梁東哲,趙雨森,曹 杰,辛 穎

東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 哈爾濱 150040

自1750年以來(lái),溫室氣體CO2、CH4和N2O的濃度均已大幅增加,分別為40%、150%和20%[1],目前仍以0.4%、0.6%和0.3%的速率增長(zhǎng)[2]。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,占全球陸地面積的27.7%[3],是維持生態(tài)平衡的重要保障。森林土壤是大氣溫室氣體重要的源和匯,排放到大氣中的CO2量每年約為2.51×103g/m2[4],每年吸收的CH4約為9.16 (±3.84) Tg[5],同時(shí)排放的N2O約為2.4—5.7 Tg/a[6-7]。因此,研究森林土壤溫室氣體排放規(guī)律及其影響因子,對(duì)減緩溫室氣體排放具有重要意義。

大興安嶺林區(qū)是我國(guó)面積最大的林區(qū),是我國(guó)東北平原重要的生態(tài)屏障,具有特殊的生態(tài)地位。同時(shí)大興安嶺林區(qū)又是我國(guó)森林火災(zāi)頻發(fā)區(qū)和“東北亞”環(huán)境敏感區(qū)[8],1965—2010年總過(guò)火林地面積為3.4×106hm2,其中重度火燒面積占到了43.91%[9]。1987年的“五·六”大火嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、動(dòng)植物資源和森林后備資源,使得該地區(qū)森林覆蓋率從76%下降至61.5%,重度與中度火燒跡地生物多樣性消失殆盡[10]。因其位于我國(guó)最北部,生長(zhǎng)季較短,屬于寒溫帶季風(fēng)氣候區(qū),受大陸季風(fēng)氣候的影響,春、秋兩季干旱少雨,干冷氣候致使災(zāi)后土壤結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期惡化[11],森林資源恢復(fù)十分困難。植被恢復(fù)初期,重度火燒跡地形成大面積山楊(Populusdavidian)白樺(Betulaplatyphylla)次生林,有樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)母樹(shù)地段幼苗大量產(chǎn)生,落葉松(Larixgmelinii)跡地未更新[12]?，F(xiàn)經(jīng)30年的植被恢復(fù),已形成大面積的天然次生林和人工林。

火燒跡地森林生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)是諸多專家學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn),大家希望通過(guò)生物、生態(tài)及工程技術(shù)措施,使其盡快恢復(fù)到一定的或原有的甚至更高的水平[13]。目前,該地區(qū)火燒跡地的研究主要有植被恢復(fù)模式的探討[14]及不同恢復(fù)方式[15]和恢復(fù)過(guò)程中土壤性質(zhì)[16-17]等研究,對(duì)于火燒跡地土壤溫室氣體通量的研究較少,不同恢復(fù)措施下的土壤溫室氣體通量的研究未見(jiàn)報(bào)道。本研究選取3種恢復(fù)方式的林地土壤為研究對(duì)象,探討3種恢復(fù)方式下林地土壤CO2、N2O和CH4通量的生長(zhǎng)季變化規(guī)律,以評(píng)估不同恢復(fù)方式林地土壤溫室氣體的排放潛力,為大興安嶺地區(qū)制定碳排放決策和火燒跡地生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法1.1研究區(qū)概況

研究地區(qū)位于大興安嶺地區(qū)阿木爾林業(yè)局(122°38′30″—124°15′05″E,52°15′03″—53°33′15″N,平均海拔500—800 m),東西寬約50 km,南北長(zhǎng)約160 km,邊境線長(zhǎng)約74 km,為1987年“五·六”大火重災(zāi)區(qū)。屬于寒溫帶大陸性氣候,夏季短暫炎熱,冬季漫長(zhǎng)寒冷。年均溫-2.6 ℃,最高氣溫40 ℃;年均降水量429—527 mm,年降雨多集中于7—8月,降雪期一般從9月下旬開(kāi)始至次年5月上旬。全年無(wú)霜期95 d左右,冰封期180—200 d。土壤以棕色針葉林土為主,另有沼澤土和泥炭土。土壤礫石含量較大,土層普遍較薄。根據(jù)實(shí)地踏查,在大興安嶺地區(qū)阿木爾林業(yè)局選擇1987年重度火燒后分別經(jīng)過(guò)人工更新、天然更新和人工促進(jìn)天然更新的3種林地土壤為研究對(duì)象,于每種林地內(nèi)分別呈“品”字形設(shè)置3塊20 m×30 m標(biāo)準(zhǔn)樣地用于林分調(diào)查,每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)設(shè)置1個(gè)氣體采樣點(diǎn)。所選林地在1987年“五·六”大火重度火燒前均為落葉松林,人工更新為1989年在重度火燒跡地上栽植落葉松,造林時(shí)苗齡為2 a,每公頃3300株;天然更新林地在恢復(fù)過(guò)程中未受任何人為活動(dòng)干擾;人工促進(jìn)天然更新是在天然更新的基礎(chǔ)上穴狀整地,促進(jìn)植被恢復(fù)。樣地基本概況見(jiàn)表1。

1.2 樣品采集

2017年6月3日開(kāi)始至9月21日止,采用靜態(tài)箱/氣相色譜法每隔10 d對(duì)3種恢復(fù)方式林地土壤進(jìn)行溫室氣體(CO2、CH4、N2O)通量原位觀測(cè),于每個(gè)采樣日9:00—11:00時(shí)段對(duì)氣體進(jìn)行采集[18]。在采樣箱罩箱后分別于0、10、20、30 min用帶有三通閥的100 mL醫(yī)用注射器采集氣體,并分別注入500 mL氣體采集袋。氣體樣品帶回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜儀(美國(guó)安捷倫GC7890B)對(duì)CO2、CH4和N2O濃度進(jìn)行分析。每次取樣同時(shí)測(cè)定箱內(nèi)溫度,0—5 cm土壤濕度、溫度(ZDR-20T)和大氣溫濕度(TES-1360A)。

于觀測(cè)期每月下旬在每個(gè)底座周圍2 m附近采用梅花點(diǎn)采樣法采集0—20 cm層土壤樣品,風(fēng)干、研磨和過(guò)篩后將每個(gè)樣地土壤樣品等質(zhì)量混合,測(cè)定土壤基本性質(zhì)。土壤pH采用pH計(jì)水浸液測(cè)定法;土壤有機(jī)碳含量使用元素分析儀(vario TOC,德國(guó)Elementar)測(cè)定;土壤全氮含量使用連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3,德國(guó)SEAL)測(cè)定。

表1 樣地基本概況

1.3 溫室氣體計(jì)算

用下式計(jì)算溫室氣體通量：

式中,Ft為氣體通量,M為氣體的摩爾質(zhì)量,P0和T0為理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓和溫度,V0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾體積,H為采樣箱高度,P和T為采樣時(shí)的實(shí)際氣壓和氣溫,dc/dt為氣體濃度隨時(shí)間變化的回歸曲線斜率。當(dāng)Ft為正值時(shí)表示排放,Ft為負(fù)值時(shí)表示吸收。

生長(zhǎng)季溫室氣體通量的估算方法為6—9月各旬平均排放通量×10加和[19]。

本研究選擇100年尺度來(lái)計(jì)算土壤溫室氣體排放的全球增溫潛勢(shì)(GWP)：

GWP=25×(CH4)+298×(N2O)+1×(CO2)

式中,25和298分別為CH4和N2O在百年尺度上相對(duì)于CO2的GWP倍數(shù)[20]。

1.4數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理,采用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,利用鄧肯多重比較(Duncan)分析不同恢復(fù)方式數(shù)據(jù)均值組間差異,用Pearson法分析CO2、CH4和N2O通量與環(huán)境因子之間的相關(guān)性。利用Origin 2015作圖。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1不同恢復(fù)方式對(duì)環(huán)境因子的影響

由圖1可見(jiàn),3種恢復(fù)方式環(huán)境因子變化規(guī)律基本一致。土壤溫度差異不大,人工更新林內(nèi)土壤溫度略高于其他2種恢復(fù)方式。人工更新林內(nèi)大氣濕度較天然更新和人工促進(jìn)天然更新分別高5.69%和7.23%(表2)。而在生長(zhǎng)季人工更新林地土壤5 cm濕度顯著低于其他2種恢復(fù)方式,天然更新和人工促進(jìn)天然更新林地土壤濕度較為接近,后者土壤濕度最高。

3種恢復(fù)方式林地土壤pH生長(zhǎng)季變化規(guī)律一致,6月pH最小,7月達(dá)到生長(zhǎng)季最大值(圖1),人工促進(jìn)天然更新林地土壤pH顯著高于其他2種恢復(fù)方式(表2)。不同恢復(fù)方式對(duì)林地土壤有機(jī)碳含量影響顯著(表2),人工更新較天然更新顯著提高53.37%,天然更新較人工促進(jìn)天然更新顯著(P<0.01)提高105.59%。生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤全氮變化規(guī)律基本一致,均與7月達(dá)到生長(zhǎng)季最小值(圖1),3種恢復(fù)方式林地土壤全氮含量差異顯著(表2)。

恢復(fù)方式的不同影響林分結(jié)構(gòu)和植被類型,進(jìn)而對(duì)土壤濕度和土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響,但對(duì)大氣濕度與土壤溫度影響較小。

2.2恢復(fù)方式對(duì)林地土壤溫室氣體通量的影響

2.2.1N2O通量

生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式下林地土壤均表現(xiàn)為N2O的源。排放通量分別為：天然更新((17.81±15.12) μg m-2h-1)[21]>人工促進(jìn)天然更新((10.80±7.96) μg m-2h-1)>人工更新((10.37±5.52) μg m-2h-1)。人工更新和人工促進(jìn)天然更新較天然更新林地土壤N2O排放通量分別下降了41.77%和39.36%,說(shuō)明人為干預(yù)會(huì)一定程度降低土壤N2O的排放。天然更新林地土壤N2O通量顯著高于人工更新和人工促進(jìn)天然更新,人工更新與人工促進(jìn)天然更新之間無(wú)顯著差異(表2)。

生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤N2O排放通量呈明顯單峰變化,峰值均出現(xiàn)在8月份,表現(xiàn)為：天然更新(58.43 μg m-2h-1)>人工促進(jìn)天然更新(29.47 μg m-2h-1)>人工更新(26.87 μg m-2h-1)。6月和9月林地土壤N2O排放通量較低。天然更新林地土壤排放通量峰值出現(xiàn)在8月中旬,人工更新和人工促進(jìn)天然更新峰值均出現(xiàn)在8月下旬。

圖1 生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地環(huán)境因子變化Fig.1 Changes in environmental factors for the three recovery modes during the growing season

2.2.2CH4通量

生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤均表現(xiàn)為CH4的匯。天然更新、人工更新和人工促進(jìn)天然更新林地土壤CH4通量分別為((-68.69±27.79) μg m-2h-1)[21]、((-81.40±23.67) μg m-2h-1)、((-65.55±21.26) μg m-2h-1)。其中人工更新林地土壤CH4吸收通量較天然更新和人工促進(jìn)天然更新分別高出18.50%和24.18%,說(shuō)明人工更新林地土壤對(duì)大氣CH4的吸收能力較好,天然更新較人工促進(jìn)天然更新高4.79%。人工更新林地土壤CH4吸收通量顯著高于人工促進(jìn)天然更新,天然更新與其他2種更新方式無(wú)顯著差異(表2)。

人工更新和天然更新林地土壤CH4吸收通量均表現(xiàn)為雙峰變化,但峰值出現(xiàn)時(shí)間略有不同：天然更新林地土壤CH4吸收峰值兩次分別出現(xiàn)在6月下旬和8月上旬,人工更新兩次峰值較天然更新峰值均有滯后現(xiàn)象(7月和8月中旬)。人工促進(jìn)天然更新生長(zhǎng)季林地土壤CH4吸收通量變化表現(xiàn)為單峰變化,于8月上旬和天然更新一起出現(xiàn)吸收峰值。3種恢復(fù)方式林地土壤CH4吸收通量極大值均出現(xiàn)在8月,6月和9月整體較低。

圖2 生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤溫室氣體通量變化Fig.2 Changes of GHG fluxes in woodland soil for the three recovery modes during the growing season

2.2.3CO2通量

生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤均表現(xiàn)為CO2的源,平均通量分別為：人工促進(jìn)天然更新((634.40±246.52) mg m-2h-1)>人工更新((603.63±213.22) mg m-2h-1)>天然更新(575.81±244.12 mg m-2h-1)[21]。人工更新和人工促進(jìn)天然更新林地土壤較天然更新CO2排放通量分別提高4.83%和10.17%,生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤CO2排放通量差異不顯著(表2)。

表2 3種恢復(fù)方式林地土壤溫室氣體通量和環(huán)境因子平均值多重比較

Table 2 Duncan′s multiple-range test for the means of fluxes of GHG from woodland soil and environmental factors for the three recovery modes

恢復(fù)方式Recovery modeN2O通量N2O flux/(μg m-2 h-1)CH4通量CH4 flux/(μg m-2 h-1)CO2通量CO2 flux/(mg m-2 h-1)大氣濕度Atmospheric moisture/%土壤溫度Soiltemperature/℃土壤濕度Soilmoisture/%pH土壤容重Bulk density/(g/m3)有機(jī)碳Organic carbon/(g/kg)全氮Total N/(g/kg)天然更新Natural regeneration17.81±15.1a-68.69±27.8ab575.81±244.1a64.49±23.5a10.36±3.6a48.72±26.0a5.09±0.0a1.05±0.1a43.75±13.1a3.54±1.2a人工更新Artificial regeneration10.37±5.5b-81.40±23.7a603.63±213.2a70.18±23.6a10.82±3.6a22.02±10.6b5.13±0.1a0.95±0.1a67.10±13.2b4.86±1.2b人工促進(jìn)天然更新Artificial promotion of natural regeneration10.80±8.0b-65.55±21.3b634.40±246.5a62.95±24.4a9.93±2.6a53.29±30.5a5.28±0.1b1.73±0.1b21.28±5.2c1.91±0.3c

a、b表示顯著性差異組別(α=0.05)

不同恢復(fù)方式下林地土壤生長(zhǎng)季CO2通量變化規(guī)律基本一致,7月中旬和8月中旬各出現(xiàn)一次峰值,生長(zhǎng)季初末期(6月和9月)林地土壤CO2排放通量較低。7月中旬峰值大小為：人工更新(970.26 mg m-2h-1)>天然更新(924.28 mg m-2h-1)>人工促進(jìn)天然更新(826.48 mg m-2h-1)。8月中旬峰值大小表現(xiàn)為：人工促進(jìn)天然更新(1231.60 mg m-2h-1)>天然更新(1128.89 mg m-2h-1)>人工更新(1014.11 mg m-2h-1)。

2.3 溫室氣體通量與環(huán)境因子相關(guān)性分析

由表3可見(jiàn),生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤CO2通量與5 cm土壤溫度和林內(nèi)大氣濕度均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),與土壤濕度相關(guān)性不顯著。林地土壤N2O通量在天然更新[21]和人工促進(jìn)天然更新林地均與5 cm層土壤溫度極顯著正相關(guān),但與林內(nèi)大氣濕度和土壤濕度相關(guān)性不強(qiáng);人工更新林地土壤N2O通量與土壤溫度顯著正相關(guān)(P<0.05),與土壤溫度極顯著正相關(guān)(P<0.01)。3種恢復(fù)方式林地土壤CH4吸收通量均與土壤濕度相關(guān)性不顯著,天然更新[21]和人工更新林地土壤CH4吸收通量與5 cm土壤溫度極顯著正相關(guān),天然更新與大氣濕度相關(guān)性不強(qiáng)。土壤pH與天然更新林地土壤CO2通量顯著正相關(guān),土壤全氮與人工促進(jìn)天然更新林地土壤CH4吸收通量顯著負(fù)相關(guān)。

表3 3種恢復(fù)方式林地土壤溫室氣體通量與環(huán)境因子之間的關(guān)系

*P<0.05;**P<0.01

2.4 不同恢復(fù)方式對(duì)溫室氣體源/匯的影響及阿木爾地區(qū)溫室氣體排放量估算

結(jié)合全球變暖潛勢(shì)值進(jìn)行分析,在100年尺度上,1分子的CH4排放到大氣中相當(dāng)于25分子CO2的輻射影響,同時(shí)1分子的N2O的輻射效果是CO2的298倍[22]。天然更新、人工更新和人工促進(jìn)天然更新林地土壤生長(zhǎng)季溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)潛力分別為1.67×104、1.74×104、1.83×104kg CO2hm2。3種恢復(fù)方式中天然更新林地土壤GWP值最小,較人工更新和人工促進(jìn)天然更新分別下降4.02%、8.74%。這可能是因?yàn)槿藶楦深A(yù)后,林地結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,林內(nèi)生物量增多,土壤結(jié)構(gòu)及微生物種類和數(shù)量得到改善,溫室氣體累計(jì)排放量及增溫潛勢(shì)高于天然更新。同時(shí),天然更新、人工更新和人工促進(jìn)天然更新林地土壤GWP組成結(jié)構(gòu)(CO2、CH4、N2O)依次為99.39%、0.30%、0.91%,99.86%、0.33%、0.48%和99.75%、0.26%、0.50%,CO2均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。因此大興安嶺地區(qū)重度火燒跡地生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤的溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)者主要是CO2。

表4 3種恢復(fù)方式林地土壤溫室氣體累計(jì)排放通量及全球增溫潛勢(shì)

GWP: 全球增溫潛勢(shì)Global warming potential

阿木爾林業(yè)局所轄林區(qū)自“五·六大火”重度火燒后,現(xiàn)有植被均為人工林或天然次生林。因此對(duì)不同恢復(fù)方式林地土壤溫室氣體生長(zhǎng)季排放量進(jìn)行平均計(jì)算得出：生長(zhǎng)季林地土壤CO2排放量為17.42 t/hm2;N2O排放通量為0.37 kg/hm2;CH4吸收量為2.07 kg/hm2。據(jù)阿木爾林業(yè)局林業(yè)調(diào)查顯示所轄有林地50.80×104hm2估算,阿木爾林業(yè)局所轄林地土壤每年生長(zhǎng)季CO2排放量約為8.85×106t,N2O釋放量約為1.88×102t,CH4吸收量約為1.05×103t。

3 討論

3.1 不同恢復(fù)方式對(duì)林地土壤N2O排放的影響

相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),天然更新和人工促進(jìn)天然更新林地土壤N2O排放通量與土壤溫度具有較好的相關(guān)性,與土壤濕度相關(guān)性不強(qiáng),這與馬秀枝等[18]和杜睿等[27]的研究結(jié)果一致。人工更新林地土壤N2O通量?jī)H與土壤濕度極顯著相關(guān),即N2O排放通量的大小主要取決于土壤濕度[28]。造成這種差異的原因可能因?yàn)槿斯じ铝值赝寥罎穸蕊@著低于其他2種恢復(fù)方式(表2),因此在土壤水分狀況良好的條件下土壤溫度是土壤N2O排放的主控因子;而在土壤濕度較低時(shí),土壤N2O排放受土壤水分狀況影響較大。

3.2 不同恢復(fù)方式對(duì)林地土壤CH4吸收的影響

森林土壤對(duì)CH4的吸收是土壤中CH4產(chǎn)生與消耗過(guò)程的綜合結(jié)果,受底物有效性、溫度、水分狀況、養(yǎng)分、植被類型及土壤pH等環(huán)境因子的影響[29]。天然更新林地土壤CH4平均吸收通量與其他2種恢復(fù)方式無(wú)顯著差異,人工更新顯著高于人工促進(jìn)天然更新(表3),均高于同緯度落葉松林[18]。土壤容重的大小關(guān)系正好相反：人工促進(jìn)天然更新>天然更新>人工更新(表2)。這是因?yàn)橥寥廊葜氐脑黾?會(huì)抑制大氣中CH4向土壤擴(kuò)散速率和降低土壤中O2濃度從而致使土壤中CH4的氧化速率降低[30-31],而人工更新土壤結(jié)構(gòu)較為疏松,通氣性較好,適合CH4氧化菌的生長(zhǎng)、代謝和繁殖[32]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳含量較高時(shí)會(huì)促進(jìn)土壤吸收CH4,反之則與土壤CH4吸收通量負(fù)相關(guān)(表3),且生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式下林地土壤CH4通量的大小關(guān)系與土壤有機(jī)碳大小關(guān)系一致(表2)。有研究發(fā)現(xiàn)天然更新的次生林土壤CH4吸收通量要高于人工更新的人工林[23],這與本研究結(jié)論相反,可能是底物有效性及植被類型的不同和土壤理化性質(zhì)差異導(dǎo)致的。

本研究中人工更新和天然更新林地土壤CH4吸收通量與土壤溫度具有較高的相關(guān)性,人工更新和人工促進(jìn)天然更新與大氣濕度具有較高相關(guān)性,3種恢復(fù)方式均與土壤濕度不相關(guān)?？赡芤?yàn)楸狙芯繀^(qū)觀測(cè)期間水熱同期,溫度對(duì)CH4氧化菌的影響大于水分對(duì)其的影響,水分對(duì)CH4氧化菌的影響可能在生長(zhǎng)季不同時(shí)期有不同的作用[21]。有研究發(fā)現(xiàn)土壤全氮含量是影響土壤CH4通量的主要因子[33],而本研究土壤全氮僅與人工促進(jìn)天然更新林地土壤CH4通量顯著相關(guān),可能是因?yàn)樵摶謴?fù)方式土壤全氮含量顯著低于其他2種恢復(fù)方式,因而表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性(表3)。造成3種恢復(fù)方式林地土壤CH4通量差異顯著的原因除水熱因子外,可能與林型、土壤理化狀況、地表植被的生長(zhǎng)及凋落物厚度有關(guān)[34]。

3.3 不同恢復(fù)方式對(duì)林地土壤CO2排放的影響

大興安嶺重度火燒跡地3種恢復(fù)方式林地土壤CO2排放通量季節(jié)變化特征一致,2次峰值均出現(xiàn)在土壤水熱狀況較好時(shí)期。雨季時(shí),溫度伴隨降雨略有降低,加之降雨會(huì)抑制濕潤(rùn)土壤CO2排放通量[35],導(dǎo)致土壤CO2排放通量于7月中旬至8月中旬之間略有下降,使得雨季前后出現(xiàn)兩次峰值。有研究發(fā)現(xiàn)土地利用方式的改變會(huì)導(dǎo)致土壤相關(guān)微環(huán)境及其生理生化過(guò)程發(fā)生改變,從而影響土壤中溫室氣體的產(chǎn)生與排放[36]。人工促進(jìn)天然更新林地土壤CO2平均通量最大,天然更新最小,3者均高于同緯度落葉松林生長(zhǎng)季土壤CO2通量[18]。造成3種恢復(fù)方式林地土壤CO2通量差異可能是由于不同森林類型之間植物根生物量、土壤微生物生物量、土壤有機(jī)質(zhì)和容重的差異造成的[37]。本研究發(fā)現(xiàn),人工更新生長(zhǎng)季林地土壤CO2通量大于天然更新,這與菊花等的研究結(jié)果一致[23],這可能是與人為干預(yù)導(dǎo)致底物數(shù)量、植被生長(zhǎng)特性和土壤理化性質(zhì)同天然更新之間存在差異有關(guān)。生長(zhǎng)季3種恢復(fù)方式林地土壤CO2通量差異不顯著,可能是因?yàn)榛馃l(fā)生7年后植被基本恢復(fù),土壤CO2通量已回到火災(zāi)發(fā)生前的水平[38];也可能是觀測(cè)時(shí)間過(guò)短造成的短期效應(yīng)[39]或生態(tài)系統(tǒng)的特殊性[40]等原因造成的。

相關(guān)分析表明,3種恢復(fù)方式林地土壤溫度與土壤CO2排放通量均呈極顯著正相關(guān),土壤溫度通過(guò)影響土壤生物的群落結(jié)構(gòu)和生物量并調(diào)控底物的供應(yīng)狀況[41],進(jìn)而影響到土壤CO2的通量。3種恢復(fù)方式林地土壤濕度與CO2通量未發(fā)現(xiàn)有顯著相關(guān)性,可能是因?yàn)樽匀粻顟B(tài)下土壤水分狀況并非該地區(qū)土壤CO2排放的限制性因子[42]。但其與大氣濕度具有極顯著的相關(guān)性,這與沙地土壤研究結(jié)果一致[43],同時(shí)由于3種恢復(fù)方式林內(nèi)大氣濕度差異不顯著,這或許也是3種恢復(fù)方式下林地土壤CO2排放通量差異不顯著的原因。土壤pH會(huì)通過(guò)影響土壤化學(xué)反應(yīng)和土壤酶活性來(lái)影響土壤呼吸速率[44],本研究?jī)H天然更新林地土壤CO2通量與土壤pH顯著相關(guān),可能因?yàn)樵摶謴?fù)方式土壤pH較低(表2),對(duì)土壤呼吸速率影響顯著。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同恢復(fù)方式下大興安嶺重度火燒跡地林地土壤溫室氣體生長(zhǎng)季通量研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)30 a植被恢復(fù),3種林地土壤均是大氣CO2和N2O的“源”,CH4的“匯”。 3種溫室氣體通量具有明顯季節(jié)動(dòng)態(tài)。土壤溫度是影響土壤溫室氣體通量的關(guān)鍵因子;土壤濕度僅對(duì)人工更新林地土壤N2O有極顯著影響;溫室氣體通量對(duì)大氣濕度的響應(yīng)因林型和氣體類型而異;土壤pH僅與天然更新林地土壤CO2通量顯著相關(guān);土壤全氮含量?jī)H與人工促進(jìn)天然更新林地土壤CH4通量顯著相關(guān)。恢復(fù)方式對(duì)林地土壤CH4和N2O通量影響顯著,對(duì)土壤CO2通量影響不顯著?；?00 a時(shí)間尺度,受到人工干預(yù)(人工更新和人工促進(jìn)天然更新)的林地土壤具有更高的溫室氣體排放潛力。阿木爾林業(yè)局所轄林區(qū)生長(zhǎng)季林地土壤CO2、N2O釋放量分別為8.85×106t、1.88×102t,CH4吸收量為1.05×103t。將來(lái)應(yīng)深入探討導(dǎo)致該地區(qū)土壤溫室氣體通量差異的驅(qū)動(dòng)性因子,將對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估火燒跡地植被恢復(fù)后土壤溫室氣體通量具有重要意義,為該地區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與重建提供理論依據(jù)。