增温和氮添加对中亚热带杉木人工林土壤氮矿化和N2O排放的影响

王小南 熊德成 张宇辉 席颖青 黄锦学 陈仕东 刘小飞 杨智杰

摘要：[目的]研究增温和氮沉降对中亚热带森林土壤氮矿化和氧化亚氨（N2O）排放的影响，以期深入认识全球变化背景下中亚热带森林土壤氮循环过程。[方法]选取经过野外增温和氮添加处理的中亚热带杉木人工林土壤，将野外非增温处理和增温处理的土壤置于不同温度（20、25℃）培养箱中，同时对野外氮添加处理的土壤继续添加不同梯度的氮素（0.1、0.2 g.kg-1，以干土计），进行为期28 d的室内培养，研究增温和氮添加对土壤氯矿化和N2O排放的影响。[结果]与对照相比，增温和氮添加及二者交互处理增加了土壤铵态氮、硝态氮和矿质氮含量，且氮添加水平越高增加越明显，增温处理增加不显著。与对照相比，培养28d后增温处理的土壤净铵化速率、净硝化速率和净氨矿化速率变化不显著，低氨、增温+低氮显著增加土壤净硝化速率，而高氮、增温+高氮显著降低土壤净氮矿化速率。与对照相比，增温和氮添加及二者交互处理总体降低土壤N2O排放速率，土壤N2O累积排放量也显著降低（P<0.05），其中，单独增温、低氮、高氮、增温+低氮和增温+高氮处理土壤N2O累积排放量显著低于对照50%、21%、29%、62%和31%。增温和氮添加及二者交互处理显著降低土壤pH值。相关性分析表明：土壤N2O排放速率与土壤pH值呈显著正相关，与硝化速率呈显著负相关，而与土壤铵化速率无显著相关。[结论]增温和氮添加降低土壤pH值，同时抑制土壤N2O排放，因此，全球变化背景下中亚热带森林土壤中存留的硝态氮可能以淋溶方式损失。

关键词：中亚热带；氨矿化；N2O排放；增温；氮添加

中图分类号：S714；S791.27 文献标识码：A 文章编号：1001-1498（2023）03-0022-10

增温和氮沉降是驱动全球变化的2个重要因素。IPCC第六次评估报告中多个气候模型预测表明，未来气候仍将呈变暖趋势，相比于1850-1900年，2081-2100年全球表面平均温度将升高大约4.4℃。人类活动导致氮沉降比例增加，由氮沉降引发的一系列环境问题已逐渐成为当今研究热点。研究指出，中国是全球氮沉降最严重的地区之一，其中，我国亚热带地区氮沉降量高达40kg·hm-2·a-1。土壤氮素是陆地生态系统的重要养分元素，同时也是植物生长所需的营养元素。自然界中的氮通常需要由微生物分解成简单无机氮如铵态氮和硝态氮，这个过程称为土壤氮矿化。土壤氮矿化产生的铵态氮和硝态氮在土壤中进一步转化产生N2O。全球变化通过改变微生物分泌的胞外酶活性、微生物生物量以及微生物群落结构间接影响土壤氮矿化过程，从而对森林生态系统生产力产生深远影响。此外，森林土壤作为重要的温室气体N2O排放源，其巨大的排放潜能对调节全球气候十分重要。因此，研究森林土壤氮矿化和N2O排放对增温和氮添加的响应具有重要意义。