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驗（對照、降水減少20％、60％、100％），結合室內原狀土培養實驗探究降水減步對森林不同土層CH4吸收能力的影響。[結果]表層土壤CH4吸收能力最強，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吸收速率與銨態氮（NH4+-N）、硝態氮（NO-3-N）呈正相關（plt;0.05），不同土層的CH4吸收速率與土壤有機碳（SOC）、可溶性有機碳（DOC）含量極顯著正相關（plt;0.001）。[結論]本研究中降雨減少引起的表層土壤NH4+-N、NO-3-N含量的增加促進了土壤對大氣CH4的吸收速率，土壤中soc、DOC含量是調控不同土層CH4吸收速率的關鍵因子。

關鍵詞：降水減少；土壤CH4吸收；銨態氮；硝態氮；土壤有機碳；可溶性有機碳

中圖分類號：S714 文獻標識碼：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果，也會是其吸收匯減少的結果，通氣狀況良好的土壤被認為是大氣CH4的重要陸地匯，其中森林土壤至關重要，占全球土壤CH4匯的62％，在調節溫室氣體濃度方面發揮著重要作用。

近年來，全球氣候變化引起的極端天氣頻發，如持續性的干旱和強降水等現象時有發生，這將強烈改變全球降水的分配格局。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動的，降水模式的變化通過改變土壤物理性質以及土壤中養分（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驗中發現，降雨減少后，土壤CH4年均吸收量增加，恢復降雨之后，土壤CH4吸收速率又恢復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，導致土壤透氣性變差，氧氣（O2）向土壤中的擴散受到抑制，土壤處于厭氧狀態，土壤由CH4匯轉變成CH4源。也有研究發現，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，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系統在溫室氣體預算中的重要作用，有必要在亞熱帶地區開展實驗來探究降水變化對不同深度土壤CH4吸收能力的影響。