增溫和氮添加對中亞熱帶杉木人工林土壤氮礦化和N2O排放的影響

王小南 熊德成 張宇輝 席穎青 黃錦學 陳仕東 劉小飛 楊智杰

摘要：[目的]研究增溫和氮沉降對中亞熱帶森林土壤氮礦化和氧化亞氨（N2O）排放的影響，以期深入認識全球變化背景下中亞熱帶森林土壤氮循環(huán)過程。[方法]選取經過野外增溫和氮添加處理的中亞熱帶杉木人工林土壤，將野外非增溫處理和增溫處理的土壤置于不同溫度（20、25℃）培養(yǎng)箱中，同時對野外氮添加處理的土壤繼續(xù)添加不同梯度的氮素（0.1、0.2 g.kg-1，以干土計），進行為期28 d的室內培養(yǎng)，研究增溫和氮添加對土壤氯礦化和N2O排放的影響。[結果]與對照相比，增溫和氮添加及二者交互處理增加了土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和礦質氮含量，且氮添加水平越高增加越明顯，增溫處理增加不顯著。與對照相比，培養(yǎng)28d后增溫處理的土壤凈銨化速率、凈硝化速率和凈氨礦化速率變化不顯著，低氨、增溫+低氮顯著增加土壤凈硝化速率，而高氮、增溫+高氮顯著降低土壤凈氮礦化速率。與對照相比，增溫和氮添加及二者交互處理總體降低土壤N2O排放速率，土壤N2O累積排放量也顯著降低（P<0.05），其中，單獨增溫、低氮、高氮、增溫+低氮和增溫+高氮處理土壤N2O累積排放量顯著低于對照50%、21%、29%、62%和31%。增溫和氮添加及二者交互處理顯著降低土壤pH值。相關性分析表明：土壤N2O排放速率與土壤pH值呈顯著正相關，與硝化速率呈顯著負相關，而與土壤銨化速率無顯著相關。[結論]增溫和氮添加降低土壤pH值，同時抑制土壤N2O排放，因此，全球變化背景下中亞熱帶森林土壤中存留的硝態(tài)氮可能以淋溶方式損失。

關鍵詞：中亞熱帶；氨礦化；N2O排放；增溫；氮添加

中圖分類號：S714；S791.27 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2023）03-0022-10

增溫和氮沉降是驅動全球變化的2個重要因素。IPCC第六次評估報告中多個氣候模型預測表明，未來氣候仍將呈變暖趨勢，相比于1850-1900年，2081-2100年全球表面平均溫度將升高大約4.4℃。人類活動導致氮沉降比例增加，由氮沉降引發(fā)的一系列環(huán)境問題已逐漸成為當今研究熱點。研究指出，中國是全球氮沉降最嚴重的地區(qū)之一，其中，我國亞熱帶地區(qū)氮沉降量高達40kg·hm-2·a-1。土壤氮素是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要養(yǎng)分元素，同時也是植物生長所需的營養(yǎng)元素。自然界中的氮通常需要由微生物分解成簡單無機氮如銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，這個過程稱為土壤氮礦化。土壤氮礦化產生的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在土壤中進一步轉化產生N2O。全球變化通過改變微生物分泌的胞外酶活性、微生物生物量以及微生物群落結構間接影響土壤氮礦化過程，從而對森林生態(tài)系統(tǒng)生產力產生深遠影響。此外，森林土壤作為重要的溫室氣體N2O排放源，其巨大的排放潛能對調節(jié)全球氣候十分重要。因此，研究森林土壤氮礦化和N2O排放對增溫和氮添加的響應具有重要意義。