无机氮添加对湿地土壤CO2和N2O排放影响

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(1.长春大学，吉林 长春 130022；2.中国科学院 东北地理与农业生态研究所 湿地生态与环境重点 实验室，吉林 长春 130102；3.中国科学院大学，北京 100049)

0 引 言

湿地仅占陆地表面积4%～6%，但碳储存量占全球陆地碳储量1/3以上，是重要的陆地碳汇，对气候变暖有重要调节作用[1-2]。土壤呼吸是地-气间碳交换的重要途径，受环境条件影响，如气候条件、大气中CO2浓度及氮沉降等，在调节大气中温室气体浓度、减缓全球气候变化中发挥不可忽视的作用[3-4]。湿地生态系统低温、厌氧(常年或季节性积水)及养分限制等环境特点造成土壤有机质的大量积累，极易受外界环境扰动影响碳收支[5]。全球环境变化和人类活动共同影响下的湿地生态系统温室气体排放及其作用因素，一直是陆地生物圈反馈调节气候系统研究的热点问题。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点位于中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站(47°35′N，133°31′E)附近，属于温带大陆性季风气候、季节性冻土区，年均气温2.5 ℃，年均降水量558 mm，多集中于6-8月份，无霜期125 d。常年积水沼泽湿地、季节性积水沼泽湿地和灌丛沼泽，是该地区三种主要湿地类型[34]。主要湿地植物包括毛苔草(Carexlasiocapa)、小叶章、乌拉苔草(Crexmeyeriana)、狭叶甜茅(Glyceriaspiculosa)、绣线菊(Sanguisorbasalicifolia)、越橘柳(Salixmyrtilloides)和细叶沼柳(Salixrosmarinifolia)等。土壤类型为典型草甸沼泽土和泥炭沼泽土，地表覆盖有较厚的植物残体，有机质含量较高，土壤pH介于5～6之间。

1.2 土壤样品采集与分析

土壤样品采集于2016年5月下旬。在小叶章沼泽湿地及距离其1.3 km处的水稻田(Oryzasativa)研究地，分别随机选择三个采样点，每个采样点选取5点，分别采集0～10 cm和10～20 cm深土样进行混合，同时用环刀法测土壤容重。在实验室，将不同采样点获得的同层土样完全混合，去除植物残体、石砾后分成两部分，一部分过2 mm筛后放入冰箱中4 ℃保存，用于后期培养实验；另一部分自然风干后过0.25 mm筛，测定土壤有机碳、全氮、全磷含量和pH值。

土壤有机碳采用重铬酸钾氧化外加热法，全氮采用凯氏定氮仪法，全磷采用钼锑抗比色法，pH值采用无CO2水浸提(1∶2.5)电位计法，土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[35]。

1.3 试验设计

1.4 数据处理

采用双因素方差分析(two-way ANOVAs)比较土壤类型、土层深度对土壤理化性质差异性的影响，三因素方差分析(three-way ANOVAs)比较土壤类型、土层深度和不同比例无机氮添加对土壤微生物生物量碳变化影响的差异显著性，采用重复测量方差分析(repeated-measures ANOVA)检验不同比例无机氮添加对土壤CO2和N2O排放影响。文中图通过Origin8.5获得，所有数据采用SPSS16.0统计分析软件进行分析处理，显著性水平P<0.05。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质

小叶章沼泽化草甸湿地土壤有机碳、全氮和全磷含量显著高于水稻土(P<0.05)，0～10 cm土层各元素含量均要高于10～20 cm土层，尤以有机碳含量差异最为明显，都达到了显著水平(P<0.05，表1)。两种湿地土壤类型间C/N差异显著，反映出二者质量存在一定差异。沼泽化湿地土壤pH值低于水稻土，都表现出弱酸性。土壤容重随土层深度增加而显著增加，湿地植物根系浓密，导致土壤容重显著低于水稻土(P<0.05)。

表1 土壤基本理化性质 (平均值±标准误,n=3)Table 1 Basic soil physical and chemical properties(Mean±SE,n=3)

注：同列不同字母代表均值具有显著性差异(P<0.05).

Note:Different letters in the same column indicate significant differences atP<0.05 level.

2.2 无机氮添加对CO2排放影响

图1 不同比例无机氮添加对(a)小叶章沼泽湿地土和(b)水稻土CO2排放影响Fig.1 Effects of different inorganic N additions on CO2 emissions in (a) wetland and (b) paddy soil

2.3 无机氮添加对N2O排放影响

图2 不同比例无机氮添加对(a)小叶章沼泽湿地土和(b)水稻土CO2排放影响Fig.2 Effects of different inorganic N additions on N2O emissions in (a) wetland and (b) paddy soil

2.4 无机氮添加对土壤微生物量碳的影响

图3 不同比例无机氮添加对(a)小叶章沼泽湿地土和(b)水稻土土壤微生物量碳的影响Fig.3 Effects of different inorganic N additions on soil microbial biomass carbon in (a) wetland and (b) paddy soil

3讨 论

4 结 语