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LI-7810 应用案例 | 【Biogeosciences】土壤过湿和“新碳”输入是灰化土产生CH4的先决条件

来源:北京力高泰科技有限公司 发布时间:2022-05-30 16:16:18 点击数:259 使用提问 咨询价格


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原文以Excess soil moisture and fresh carbon input are prerequisites for methane production in podzolic soil为标题发表在Biogeosciences上,

作者: Mika Korkiakoski等

翻译: 王军、刘美玲


传统观点认为,由于CH4氧化菌的主导地位,使得北方高地森林通常表现为CH4汇。然而,在雨季或降雨较多的年份,北方高地森林可表现为短暂的CH4源。

从景观尺度和年际角度来看,在生长季,天气条件可能引发洪水,洪水可能在生长季持续较长时间。而且,通常情况下,典型的北方集水区内森林覆盖率远远高于湿地。

目前,对于矿质土由弱CH4汇变为强CH4源的条件和过程还不太清楚。

基于上述背景,一方面,研究者们连续两个生长季在野外原位测定定期灌溉和对照处理20个样点的土壤CH4通量。另一方面,研究者们采集不同层的土壤样品,将其带回实验室,通过控制含水量和添加葡萄糖模拟不同土壤含水量和根系分泌活性碳输入,进而评估不同层土壤CH4产生和氧化潜势。

借助野外原位观测和室内培养实验,旨在揭示北方高地森林土壤CH4产生的控制因素。

结果显示,除了2019年7月灌溉样地出现显著的CH4排放外(速率18200 µg CH4m−2 h−1),连续两年(2018-2019) 的实验,并未观测到灌溉处理后有显著的CH4排放,这可能与这两个夏季都很干旱有关,土壤始终表现为CH4的汇。

对照和灌溉处理土壤CH4吸收速率的中位数分别为260-290 µg CH4m−2 h−1、150–170 µg CH4m−2 h−1

与对照相比,2018和2019年,灌溉样地的土壤CH4吸收速率分别降低88%和50%。室内实验结果显示,在有机质层土壤CH4产生潜势max(~0.2-0.6 nmol CH4 g−1 d−1),淋溶层也同样观测到CH4产生,但是在其他土层土壤中并未观测到显著的CH4产生。

除了有机质层和深层土壤接近于0的CH4氧化潜势外,其他土层CH4氧化潜势均在10-40 nmol CH4 g−1 d−1的范围内。

室内实验结果表明,高土壤含水量这一单一环境因素并不能驱使北方高地森林土壤成为CH4源,但土壤中“简单”的碳源,例如,高土壤含水量条件下根系分泌物的输入将驱使土壤由CH4汇转变为CH4源。

这一研究为CH4产生和氧化过程及其控制因素提供了新的见解,同时通量结果可以纳入描述全球CH4循环的过程模型中。

LI-7810高精度CH4/CO2/H2O分析仪在该研究中的作用

本研究中,研究者们设计了一个微宇宙实验来确定土壤最初产生CH4所需的条件(温度和土壤含水量)。

紧挨着灌溉样地采集土壤剖面样品并使用该样品在1.6 L塑料瓶内构建人工土壤剖面,人工剖面包含植被和有机质层、淋溶层和富集层。

仅使用土壤剖面样品填充至塑料瓶体积的一半,剩余一半体积用于气体测量。人工剖面样品分成两份分别在15和25 ℃下进行培养。

两种温度条件下均包含3种处理,对照(C)、低土壤含水量(M1)和高土壤含水量(M2),同时还设置添加底物实验,对照样品中加入葡萄糖(Cglu)、低土壤含水量添加葡糖糖(M1glu)和高土壤含水量添加葡萄糖(M2glu)。

在测量开始时向每个塑料瓶内加入14 mL 1M的葡萄糖,加入葡萄糖的量约为北方高地森林土壤微生物生物量碳的两倍之多,在微生物有足够底物的情况下,以模拟“新碳”(根系分泌物)输入对微生物的影响,观察其可能产生的效应。

塑料瓶内的两种湿度条件差异足够大以观测处理间的效应,调整后M1、M2和对照C中土壤含水量分别约为50%、80%和30-35%。

根据8月底芬兰北部的光照条件(约15小时光照,9小时黑暗)对生长室内的光照进行了调整,以模拟自然光照条件。每周将塑料瓶从一个生长室转移至另一个生长室,以避免由于生长室本身差异而导致的数据误差。

通过两周一次的称重补水以维持塑料瓶内水分恒定,减少蒸发对实验的影响。

使用LI-7810便携式CH4/CO2/H2O分析仪(LI-COR Biosciences, NE, USA)从塑料瓶顶部测量瓶内样品的CH4浓度,连续测定5周,每周一次,并使用指数模型计算通量(e.g., Korkiakoski et al., 2017)。


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原文中的主要数据图

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