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温室气体是指地球大气中导致温室效应的气体,主要包括CO2、CH4和N2O等。据政府间气候变化专业委员会报告指出,近几十年来,地球大气中CO2、CH4和N2O的浓度分别以年均0.5%、0.8%和0.3%的速度增长。气候变暖已成为全球广泛关注的热点之一。本研究以中科院鹤山丘陵综合开放试验站4种人工林(尾叶桉林、厚荚相思林、10个乡土树种混交林与30个乡土树种混交林)为研究对象,采用静态箱/色谱分析技术对表层土壤CO2、CH4和N2O通量进行了原位测定,研究了(1)剔除林下灌草和添植翅荚决明(UR+CA);(2)剔除林下灌草(UR);(3)添植翅荚决明(CA);(4)对照(CK)对土壤温室气体排放的影响。研究结果如下:
1.在4种林型中,地表空气温度(P<0.01)、空气湿度(P<0.01)、风速(P<0.01)、土壤温度(P<0.05)、土壤湿度(P<0.01)、NO3-N(P<0.01)、细根生物量(P<0.01)和微生物量(MBC)(P<0.01)差异显著,但土壤pH、SOC和NH4-N没有显著差异。林下剔除灌草和添植翅荚决明对地表空气湿度(P<0.05)、风速(P<0.01)、土壤温度(P<0.05)、土壤湿度(P<0.01)、SOC(P<0.05)、NO3-N(P<0.01)和细根生物量(P<0.01)有显著影响,而对地表空气温度、土壤pH、NH4-N和MBC影响不显著。
2.与10个树种和30个树种混交林相比,尾叶桉林和厚荚相思林地表空气温度和土壤温度降低,而地表空气湿度和土壤湿度相对升高。和对照相比,林下剔除灌草显著提高地表土壤温度,降低地表土壤湿度。土壤SOC在4个林型中含量变化不大,但剔除林下灌草导致土壤SOC明显降低。表层土壤NO3-N林型之间差异显著,在尾叶桉林中,土壤NO3-N最低。剔除林下灌草使土壤NO3-N略有上升,而添植翅荚决明使土壤NO3-N含量显著提高。就土壤细根生物量和微生物碳来言,细根生物量在尾叶桉林中显著高于其他林型,剔除林下灌草显著降低地表土壤细根生物量。尾叶桉林和厚荚相思林土壤MBC显著高于其它两种林型;但在4个处理中,MBC差异不显著。土壤pH和NH4-N在4个林型和4个处理中都没有明显差异。
3.4种林型的表层土壤CO2通量在一年中呈明显的季节变化。雨季CO2排放通量显著高于旱季;而CH4和N2O排放通量在雨季变化幅度较大,在旱季则趋于相对稳定。
4.表层土壤CO2通量在4种林型中差异极显著,在尾叶桉林和厚荚相思林中,CO2通量显著高于10个树种混交林和30个树种混交林。CH4通量在4种林型中也差异显著,在尾叶桉林和厚荚相思林中,土壤表现为CH4的库,而在10个树种混交林和30个树种混交林中表现为CH4的源。N2O通量在4种林型中也差异显著,尾叶桉林比厚荚相思林、10个树种混交林和30个树种混交林都明显降低。
5.添植翅荚决明在4个林型中都显著增大土壤CO2的排放;剔除林下灌草在尾叶桉林和厚荚相思林中,能促进土CO2的排放;但在10个树种和30个树种混交林中,土壤CO2通量降低。对CH4通量而言,在4个林型中剔除林下灌草降低CH4排放通量;在尾叶桉林和厚荚相思林中,添植翅荚决明降低了CH4排放通量,而在10个树种混交林和30个树种混交林中增加了CH4排放;剔除林下灌草使地表N2O通量略有提高,而添植翅荚决明能显著提高N2O排放。
6.研究结果还表明,土壤温度、湿度和微生物量是影响表层土壤CO2通量的主要因子。但土壤温湿度与微生物量等因子对地表CO2通量的影响是相互制约,相互限制的。表层土壤温度、湿度、土壤NO3-N和NH4-N含量都是影响CH4通量的主要因子。林型间CH4通量可能是土壤温湿度通过影响土壤NO3-N和NH4-N含量,进而影响甲烷氧化菌和甲烷产生菌的活性。土壤温湿度,土壤NO3-N含量是影响N2O通量的关键因子。