不同用量生物质炭输入对板栗林土壤温室气体排放的影响

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板栗(Castanea mollissima)是中国重要的经济树种之一,我国板栗林种植面积已达1.25百万公顷。板栗林在浙江省境内广泛分布,是浙江省人工林资源的重要组成部分。板栗林的集约经营管理措施在提高板栗产量的同时,却导致板栗林水土流失现象增加、土壤微生物活性显著降低以及温室气体排放显著增加等负面影响。施生物质炭可以显著增加土壤有机碳储量,并能显著降低土壤温室气体排放。然而,人工林土壤对不同用量生物质炭输入的响应及其机制目前尚不清楚。本研究选择典型集约经营板栗人工林地布置定位试验,研究不同用量生物质炭输入对土壤温室气体排放与活性碳氮库的影响,探讨不同用量生物质炭输入条件下板栗林土壤温室气体排放与土壤环境因子之间的相互关系,并比较了试验处理后第1年和第2年期间不同处理条件下土壤温室气体累积排放量的差异。主要取得的研究进展如下:(1)板栗林土壤温室气体排放在生物质炭和对照处理下均与大气温度变化规律相似,表现为夏秋季节高、春冬季节较低,土壤CO2和N2O排放最大值出现在8-9月,最小值出现在1-2月,而土壤CH4吸收通量的最大值出现在7-8月,最小值出现在12-1月。(2)在生物质炭输入后初期(3个月),5 t hm-2和10 t hm-2生物质炭处理下土壤WSOC和MBC含量显著高于对照(P<0.05),而随后无显著影响。生物质炭处理显著降低土壤NH4+-N和NO3--N含量(P<0.05),且下降幅度随生物质炭输入量增加而增大;5 t hm-2和10 t hm-2生物质炭处理条件下的土壤水溶性氮(WSON)含量显著高于对照(P<0.05),而2 t hm-2生物质炭处理对土壤WSON含量无显著影响;不同用量生物质炭输入对土壤微生物量氮(MBN)含量均无显著影响。(3)施入生物质炭第1年,生物质炭处理条件下的土壤CO2累积排放通量显著高于对照处理,且其随生物质炭输入量的增加而增加;但施入生物质炭第2年,不同处理下的土壤CO2累积排放通量无显著差异。在不同处理条件下,板栗林土壤CO2排放通量与土层5 cm处温度之间均呈极显著相关(P<0.01),但不同处理下的Q10值无显著差异。在对照、2 t hm-2和5 t hm-2生物质炭处理条件下,土壤CO2排放通量与土壤水溶性碳(WSOC)含量呈极显著正相关(P<0.01),在对照和2 t hm-2生物质炭处理条件下,土壤CO2排放通量与土壤微生物量碳(MBC)含量呈极显著正相关(P<0.01);不同处理条件下,板栗林土壤CO2排放通量与土壤含水量均无显著相关性。(4)不同生物质炭处理下板栗林土壤N2O累积排放通量均显著低于对照,且其随生物质炭输入量增加而显著降低;不同处理条件下,土壤N2O排放与土壤温度、NO3--N含量和NH4+-N含量均呈极显著相关(P<0.01),不同用量生物质炭输入处理下土壤N2O排放与土壤WSON呈显著相关(P<0.05),在10 t hm-2生物质炭输入下呈极显著相关(P<0.01);在2 t hm-2、5 t hm-2生物质炭输入下土壤N2O排放与土壤WSOC呈显著相关(P<0.05),在2 t hm-2和10 t hm-2输入量下与土壤MBC含量显著性相关(P<0.05);不同处理条件下,土壤N2O排放与土壤含水量及土壤MBN含量均无显著相关。(5)与对照相比,5 t hm-2、10 t hm-2生物质炭输入显著增加板栗林土壤年CH4年累积吸收通量,而2 t hm-2生物质炭输入对土壤CH4年累积吸收通量无显著影响。在不同处理条件下,土壤CH4吸收通量与土壤温度呈极显著正相关。在对照、2 t hm-2和5 t hm-2生物质炭处理条件下,土壤CH4吸收通量与土壤WSOC含量呈显著正相关(P<0.05),而在10 t hm-2生物质炭处理下,两者无显著相关。在不同处理条件下,土壤CH4吸收通量与土壤含水量及MBC含量之间均无显著相关。
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