi)沙丘地帶性土壤和非地帶性土壤廣泛發(fā)育，交錯(cuò)分布，主要土壤類型為砂土、砂壤土和壤砂土。研究區(qū)地理位置見(jiàn)圖1。

本文選擇人工楊樹(shù)林作為研究對(duì)象，楊樹(shù)林內(nèi)主要生長(zhǎng)人工種植楊樹(shù)，樹(shù)種為小葉楊與黑楊雜交（Populus simonii×P.nigra），對(duì)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選定的調(diào)查樣方抽樣調(diào)查顯示，人工楊樹(shù)林樹(shù)齡介于25～30年，平均為28年，平均樹(shù)高為11.9 m，平均胸徑為11.2 cm，樹(shù)的株距與行距變化在2～3 m不等間距。樹(shù)林在生長(zhǎng)季郁閉度為2級(jí)，即樹(shù)冠閉合程度（%）為[40，70）。人工楊樹(shù)林內(nèi)廣泛分布低矮喬木與草本植物，喬木主要有構(gòu)樹(shù)[Broussonetia papyrifera（Linn.）L′Hér.ex Vent.]、稠李（Prunus padusL.）等；草本主要有水蒿（Artemisia selengensisTurcz.ex Bess.）、角蒿（Incarvillea sinensis.Lamarck）、小 飛 蓬 [Conyza canadensis（L.）Cronq.]等；蓋度約23%，凋落物厚度1.1～2.0 cm，平均1.5 cm，現(xiàn)存量為 647.5 g·m-2，其中 498 g·m-2為未分解，腐殖質(zhì)層平均厚度約5 cm，平均土壤有機(jī)質(zhì)含量3.06 g·kg-1。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置、樣品采集和測(cè)定

分別在人工林地實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)處放置3個(gè)相鄰的底箱并分別在底箱內(nèi)做“Ⅰ-去除凋落物處理:去除取樣點(diǎn)樣方內(nèi)全部地表凋落物”“Ⅱ-維持原狀無(wú)處理:維持原狀不做任何處理”和“Ⅲ-加倍凋落物處理:收集遠(yuǎn)處凋落物并均勻撒在取樣點(diǎn)樣方內(nèi)”3種處理，3種處理取氣前1 d均齊根剪斷箱內(nèi)活植物體，以減小對(duì)土壤層的擾動(dòng)。

2017年5—10月每7 d左右選取晴好天氣的9:00—11:00時(shí)段，在所設(shè)立的取樣點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行溫室氣體通量（CO2、CH4、N2O）的原位觀測(cè)。采用靜態(tài)箱-氣相色譜法，靜態(tài)箱由厚2.0 mm的非透明PVC板制成，靜態(tài)箱規(guī)格為50 cm×50 cm×50 cm，包括頂箱和基座兩部分?；吘壴O(shè)有水槽，每次觀測(cè)前在水槽中加入適量的水，后將頂箱置于基座上，上下箱體用水槽中的水密封。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始一周前將靜態(tài)箱基座插入土壤中，并在整個(gè)生長(zhǎng)季實(shí)驗(yàn)中不取出或挪動(dòng)基座，盡量不破壞原有植物及土壤狀態(tài)，盡可能將人為因素對(duì)微量氣體交換的擾動(dòng)降到最低，基座埋入深度在5 cm以上（實(shí)際計(jì)算通量時(shí)以地箱高度為準(zhǔn)）。靜態(tài)箱經(jīng)由傳統(tǒng)靜態(tài)箱改造而成，內(nèi)設(shè)小風(fēng)扇，能夠讓箱內(nèi)氣體快速有效混合，采樣前先罩上頂箱靜置1 min使氣體充分混合；在箱內(nèi)設(shè)置溫度計(jì)，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)箱內(nèi)氣體溫度。采用30 min罩箱時(shí)間，即每個(gè)采樣箱分別罩箱后的0、10、20 min和30 min抽取氣體樣品。采樣容器為100 mL帶三通閥的醫(yī)用注射器，將注射器與箱體一側(cè)的三通閥相連，抽取30～60 mL氣體樣品放入氣袋，同時(shí)使用秒表記錄取樣時(shí)間和箱內(nèi)溫度。氣樣帶回實(shí)驗(yàn)室后，一周之內(nèi)使用安捷倫7890B氣相色譜儀測(cè)定CO2、CH4和N2O濃度。

1.2.2土壤溫度和含水量

氣溫和降雨量等氣象要素通過(guò)試驗(yàn)點(diǎn)附近布設(shè)的波文比-土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全天候24 h自動(dòng)采集，氣溫由距地面2 m高處的傳感器（HMP45C，Vaisala，Helsinki，F(xiàn)inland）測(cè)量，降雨量通過(guò)距地面0.7 m高處無(wú)冠層遮擋的自記雨量計(jì)（TE525MM，Texas Electeonices，Dallas，USA）測(cè)量，土壤溫度、土壤水分通過(guò)分層位（10、20 cm等）埋在土壤中的探頭（Hydra ProbeⅡ，Stevens，USA）測(cè)量，以上數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器（CR1000，Campbell，Logan，USA）每10 min在線采集一次，計(jì)算平均值，自動(dòng)存儲(chǔ)。由于氣象站數(shù)據(jù)并不能完全輻射所有樣方，因此同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中使用JM624手持溫度計(jì)記錄10、20 cm處土壤溫度并使用鋁盒法測(cè)量不同取樣點(diǎn)的表層土壤水分含量（0～40 cm分層位測(cè)量，即分別測(cè)量10、20、30、40 cm處土壤水分含量）。

1.2.3 氣體通量的計(jì)算

通量是指單位時(shí)間通過(guò)某單位面積輸送的物理量。氣體交換通量（F）計(jì)算公式:

式中:ρ為箱內(nèi)氣體密度；Δm、Δc分別為t時(shí)間內(nèi)箱內(nèi)氣體質(zhì)量和混合比濃度的變化；A、V、H分別為采樣箱的底面積、體積和氣室高度。當(dāng)F為負(fù)值時(shí)表示吸收，F(xiàn)為正值時(shí)表示排放。

建立土壤溫室氣體通量與土壤平均溫度（Ts）的關(guān)系:

式中:a、b為待定系數(shù)。土壤溫室氣體溫度敏感性（Q10）計(jì)算公式為:

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

利用Office Excel 2013和Spss 19.0對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，采用重復(fù)測(cè)量方差（Repeated-measures ANONA）檢驗(yàn)降雨后不同凋落物處理之間的差異性，運(yùn)用線性回歸分析溫室氣體通量與土壤溫濕度之間的相關(guān)性，使用單因素方差分析（One-way ANONA）計(jì)算不同凋落物處理之間的差異性。圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣溫、降雨及土壤水熱變化

與其他年份相比，2017年是一個(gè)降雨分布不均且相對(duì)干旱的年份。2017年4—10月科爾沁地區(qū)自然降雨23次，累計(jì)降雨量319.8 mm，其中小雨16次，中雨6次，大雨、暴雨各1次。全年降雨主要集中在8月上旬，8月4—15日累計(jì)降雨共212.1 mm，占整個(gè)生長(zhǎng)季降雨的66.3%。2017年年平均氣溫6.9℃，在7月18日達(dá)到最高溫度30.41℃，隨后逐漸降低（圖2）。

人工林地土壤溫度（Ts）與氣溫整體趨勢(shì)相近，高溫均出現(xiàn)在7、8月份。土壤水分含量（Ms）變化主要依賴于降雨，從圖2可以看出7月20日和8月上中旬連續(xù)降雨后土壤水分含量出現(xiàn)明顯增加，其中8月上中旬的連續(xù)大量降雨使8月22日附近出現(xiàn)人工林地在全年土壤水分含量的最大值。從圖中可以看出20 cm的土壤水分含量較于10 cm土壤水分含量受到降雨影響更大，且具有一定的滯后性。

圖2 人工林地試驗(yàn)區(qū)2017年植物生長(zhǎng)季氣溫、降雨變化和土壤溫濕度變化Figure 2 Changes in air temperature，rainfall，soil temperature and moisture of artificial forest trial during the growing season in 2017

2.2 降雨及土壤因素對(duì)溫室氣體的影響

降雨主要通過(guò)改變土壤水分含量的方式間接地影響溫室氣體通量[15]，同時(shí)也會(huì)改變微生物分解速率從而影響土壤中的碳、氮含量[24]。本文主要選取中雨、大雨和暴雨等對(duì)生長(zhǎng)季溫室氣體通量影響較大的降雨進(jìn)行研究，其中主要選取5月23日（中雨，累計(jì)降雨23.5 mm）、7月20日（大雨，累計(jì)降雨29.1 mm）和8月4日（8月4日暴雨，累計(jì)降雨86.5 mm；8月7日夜間至次日凌晨累計(jì)降雨24.8 mm）3次對(duì)整個(gè)生長(zhǎng)季溫室氣體通量影響較大的降雨前1 d至降雨后5 d（前后共7 d）的溫室氣體通量及土壤水分含量變化。

雨后CO2通量均表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢(shì)（圖3a1、圖3b1，圖3c1），5月23日與8月4日降雨后5 d的CO2通量均比雨前晴天大，8月7日晚至8日凌晨再次出現(xiàn)降雨，使得土壤水分含量再次增大，因此8月8日CO2通量出現(xiàn)了二次增長(zhǎng)。7月20日降雨后CO2通量也出現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)的增大，但由于人工林地土壤水分含量在雨后迅速降低，雨后的CO2通量隨之呈現(xiàn)明顯的減小趨勢(shì)。本研究區(qū)處于干旱半干旱地區(qū)，年平均土壤水分含量低于10%，在土壤受到水分脅迫的條件下，土壤CO2通量的波動(dòng)主要取決于土壤水分含量的變化[25]，5月23日和7月20日土壤較干旱的狀態(tài)下降雨后CO2通量的增長(zhǎng)率明顯高于8月4日（表1），表明土壤較干旱的情況下CO2通量受到土壤水分的影響更顯著[26]。降雨前后CO2通量均表現(xiàn)為排放，且處理Ⅰ＜處理Ⅱ＜處理Ⅲ。

5月23日及7月20日土壤較干旱狀態(tài)下的CH4吸收值在降雨后短時(shí)間內(nèi)均有不同程度上的增加，8月4日土壤較濕潤(rùn)狀態(tài)下降雨后CH4吸收值則明顯降低（圖3a2、圖3b2、圖3c2），其原因在于短期內(nèi)土壤水分含量的迅速增加會(huì)刺激土壤中甲烷氧化菌短時(shí)間內(nèi)的活性，導(dǎo)致CH4吸收值出現(xiàn)增大趨勢(shì)[27-28]，但一段時(shí)間內(nèi)土壤水分含量的增大會(huì)導(dǎo)致土壤中氧氣含量減小，同時(shí)促進(jìn)CH4的產(chǎn)生，抑制甲烷氧化菌活性，從而降低CH4的吸收強(qiáng)度[27]。溫度也是影響CH4吸收值增大的因素之一，但在土壤較干旱地區(qū)溫室氣體通量對(duì)土壤溫度的響應(yīng)受到土壤水分含量的限制[29]，因此土壤溫度較高的7月20日降雨后CH4吸收值的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)大于5月23日（表2）。降雨前后CH4通量均表現(xiàn)為吸收，且其吸收強(qiáng)度表現(xiàn)為:處理Ⅰ＞處理Ⅱ＞處理Ⅲ。

雨后N2O通量均在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)明顯的增大趨勢(shì)（圖3a3、圖3b3、圖3c3），其主要原因是降雨導(dǎo)致的土壤水分含量的增大將土壤從好氧變?yōu)閰捬醐h(huán)境[27]，從而促進(jìn)N2O通量的增大。溫度是N2O通量變異的主要原因之一[29]，因此N2O通量在溫度較高的7月20日降雨后的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于溫度較低的5月23日（表2）。也有研究表明降雨會(huì)通過(guò)改變光合作用強(qiáng)度和光照條件來(lái)抑制CO2和N2O的排放[30]，但本研究區(qū)人工林地生長(zhǎng)的楊樹(shù)較為茂盛，除楊樹(shù)本身外，其余伴生的草本及低矮喬木受到光照較少，因此與上述研究發(fā)現(xiàn)的規(guī)律不同。降雨前后N2O通量均表現(xiàn)為排放，且處理Ⅰ＜處理Ⅱ＜處理Ⅲ。

土壤溫度和土壤水分含量共同作用促進(jìn)了溫室氣體吸收或排放的增大[31]，但在受到水分脅迫的干旱半干旱地區(qū)，溫室氣體通量對(duì)土壤溫度的響應(yīng)高度依賴于土壤水分含量的變化[32-33]。將生長(zhǎng)季溫室氣體通量的月變化與土壤因素進(jìn)行相關(guān)分析，其結(jié)果表明:CO2通量與土壤溫度、土壤水分含量之間均呈極顯著正相關(guān)；CH4通量與10、20 cm處土壤水分含量、10 cm土壤溫度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)，土壤溫度和土壤水分含量的增加會(huì)促進(jìn)CH4的吸收，但過(guò)多的土壤水分含量會(huì)抑制土壤對(duì)CH4的吸收[29]；N2O通量與10 cm處土壤水分含量之間呈顯著正相關(guān)，與土壤溫度之間呈極顯著正相關(guān)，N2O通量對(duì)土壤溫度的響應(yīng)更強(qiáng)烈[34]（表2）。

表1 雨后1、3、5 d內(nèi)溫室氣體通量平均值的增長(zhǎng)率（%）Table 1 Growth ratio of the average greenhouse gas fluxes on the 1st day，3rd day and 5th day after rainfall（%）

圖3 人工林地生長(zhǎng)季降雨后溫室氣體通量變化及其相關(guān)性Figure 3 Greenhouse gas flux changes and correlations in artificial forest land in the growing season after rainfall

2.3 凋落物對(duì)溫室氣體通量的影響

凋落物對(duì)溫室氣體通量的影響主要通過(guò)分解后對(duì)土壤碳氮的補(bǔ)充來(lái)實(shí)現(xiàn)[35]，因此改變土壤表層凋落物會(huì)影響到凋落物上的微生物，從而對(duì)土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響土壤溫室氣體通量的變化[36]。本研究分別對(duì)3組樣方內(nèi)的取樣點(diǎn)進(jìn)行了“Ⅰ-去除凋落物處理”“Ⅱ-維持原狀無(wú)處理”和“Ⅲ-加倍凋落物處理”，3組處理溫室氣體通量分別表現(xiàn)出顯著差異性（P＜0.05），說(shuō)明凋落物對(duì)土壤溫室氣體通量有顯著影響（圖4）。從圖4中還可以看出，在生長(zhǎng)季3種溫室氣體通量分別表現(xiàn)為土壤CO2和N2O的排放以及CH4的吸收，且3種溫室氣體通量均具有明顯的季節(jié)性變化。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ處理后生長(zhǎng)季CO2通量平均值分別為243.47、357.14、406.36 mg·m-2·h-1，去除凋落物使土壤CO2通量顯著降低30.81%，加倍掉落物則使CO2通量顯著提高13.78%，去除凋落物處理對(duì)土壤CO2通量的降低幅度遠(yuǎn)大于加倍凋落物對(duì)土壤CO2通量的提高幅度（圖4a），表明去除凋落物和加倍凋落物對(duì)土壤CO2通量的影響并不是線性的。其原因可能是凋落物加倍后其分解速度導(dǎo)致對(duì)土壤的碳氮輸出并不是成倍增長(zhǎng)的，輸入的氮元素促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和繁殖，從而土壤CO2通量也不是呈線性增加的[37]。本研究計(jì)算出不同處理后生長(zhǎng)季土壤溫室氣體通量的溫度敏感性（Q10）表現(xiàn)為:處理Ⅰ（1.070）＞處理Ⅱ（1.046）＞處理Ⅲ（1.011），不同凋落物處理下林地土壤CO2通量對(duì)土壤溫度響應(yīng)的差異不顯著[15]。

生長(zhǎng)季3種處理后（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的CH4通量平均值分別為-65.77、-49.26、-40.23 μg·m-2·h-1，去除凋落物使CH4吸收值顯著提高33.51%，加倍凋落物使CH4吸收值顯著降低18.33%，加倍凋落物處理使CH4吸收受到了明顯的抑制（圖4b）。有研究表明土壤中氮含量顯著增加時(shí)會(huì)抑制土壤CH4的吸收，NH+4可以代替很多CH4氧化菌的基質(zhì)，而且可能是競(jìng)爭(zhēng)抑制劑[38]。凋落物腐敗、分解的過(guò)程中也可能會(huì)釋放少量的CH4，也有可能是土壤有機(jī)質(zhì)和氮的累積使N/C含量增大，從而抑制CH4的吸收[39-40]。也有研究者的研究結(jié)果沒(méi)有表明土壤TN與CH4吸收值之間具有顯著相關(guān)性，因此也不能斷定土壤中氮含量的增長(zhǎng)會(huì)對(duì)CH4吸收產(chǎn)生抑制[41]。

從圖4c可以看出凋落物的改變對(duì)N2O通量有顯著影響，3種處理后（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）生長(zhǎng)季N2O通量的平均值分別為5.77、7.99、9.42 μg·m-2·h-1，去除凋落物處理使N2O通量顯著降低27.69%，加倍凋落物處理使N2O通量顯著提高18.05%。凋落物的分解使得其所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放到土壤中，土壤中碳氮含量會(huì)明顯增加[41]，土壤中的碳氮不僅為硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)提供了原料，同時(shí)也對(duì)參與反應(yīng)的微生物提供了能源[41]，土壤中的氮作為重要的營(yíng)養(yǎng)元素也刺激了土壤微生物的繁殖[41]，從而多方面影響了硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)，使得土壤N2O排放增加。

2.4 土壤CH4吸收與N2O排放之間的關(guān)系

生長(zhǎng)季CH4吸收與N2O排放的月變化呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，N2O排放增大的同時(shí)CH4的吸收值減小（圖4b、圖4c）；反之N2O排放減小的同時(shí)CH4的吸收值增大。CH4吸收值與N2O排放值之間呈顯著的負(fù)線性關(guān)系（圖5）。

表2 溫室氣體通量與土壤因素的關(guān)系Table 2 Relationship between greenhouse gas fluxes and soil factors

圖4 生長(zhǎng)季溫室氣體通量變化Figure 4 Monthly changes of greenhouse gases flux

圖5 不同處理下N2O排放值和CH4吸收值的關(guān)系Figure 5 Relationship between N2O emission and CH4absorption under different treatments

式中:y為N2O排放值，μg·m-2·h-1；x為CH4吸收值，μg·m-2·h-1。

土壤中微生物會(huì)促進(jìn)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)產(chǎn)生N2O，甲烷氧化菌驅(qū)動(dòng)下的微生物活動(dòng)吸收土壤-大氣界面的CH4，有研究認(rèn)為N2O排放對(duì)CH4吸收的抑制是由于土壤中NH+4（NH3）對(duì)CH4氧化菌競(jìng)爭(zhēng)性抑制的結(jié)果[38]，在長(zhǎng)白山闊葉林多點(diǎn)位觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)N2O排放和CH4吸收之間存在著非線性的負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且認(rèn)為N2O排放對(duì)CH4吸收的抑制依賴于土壤水分含量的變化[11]。也有土壤培養(yǎng)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N2O排放和CH4吸收之間存在著線性的正相關(guān)關(guān)系[41]，本研究結(jié)果和以上研究的結(jié)果不同，對(duì)于不同的氣候、土壤有機(jī)質(zhì)、植被、土壤類型而言，土壤溫室氣體通量的機(jī)理均有所差異，由此導(dǎo)致N2O排放和CH4吸收之間的關(guān)系都有著不同的規(guī)律。且本文3種凋落物處理后N2O排放值和CH4吸收值的關(guān)系沒(méi)有顯著差異（P＞0.05），因此要確定二者出現(xiàn)各種規(guī)律的條件，還需要進(jìn)一步探究。

3 結(jié)論

（1）降雨在短時(shí)間內(nèi)（1～2 d）會(huì)促進(jìn)科爾沁地區(qū)人工林地土壤CH4吸收與CO2、N2O的排放，隨后由于土壤水分的降低，土壤CH4吸收與CO2、N2O的排放也會(huì)隨之減小，且降雨對(duì)于土壤較干燥時(shí)段的土壤溫室氣體通量的影響更顯著。

（2）凋落物對(duì)科爾沁地區(qū)人工林地土壤CO2、N2O通量具有促進(jìn)作用，對(duì)于土壤CH4吸收會(huì)產(chǎn)生抑制；去除凋落物處理對(duì)土壤CO2通量的降低幅度遠(yuǎn)大于加倍凋落物對(duì)土壤CO2通量的提高幅度；不同凋落物處理下林地土壤CO2通量對(duì)土壤溫度響應(yīng)的差異不顯著。

（3）本研究還發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)季科爾沁地區(qū)人工林地土壤CH4吸收與N2O排放之間具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但并未發(fā)現(xiàn)凋落物會(huì)對(duì)這種關(guān)系產(chǎn)生明確的影響，這種負(fù)相關(guān)關(guān)系及凋落物對(duì)其影響還需進(jìn)一步研究。