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盐土是一种分布广泛的土壤类型,占全球陆地总面积的7%。随着盐度的增加,土壤一系列物理化学属性都发生明显变化。对于植物和微生物而言,盐是一个重要的逆境胁迫因子。土壤CH4氧化和N2O排放是由微生物(甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌)介导的两个生物地球化学过程,与土壤物理化学属性的变化息息相关。然而目前有关盐度变化如何改变了土壤CH4吸收和N2O排放的研究还十分稀少。本研究以黄河三角洲不同盐度的盐土为研究对象,报道了土壤盐度变化对CH4吸收和N2O排放的影响。
本研究发现轻盐土具有与非盐土相当的CH4吸收潜力。即使在高盐度下(Ece=10.5-12.2 mS cm-1),土壤也能保持一个高的CH4氧化活性。盐土中增加的盐分不仅直接抑制了甲烷氧化菌的活性,还能通过抑制植物生长、减少有机质输入,增加容重,降低土壤通气性,从而减弱土壤吸收CH4的能力。本研究还发现,轻盐土和非盐土的CH4吸收具有不同的盐敏感性,通过向非盐土中加盐来估计自然盐土吸收甲烷的潜力将会产生大的误差,尤其是对轻盐土至高盐土。盐土CH4吸收对盐的低敏感性可能与其甲烷氧化菌种群具有更高的耐盐性有关。
黄河三角洲盐土的CH4吸收在田间尺度上存在大的空间变异性,导致该变异的主要因子是土壤质地在田间尺度上的微差别,而与盐度差异无关。与其他指标相比,土壤粘粒含量具有与该尺度变异最好的相关性。这个相关性为进一步研究冲积土CH4吸收的空间变异特征提供了简单、省时而有效的方法。而在土地利用方式尺度上,容重是表征CH4吸收变异的指标,一方面容重影响了土壤通气性,改变了土壤表观甲烷氧化速率。另一方面,土壤容重的变化经常与甲烷氧化菌种群的恢复有一定相关性。森林开垦为农田不仅直接抑制了CH4吸收,还改变了其垂直分布特征。
自然条件下盐土中无机氮含量非常低,因此其释放N2O的能力也非常有限,可以忽略不记。加氮肥后不同盐度的盐土都明显释放N2O,进一步证明了低的矿化氮供给是盐土释放N2O的限制因子。在适宜水分条件和充足矿化氮供给下,盐土能释放大量N2O。即使土壤盐度达到重盐水平,其释放N2O的能力也非常显著。盐土释放N2O的能力可能与土壤质地有关,并且有明显的水肥交互作用。
本研究结果直接证明了轻盐土、中盐土和高盐土具有显著的吸收CH4和排放N2O的潜力。但是自然条件下盐土吸收CH4和排放N2O的能力还受其他因子如土地利用历史、质地、土壤容重、无机氮含量的限制。因此将来研究盐土CH4吸收和N2O排放时应考虑盐与这些因子的交互作用。同时本研究的试验数据也直接证明了“加盐法”在研究自然盐土生物地球化学过程的局限性。这些初步研究成果不仅填补了盐土吸收CH4和排放N2O知识信息的空白,还为以后研究提供了方法指导。