不同水分条件下氨基酸添加对温带暗棕壤碳氮含量和甲烷排放的影响

摘要

【目的】解析土壤pH值与土壤氮以及CH₄排放速率与土壤碳氮含量间的相互关系，为明确碳氮转化及温室气体排放规律、优化温带森林暗棕壤的水分管理提供依据。【方法】以温带森林暗棕壤为研究对象，采用室内培养法，设置水分条件为土壤饱和持水量（WHC）的40%、60%、90%，通过向温带暗棕壤中添加两种不同性质的氨基酸，探讨其对土壤碳氮含量及CH₄排放的潜在影响，运用Pearson相关分析法分析土壤碳氮含量、pH值及CH₄排放速率间的相关性。【结果】（1）氨基酸处理显著增加了土壤可溶性有机碳（DOC）含量、铵态氮（NH₄⁺-N）含量及CH₄排放速率。亮氨酸处理使DOC、NH₄⁺-N含量分别升高21.39%、45.10%,CH₄排放速率较CK升高3.20倍，甲硫氨基酸使DOC、NH₄⁺-N含量分别升高21.39%、72.71%,CH₄排放速率较CK升高7.00倍；（2）不同氨基酸对土壤硝态氮（NO₃^--N）含量的影响存在差异。亮氨酸处理使土壤NO₃^--N含量升高了8.41%，但其对于土壤硝化作用的影响可能存在滞后性，而甲硫氨基酸能够显著抑制土壤硝化作用，NO₃^--N含量显著降低了37.90%;（3）土壤不同水分条件对土壤DOC、NH₄⁺-N、NO₃^--N含量及CH₄排放速率均存在显著影响。90%WHC使DOC含量升高11.95%～19.91%，使NH₄⁺-N升高19.83%～35.46%，使NO₃^--N降低10.05%～23.79%，使CH4排放速率升高至另外两种水分条件的1.48～2.06倍。60%WHC条件使NH₄⁺-N升高13.05%，使NO₃^--N含量升高24.62%。60%WHC可能是温带暗棕壤硝化作用的最适含水量，90%WHC条件有利于DOC积累，同时对NO₃^--N的产生存在明显抑制作用；（4）土壤pH与N H₄⁺-N含量呈极显著正相关，与NO₃^--N含量呈正相关。CH₄排放速率与NO₃^--N含量呈极显著负相关，与NH₄⁺-N含量呈负相关，与DOC含量呈极显著正相关。【结论】不同性质氨基酸添加在温带森林暗棕壤碳氮含量及CH₄排放中发挥的作用不尽相同。一定范围内，土壤水分含量的升高有利于土壤NH₄⁺-N、NO₃^--N、DOC的积累及CH₄的排放，但土壤高含水量条件对NO₃^--N的产生具有抑制作用。因此，在研究温带森林暗棕壤碳含量、CH₄排放及氮转化机制时，建议关注不同氨基酸的差异性作用，同时考虑水分的变化。

关键词

土壤水分 / 氨基酸态氮 / 碳氮含量 / 甲烷 / 温带暗棕壤

基金资助

国家自然科学基金项目（31370617）