摘要
甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳(CO2)的重要温室气体，对全球气候变化有重要的反馈和增温作用。亚热带森林土壤作为全球陆地生态系统重要的CH4汇，对缓解气候变暖具有重要意义。为估算亚热带森林土壤CH4通量及其对该生态系统CH4碳汇能力的贡献，本研究基于在云南哀牢山亚热带常绿阔叶林内设置的土壤增温试验平台，设置了碳输入减少和增温控制试验，分别为切根(NR)、去凋(LR)、切根并增温(NRW)和对照(CK)4种处理，探究碳输入改变和土壤增温对土壤CH4通量的影响，并关注随着土壤深度的增加，土壤CH4浓度对碳输入减少和增温的响应。本研究主要结果如下: (1)云南哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤是CH4的汇，自然状态下平均CH4吸收通量为-2.55±1.03nmol m-2s-1，平均CH4年吸收通量为-11.79±0.001kg·CH4·hm-2a-1。CH4吸收通量的全球增温潜势(global warming potential，GWP)在20年和100年时间尺度上，分别可以抵消土壤CO2排放产生增温潜势的2.2％和0.7％，增加该生态系统10.6％和3.5％的碳汇效应。 (2)去凋处理的土壤CH4平均吸收通量为-1.78±1.04nmol m-2s-1，平均CH4年吸收通量为-8.87±0.01kg·CH4·hm-2a-1，相较于对照减少了59.62％的土壤CH4吸收通量。雨季CH4吸收通量(-1.57±1.07nmol m-2s-1)显著低于干季（-2.05±0.93nmol m-2s-1）(P＜0.05)。去凋处理的作用效应(-59.62％)高于切根处理(-24.18％)，雨季的去凋效应（-35.03％）高于干季（-24.59％）。在20年和100年时间尺度上，去凋处理相当于该生态系统排放7.96％和2.65％的CO2当量，可以增加该生态系统7.96％和2.65％的碳汇效应。切根处理土壤CH4平均吸收通量为-2.25±0.93nmol m-2s-1，平均CH4年吸收通量为-11.22±0.01kg·CH4·hm-2a-1，切根处理减少了24.18％的土壤CH4吸收通量，干季土壤CH4吸收通量（-2.27±0.69nmol m-2s-1）显著高于雨季（-2.23±1.09nmol m-2s-1）（P＜0.05）。雨季土壤CH4吸收通量的切根效应(-7.85％)低于干季的(-16.33％)。20年和100年时间尺度上，切根处理的土壤CH4吸收通量相当于该生态系统排放10.08％和3.36％的CO2当量，可以增加该生态系统10.08％和3.36％的碳汇效应。相较于对照处理，碳输入减少均降低土壤CH4的碳汇能力。 (3)切根并增温处理的土壤CH4平均吸收通量为-2.52±0.91nmol m-2s-1，平均CH4年吸收通量为-12.56±0.01kg·CH4·hm-2a-1，减少了1.38％的土壤CH4年吸收量，干季为增温正效应(5.87％)，正值表示处理的作用效果为增加，负值则相反，而雨季为负效应(-7.25％)，说明干季的切根并增温处理显著增加了土壤CH4吸收通量(P＜0.05)，雨季则减少了土壤CH4吸收通量。相对于切根处理而言，切根并增温处理提高了该区域土壤CH4的吸收量，但仍低于对照处理。在20年和100年时间尺度上，切根并增温处理的土壤CH4的吸收量相当于该生态系统排放11.27％和3.76％的CO2当量，可以增加该生态系统11.27％和3.76％的碳汇效应。 (4)去凋、切根、切根并增温和对照处理均表现为表层土壤CH4浓度高于深层土壤，土壤CH4浓度在不同处理间的差异不显著（P＞0.05），同一处理不同深度间的土壤CH4浓度差异显著（P＜0.05）。随着土壤深度增加，土壤CH4浓度降低，土壤含水量也呈现降低的趋势。去凋、切根、切根并增温和对照处理的土壤CH4浓度与土壤含水量随土层深度的相关性R2分别为0.4877、0.6633、0.3883与0.4691。土壤CH4浓度随深度变化，与土壤含水量的相关性较高，与土壤理化性质和土壤甲烷单加氧酶活性的相关性不显著(P＞0.05)。土壤含水量是调节土壤CH4浓度的重要环境因子。 (5)土壤含水量是影响土壤CH4吸收通量变化的主要因子，土壤含水量对去凋、切根、切根并增温和对照处理中土壤CH4吸收通量的解释率分别为66.82％、42.95％、64.06％与51.13％，而土壤温度对土壤CH4吸收通量的影响较小。在双因子模型中，土壤5cm温度和土壤含水量对去凋、切根、切根并增温和对照处理的CH4吸收通量解释率分别为64.55％、59.57％、59.86％与57.09％，土壤含水量对土壤CH4吸收通量变化起主要作用。
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