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不同区域森林土壤甲烷氧化及其影响因子的初步研究

魏晋  
【摘要】: 近年来人类活动导致大气甲烷浓度的增加和温室效应。森林土壤是大气甲烷重要的汇,是陆地生态系统的重要组成部分。研究森林土壤甲烷氧化及其影响因素对采取措施增强土壤甲烷汇强度有重要意义。 本文采用长白山、西双版纳和鼎湖山11种典型森林的表层和剖面土壤通过室内培养实验研究甲烷氧化规律及其主要影响因子;并通过室内添加不同形态剂量氮肥和酸以及在野外施氮肥两种方式模拟大气氮酸沉降,以研究氮酸胁迫对不同气候带土壤氧化甲烷能力产生影响。 对长白山、西双版纳和鼎湖山不同区域森林表层和剖面土壤的甲烷氧化研究表明:温带森林甲烷氧化潜势高于热带和亚热带。所有森林表层土壤甲烷氧化的半饱和常数(K_m)变化范围较大,从而显示不同区域以及同区域不同植被下土壤甲烷氧化特性具有差异性。因子分析和回归分析显示,影响这些森林表层和剖面土壤甲烷氧化的主要因子是水/盐溶性有机碳/氮(剖面土壤为水溶性有机碳/氮)、水溶性氮以及微生物碳氮。 树种、土地利用方式和距树干距离影响土壤甲烷氧化。长白山阔叶红松林表层土壤(0~5cm)在大气本底和高浓度甲烷时都表现出高氧化速率,其V_(max)和K_m值表明阔叶红松林具有较大的甲烷氧化潜势。同时,不同土地利用方式影响表层土壤甲烷氧化,热带雨林表层土壤(0~5cm)甲烷氧化显著高于橡胶林和西双版纳茶园土。距离树干0cm的森林土壤甲烷氧化显著高于距树干50cm和100cm的土壤。 对三个区域森林剖面土壤(0~20cm)的甲烷氧化研究表明,温带森林剖面在上层甲烷氧化速率下降较快(0~10cm)。红松林的最大氧化出现在0~2.5cm土层,而岳桦林和云冷杉林出现在2.5~7.5cm的土层。 乙烯存在能够抑制森林土壤甲烷氧化。在高浓度乙烯(约20μL C_2H_4 L~(-1))存在时,发现所选择的不同区域森林土壤大气本底甲烷氧化均被抑制,抑制率为77%~100%。热带森林土壤对乙烯最为敏感。 硫酸链霉素对热带和温带森林土壤甲烷氧化有显著抑制作用,对于亚热带森林土壤有促进作用。西双版纳表层土壤比长白山对硫酸链霉素更加敏感。 氮肥对甲烷氧化有抑制作用。在实验室内向土壤中加入氮肥模拟氮沉降,结果表明硫酸铵和氯化铵均能显著抑制不同区域森林表层土壤的大气本底甲烷和高浓度甲烷氧化,硝酸钾无显著抑制作用。野外施氮肥土壤的培养实验结果表明,发现氯化铵抑制阔叶红松林表层土壤(0~7cm)和PVC管有机层施肥土壤甲烷氧化,硝酸钾抑制野外施肥四个月的PVC管有机层土壤。在施加高浓度氮肥时,增加氮肥剂量其抑制作用不会增强。盐抑制森林土壤甲烷氧化,其抑制作用可能和阴离子(如SO_4~(2-)和Cl~-)有关。因此,氮肥对甲烷氧化的抑制作用可能是NH_4~+、NO_3~-与阴离子共同作用的结果。硝酸、硫酸和盐酸均能显著抑制森林表层土壤的高浓度甲烷氧化。热带雨林土壤pH在4.9~5.4之间时,pH的降低抑制甲烷氧化。当添加高浓度酸硫酸或盐酸时,再添加高浓度的含相同阴离子铵态氮肥时,其抑制作用不会加强,酸的抑制起主要作用。


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