东北温带次生林和落叶松人工林土壤CH4吸收和N2O排放通量

2007年6月-2008年6月,在帽儿山用静态箱/气相色谱法测定了相邻次生林和落叶松人工林土壤CH4和N2O通量,结果表明:次生林转变为落叶松人工林后土壤年CH4吸收和年N2O排放通量均显著增加,分别为次生林的1.2倍和3.6倍.两林分CH4和N2O通量表现相似的季节动态,生长季土壤CH4吸收通量和N2O排放通量均高于非生长季.次生林和落叶松人工林土壤CH4吸收通量与土壤温度均呈正相关关系,而与土壤含水量呈负相关关系.土壤N2O排放通量与土壤温度和土壤铵态氮含量均呈正相关关系,而与土壤含水量没有明显相关性.次生林转变为落叶松人工林后,落叶松林地较厚的凋落物层改变了林地土壤水分的格局,影响了土壤的CH4和N2O通量.     

施氮对桉树人工林生长季土壤温室气体通量的影响

施肥是维持短期轮伐人工林生产量的重要手段,为了提高肥料利用效率,缓释氮肥逐渐成为广泛采用的氮肥种类。评估缓释肥施用对人工林生长季土壤温室气体通量的影响对于全面评估人工林施肥的环境效应具有重要意义。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验研究了4种施氮处理(对照CK:0 kg/hm2;低氮L:84.2 kg/hm2;中氮M:166.8 kg/hm2;高氮H:333.7 kg/hm2)对土壤-大气界面3种温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响,结果表明:(1)4种施氮水平下CO2排放通量、N2O排放通量和CH4吸收通量分别为276.84—342.84 mg m-2h-1、17.64—375.34μg m-2h-1和29.65—39.70μg m-2h-1;施氮显著促进了N2O的排放(P0.01),高氮处理显著增加CO2排放和显著减少CH4吸收(P0.05),且CO2排放通量与CH4吸收通量随着施氮量的增加分别呈现增加和减少的趋势;(2)生长季CO2和N2O排放呈现显著正相关(P0.01),CO2排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.05),N2O排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.01);(3)土壤温度和土壤水分是影响CO2、N2O排放通量和CH4吸收通量的主要环境因素。结果表明:施用缓释肥显著增加了桉树林生长季土壤N2O排放量,且高氮处理还显著促进CO2排放和显著抑制CH4吸收,上述研究结果可为人工林缓释肥对土壤温室气体通量评估提供参数。     

施氮对桉树人工林生长季和非生长季土壤温室气体通量的影响

森林在调控温室气体排放方面有重要作用,随着人工林的迅速发展,其温室气体通量和对施肥的响应逐渐引起广泛关注。为了解施氮对桉树人工林生长季和非生长季土壤温室气体通量的影响,在广西东门林场尾巨桉人工林样地设置低(84.2 kg N·hm-2)、中(166.8 kg N·hm-2)、高(333.7 kg N·hm-2)3个施氮水平和不施氮对照,采用静态箱-气相色谱法监测土壤CO2、N2O和CH4通量。结果表明:(1)不同施氮处理的桉树人工林土壤CO2、CH4和N2O年均排放通量分别为214~271 mg CO2·m-2·h-1、-47~-37 kg CH4·m-2·h-1和16~203 kg N2O·m-2·h-1;土壤CO2排放通量在生长季高于非生长季,CH4和N2O通量未表现出明显季节变化。(2)施氮显著增加了土壤CO2和N2O年均排放通量,其促进效应主要集中在生长季(施氮后的4个月,即6—9月),且随时间增加,效应减弱。(3)施氮显著降低了土壤CH4年均吸收通量。因此,在维持桉树人工林生产力的基础上,结合季节变化,合理调控施氮量将有助于减少桉树林土壤温室气体排放。     

西土寒宪蚓和三叉苦植物对大叶相思人工林土壤CO2通量的短期效应

西土寒宪蚓(Ocnerodrilus occidentalis)为广东人工林和撂荒地内广泛分布的外来种蚯蚓, 因其对水热、pH值及土壤有机质等的变化不敏感, 其分布范围有逐渐扩大的趋势。研究西土寒宪蚓对人工林碳循环的影响过程, 可以为如何减少外来蚯蚓影响下的人工林土壤碳排放提供思路。在广东鹤山大叶相思(Acacia auriculaeformis)人工林内设置外来蚯蚓和乡土植物野外控制实验, 利用静态箱-气相色谱法对土壤CO₂通量进行15天的原位测定。结果发现, 单独添加西土寒宪蚓及单独种植三叉苦(Evodia lepta), 对土壤CO₂通量的效应都不明显。植物物理过程(如遮阴作用等)、植物生物过程(如根际化学物质分泌过程等)及植物在未添加蚯蚓样方和添加蚯蚓样方中对土壤CO₂通量的效应分别为-32.1%、40.9%、8.8%和-7.2%、30.7%、23.5%。植物的物理过程抑制了土壤CO₂排放, 但提高了蚯蚓对土壤CO₂排放的促进作用(提高了39.3%)。植物的生物过程促进了土壤CO₂排放, 但减弱了蚯蚓对土壤CO₂排放的促进作用(降低了23.5%)。试验期间蚯蚓对多数土壤理化性质的影响并不明显, 但是蚯蚓的存在有增强土壤细菌活性的趋势, 而且使土壤CO₂通量与土壤理化性质的相关性更加密切了; 同时, 蚯蚓的存在也使土壤CO₂通量与土壤水热因子的关系发生了变化。可见, 森林土壤CO₂通量不仅与水热条件有关, 还受地上和地下生物过程的调控。如果只关注森林土壤CO₂通量的大小, 而忽略影响土壤CO₂产生及释放的生物学过程, 将无法找到减少森林土壤CO₂排放的有效途径。减缓人工林中土壤碳的排放, 必须综合考虑植物物理过程、植物生物过程以及蚯蚓对土壤CO₂排放过程的独立效应和交互效应。     

大气氮沉降对森林土壤甲烷吸收和氧化亚氮排放的影响及其微生物学机制

水分非饱和的森林土壤是大气甲烷(CH4)汇和氧化亚氮(N2O)源,大气氮沉降增加是导致森林土壤碳氮气体通量不平衡的主要原因之一。土壤CH4吸收和N2O排放之间存在协同、消长和随机等复杂的耦合关系,关于氮素对两者产生过程的调节作用以及内在的微生物学机制至今尚不完全清楚。综述了森林土壤CH4吸收和N2O排放耦合过程的理论基础,土壤CH4和N2O的产生与消耗过程对增氮响应的生物化学和微生物学机制,指出各研究领域的不足和未来的研究重点。总体而言,低氮倾向于促进贫氮森林土壤CH4吸收,不改变土壤N2O的排放,而高氮显著抑制富氮森林土壤CH4吸收以及促进N2O排放。外源性氮素通过竞争抑制和毒性抑制来调控森林土壤CH4的吸收,而通过促进土壤硝化和反硝化过程来增加N2O的排放。然而,由于全球氮沉降控制试验网络分布的不均匀性、土壤碳氮通量产生过程的复杂性以及微生物分子生态学方法的局限性等原因,导致氮素对森林土壤碳氮通量的调控机制研究一直进展缓慢,未能将微生物功能群落动态与土壤碳氮通量真正地联系起来。未来研究应该从流域、生态系统和分子尺度上深入探讨土壤碳氮通量耦合作用的环境驱动机制,氮素对土壤CH4氧化和N2O产生过程的调控作用,以及增氮对土壤甲烷氧化菌和N2O产生菌活性和群落组成的影响。     

外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响

三江平原沼泽湿地受到大气沉降、地表径流、农业排水等外源氮素的输入,对湿地生态系统CH4和N2O通量有重要影响。采用野外原位施肥试验模拟外源氮输入,设0,60,120,240kgN·hm^-24种试验处理,探讨外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响。结果表明,外源氮促进了CH4和N2O排放。与对照处理比较,各施氮水平CH4平均排放通量分别增加了181％,254％和155％,N2O排放通量分别增加了21％,100％和533％。外源氮输入对CH4排放的季节变化形式影响不大,而N2O的季节变化形式随着氮输入表现出波动变化的趋势。不同施氮水平对CH4排放的促进作用与植物生长阶段和产CH4的微生物过程密切相关,N2O排放通量随氮输入量呈指数增加（R^2=0．97,P〈0．01）。外源氮通过影响湿地微生物过程来进一步影响CH4和N2O的排放。     

施加秸秆和蚯蚓活动对麦田N2O排放的影响

蚯蚓是农田生态系统的重要组成部分,对土壤的碳氮循环和N2O排放起着重要作用。为了研究接种蚯蚓（威廉腔环蚓,Metaphire guillelmi）对农田土壤特性及N2O排放通量的影响,分析蚯蚓在土壤N2O排放中的作用,于2007-2008年冬小麦生长季采用静态箱-气相色谱法,对施用秸秆（表施和混施）并接种蚯蚓后土壤N2O排放通量的变化进行了监测,结果显示接种蚯蚓增加了土壤N2O的排放量。在秸秆表施的情况下,接种蚯蚓处理N2O的排放量最大,全生育期达14.26 kg?hm-2,显著高于未接种蚯蚓处理11.59 kg?hm-2（p<0.05）。在秸秆混施时,接种蚯蚓与未接种蚯蚓的两个处理间N2O排放量在栽培后期差异不显著。接种蚯蚓处理土壤N的矿化作用加强,矿质N含量提高,铵态氮含量比较稳定,硝态氮含量显著提高,表施秸秆接种蚯蚓处理硝态氮含量比未接种处理提高了20.1% （p<0.05）,达到21.13 mg?kg-1,而混施秸秆后接种蚯蚓的硝态氮含量为21.21 mg?kg-1,较未接种处理提高了11.7%。分析表明,硝态氮含量与N2O排放密切相关,接种蚯蚓后N2O排放潜力的提高与蚯蚓活动促进土壤氮素矿化特别是硝态氮含量的增加有关,农田生态系统中蚯蚓对N2O排放的贡献主要体现在促进秸秆混入土壤,从而改变秸秆分解的微域环境,促进反硝化作用并增加N2O的排放。     

华南丘陵区2种土地利用方式下地表CH4和N2O通量研究

采用静态箱-气相色谱法对华南丘陵区马尾松林和果园地表CH4和N2O通量及其主要影响因子进行了观测(马尾松Pinus massoniana林为期16个月,果园15个月),比较和分析了不同土地利用方式下地表CH4,和N2O通量的季节变化,地表CH4和N2O通量与温度和土壤含水量的关系以及凋落物对地表CH4和N2O通量的影响.结果表明,在有凋落物覆盖下,马尾松林和果园年均地表CH4通量分别为-3.41±0.3和-3.24±0.44 kg CH,hm-2a-1;年均地表N2O通量分别为4.57±0.50和11.99±0.67 kg N2O-N hm-2a-1;去除凋落物情况下,马尾松林和果园年均地表CH4通量分别为-2.98±0.44和-1.93±0.53 kg CH4 hm-2a-1;年均地表N2O通量分别为3.12±0.28和9.42±0.56 kg N2O-N hm-2a-1.2种土地利用方式对地表CH4影响较小,对N2O通鼍的影响较大,果园地表N2O通量显著大于马尾松林(P<0.01).马尾松林和果园土壤对CH4的吸收在旱季(10～3月)高而雨季(4～9月)低,N2O排放雨季较高而旱季较低.土壤含水量对地表CH4和N2O通量的影响比温度要大.凋落物对地表CH4通量的影响较小,对N2O通量的影响较大,凋落物对马尾松林和果园N2O排放的贡献率分别为31.71%和21.40%.研究还表明,地表N2O)通量存在明显的降雨驱动效应.     

长白山阔叶红松林土壤氮化亚氮和甲烷的通量研究

采用静态箱／气相色谱分析方法对长白山阔叶红松林两个处理的N2O和CH4通量进行了研究．结果表明,凋落物对土壤N2O排放和CH4吸收的影响是显著的,影响程度分别是36．9％和23．4％．两个处理的N2O排放通量季节变化趋势相似：夏季(6～8月)的排放通量最高,春季(3～5月)次之,秋(9～11月)冬(12～1月)两季较低．其日变化趋势也相似：最大值都出现在18：00,最小值都出现在12：00和14：00．CH4吸收通量的季节变化趋势也很相似：夏秋两季的吸收通量明显高于春冬两季的吸收通量．其日变化趋势也相似：从14：00开始持续上升到18：00达到最大值,然后持续下降到早晨6：00达到通量的最小值．研究还发现,长白山阔叶红松林土壤的N2O排放和CH4吸收间存在着一种负线性相关关系．     

广州地区晚稻田CH4和N2O的排放通量及其影响因素

用密闭箱法同时研究了广州地区晚稻田CH4和N2 O的排放通量。结果表明 ,连续淹水、常规连作和水旱轮作等 3种处理的CH4平均排放通量分别为 1 7 63、2 84和0 36mg·m- 2 ·h- 1 ,而N2 O的平均排放通量分别为 6 74、1 1 69和 55 0 7μgN2 O N·m- 2 ·h- 1 ,表明稻田连续淹水显著增加CH4的排放而降低N2 O的排放。水旱轮作降低CH4排放而提高N2 O的排放 ,说明稻田CH4和N2 O排放之间存在着消长关系。讨论了这 2种温室气体排放的影响因素 ,并初步分析了它们对温室效应的相对贡献。     

双季稻田种植不同冬季作物对甲烷和氧化亚氮排放的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内CH₄和N₂O的排放特征,对合理利用冬闲稻田,发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英、油菜以及翻耕移栽油菜和冬闲的双季稻田中甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放进行了分析。结果表明:在冬季作物生长期,CH₄、N₂O平均排放通量和总排放量均表现为翻耕移栽油菜＞免耕直播黑麦草＞免耕直播油菜＞免耕直播紫云英＞冬闲。不同冬季作物稻田CH₄和N₂O总排放量与对照(冬闲)的差异均达到极显著水平(P<0.01);翻耕移栽油菜的双季稻田中CH₄和N₂O排放量最高,分别达2.989 g/m²和0.719 g/m²。翻耕移栽油菜稻田的CH₄和N₂O温室效应总和也最大,为2893.92 kg CO₂/hm²;免耕直播黑麦草和免耕直播油菜处理次之,而免耕直播紫云英处理最低。种植不同冬季作物促进了稻田生态系统CH₄和N₂O的排放。     

Association of earthworm-denitrifier interactions with increased emission of nitrous oxide from soil mesocosms amended with crop residue

Earthworm activity is known to increase emissions of nitrous oxide (N(2)O) from arable soils. Earthworm gut, casts, and burrows have exhibited higher denitrification activities than the bulk soil, implicating priming of denitrifying organisms as a possible mechanism for this effect. Furthermore, the earthworm feeding strategy may drive N(2)O emissions, as it determines access to fresh organic matter for denitrification. Here, we determined whether interactions between earthworm feeding strategy and the soil denitrifier community can predict N(2)O emissions from the soil. We set up a 90-day mesocosm experiment in which (15)N-labeled maize (Zea mays L.) was either mixed in or applied on top of the soil in the presence or absence of the epigeic earthworm Lumbricus rubellus and/or the endogeic earthworm Aporrectodea caliginosa. We measured N(2)O fluxes and tested the bulk soil for denitrification enzyme activity and the abundance of 16S rRNA and denitrifier genes nirS and nosZ through real-time quantitative PCR. Compared to the control, L. rubellus increased denitrification enzyme activity and N(2)O emissions on days 21 and 90 (day 21, P = 0.034 and P = 0.002, respectively; day 90, P = 0.001 and P = 0.007, respectively), as well as cumulative N(2)O emissions (76%; P = 0.014). A. caliginosa activity led to a transient increase of N(2)O emissions on days 8 to 18 of the experiment. Abundance of nosZ was significantly increased (100%) on day 90 in the treatment mixture containing L. rubellus alone. We conclude that L. rubellus increased cumulative N(2)O emissions by affecting denitrifier community activity via incorporation of fresh residue into the soil and supplying a steady, labile carbon source.     

多年冻土退化地区湿地土壤温室气体排放及其影响因子

采用野外原位实验静态箱-气相色谱法,研究了兴安岭多年冻土不同程度退化地区生长季湿地土壤温室气体CH4、CO2和N2O的排放通量特征,同时分析了环境因子对土壤温室气体排放的影响。结果表明:1)3种类型冻土区(季节性冻土区、岛状多年冻土区、连续多年冻土区,分别用D1、D2、D3表示)土壤在生长季时期表现为CO2和N2O的源;D1和D3为CH4的源,D2为CH4的汇。D1、D2、D3土壤在生长季中平均CH4排放通量分别为(0.127±0.021)、(-0.020±0.006)、(0.082±0.019)mg·m^-2·h^-1;CO2排放通量分别为(371.50±66.73)、(318.43±55.67)、(213.19±37.05)mg·m^-2·h^-1;N2O排放通量分别为(24.05±2.62)、(8.07±2.42)、(2.17±0.25)μg·m-2·h-1。土壤CO2和N2O排放通量随多年冻土退化程度的加剧呈现出升高的趋势。2)细根生物量、凋落物生物量、全碳、全氮、可溶性有机碳、总可溶性氮、土壤容重、土壤温度、土壤含水量等均影响温室气体排放,3种不同类型冻土区土壤CH4、CO2和N2O的排放差异是诸多影响因子综合作用的结果。     

氢醌和双氰胺对种稻土壤N2O和CH4排放的影响

通过盆栽试验,研究了脲酶抑制剂氢醌（ＨＱ）、硝化抑制剂双氰胺（ＤＣＤ）及二者的组合（ＨＱ＋ＤＣＤ）对种稻土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放的影响．结果表明,在未施麦秸粉时,所有施抑制剂的处理均较单施尿素的能显著减少水稻生长期供试土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４的排放．特别是ＨＱ＋ＤＣＤ处理,其Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放总量分别约为对照的１／３和１／２．而在施麦秸粉后,该处理的Ｎ２Ｏ排放总量为对照的１／２,但ＣＨ４排放总量却较少差别．不论是Ｎ２Ｏ还是ＣＨ４的排放总量,施麦秸粉的都比未施的高出１倍和更多．因此,单从土壤源温室气体排放的角度看,将未腐熟的有机物料与尿素共施,并不是一种适宜的施肥制度．供试土壤的Ｎ２Ｏ排放通量,与水稻植株的ＮＯ－３Ｎ含量和土表水层中的矿质Ｎ量分别呈显著的指数正相关和线性正相关;ＣＨ４的排放通量则与水稻植株的生长量和土表水层中的矿质Ｎ量呈显著的线性负相关．在Ｎ２Ｏ与ＣＨ４的排放间,未施麦秸粉时存在着定量的相互消长关系;施麦秸粉后,虽同样存在所述关系,但难以定量化．     

三江平原生长季沼泽湿地CH4、N2O排放及其影响因素

 2003年6～9月采用静态箱_气相色谱法,对三江平原生长季不同淹水条件下沼泽湿地CH₄、N₂O的排放进行了同步对比研究,并探讨了影响气体排放的主要影响因素。结果表明, 生长季沼泽湿地CH₄和N₂O排放具有明显的时空变化特征。长期淹水的毛果苔草（Carex lasiocarpa）和漂筏苔草(Carex pseudocuraica)植物带CH₄的平均排放强度分别为259.2和273.6 mg•m^-2•d^-1,高于季节性淹水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)植物带的排放强度(38.16 mg•m^-2•d^-1)（p<0.00 0 1）;而生长季N₂O的平均排放强度分别为0.969、0.932 和0.983 mg•m^-2•d^-1, 植物带间无显著差异（p=0.967）。相关分析表明,气温和5 cm深地温对沼泽湿地CH₄生长季排放通量的影响较大,而水位则是影响长期淹水沼泽N₂O排放通量的主要因素;不同类型湿地间CH₄平均排放强度的差异主要受水位的控制,而强烈的还原环境可能是导致不同类型湿地具有近似的N₂O排放强度的原因。     

Effects of soil moisture content and temperature on methane uptake by grasslands on sandy soils

Aerobic grasslands may consume significant amounts of atmospheric methane (CH4). We aimed (i) to assess the spatial and temporal variability of net CH4 fluxes from grasslands on aerobic sandy soils, and (ii) to explain the variability in net CH4 fluxes by differences in soil moisture content and temperature. Net CH4 fluxes were measured with vented closed flux chambers at two sites with low N input on sandy soils in the Netherlands: (i) Wolfheze, a heather grassland, and (ii) Bovenbuurtse Weilanden, a grassland which is mown twice a year. Spatial variability of net CH4 fluxes was analysed using geostatistics. In incubation experiments, the effects of soil moisture content and temperature on CH4 uptake capacity were assessed. Temporal variability of net CH4 fluxes at Wolfheze was related to differences in soil temperature (r2 of 0.57) and soil moisture content (r2 of 0.73). Atmospheric CH4 uptake was highest at high soil temperatures and intermediate soil moisture contents. Spatial variability of net CH4 fluxes was high, both at Wolfheze and at Bovenbuurtse Weilanden. Incubation experiments showed that, at soil moisture contents lower than 5% (w/w), CH4 uptake was completely inhibited, probably due to physiological water stress of methanotrophs. At soil moisture contents higher than 50% (w/w), CH4 uptake was greatly reduced, probably due to the slow down of diffusive CH4 and O2 transport in the soil, which may have resulted in reduced CH4 oxidation and possibly some CH4 production. Optimum soil moisture contents for CH4 uptake were in the range of 20 – 35% (w/w), as prevailing in the field. The sensitivity of CH4 uptake to soil moisture content may result in short-term variability of net atmospheric CH4 uptake in response to precipitation and evapotranspiration, as well as in long-term variability due to changing precipitation patterns as a result of climate change.     

寒温带兴安落叶松林土壤温室气体通量的时间变异

采用静态箱/气相色谱(GC)法,对寒温带兴安落叶松林区6-9月生长季土壤CO2、CH4和N2O通量进行原位测定,研究了土壤温室气体通量的季节和昼夜变化及其与环境因子的关系.结果表明:在生长季,兴安落叶松林土壤为大气CH4的汇,吸收通量为22.3～107.8 μg CH4-C·m-2·h-1,6-9月月均甲烷吸收通量为(34.0±7.1)、(71.4±9.4)、(86.3±7.9)和(40.7-±6.2) μg·m-2·h-1;不同季节土壤CH4昼夜通量的变化规律相同,一天中均在10:00达到最大吸收高峰.土壤CO2日通量呈明显的双峰曲线,月均CO2通量大小顺序为7月＞8月＞6月＞9月.土壤N2O通量变异较大,在-9.1 ～31.7μg·m-2·h-1之间.土壤温度和湿度是影响CO2和CH4通量的重要因子,N2O通量主要受温度的影响.在兴安落叶松林区,10:00左右观测获得的温室气体地-气交换通量,经矫正后可以代表当日气体通量.