海南长宁河口桐花树红树林土壤CH_4动态研究

研究了海南东寨港长宁河口桐花树Aegiceras corniculatum红树林下土壤的CH4动态?土壤CH4通量的滩面变化规律四季一致,平均值为0.56 mg·m-2·d-1,外滩?中滩和内滩的季节平均值分别为0.70,0.64和0.35 mg·m-2·d-1?冬季最低?多元线性回归分析表明,土壤含水量?Ca2+,Mg2+?有机质?含盐总量和HCO-3对CH4产生率影响显著?所有季节滩面土壤CH4产生量平均值为2.83 mg·m-2·d-1,氧化量平均值为2.27 mg·m-2·d-1,传输率平均值为35.27%,浓度平均值为0.39 μmol·dm-3,库量平均值为6.18 mg·m-2?

艾比湖地区棉田、撂荒地土壤CH_4排放通量日变化规律研究

【目的】定量分析干旱区农田撂荒前后土壤甲烷(CH4)排放通量的日变化,着重探讨影响土壤CH4排放的环境因子,为解释人类活动对该地区农田生态系统的土壤CH4排放的影响提供数据支持。【方法】用静态箱法结合Li-7700快速CH4分析仪(Li-7700,Li-cor Inc,USA)对艾比湖地区农田生态系统中棉田及撂荒地生长季(2010年8月)的土壤CH4排放浓度和密度进行实时测定,并分析水热因子对土壤CH4排放的影响。【结果】棉田、撂荒地CH4排放具有较明显的昼夜变化,棉田呈双峰曲线,撂荒地呈单峰或双峰曲线。在观测时间内,10 a棉田的平均通量为2.23 mg/(m2.h),最大值为61.01 mg/(m2.h),最小值为-41.05 mg/(m2.h);10 a撂荒地的平均通量为-3.90 mg/(m2.h),最大值为50.25 mg/(m2.h),最小值为-87.39mg/(m2.h)。棉田、撂荒地土壤CH4排放与土壤含水量、空气相对湿度相关不显著;所有样地CH4排放量与15、20 cm的土壤温度相关性最高(相关系数:棉田为-0.70,-0.71;撂荒地为-0.52,-0.52,P<0.01);综合考虑水分、温度因素可以解释土壤CH4排放变化的70.60%～85.61%,这比单独考虑水分或温度对土壤CH4排放变化的解释度都高。【结论】棉田是土壤CH4微弱的源,撂荒地是土壤CH4微弱的汇,水分、温度是影响生长季棉田和撂荒地土壤CH4排放变化最主要的环境因子。

华北平原冬麦田土壤CH_4的吸收特征研究

利用静态箱/气相色谱(GC)法,对华北平原冬小麦拔节—成熟期间麦田土壤CH4气体通量进行了测定,得出华北平原典型冬麦田土壤是大气CH4的弱吸收汇。试验期间土壤CH4通量存在明显的季节变化和日变化,麦田拔节—成熟期间土壤CH4通量日平均值为-18.3μg.m-2.h-1,波动范围为-4.3^-24.4μg.m-2.h-1;在土壤CH4通量的日变化中,观测到麦田土壤在午间和夜间都有一个吸收峰,峰值出现的时间因生育期不同而有所不同。试验期间CH4通量日平均值与土壤温度关系不明显,而与土壤水分呈负相关(α=0.01);日变化中土壤CH4通量与地表温度的相关性较差,而与5 cm地温相关密切。麦田拔节—成熟期间土壤CH4通量日平均值随NH4+-N施用量的增加呈递减规律,农田秸秆还田后不利于土壤对CH4的吸收。

海莲红树林土壤CH_4动态研究

对海南东寨港河港河口海莲红树林土壤CH4动态进行研究。CH4通量季节变化规律为春季>夏季>秋季>冬季,所有季节所有滩面其平均值为1.21 mg/(m2d)。不同季节CH4产生量平均值的大小顺序也为春季>夏季>秋季>冬季,所有季节所有滩面其平均值为8.28 mg/(m2d);土壤理化因子对河港海莲林土壤CH4产生率的重要性依次为全氮>NaCl>Na+>Cl->SO42->含水量>总含盐量>有机质。暖季CH4氧化量高于冷季,平均值为7.06 mg/(m2d)。在所有季节所有滩面上,河港海莲林土壤CH4传输率的平均值为28.21%。

中亚热带天然林土壤CH_4吸收速率对模拟N沉降的响应

陆地森林土壤是重要的大气甲烷(CH4)汇,大气氮(N)沉降增加对森林土壤CH4吸收速率影响突出。运用静态箱-气相色谱法对中亚热带天然林土壤CH4吸收速率对模拟N沉降的响应进行连续3a的观测;试验作3种N处理,分别为对照(CK,0 kg N·hm-2·a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,100 kg N·hm-2·a-1),每种处理重复3次,每个月采集气体1次,同时测定0—5 cm土壤温度和0—12 cm土壤含水量;分析不同N沉降水平土壤CH4吸收速率的差异、动态变化以及对土壤含水量和土壤温度响应,并探讨N沉降对土壤理化性质的影响。结果显示:天然林土壤(CK)平均CH4吸收速率为(-62.78±14.39)μg·m-2·h-1,LN和HN土壤平均CH4吸收速率分别下降了30.21%、7.24%,CK、LN和HN处理土壤CH4吸收速率季节变化趋势相似;观测期间土壤CH4吸收速率对LN响应达到显著水平(P<0.05),对HN响应则不显著(P>0.05);LN、HN处理前两年对土壤CH4吸收速率抑制作用均不显著(P>0.05),但在第3年LN极显著降低了土壤CH4吸收速率(P<0.01),HN处理对土壤CH4吸收速率的影响则在第3年表现为显著抑制作用(P<0.05),表明土壤CH4吸收速率对N沉降的响应随着N沉降时间的持续呈抑制效应加剧的趋势。相关分析表明:CK与HN土壤CH4吸收速率与土壤温度和土壤含水量均有显著相关性(P<0.05),但LN土壤CH4吸收速率仅与土壤含水量显著相关(P<0.05),表明土壤含水量是控制各N沉降处理土壤CH4吸收速率动态的主要环境因子。此外,LN、HN处理下土壤pH均极显著降低(P<0.01),但LN土壤pH极显著低于HN(P<0.01);LN处理极显著提高了土壤C/N比(P<0.01),HN处理则相反;LN和HN处理对土壤NH+4-N、NO-3-N、可溶性总N(TDN)、可溶性有机碳(DOC)、地面凋落物量、地下0—10 cm细根生物量影响均不显著(P>0.05),表明一定时期内N沉降首先引起了土壤pH和土壤C/N比的显著变化。

黄土台塬不同土地利用方式土壤CH_4通量特征及主控因子分析

土地利用转变会导致土壤微环境及生理生化过程发生改变,继而影响土壤温室气体的产生和排放。目前关于土地利用转变对温室气体通量的研究主要集中于CO_2,而对CH_4研究甚少。本文以黄土台塬为研究区,重点分析不同土地利用方式的土壤CH_4通量特征与其影响因素的关系,并明确其关键影响因子,为预测整个黄土台塬土地利用方式转变对温室效应的贡献提供基础数据。以陕西省永寿县马莲滩林场为研究对象,于2015年4月—2016年3月,采用静态箱-气相色谱法,对耕地、天然草地、灌木林地、乔灌混交林地、乔木林地和果园的CH_4通量特征进行研究,并分析土壤CH_4通量与土壤温度、地表温度、含水量及全氮的关系。不同土地利用方式土壤CH_4平均通量差异显著(P<0.05),但表现相似的季节变化,呈现夏秋季高于冬春季特征。林地、园地、耕地土壤均为CH_4吸收汇,其吸收能力(平均值)为乔灌混交林(51.24μg·m^(-2)·h^(-1))>乔木林(44.80μg·m^(-2)·h^(-1))>灌木林(31.52μg·m^(-2)·h^(-1))>草地(25.89μg·m^(-2)·h^(-1))>果园(18.97μg·m^(-2)·h^(-1))>耕地(14.89μg·m^(-2)·h^(-1))。不同土地利用方式土壤CH_4吸收与土壤温度、全氮和地表大气温度均呈正相关;与土壤含水量呈负相关。其土壤表层(0~20 cm)温度是6种土地利用方式土壤CH_4吸收的主要影响因素。总之,自然条件下的土壤CH_4吸收率明显高于农业土壤CH_4吸收率,耕地转变为林地后土壤的CH_4吸收能力增强,土壤对减缓温室效应的贡献增大。

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH_4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P<0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P>0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P<0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P<0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P>0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。

喀斯特石漠化治理区土壤CH4和CO2排放研究

本研究采用静态密闭箱-气相色谱法,于2016年12月到2017年11月对重庆市南川石漠化治理示范区4个岩溶碳汇试验区(金银花地JYH、人工造林地杨树林YSL、坡改梯PGT、经济作物花椒林地HJ)及3个对照区(荒地HD、非坡改梯FPGT、弃耕地QGD)的土壤甲烷、二氧化碳的浓度及排放通量进行原位观测,探讨我国南方喀斯特石漠化地区甲烷和二氧化碳浓度分布和时空排放规律,及岩溶区土壤温度、土壤含水率等环境因子对甲烷、二氧化碳排放的影响。结果表明:不同植被类型下土壤CO2的浓度范围为5 003.64~19 163.23 mg/m^3,土壤CH4的浓度范围为5.35~7.46 mg/m^3。土壤CO2的排放通量具有随季节变化土壤CO2排放通量随季节明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与CO2排放通量呈显著正相关关系。土壤CH4释放速率没有明显的季节变化规律,在个别月份出现显著变化表现为巨大的源与汇,主要是受到土壤温度、土壤含水率及土壤微生物的共同影响。本研究采用静态密闭箱-气相色谱法,于2016年12月到2017年11月对重庆市南川石漠化治理示范区4个岩溶碳汇试验区(金银花地JYH、人工造林地杨树林YSL、坡改梯PGT、经济作物花椒林地HJ)及3个对照区(荒地HD、非坡改梯FPGT、弃耕地QGD)的土壤甲烷、二氧化碳的浓度及排放通量进行原位观测,探讨我国南方喀斯特石漠化地区甲烷和二氧化碳浓度分布和时空排放规律,及岩溶区土壤温度、土壤含水率等环境因子对甲烷、二氧化碳排放的影响。结果表明:不同植被类型下土壤CO2的浓度范围为5 003.64~19 163.23 mg/m^3,土壤CH4的浓度范围为5.35~7.46 mg/m^3。土壤CO2的排放通量具有随季节变化土壤CO2排放通量随季节明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与CO2排放通量呈显著正相关关系。土壤CH4释放速率没有明显的季节变化规律,在个别月份出现显著变化表现为巨大的源与汇,主要是受到土壤温度、土壤含水率及土壤微生物的共同影响。

黄土高原冬小麦田土壤CH_4通量对人工降水的短期响应

为了解黄土高原旱作农田土壤CH4排放对不同降水事件的短期响应过程,分别在冬小麦拔节期和夏闲期进行了人工模拟降水试验,对1-32 mm不同降水量模拟降水后0-72 h土壤CH4排放通量进行了观测.结果表明：模拟降水后旱作农田土壤CH4排放通量变化特征表现出两种不同的模式：低降水量（1、3和8 mm）处理为波动变化,高降水量（16和32 mm）处理呈单峰型变化.降水后72 h土壤CH4累积通量（CH4-C）与降水量（P）呈显著线性正相关（冬小麦拔节期：CH4-C=2.45P-6.09,R2=0.92,P〈0.01;夏闲期：CH4-C=2.43P-4.73,R2=0.91,P〈0.01）.相关分析表明,土壤CH4通量与土壤含水量和土壤微生物生物量碳含量显著相关,而与土壤温度不相关.少量降水（1-8 mm）可以在短期内促进旱作农田土壤对CH4的吸收,加强土壤作为大气CH4汇的强度,然而这种促进作用也会随降水量的增大和降水的下渗而削弱.较大降水（≥16 mm）可以刺激土壤产甲烷菌活性促进CH4释放,在短期内使旱作农田土壤由单一的汇功能转变为汇源双重功能.

采伐干扰对东北温带次生林土壤CH_4通量的影响

2007年6月至2009年10月,采用静态箱/气相色谱法测定了不同采伐干扰(皆伐后农作、皆伐后造林、50%强度采伐、25%强度采伐和对照)条件下,东北地区典型次生林的土壤CH4通量.结果表明:研究样地的土壤均为CH4的吸收汇.采伐干扰降低了土壤的CH4吸收能力,不同处理样地土壤的CH4吸收通量大小依次为:对照(-85.03μg CH4·m-2·h-1)>50%强度采伐(-80.31μg CH4·m-2·h-1)>25%强度采伐(-70.97μg CH4·m-2·h-1)>皆伐后农作(-65.57μg CH4·m-2·h-1)>皆伐后造林(-62.02μg CH4·m-2·h-1).各处理样地土壤CH4吸收通量的季节动态相似,均表现为生长季吸收值较高,冬季较低.采伐干扰后各处理的土壤温度、土壤湿度、土壤硝态氮和铵态氮含量均增加,而土壤CH4吸收通量与土壤温度呈显著二次相关,与土壤含水量呈线性负相关.次生林采伐后土壤含水量、土壤铵态氮和硝态氮含量的增加是土壤CH4吸收通量降低的重要控制因子.

中亚热带人工幼林土壤甲烷通量月动态及影响因素

亚热带森林土壤是重要的大气甲烷(CH_(4))汇。本研究以中亚热带人工幼林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对土壤CH_(4)通量进行为期1年的野外原位观测,并探究其与环境因子、土壤理化性质及土壤微生物的关系。结果表明:研究区内人工幼林土壤为甲烷汇,土壤CH_(4)月均吸收通量变化范围为10~75.6μg·m^(-2)·h^(-1)。土壤CH_(4)吸收通量呈显著的月动态,最高值出现在3月,最低值是5月。土壤含水率、林内气温和空气湿度是控制甲烷吸收的重要环境因子,能解释土壤CH_(4)月吸收通量变化的36.4%,土壤CH_(4)月吸收通量与土壤含水率呈负相关关系,与林内气温和空气湿度呈正相关关系。土壤pH值、土壤可溶性有机氮、铵态氮与土壤CH_(4)吸收通量为显著的正相关,能解释其变异的23%;土壤CH_(4)吸收通量与甲烷氧化菌(18∶1ω7c)浓度无显著的相关性。此外,土壤微生物生物量氮是影响甲烷氧化菌(18∶1ω7c)的主要因子。研究结果证实了亚热带人工幼林具有重要的土壤甲烷吸收作用,土壤CH_(4)吸收通量主要受环境因子和土壤理化的影响(约占60%)。本研究对中亚热带森林土壤甲烷汇的估算具有重要意义,也为森林碳循环和固碳潜力的发展提供理论支持。

石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响

为探究石漠化治理对土壤中CO_2、CH_4变化特征及碳汇效应的影响,采用气相色谱法对重庆市南川石漠化治理示范区土壤中CO_2、CH_4浓度进行观测,结合土壤温度、土壤含水率、土壤容重和土壤有机碳对石漠化治理区(试验区)和对比区(未经过石漠化治理的荒草地)进行研究,并用溶蚀量数据估算岩溶区碳汇量。结果显示:土壤中CO2浓度随土壤深度的增加先增加后减小,变化范围为393～7 400mg·L^(-1);而土壤中CH_4浓度随土壤深度的增加先减小后增大,变化范围为1.13～3.42mg·L^(-1)。试验区土壤中CO_2浓度均值为2 131mg·L^(-1),CH4浓度均值为1.94mg·L^(-1);而对比区土壤中CO_2浓度均值为2 338mg·L^(-1),CH_4浓度均值为2.10mg·L^(-1)。土壤温度、土壤有机碳与土壤中CO_2浓度变化趋势呈显著正相关关系,而与土壤中CH_4变化趋势呈显著负相关关系,说明土壤温度和土壤有机碳是影响土壤中CO_2、CH_4浓度的主要因素;土壤温度与土壤中CO2浓度呈正相关关系且相关性随石漠化治理而变弱,说明经过石漠化治理土壤温度对土壤中CO2浓度的影响减弱。试验区岩溶试片溶蚀速率大于对比区,且经过石漠化治理,由岩溶作用产生的碳汇可提高0.66～9.42t·km^(-2)·a^(-1);说明石漠化治理对于岩溶区碳汇起到了促进作用。

典型岩溶丘陵区生长季土壤CO_2、CH_4通量研究

我国西南岩溶丘陵区生长季漫长,而土壤表面CO_2、CH_4通量受地表植被覆盖的影响较大。为探究岩溶丘陵区生长季有植被覆盖(有草)和无植被覆盖(无草)的土壤表面CO_2、CH_4通量及其日变化特征,采用静态箱-气相色谱法对重庆市南川岩溶丘陵区土壤表面CO_2、CH_4通量进行观测,结合土壤温、湿度进行研究。结果表明:岩溶丘陵区土壤表面在生长季表现为CO_2源、CH_4汇,有草的土壤表面CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,CH_4通量则无明显差别,说明在生长季地表植被覆盖是影响土壤CO_2通量的重要因素,而植被覆盖对土壤CH_4通量无显著影响,土壤表面有草和无草的CO_2通量分别为552、352 mg/m2·h,CH_4通量分别为-80、-75μg/m2·h(生长季6个月平均值)。在生长季日变化尺度上,土壤也表现为CO_2源、CH_4汇,有草土壤表面的CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,且二者的变化特征一致,CH_4通量受到植被覆盖的影响较小;生长季土壤CO_2、CH_4通量受土壤温、湿度的共同影响,其中土壤CO_2通量与土壤温度呈正相关关系,即土壤温度升高会促进土壤CO_2通量的提高,而土壤CH_4通量与土壤温度无相关关系,即土壤温度对土壤CH_4通量无显著影响;由于生长季土壤湿度变化较土壤温度小,因此土壤湿度对土壤CO_2、CH_4通量的影响较土壤温度小。

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。

华北石质山区坡位对栓皮栎人工林土壤温室气体排放的影响

山地及丘陵地带的坡位变化对温室气体的排放具有重要影响且存在很大的不确定性,选取华北石质山区不同坡位栓皮栎人工林下土壤为对象,采用室内培养法将不同坡位过筛土壤含水率调至60%的田间持水量(WHC)并培养256h,测定分析了土壤温室气体累积排放/吸收量、土壤理化性质及其相关性。结果表明,该地区不同坡位土壤整体表现为CO2、N2O的源,CH4的汇。坡位变化通过改变栓皮栎人工林植被的生长状况以及林下土壤的物理结构、速效养分和矿质氮含量的分布,间接影响了土壤温室气体的排放与吸收。受土壤矿质氮和速效养分含量等影响,土壤累积CO2排放量呈坡上>坡下>坡中的趋势,累积N2O排放量与累积CH4吸收量均呈坡上>坡中>坡下的趋势,坡上土壤温室气体增温潜势显著高于坡下与坡中土壤(P<0.05)。相关性分析表明,土壤累积CO2排放量与土壤硝态氮(NO3^--N)含量显著正相关(P<0.05),累积N2O排放量与土壤容重(BD)显著正相关,累积CH4吸收量与土壤pH、铵态氮(NH4^+-N)、全氮(TN)及溶解性有机碳(DOC)显著相关,且累积CO2排放量与累积N2O排放量呈显著正相关。因此,在该地区山地及丘陵地带进行人工林种植并评估土壤固碳效应时,应当高度重视坡上土壤温室气体累积排放与吸收的变化。