模擬降水減少對亞熱帶杉木人工林不同深度土壤CH4吸收能力的影響

摘要：[目的]土壤水分是影響森林土壤CH4吸收能力的關(guān)鍵因子。探究降雨減少對不同土層CH4吸收的影響，對森林溫室氣體研究具有重要意義。[方法]以亞熱帶杉木人工林為研究對象，在野外模擬自然降水減少實(shí)驗(yàn)（對照、降水減少20％、60％、100％），結(jié)合室內(nèi)原狀土培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究降水減步對森林不同土層CH4吸收能力的影響。[結(jié)果]表層土壤CH4吸收能力最強(qiáng)，干旱程度的加深使得土壤CH4吸收增加，隨著土層的降低CH4吸收能力也降低。不同土層間的土壤CH4吸收速率存在顯著差異（plt;0.05），不同減水處理土壤CH4吸收速率僅在表層土壤（0～5 cm）表現(xiàn)出顯著差異（plt;0.05），其他土層土壤CH4吸收速率差異不顯著，表明降水減少處理后土壤CH4吸收速率差異主要是由于0～5 cm的土壤吸收能力不同造成的。表層土壤（0～5 cm）CH4吸收速率與銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO-3-N）呈正相關(guān)（plt;0.05），不同土層的CH4吸收速率與土壤有機(jī)碳（SOC）、可溶性有機(jī)碳（DOC）含量極顯著正相關(guān)（plt;0.001）。[結(jié)論]本研究中降雨減少引起的表層土壤NH4+-N、NO-3-N含量的增加促進(jìn)了土壤對大氣CH4的吸收速率，土壤中soc、DOC含量是調(diào)控不同土層CH4吸收速率的關(guān)鍵因子。

關(guān)鍵詞：降水減少；土壤CH4吸收；銨態(tài)氮；硝態(tài)氮；土壤有機(jī)碳；可溶性有機(jī)碳

中圖分類號：S714 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-1498（2025）01-0086-09

森林土壤是大氣溫室氣體重要的源或匯，土壤中環(huán)境因子的微小變化都會引起大氣溫室氣體濃度明顯的波動。甲烷（CH4）作為僅次于二氧化碳（CO2）的全球第二大溫室氣體，增溫潛勢大約是CO2的25倍閉。大氣中CH4濃度的升高不僅是其排放源增加的結(jié)果，也會是其吸收匯減少的結(jié)果，通氣狀況良好的土壤被認(rèn)為是大氣CH4的重要陸地匯，其中森林土壤至關(guān)重要，占全球土壤CH4匯的62％，在調(diào)節(jié)溫室氣體濃度方面發(fā)揮著重要作用。

近年來，全球氣候變化引起的極端天氣頻發(fā)，如持續(xù)性的干旱和強(qiáng)降水等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這將強(qiáng)烈改變?nèi)蚪邓姆峙涓窬?。有研究表明，土壤CH4吸收量的減少是由降水量和土壤水文通量的增加所驅(qū)動的，降水模式的變化通過改變土壤物理性質(zhì)以及土壤中養(yǎng)分（碳、氮）含量變化來影響土壤CH4吸收狀況，最終改變土壤圈和大氣圈之間的氣體平衡，加劇全球氣候變化。不同自然條件下降水變化對土壤CH4吸收的影響差別很大，在澳大利亞東南部溫帶闊葉常綠桉樹林降水減少1％使得土壤CH4吸收量增加19.3％；在巴西熱帶雨林的穿透雨減少實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，降雨減少后，土壤CH4年均吸收量增加，恢復(fù)降雨之后，土壤CH4吸收速率又恢復(fù)到降水減少之前的水平。相反，降水的增加使得土壤水分含量增加，導(dǎo)致土壤透氣性變差，氧氣（O2）向土壤中的擴(kuò)散受到抑制，土壤處于厭氧狀態(tài)，土壤由CH4匯轉(zhuǎn)變成CH4源。也有研究發(fā)現(xiàn)，CH4吸收對降水減少的影響比對降水增加更加敏感。然而，以往的研究主要集中在表層土壤CH4吸收能力對降水變化的響應(yīng)，對深層土壤的研究相對較少；且降水減少對森林土壤CH4吸收能力的研究主要集中在溫帶森林，缺乏對亞熱帶森林的研究。鑒于土壤CH4吸收在不同深度土壤的可變性以及亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)在溫室氣體預(yù)算中的重要作用，有必要在亞熱帶地區(qū)開展實(shí)驗(yàn)來探究降水變化對不同深度土壤CH4吸收能力的影響。