模擬增溫下凋落物對大青山油松人工林土壤溫室氣體通量的影響

梁蕾，馬秀枝*，韓曉榮，李長生，張志杰

1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2. 呼和浩特市氣象局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010040

人類活動排放的大氣溫室氣體導致全球氣溫持續(xù)上升。據(jù)IPCC第5次評估報告預測，21世紀末全球氣溫將上升 1.1—2.0 ℃，且增溫效應不會就此停止（Melillo et al.，2002；IPCC，2013）。全球變暖會帶來前所未有的變化，如氣候帶的緯度性變化、全球生態(tài)系統(tǒng)地理分布格局的變化以及生態(tài)系統(tǒng)碳失衡等（Cornelissen et al.，2010）。森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫占全球總碳庫的 46%，土壤呼吸占陸地生態(tài)系統(tǒng)總呼吸的 69%，在調(diào)節(jié)全球碳平衡等中具有重要作用（魏書精等，2014）。CH4是大氣中僅次于CO2的溫室氣體，盡管在大氣中CH4的濃度遠低于CO2，但由于它對遠紅外線的吸收效果更明顯，在大氣中的滯留時間較長，從而導致CH4對氣候變化的增溫效應是CO2的25倍。大量研究表明森林土壤是CH4重要的匯，每年吸收CH4的量約為 5.32—13.0 Tg（Yu et al.，2017），這一過程對大氣中的 CH4的降低有重大作用。N2O是大氣中排名第三的溫室氣體，其增溫效應是CO2的298倍（Forster et al.，2007），而森林土壤則是N2O重要的排放源，每年向大氣中排放量約為2.4—5.7 Tg（Davidson et al.，2014）。

目前，有關氣溫升高對土壤呼吸的影響存在多種觀點和研究結(jié)論。多數(shù)研究認為溫度升高加快土壤呼吸，如Rustad et al.（2001）在7種不同類型的森林生態(tài)系統(tǒng)中經(jīng)過 2—5年的增溫實驗，發(fā)現(xiàn)土壤溫度提高了 1.5—6 ℃，土壤呼吸增加了 7%—46%；Melillo et al.（2002）在同齡混交林中進行了6年的增溫實驗（氣溫提高5 ℃），發(fā)現(xiàn)土壤呼吸提高28%；熊沛等（2010）發(fā)現(xiàn)冬季增溫導致華山松林土壤呼吸增加31.4%。Liu et al.（2009）在中國半干旱草原研究發(fā)現(xiàn)增溫處理降低土壤含水量，導致土壤總呼吸、微生物呼吸和微生物量碳均下降，可見增溫對土壤呼吸的影響方向和程度受多種因子控制，存在較大時空變異（彭少麟等，2000）。

凋落物在土壤碳庫中有較高占比（Sayer，2006）。凋落物作為生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，直接影響土壤溫濕度，進而影響土壤碳源輸入和土壤呼吸（張素彥等，2018）。其存在與否都會對土壤理化性質(zhì)造成一定的影響，當去除凋落物后，土壤的局部環(huán)境發(fā)生變化，會間接影響土壤溫室氣體的排放（趙昕等，2014）。

內(nèi)蒙古大青山位于陰山山脈中段，在該地區(qū)進行土壤呼吸研究較少，研究該地區(qū)模擬自然增溫以及凋落物對土壤溫室氣體的影響的相關研究更是甚少。目前基于模擬增溫下去除凋落物對土壤溫室氣體通量影響的研究還比較局限，只是考慮其中一種變量對土壤溫室氣體通量的影響，尚未進一步探索耦合作用對其的影響。中國寒溫帶地區(qū)的森林土壤多表現(xiàn)為CO2和N2O的源和CH4的匯（馬秀枝等，2012），在模擬氣候變暖背景下以及去除凋落物對其溫室氣體有何影響，目前尚不清楚。因此，本研究選擇內(nèi)蒙古大青山油松人工林為研究對象，進行增溫及去除凋落物不同處理，對其土壤溫室氣體通量特征進行研究分析，以此為內(nèi)蒙古大青山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營管理以及研究溫室氣體排減技術及措施提供科學依據(jù)和理論參考 。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于內(nèi)蒙古大青山中段，地理坐標為40°51′19″N，111°34′21″E，地處內(nèi)陸北緯中溫帶，屬典型大陸性半干旱季風氣候，地勢較為陡峭，夏季溫和，冬季寒冷。全年降水少而集中，年平均降水量300—450 mm且主要集中在7—9月，占年降雨量的63%—68%。年蒸發(fā)量1800—2300 mm。年平均溫度10 ℃，極端高溫37 ℃，極端低溫-20.3 ℃。根據(jù)實地植物樣方調(diào)查，主要林下植被為羊草（Leymus chinensis）、小葉錦雞兒（Caragana microphylla）、隱子草（Cleistogenes Keng）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、鐵桿蒿（Artemisia gmelinii）、大針茅（Stipa grandis）、蒙古蕕（Caryopteris mongholica）、鐵線蓮（Clematis florida）等。區(qū)內(nèi)土壤主要為黃棕壤和黃褐土，人工林主要為油松中齡純林。

1.2 試驗設計

2020年5—10月，在內(nèi)蒙古大青山中段前坡烏素圖森林氣象站東側(cè)油松人工林區(qū)選取樣地，樣地位于呼市郊區(qū)攸攸板鄉(xiāng)烏素圖村西溝口的臺地上，距市區(qū)西北13 km處。東起郊區(qū)保合少鄉(xiāng)的面鋪窯溝，西至土左旗黑牛溝，南至山腳，北與武川縣接壤。在其相對平坦的地段設置4個10 m ×10 m樣方，各樣方間隔10 m，每個樣方布設對照（CK）和OTC模擬增溫（W）兩個大處理，每個大處理下設置保持凋落物和去除凋落物兩個小處理，即每個樣方內(nèi)有對照（CK）、模擬增溫（W）、去除凋落物（NL）、模擬增溫+去除凋落物（WNL）4個試驗小區(qū)，每個大處理重復4次，共設16個試驗小區(qū)。每個處理小區(qū)面積為1 m×1 m，每種處理下均設置4個靜態(tài)箱（包括頂箱和底座兩部分）。考慮到野外沒有電力的情況，選取的是經(jīng)濟、簡單易行的開頂箱（OTC）增溫裝置，該模擬增溫裝置系以聚碳酸酯（透光率為 90%）為制作材料的八面體開頂增溫室（Open Top Chamber，OTC）。每個樣方內(nèi)設置一個OTC模擬增溫裝置，4個樣方共4個OTC模擬增溫裝置。OTC提前一年固定在增溫試驗小區(qū)內(nèi)，將對土壤等的擾動降至最低。其中去除凋落物是將未分解層和半分解層全部清理。4月中旬完全處理后，每周至少清理一次，且每次采集氣體前3天完成準備工作。靜態(tài)箱頂箱（40 cm×40 cm×40 cm）外部有保溫板，箱內(nèi)裝有溫度計和小風扇。靜態(tài)箱底座（40 cm×40 cm×20 cm）于4月設置，底座插入地表5 cm以下，并用泥土將底座下端固定，待安裝2周后使用。采集氣體時，靜態(tài)箱頂箱與底座之間的水槽要加水密封，防止漏氣。

1.3 土壤溫室氣體采集和環(huán)境因子監(jiān)測

從2020年5—10月，選擇天氣晴好的09:00—12:00（當?shù)貢r間）采集溫室氣體，因為這個時間段內(nèi)的土壤溫室氣體通量最接近日平均通量，所以采用這個時間段內(nèi)的排放速率代表全天平均通量（Wu et al.，2019；梁東哲等，2019）。每個靜態(tài)箱采集氣體是在30 min時間內(nèi)每10 min采集1次，共計4次，每次取樣60 mL，分別注入鋁箔采樣袋。每次采樣的同時用秒表記錄抽氣時間，并讀取靜態(tài)箱上的溫度計測定箱內(nèi)溫度，用JM624型便攜式數(shù)字溫度計測定箱外溫度，箱內(nèi)溫度數(shù)值用于氣體通量計算，用箱外溫度代表此時林內(nèi)空氣溫度。在所有樣方內(nèi)隨機選取1個對照小區(qū)和1個OTC模擬增溫裝置內(nèi)各安裝1臺大氣及土壤溫濕度測定儀（萬諾云數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺）監(jiān)測大氣和土壤溫濕度變化。氣溫傳感器距地面 1.5 m，土壤溫濕度傳感器分設在5、10、20 cm 3個土層深度，自動監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集頻率為1/(0.5 h)。

根據(jù)天氣情況，7 d左右取樣一次。所有采集的氣體樣品盡快帶回實驗室，于 1周內(nèi)用 Agilent 7890A型氣相色譜儀測定其CO2、CH4和NO2濃度。每次采集氣體的同時在靜態(tài)箱底座外圍進行土樣的采取，隨機選3個點，分別取0—10 cm和10—20 cm的土壤等質(zhì)量混合，帶回實驗室挑除草根、石子，然后土壤有機碳（SOC）的測定采用重鉻酸鉀-外加熱法進行，土壤全氮（TN）的測定采用凱氏定氮法進行。

1.4 溫室氣體通量計算

利用靜態(tài)箱-氣相色譜法測定土壤溫室氣體通量。靜態(tài)箱式法是用觀測箱罩住被測表面并用水密封底座，使靜態(tài)箱箱內(nèi)空氣與外界隔絕，然后定時測定箱內(nèi)空氣中被測氣體的濃度變化，計算該種氣體的交換通量。靜態(tài)箱式法通量計算公式一般表達為：

式中：

F——交換氣體通量；

ρ——箱內(nèi)氣體密度；

Δm和Δc——Δt時間內(nèi)箱內(nèi)氣體質(zhì)量和混合比濃度的變化；

A、V、H——采樣箱底面積、靜態(tài)箱箱體體積和箱內(nèi)部地表到箱頂?shù)母叨龋?/p>

Δc/Δt——箱內(nèi)氣體濃度變化。F為正值時表示排放，為負值時表示吸收。

1.5 全球增溫潛勢（GWP）計算

全球增溫潛勢（GWP）以CO2作為參照氣體，在100 a時間尺度上評價各溫室氣體對全球氣候變化的相對影響。通過3種溫室氣體對100 a尺度的氣候變化產(chǎn)生的影響，從而得知其帶來的全球增溫潛勢，計算公式如下：

式中：

P——全球增溫潛勢（GWP）；

25和298——100 a時間尺度上CH4和N2O相對于CO2的GWP倍數(shù)（Wang et al.，2014）。

1.6 數(shù)據(jù)處理

選擇SPSS 20.0和Excel 2010對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析法對不同處理下的土壤溫濕度、土壤溫室氣體通量組間差異進行分析，用Pearson法對土壤溫室氣體通量與環(huán)境因子進行相關性分析，并使用Origin-2018制圖。

2 結(jié)果分析

2.1 模擬增溫對大氣及土壤溫濕度的影響

大青山油松人工林生長季大氣溫濕度以及不同土層溫濕度變化如圖1所示。大青山油松人工林生長季大氣溫度和土壤溫度的變化趨勢相似。在CK的大氣平均溫度為17.10 ℃，5、10和20 cm土層平均溫度分別為16.79、16.37和15.78 ℃；大氣平均濕度為52.7%，土壤5、10和20 cm平均含水量分別為16.7%、18.2%和21.6%；大氣及土壤溫濕度最高值均出現(xiàn)在6—7月。

圖1 模擬增溫對大青山油松人工林大氣及土壤溫濕度的影響Figure 1 Effects of simulated warming on air and soil temperature and humidity of Pinus tabulaeformis Plantation in Daqing Mountain

在W處理下：大氣平均溫度為18.07 ℃，土壤5、10和 20 cm 平均溫度分別為 17.41、17.03和16.43 ℃；大氣平均濕度為 53.3%，土壤 5、10和20 cm平均含水量分別為11.8%、14.7%和11.5%。W處理較CK處理：大氣溫度升高0.97 ℃，土壤5、10和20 cm溫度分別升高0.62、0.66和0.65 ℃；大氣濕度升高0.6%，土壤5、10和20 cm含水量分別降低4.9%、3.6%和10.0%。與CK相比，模擬增溫后，土壤溫度和含水量均沒有顯著提升（P＞0.05）?？傮w來看，增溫對土壤含水量的影響高于土壤溫度，隨土壤深度增加，含水量差異先減后增。大氣溫度易受外界云層、樹蔭等環(huán)境擾動影響，波動較大，而土壤溫度較為穩(wěn)定，最大值出現(xiàn)時間較大氣溫度滯后。

2.2 增溫和去除凋落物對土壤溫室氣體通量的影響

2.2.1 增溫和凋落物去除對土壤CO2通量的影響

由圖2可知，大青山油松人工林4種處理下的土壤CO2通量生長季變化規(guī)律基本一致，整個生長季均表現(xiàn)為排放通量。4種處理下的土壤 CO2通量范圍為 224.19—601.15 mg·m-2·h-1。大青山油松人工林生長季CK、W、NL、WNL 4種處理按照土壤CO2通量平均值從大到小排序為：CK (406.57±7.82)mg·m-2·h-1＞W(wǎng) (383.58±7.06) mg·m-2·h-1＞NL (360.34±7.06) mg·m-2·h-1＞W(wǎng)NL (320.61±7.98) mg·m-2·h-1。W、NL、WNL較 CK土壤 CO2排放通量分別下降了5.51%、11.37%和21.14%，CK處理下的土壤CO2通量總量最高且顯著高于 WNL處理，W、NL以及WNL之間無顯著差異。

圖2 模擬增溫及凋落物去除對土壤CO2氣體通量的影響Figure 2 Effects of simulated warming and litter removal on soil CO2 gas flux

土壤CO2通量隨著季節(jié)變化有著明顯的差別，土壤CO2通量從5月開始呈增長趨勢，到6月下旬出現(xiàn)一個小的峰值，到8月中旬土壤CO2通量達到最大值，之后在9月末又出現(xiàn)一個小的峰值后開始下降，直到生長季末期下降到最低。CK（601.15 mg·m-2·h-1）、W（552.01 mg·m-2·h-1）、NL（486.35 mg·m-2·h-1）、WNL 420.80 mg·m-2·h-1）4 種處理下的土壤CO2通量排放高峰期集中在7月中旬到8月下旬。

2.2.2 增溫和去除凋落物對CH4通量的影響

由圖3可知，大青山油松人工林4種處理下的土壤CH4通量生長季變化規(guī)律基本一致，整個生長季土壤 CH4通量表現(xiàn)為吸收匯，4種處理下的土壤CH4通量吸收范圍為-28.45— -90.2 μg·m-2·h-1，波動規(guī)律較為明顯。4種處理按照土壤 CH4通量平均值從大到小排序分別為：NL (-45.87±2.50) μg·m-2·h-1＞W(wǎng)NL (-51.87±2.35) μg·m-2·h-1＞CK (-57.72±1.98)μg·m-2·h-1＞ W (-59.30±2.16) μg·m-2·h-1。W 較 CK 土壤CH4吸收通量提高2.74%，NL和WNL較CK土壤CH4吸收通量分別降低20.53%和10.14%，CK處理下的土壤CH4通量顯著高于 NL，CK與其他兩種處理無顯著差異。

圖3 模擬增溫及凋落物去除對土壤CH4氣體通量的影響Figure 3 Effects of simulated warming and litter removal on soil CH4 gas flux

4種處理下的土壤CH4通量從5月開始均表現(xiàn)為CH4的弱吸收，吸收強度隨時間推移而逐漸增強；5月上旬表現(xiàn)為弱吸收，到6月上旬出現(xiàn)強吸收，到達最大值，6月下旬至8月持續(xù)表現(xiàn)為強吸收，之后在9月下旬又表現(xiàn)為弱吸收。土壤CH4通量曲線表現(xiàn)為 3 吸收峰型。CK（-77.76 μg·m-2·h-1）、W（-90.20 μg·m-2·h-1）、NL（-62.82 μg·m-2·h-1）、WNL（-80.41 μg·m-2·h-1）4 種處理下的土壤 CH4通量排放高峰期集中在6、7月。

2.2.3 增溫和去除凋落物對N2O通量的影響

由圖4可知，大青山油松人工林4種處理下的土壤N2O通量生長季變化趨勢大體相同，整個生長季均表現(xiàn)為排放通量。4種處理下的土壤N2O通量范圍為 3.94—10.78 μg·m-2·h-1，按照土壤 N2O 通量平均值從大到小排序分別為：CK (7.57±0.31)μg·m-2·h-1＞W(wǎng) (6.81±0.30) μg·m-2·h-1＞NL (6.57±0.27)μg·m-2·h-1＞W(wǎng)NL (5.93±0.23) μg·m-2·h-1。W、NL 以及 WNL較 CK土壤 N2O排放通量分別降低了10.04%、13.21%以及21.66%，CK處理下土壤N2O通量最高且顯著高于WNL，W、NL及WNL之間無顯著差異。

圖4 模擬增溫及凋落物去除對土壤N2O氣體通量的影響Figure 4 Effects of simulated warming and litter removal on soil CH4 gas flux

4種處理下土壤N2O通量隨著時間推移和溫度升高呈現(xiàn)波動上升趨勢且表現(xiàn)出相似的變化曲線，直至6月下旬達到最大排放峰值，之后緩慢下降，均表現(xiàn)為雙峰型。8月中旬排放值最低，之后在 9月又出現(xiàn)相對穩(wěn)定的峰值后開始下降并維持在較低 水 平 。 CK （ 11.40 μg·m-2·h-1） 、 W （ 10.78 μg·m-2·h-1）、NL（8.98 μg·m-2·h-1）、WNL（8.55 μg·m-2·h-1）4種處理下的土壤 N2O 通量均在 2020年6月下旬達到最大排放值。

2.2.4 大青山油松人工林不同處理后的土壤增溫潛勢

由表1可知，生長季不同處理大青山油松人工林土壤溫室氣體的增溫潛勢排序與土壤CO2通量大小排序一致。在增溫效應方面，CO2起著決定性作用。但不同處理后，土壤CO2通量均出現(xiàn)下降趨勢，而同時增溫和去除凋落物增溫潛勢最小。整個觀測期內(nèi)，大青山油松人工林生長季4種處理下土壤是CO2、N2O的“源”和CH4的“匯”。

表1 大青山油松人工林4種處理下土壤溫室氣體增溫潛勢Table1 Warming potential of soil greenhouse gases under four treatments of Pinus tabulaeformis Plantation in Daqing Mountain t·hm-2

2.3 大青山油松人工林生長季土壤溫室氣體通量與環(huán)境因子、土壤理化性質(zhì)的關系

由表2可知，大青山油松人工林土壤CO2通量在W和 CK兩種處理方式下與大氣溫濕度呈極顯著正相關關系（P＜0.01），與0—5、5—10和10—20 cm土壤溫濕度呈極顯著正相關關系（P＜0.01），溫濕度是影響土壤CO2通量動態(tài)的關鍵環(huán)境因子，在CK和W處理下土壤CO2通量與土壤TN（0—10 cm）呈極顯著負相關關系（P＜0.01），與土壤TN（10—20 cm）呈顯著負相關關系（P＜0.05）。土壤CH4通量僅在 W 處理下與大氣濕度呈顯著負相關關系（P＜0.05），其他處理條件下與土壤理化性質(zhì)無顯著相關性。土壤N2O通量在W處理下與土壤TN（0—10、10—20 cm）呈顯著負相關關系（P＜0.05），與其他處理條件下與環(huán)境因子無任何顯著相關性。

3 討論

3.1 土壤CO2通量特征及影響因素

森林土壤 CO2排放是土壤向大氣排放 CO2的主要方式之一，會受到土壤表層凋落物、土壤溫濕度以及土壤養(yǎng)分等因素影響。2020年生長季觀測發(fā)現(xiàn)，大青山油松人工林土壤為CO2排放源，且在8月達到排放高峰期，這與Song et al.（2017）和吳祥文等（2020）的研究結(jié)果相同。生長季初期，4種處理下的土壤均出現(xiàn)短暫的高排放現(xiàn)象，其原因可能是由于冬季土壤凍結(jié)，植物呼吸以及土壤微生物活動所產(chǎn)生的CO2被封存在土壤中；春季氣溫回升，凍結(jié)土壤隨溫度升高逐漸融化，據(jù) 2020年土壤監(jiān)測，3月15日0—5 cm土壤融化，3月22日5—10 cm土壤融化，4月1日10—20 cm土壤融化，土壤融化后封存的CO2得以釋放，形成小的排放高峰期，李攀等（2012）也得出相似結(jié)果。春末夏初氣溫持續(xù)升高，土壤融化后植物復蘇，自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸作用逐漸增強，土壤CO2通量隨之波動增加。研究區(qū)夏季良好的水熱條件，促進了根系呼吸和土壤微生物分解，土壤CO2達到排放高峰期（牟長城等，2010）。秋季氣溫降低，植被逐漸枯落，微生物活性降低，土壤 CO2通量隨之降低，這與黨旭升等（2015）的研究結(jié)果相似。本研究結(jié)果表明，自然狀態(tài)下的土壤CO2平均通量最高，增溫和去除凋落物次之，增溫＋去除凋落物最低，導致這種結(jié)果的原因可能是由于研究區(qū)位于半干旱區(qū)，而干旱半干旱區(qū)土壤呼吸對溫度的響應程度則是依賴于土壤含水量，生態(tài)系統(tǒng)受水分條件限制明顯，特別是夏季，土壤微生物活性的下降是由于土壤含水量的降低所致（王新源等，2012）。增溫條件下土壤含水量影響土壤呼吸，在土壤含水量較高的條件下增溫促進土壤呼吸作用，在土壤含水量較低的條件下則相反，這與本研究中在增溫情況下土壤含水量低（11.5%—14.7%）的條件下抑制土壤呼吸結(jié)果相一致（Peng et al.，2015）。凋落物是土壤CO2通量的重要影響因子，其輸入量的變化會對土壤呼吸造成顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)，去除凋落物后的土壤CO2通量均值相比于自然狀態(tài)降低了11.37%，去除凋落物后會使部分土壤微生物的活性降低，從而影響土壤CO2通量。針葉林在去除凋落物后使得土壤CO2通量下降，這與很多人對針葉林的研究結(jié)果相同（彭信浩等，2018；段北星等，2020）。增溫+去除凋落物相比于增溫保留凋落物和只去除凋落物的土壤CO2通量分別降低了16.42%和11.03%，而增溫+去除凋落物相比于自然狀態(tài)下土壤 CO2通量降低了 21.14%，這說明增溫＋去除凋落物后，土壤CO2通量的減少并不等于增溫和去除凋落物各自處理后的土壤CO2減少的通量之和，而是低于二者之和，這表明增溫+去除凋落物對土壤 CO2通量的影響存在耦合效應，一方面可能是該處理后，使得植物生物量和活性碳輸入下降（李偉等，2016），從而減少了有機質(zhì)輸入，引起土壤呼吸下降；另一方面可能是該處理破壞了這種長期穩(wěn)定的狀態(tài)，使得土壤微環(huán)境發(fā)生變化，從而使CO2排放減少。當然增溫和凋落物的交互作用對土壤CO2通量的影響是雙重性的，而且是長期效應的結(jié)果，可能短時間內(nèi)會有時間變異性。通過2020年生長季對比發(fā)現(xiàn)，土壤CO2通量與土壤溫濕度變化相似，土壤CO2通量與各土層土壤溫度呈極顯著正相關（表 2），這與耿元波等（2010）研究結(jié)果相同。

表2 土壤溫室氣體通量與環(huán)境因子、土壤性質(zhì)相關性Table 2 Correlation of soil greenhouse gas flux with environmental factors and soil properties

3.2 土壤CH4通量特征及影響因素

CH4通量在土壤呼吸中既能表現(xiàn)為排放型通量也能表現(xiàn)為吸收型通量（仝川等，2012）。土壤水熱條件直接或間接改變厭氧產(chǎn)甲烷菌和好氧甲烷氧化菌的群落特征，影響土壤CH4通量，因此不同生態(tài)系統(tǒng)條件下水熱狀況的差異導致土壤CH4通量也各不相同。本研究發(fā)現(xiàn)，4種處理下土壤CH4通量均表現(xiàn)為吸收匯。生長季初期由于甲烷氧化菌在適宜的溫度下表現(xiàn)活躍，大量消耗甲烷，因此土壤CH4通量表現(xiàn)為弱吸收。到了6月由于雨季還未到，隨著氣溫升高蒸發(fā)作用加強，土壤出現(xiàn)短暫干旱期，有利于空氣中CH4和氧氣在土壤中傳播，增加CH4氧化吸收量（Song et al.，2012）。到了7月隨著雨季的到來，土壤含水量增加，土壤CH4吸收量相對減少。生長季后期，隨著冷空氣的到來，低溫減緩土壤CH4，土壤CH4吸收速率開始降低。增溫較自然狀態(tài)下土壤CH4吸收通量提高2.74%，去除凋落物和增溫＋去除凋落物較自然狀態(tài)土壤CH4吸收通量分別降低20.53%和10.14%，表明增溫促進甲烷的吸收，增溫在促進甲烷氧化菌群活性的同時，也對產(chǎn)甲烷菌群具有積極影響；另一方面增溫導致土壤含水量下降，提高土壤透氣性，促進甲烷氧化菌的活性。而去除凋落物后，土壤部分裸露，會使得土壤溫度升高、含水量降低，可使得氧化CH4的細菌活動增強，從而提高土壤CH4的吸收，而本研究中去除凋落物以及增溫＋去除凋落物后土壤CH4吸收通量降低，這可能由于本研究區(qū)年平均氣溫低，溫度升高會加快凋落物的分解轉(zhuǎn)化（Leitner et al.，2016；Fan et al.，2020），因此造成本研究區(qū)凋落物分解速率不及其他地區(qū)，從而抑制CH4的吸收。CH4在沼澤濕地受淹水狀況影響多為釋放源，在林地多為吸收匯，本研究區(qū)土壤CH4吸收通量為中等水平，與劉玲玲等（2008）研究結(jié)果相同。

3.3 土壤N2O通量特征及影響因素

通過觀測發(fā)現(xiàn)，生長季4種處理下土壤N2O通量均表現(xiàn)為排放源且通量值總體較小，呈弱排放趨勢。5—6月下旬，土壤N2O通量均出現(xiàn)排放高峰期。主要原因可能是冬季土壤膠粒外部被冰層所覆蓋，內(nèi)部仍留存未凍水膜形成厭氧環(huán)境，為反硝化反應提供了良好的場所，產(chǎn)生N2O的同時又阻止其外釋，春末土壤融化，累計其中的N2O被釋放到大氣中（Fisher et al.，2019），而土壤解凍期含水量較高且富含大量活性碳、氮等營養(yǎng)底物，有利于N2O的產(chǎn)生。夏季植被生長旺盛，吸收利用大量的有效氮，植被與微生物之間形成競爭并占據(jù)優(yōu)勢，影響土壤硝化和反硝化作用（Li et al.，2020）；同時，隨著降雨頻繁，淺層土壤干濕交替，均影響土壤N2O排放速率（梁東麗等，2002）。生長季后期溫度下降，控制土壤N2O生產(chǎn)過程的酶活性也降低，土壤N2O通量逐漸減小。增溫、去除凋落物以及增溫＋去除凋落物后土壤 N2O通量均沒有顯著變化且低于自然狀態(tài)。可能增溫一方面促進了植物對N2O的吸收，另一方面造成土壤水分降低，有利于土氣交換，促進硝化過程，當土壤更為干旱時，硝酸根的擴散受到抑制，因此基于硝酸根的反硝化過程也受到影響，導致N2O排放減少。去除凋落物后降低了土壤中的養(yǎng)分來源，從而使得硝化作用和反硝化作用的原料減少，因此會讓土壤N2O排放降低（張秀君等，2002）。土壤TN含量會影響土壤內(nèi)的一些生化反應，故影響 N2O氣體通量（Zhang et al.，2008），本研究表明土壤N2O通量與土壤TN呈顯著正相關。

4 結(jié)論

通過模擬增溫和去除凋落物實驗，表明大青山油松人工林對氣候變化較為敏感，主要3種溫室氣體通量受到溫濕度以及凋落物等多因素的影響，增溫以及凋落物不僅直接影響溫室氣體通量，也導致其土壤更為復雜的水熱變化，直接或間接地影響了其森林生態(tài)過程，從而影響其區(qū)域溫室氣體通量。這種復雜的內(nèi)部調(diào)節(jié)機制使得森林生態(tài)系統(tǒng)維持相對的穩(wěn)定，短期增溫并沒有導致大青山油松人工林溫室氣體通量發(fā)生顯著改變。對森林生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體通量的研究需要耦合多因素共同帶來的作用；大青山油松人工林溫室氣體通量沒有立即對氣候變化以及凋落物產(chǎn)生積極響應，而是需要一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整的時期。