中亚热带山地土壤CH4汇对土地利用变化的响应及机制

山地土壤是重要的甲烷汇，基于中亚热带山地不同土地利用方式转化后，土壤有机碳数量与质量的大幅度下降的前期研究成果，本项目拟以中亚热带主要土地利用方式为研究对象，利用野外原位观测、野外施肥与降水量控制试验和室内分析相结合，研究土地利用方式变化对土壤甲烷氧化菌活性和种群结构的影响机制，同时探讨未来全球变化下降水量减少对山地土壤CH4汇的影响。项目研究为精确估算土壤甲烷汇功能，完善温室气体清单提供基础数据，同时对中亚热带山地土地利用方式调整和土壤甲烷汇的恢复措施等提供科学依据。

通过选取中亚热带地区常绿阔叶天然林、常绿阔叶次生林、杉木人工林和果园等不同土地利用方式为研究对象，研究土地利用方式变化对森林土壤吸收甲烷的影响机制，同时探讨未来全球变化下降水量减少对山地土壤甲烷汇的影响。结果表明，土地利用变化导致土壤甲烷汇大幅度下降，变化幅度最高达到70%；土壤吸收甲烷速率受土壤温度、含水量及其交互作用的影响（p<0.05）；相关分析表明，土地利用变化后土壤可溶性有机碳和铵态氮的降低导致土壤甲烷汇的减少（p<0.05）。外源氮输入显著改变了不同土地利用方式土壤养分状态， 外源氮输入对土壤甲烷汇的影响因不同土地利用方式和氮输入量作而异，同时随时间变化产生不同作用。 在第一年的观测中，常绿阔叶天然林低氮处理土壤甲烷汇下降22%(p<0.05)，高氮处理无显著作用；但在杉木人工林中，外源氮促进土壤甲烷汇，低氮、高氮处理分别增加51%、39%(p<0.05)；但果园中，外源氮输入对土壤甲烷汇无显著影响。 而在第二年的观测中，常绿阔叶天然林低氮处理进一步抑制土壤甲烷汇，下降31%(p<0.05)，外源氮输入对杉木人工林土壤吸收甲烷速率的促进作用消失。 降水减少促进亚热带森林土壤甲烷汇，随降水减少而增加，0%降水与40%降水情景下，土壤甲烷汇分别显著增加55%和35%(p<0.05)，但在80%降水处理下无显著变化；不同降水处理间土壤甲烷汇的差异主要由表层土壤吸收甲烷能力的变化引起，野外与室内研究均发现，不同降水处理间表层土壤铵态氮浓度与土壤吸收甲烷速率呈显著正相关(p<0.05)。通过三年的野外与室内研究，中亚热带地区土地利用变化将严重削弱土壤甲烷汇；未来的气候变化下，天然林土壤甲烷汇对氮沉降的响应最为剧烈，而降水减少将增加土壤甲烷汇；与温带“氮限制”生态系统的研究结果相反，由于土壤较低的硝化与反硝化速率，亚热带“富氮”生态系统森林土壤甲烷汇与土壤铵态氮呈正相关 (p<0.05)。