原文以Excess soil moisture and fresh carbon input are prerequisites for methane production in podzolic soil為標(biāo)題發(fā)表在Biogeosciences上，
作者: Mika Korkiakoski等
翻譯: 王軍、劉美玲
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，由于CH4氧化菌的主導(dǎo)地位，使得北方高地森林通常表現(xiàn)為CH4匯。然而，在雨季或降雨較多的年份，北方高地森林可表現(xiàn)為短暫的CH4源。
從景觀尺度和年際角度來(lái)看，在生長(zhǎng)季，天氣條件可能引發(fā)洪水，洪水可能在生長(zhǎng)季持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。而且，通常情況下，典型的北方集水區(qū)內(nèi)森林覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于濕地。
目前，對(duì)于礦質(zhì)土由弱CH4匯變?yōu)閺?qiáng)CH4源的條件和過(guò)程還不太清楚。
基于上述背景，一方面，研究者們連續(xù)兩個(gè)生長(zhǎng)季在野外原位測(cè)定定期灌溉和對(duì)照處理20個(gè)樣點(diǎn)的土壤CH4通量。另一方面，研究者們采集不同層的土壤樣品，將其帶回實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)控制含水量和添加葡萄糖模擬不同土壤含水量和根系分泌活性碳輸入，進(jìn)而評(píng)估不同層土壤CH4產(chǎn)生和氧化潛勢(shì)。
借助野外原位觀測(cè)和室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，旨在揭示北方高地森林土壤CH4產(chǎn)生的控制因素。
結(jié)果顯示，除了2019年7月灌溉樣地出現(xiàn)顯著的CH4排放外(速率18200 μg CH4m?2 h?1)，連續(xù)兩年(2018-2019) 的實(shí)驗(yàn)，并未觀測(cè)到灌溉處理后有顯著的CH4排放，這可能與這兩個(gè)夏季都很干旱有關(guān)，土壤始終表現(xiàn)為CH4的匯。
對(duì)照和灌溉處理土壤CH4吸收速率的中位數(shù)分別為260-290 μg CH4m?2 h?1、150–170 μg CH4m?2 h?1。
與對(duì)照相比，2018和2019年，灌溉樣地的土壤CH4吸收速率分別降低88%和50%。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在有機(jī)質(zhì)層土壤CH4產(chǎn)生潛勢(shì)max(~0.2-0.6 nmol CH4 g?1 d?1)，淋溶層也同樣觀測(cè)到CH4產(chǎn)生，但是在其他土層土壤中并未觀測(cè)到顯著的CH4產(chǎn)生。
除了有機(jī)質(zhì)層和深層土壤接近于0的CH4氧化潛勢(shì)外，其他土層CH4氧化潛勢(shì)均在10-40 nmol CH4 g?1 d?1的范圍內(nèi)。
室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高土壤含水量這一單一環(huán)境因素并不能驅(qū)使北方高地森林土壤成為CH4源，但土壤中“簡(jiǎn)單”的碳源，例如，高土壤含水量條件下根系分泌物的輸入將驅(qū)使土壤由CH4匯轉(zhuǎn)變?yōu)镃H4源。
這一研究為CH4產(chǎn)生和氧化過(guò)程及其控制因素提供了新的見(jiàn)解，同時(shí)通量結(jié)果可以納入描述全球CH4循環(huán)的過(guò)程模型中。
LI-7810高精度CH4/CO2/H2O分析儀在該研究中的作用
本研究中，研究者們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)微宇宙實(shí)驗(yàn)來(lái)確定土壤最初產(chǎn)生CH4所需的條件(溫度和土壤含水量)。
緊挨著灌溉樣地采集土壤剖面樣品并使用該樣品在1.6 L塑料瓶?jī)?nèi)構(gòu)建人工土壤剖面，人工剖面包含植被和有機(jī)質(zhì)層、淋溶層和富集層。
僅使用土壤剖面樣品填充至塑料瓶體積的一半，剩余一半體積用于氣體測(cè)量。人工剖面樣品分成兩份分別在15和25 ℃下進(jìn)行培養(yǎng)。
兩種溫度條件下均包含3種處理，對(duì)照(C)、低土壤含水量(M1)和高土壤含水量(M2)，同時(shí)還設(shè)置添加底物實(shí)驗(yàn)，對(duì)照樣品中加入葡萄糖(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)。
在測(cè)量開(kāi)始時(shí)向每個(gè)塑料瓶?jī)?nèi)加入14 mL 1M的葡萄糖，加入葡萄糖的量約為北方高地森林土壤微生物生物量碳的兩倍之多，在微生物有足夠底物的情況下，以模擬“新碳”(根系分泌物)輸入對(duì)微生物的影響，觀察其可能產(chǎn)生的效應(yīng)。
塑料瓶?jī)?nèi)的兩種濕度條件差異足夠大以觀測(cè)處理間的效應(yīng)，調(diào)整后M1、M2和對(duì)照C中土壤含水量分別約為50%、80%和30-35%。
根據(jù)8月底芬蘭北部的光照條件(約15小時(shí)光照，9小時(shí)黑暗)對(duì)生長(zhǎng)室內(nèi)的光照進(jìn)行了調(diào)整，以模擬自然光照條件。每周將塑料瓶從一個(gè)生長(zhǎng)室轉(zhuǎn)移至另一個(gè)生長(zhǎng)室，以避免由于生長(zhǎng)室本身差異而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)誤差。
通過(guò)兩周一次的稱(chēng)重補(bǔ)水以維持塑料瓶?jī)?nèi)水分恒定，減少蒸發(fā)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。
使用LI-7810便攜式CH4/CO2/H2O分析儀（LI-COR Biosciences, NE, USA）從塑料瓶頂部測(cè)量瓶?jī)?nèi)樣品的CH4濃度，連續(xù)測(cè)定5周，每周一次，并使用指數(shù)模型計(jì)算通量（e.g., Korkiakoski et al., 2017）。
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原文中的主要數(shù)據(jù)圖
