李亚威，周姣艳，张 坚，刘笑吟，卫 琦，缴锡云，徐俊增

·农业水土工程·

土壤含水率和含盐量对盐渍土甲烷吸收能力的影响

李亚威1,2，周姣艳3，张 坚3，刘笑吟1，卫 琦1，缴锡云1,2，徐俊增1,2※

（1. 河海大学农业科学与工程学院，南京 211100；2. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点试验室，南京 210098；3. 昆山市水务水文调度中心，苏州 215300）

甲烷（CH4）是一种强效温室气体，准确认识特定类型土壤CH4源汇特征及影响因子调控作用，对于提升土壤CH4吸收潜力以减缓全球气候变化具有重要意义。该研究以盐渍土为研究对象，在土壤室内培养试验中，设置了3个土壤含水率处理，分别为田间持水率（Field Capacity，FC）的50%（50%FC），75% FC和100% FC，并在每个含水率下设置了6个含盐量处理，电导率分别为0.3、1.0、2.0、3.2、4.9和6.2 dS/m，研究不同土壤含水率和含盐量条件下盐渍土CH4吸收特征。在田间测坑试验中，观测了0.3、1.0和5.0 dS/m 3种含盐量土壤的CH4吸收特征及其对水分动态的响应。室内土壤培养试验结果表明，100%FC下6种盐分水平土壤CH4累积吸收量分别是75%FC下的1.08～1.39倍和50%FC的1.27～1.72倍，表明在田间持水率范围内，含水率升高促进了土壤CH4吸收；在3种含水率下，土壤CH4累积吸收量均随着处理含盐量升高而降低，6.2 dS/m最高含盐量处理的CH4累积吸收量相比0.3 dS/m最低含盐量处理显著降低了42.6%、52.3%和55.1%（<0.05）；相比50%FC，100%FC含水率下高含盐量对土壤CH4吸收具有更强的抑制作用，土壤含水率和含盐量对CH4吸收的影响存在显著的交互作用。田间测坑试验在野外田间条件下进一步验证了室内培养试验的结果，试验观测期内所有含盐量处理土壤CH4吸收速率均与土壤含水率呈显著正相关关系（<0.01）；1.0和5.0 dS/m含盐量处理的累积CH4吸收量分别为0.3 dS/m非盐渍土处理的82.6%和59.8%，高含盐量抑制了土壤对CH4的吸收。研究结果表明盐渍土是CH4的汇，并受到土壤含水率和含盐量显著影响，在盐渍土开发利用中应考虑通过合理的水盐调控以提高土壤CH4汇的能力。

含水率；盐分；甲烷；盐渍土；碳汇

0 引 言

甲烷（CH4）是三大主要温室气体之一，其单分子的增温潜势是CO2的28倍，对全球温室效应的影响越来越显著。2020年世界气象组织（World Meteorological Organization，WMO）发布的温室气体公报显示，大气中CH4浓度近10年正在以10 ppb/a（10-8/a）的速度快速升高[1]，减缓大气CH4浓度的升高速度已经迫在眉睫。陆地生态系统既是CH4的源也是CH4的汇[2]。对于旱地农业生态系统来说，由于其表层土壤长期处于水分非饱和的相对好氧状态，对大气CH4有一定氧化能力，表现为CH4的汇，这对全球大气CH4的吸收具有重要作用[3]。然而，土壤CH4氧化作用的影响因素众多，准确了解不同类型土壤CH4氧化吸收能力对环境因子的响应关系，对于准确量化全球土壤CH4汇和制定增汇策略具有重要意义。

土壤盐渍化是主要的土壤退化类型之一，盐渍土在世界范围内分布广泛，总面积约占全球人类可利用土地面积的14%[4]。中国的盐渍土面积同样巨大，总面积约有34.6×106hm2，广泛分布在中西部干旱半干旱地区及滨海地区[5]。而对于农田，由于气候和水资源利用的叠加影响，有超过12.3%的灌溉农田发生了盐渍化。土壤盐渍化不仅严重阻碍植物生长发育和产量，也对土壤微生物环境和碳氮等物质循环产生深远影响。土壤CH4产生和氧化均由土壤微生物驱动，势必会受到盐分的作用。盐渍土成因和分布决定了其大部分为水分非饱和的旱地土壤，相对好氧的环境决定了其在大部分时间表现为CH4的汇[6]。盐渍土的水盐运移规律可以概括为“盐随水来，盐随水去，盐随水来，水去盐留”，这体现了盐渍土中水分和盐分关系密切。已有研究表明，在土壤整体表现为CH4汇的前提下，土壤含水率依然是影响土壤CH4吸收速率的主要因素之一。一部分研究认为随着含水率的升高土壤CH4吸收速率随之下降[7-9]，但也有研究发现低的含水率会限制土壤对CH4的氧化能力，可能存在着一个CH4吸收最适宜土壤含水率[10]。而对于盐分的影响，已有的研究倾向于认为高含盐量会降低土壤对CH4的吸收能力[6,11-15]。考虑到土壤含水率和含盐量对CH4吸收均有显著影响，在较宽的含水率和含盐量范围内，CH4吸收对含水率和含盐量梯度二者单独和叠加的响应规律还少有报道。在盐渍土的改良利用中，通过灌溉调控土壤水盐合理分布可以有效提高盐渍土的农业生产力[16]。而在优化土壤水盐分布时，更需要明确不同水盐条件下的土壤CH4吸收规律，这对通过水盐调控提高土壤CH4吸收的潜力具有重要意义。

本研究通过土壤室内培养试验，研究了不同含水率和含盐量条件下盐渍土CH4吸收规律，结合田间测坑试验，观测了3种含盐量土壤的水盐变化规律及CH4吸收速率对水分动态的响应，旨在明确培养条件和自然条件下CH4吸收速率对土壤水盐梯度的响应规律，为在盐渍土改良利用中通过水盐调控提高盐渍土CH4汇的能力提供支撑。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤取样地位于江苏省盐城市东台县沿海滩涂区（32°44'17″N，120°52'14″E），所取土样包括重盐渍土和非盐渍土。盐渍土取样点保持多年盐荒地状态，表层0～20 cm平均含盐量（用电导率表征，土水比1∶5，下同）在1.0 dS/m以上，零星盐斑区域表层含盐量达6.0 dS/m以上。非盐渍土取样点在盐渍土取样点邻近区域，为原有盐渍土经过改良形成的农田，表层含盐量在0.3 dS/m以下。供试土壤类型均为粉砂壤土，具体土壤基本理化性质见表1。重度盐渍土分布面积较小，取少量装袋用于室内培养试验。轻中度盐渍土和非盐渍土取样用于室外测坑试验，现场过5 mm筛去除小石子和植物残枝，装袋做标记后运回试验基地待用。

表1 供试土壤理化特性

注：根据国际土粒分类制，砂粒、粉砂、黏粒粒径分别为>0.02～2、>0.002～0.02、0.000 2～0.002 mm。EC为电导率。

Note: Soil particle size are classified by sand-size fraction (0.02-2 mm), silt-size fraction (>0.002-0.02 mm) and clay-size fraction (0.0002-0.002 mm), according to the International Classification of Soil Particles. EC is electrical conductivity.

1.2 试验设计及试验过程

1.2.1 室内培养试验

取自然风干的重度盐渍土样和等量的非盐渍土样，过2 mm筛。根据2种土样的含盐量，对二者进行不同比例的混合，形成6个含盐量水平：0.3、1.0、2.0、3.2、4.9、6.2 dS/m，分别用LS1～LS6表示。在1个月的时间内，对混合土样进行3次干湿循环（喷洒去离子水湿润，然后风干），目的是为了使土壤盐离子分布均匀，同时土壤微生物能够适应当前土壤含盐量。干湿循环结束时所有土壤的含水率被调节为田间持水率（Field Capacity，FC）的40%，放置在恒温培养箱中在（25±1）℃下预培养1周。预培养结束后，将每种含盐量土样均分为3份，添加不同量去离子水形成3个含水率水平：50% FC，75%FC和100%FC，共形成18个含水率和含盐量组合处理。对于每个处理，取相当于150 g干土的土样，放入500 mL的培养瓶中，每个处理3个重复。将所有培养瓶置于和预培养相同环境下进行为期6周的培养。培养期间，除了气体取样时，其余时间玻璃瓶保持敞开。每天往培养瓶中喷洒去离子水以保持含水率在预期水平，添加的水量为培养瓶的质量减少量。在6周的培养期内，于0、3、7、11、16、21、28、35、42 d对所有处理进行CH4吸收速率观测。

1.2.2 测坑试验

将运回的非盐渍土样和盐渍土样分别按照1.30× 103kg/m3的干容重装填入预先布置好的测坑（1 m×1 m）中。试验共设3个不同含盐量处理：PS1（0.3 dS/m）、PS2（1.0 dS/m）和PS3（5.0 dS/m），每个处理3个重复，共计9个测坑小区。PS2测坑的土壤含盐量由轻中度盐渍土添加一定浓度的NaCl溶液获得。测坑深度为0.5 m，边壁由4块焊接的亚克力板组成，高出周围土面5 cm左右。试验地块上方安装了防雨棚，以隔绝强降雨影响。土样装填完成后放置约1 a，期间定期进行灌水和除草。2018年8月对所有小区进行了一次统一的灌水，灌水量为25 mm，然后对灌水后一段时间的土壤水盐动态和CH4吸收速率进行了观测。

1.3 测试指标与方法

1.3.1 土壤含水率、含盐量和pH值

在测坑试验中，灌水后每5 d取表层0～10 cm土样，使用烘干法测定测量土壤含水率。土壤含盐量用土壤溶液EC表征，测定方法为一定量的土样加入去离子水，土水比为1∶5，充分搅拌后静置1 h，使用电导率仪（Spectrum EC450，美国）测定上清液EC值。随后使用pH计（Mettler Toledo FiveGo F2，瑞士）测定上述上清液pH值。

1.3.2 土壤CH4吸收速率

对于室内培养试验，在每个气体采集日，首先使用空气泵（5 L/min）对培养瓶顶空冲洗30 min，重复3次，以达到培养瓶顶空与周围空气一致的目的。随后立即盖紧瓶盖，使用注射器抽取瓶内气体20 mL注入气体采集袋，培养瓶内与瓶盖连接有一气压平衡袋，可以平衡气体抽取产生的负压[17]。在第1个气样抽取6 h后，抽取第2个气样（20 mL）。气样在采集后的24 h内使用气相色谱工作站（Agilent 7890A，美国）测定CH4浓度。土壤对CH4的吸收速率使用式（1）计算得到。

F=··Δ/Δ·273/((273+) ·) （1）

式中F为CH4吸收速率，g/(kg·h)；为标准状态下CH4体积密度，本文为0.717 kg/m3；表示培养瓶顶空体积，本文为0.365 L；Δ表示密闭期CH4浓度差值；Δ表示密闭时长，本文为6 h；表示培养箱温度，本文为25 ℃；表示培养瓶内土样干质量，本文为0.15 kg。

对于测坑小区试验，使用静态箱-气相色谱法测定CH4通量。在每个气体采集日10:00，将圆柱形静态箱（高0.4 m，直径0.3 m）的法兰与测坑内的底座的法兰对接密封（中间有密封橡胶圈），在0、10、20和30 min时使用注射器分别抽取静态箱内气体20 mL注入气体采集袋。采集的气样在24 h内使用气相色谱工作站测定CH4浓度。基于4个样品的CH4浓度和线性斜率，使用式（2）计算CH4通量。

F=··Δ/·273/(273+1) （2）

式中F表示CH4通量，mg/(m2·h)；表示静态箱的高度，=0.4 m；1表示取样期间静态箱内温度平均值（℃），静态箱内部放置有温度传感器。

1.4 数据统计与分析

使用IBM SPSS 19.0软件对室内培养试验和测坑小区试验数据进行了单因素方差分析、双因素方差分析和线性回归分析；使用Microsoft Excel 2016软件对试验数据进行整理和计算；使用SigmaPlot 12.5软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同含水率和含盐量下培养土壤CH4吸收速率

室内培养试验不同含水率和含盐量条件下土壤CH4吸收速率动态变化过程如图1所示。所有处理土样在培养期内的CH4吸收速率范围处在-0.335～-0.023g/(kg·h)，几乎全部为负通量，即表现为CH4吸收。在6周的培养时间内，所有水盐处理的CH4吸收速率整体为逐渐降低的趋势，50%FC含水率处理整个培养期平均CH4吸收速率为-0.062g/(kg·h)，而75%FC和100%FC含水率CH4吸收速率平均值分别为-0.077和-0.088g/(kg·h)，这说明在田间持水率范围内，更高的土壤含水率表现出了更高的CH4吸收能力。对于土壤盐分影响来说，6个含盐量处理的CH4吸收速率在单次的测量上具有较大差异，表现为随着处理含盐量的升高CH4吸收速率下降，说明在本培养试验条件下含盐量可能对土壤CH4吸收有抑制作用。

a. 50% FCb. 75% FCc. 100% FC

注：FC为田间持水率。6个含盐量水平：0.3、1.0、2.0、3.2、4.9、6.2 dS·m-1，分别用LS1～LS6表示。下同。

Note: FC represents field capacity. Six salinity levels of 0.3, 1.0, 2.0, 3.2, 4.9 and 6.2 dS·m-1are labelled by LS1-LS6, respectively. Same as below.

图1 培养期各处理土壤甲烷吸收速率动态变化

Fig.1 Soil CH4uptake rate for different treatments during the incubation period

整个培养期土壤CH4累积吸收量在不同含水率和含盐量下存在显著差异（图2）。对于3种土壤含水率来说，100%FC含水率下所有6个含盐量土样的CH4累积吸收量均对应高于75%FC和50%FC，分别是75%FC含水率下的1.08～1.39倍和50%FC含水率下的1.27～1.72倍，这表明高土壤含水率显著促进了土壤CH4吸收，同时，所有6种土壤含盐量下均如此，证明本试验的含盐量并没有从根本上改变这种规律。土壤含盐量也显著影响了土壤CH4累积吸收量，首先，LS1含盐量处理即非盐渍土具有最大的CH4累积吸收量，在3种含水率下均是如此。随着处理含盐量的增大，CH4累积吸收量逐渐降低。在50%FC和75%FC含水率条件下，LS1、LS2和LS3处理的CH4累积吸收量未达到显著水平（>0.05），然而在100% FC含水率下三者具有显著差异（<0.05），而在更高的含盐量下，随含盐量增加而降低的效应愈发显著，如最高含盐量处理LS6的CH4累积吸收量相比LS1显著降低了42.6%（50%FC）、52.3%（75%FC）和55.1%（100%FC）。双因素方差分析的结果也证明了上述结论，含水率和含盐量对CH4累积吸收量均有显著影响（<0.001）。同时二者对CH4累积吸收量影响存在显著的交互作用（<0.001），这主要是由于不同含水率下CH4累积吸收量对含盐量梯度的响应虽然具有相似的趋势，但响应的程度有所差异，反之，在不同含盐量下其对含水率梯度的响应也有明显的差异。

2.2 不同含盐量土壤CH4吸收速率对水分动态的响应

在测坑试验观测期，不同含盐量处理土壤表层0～10 cm含水率和EC变化如图3所示。灌水之后的第1天，3个含盐量处理的表层含水率均在23%左右，接近田间持水率，土壤表面蒸发，各处理表层含水率逐渐降低。但3个含盐量处理下降速度有很大差别，非盐渍土PS1处理在观测结束时含水率为8.1%，而盐渍土PS2和PS3则为13.1%和16.1%，这表明土壤含盐量显著阻碍了土壤水分的蒸发损失。而随着水分蒸发，盐渍土PS2和PS3处理的表层含盐量则出现一定程度的增加，分别相较于试验开始增加了46.9%和9.4%，这符合随着水分蒸发土壤盐分发生表聚的规律。

图4给出了测坑试验观测期不同含盐量处理的CH4通量变化和累积排放量。与培养试验相似，在整个观测期，各处理的CH4通量均为负通量，表现为CH4吸收。从通量变化趋势来看，3个含盐量处理的CH4在观测期整体变化趋势相似，均随着时间逐渐降低。同时刻的通量表现为处理土壤含盐量越高，CH4通量绝对值越小，即CH4吸收速率越小，这一推断在3个含盐量处理累积通量上得到验证（图4b）。PS2和PS3处理的累积CH4吸收量分别为PS1的82.6%和59.8%，且差异显著（<0.01），这说明高含盐量显著抑制了土壤的CH4吸收能力，这也与培养试验的结果相一致。

a. 50% FCb. 75% FCc. 100% FC

注：不同小写字母表示在0.05的水平上差异显著。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level.

图2 培养期各处理土壤累积甲烷吸收量

Fig.2 Soil cumulative CH4uptake for different treatments during the incubation period

注：PS1～PS3分别表示盐分处理0.3、1.0和5.0 dS·m-1。下同。

图4 测坑试验不同含盐量处理CH4通量和累积吸收量

图5给出了3个含盐量处理土壤含水率和CH4通量的回归关系。3个含盐量处理下，土壤含水率和CH4通量均呈显著正相关（<0.01）。对于PS1处理，土壤为非盐渍土，排除了盐分的影响，CH4通量的改变可以主要由土壤含水率解释，而在PS2和PS3处理，在表层水分下降的同时，表层含盐量也有一定的升高，但两个处理的初始盐分又导致土壤含水率的缓慢下降。因此，含水率下降和含盐量升高可能共同导致了CH4吸收速率的下降，但二者的相对贡献难以区分。

注： Y1～Y3分别表示PS1～PS3的拟合值。

3 讨 论

3.1 含水率和含盐量对土壤CH4吸收能力的影响

根据土壤厌氧条件发生CH4产生和好氧条件下发生甲烷氧化的普遍规律，由土壤水分状态决定的土壤含氧量很大程度上决定了CH4的源汇状态[18]。对于常处在水分非饱和状态的生态系统（如旱地农田、草地、森林等）来说，均表现为CH4的汇，大量基于原位观测的研究关注了这些生态系统土壤CH4吸收能力对土壤含水率梯度的响应模式。李君怡等[7]在中国南部热带森林的试验发现CH4吸收速率与土壤含水率在5%～20%体积含水率范围内呈线性负相关，即高含水率对土壤CH4吸收速率有抑制作用。一些基于草地土壤和农田土壤的研究也得到了相似的结论[8-9,18]。然而，一些研究认为CH4吸收速率与土壤含水率在从干到湿的含水率梯度上并非线性关系，Dijkstra等[10,19]基于草地土壤的研究发现土壤含水率与CH4吸收速率呈“钟”型趋势，即随着含水率的升高先增大后减小，在含水率为土壤孔隙饱和充水度的24%时，土壤CH4吸收能力达到最强，Dasselaar等[20]在草地土壤也得到了相似的结果。Dobbie等[21]对比分析了林地、农田和荒地土壤CH4吸收速率与含水率的关系，发现在林地土壤和荒地土壤中，二者呈负相关，而在农田土壤中二者呈正相关，说明不同类型土壤CH4吸收速率和土壤含水率的关系会有较大差异。假设不同类型土壤均存在一个CH4吸收最适含水率，该最适含水率值可能主要由土壤甲烷氧化菌群落特征决定，并受多种影响土壤微生物的因子调节，如土壤质地、碳氮比、pH值、土壤温度等。本研究在培养试验和室外测坑试验均发现，在田间持水率范围内，土壤含水率和CH4吸收速率呈正相关，这说明在本试验条件下，土壤CH4吸收的最适土壤含水率可能大于或等于土壤田间持水率，而这一含水率显著高于Dijkstra等得出的土壤孔隙饱和充水度的24%[10,19]。基于以上分析，大部分的先前试验观测的含水率范围大部分并不完整，没能捕捉到每种土壤类型对应的CH4吸收最适含水率。因此，在考虑含水率对CH4吸收能力的调控作用时，应尽可能明确特定土壤的CH4吸收速率对完整的含水率梯度的响应规律。

与土壤含水率响应模式的复杂性不同，已有的研究[6,11-15]关于盐分对土壤CH4吸收的影响的结果较为一致，即随着含盐量的升高土壤CH4吸收能力降低，本研究的2个试验也同样取得了相似的结果。本研究的培养试验土样含盐量涵盖了从非盐渍土到重度盐渍土的范围，说明土壤CH4吸收速率与土壤含盐量可能在较宽的土壤含盐量范围内均为负相关关系。土壤CH4的氧化能力是由甲烷氧化菌决定的，其活性与其他土壤微生物一样，易受土壤环境因子变化影响[22]。Serrano-Silva等[23]的研究认为土壤CH4吸收能力随含盐量升高而降低的原因是高含盐量抑制了CH4氧化菌的活性并改变了甲烷氧化菌的群落结构。但盐渍土的种类繁多，它们的主要区别体现在不同的盐分离子组成上，是否在所有的盐分类型上均具有这样的关系仍然需要更多的试验探究。本研究的结果是在稳定的土壤含盐量梯度得出的，反映了初始土壤盐分对CH4吸收能力的影响。Zhang等[15]通过对非盐渍土和轻度盐渍土添加额外外源盐发现非盐渍土的CH4吸收能力显著降低，而轻度盐渍土对外源盐的响应则不显著，这说明轻度盐渍土的甲烷氧化菌可能已经适应了盐环境。在研究土壤CH4吸收对含盐量变化的影响时，应考虑甲烷氧化微生物对盐分的短期应激和长期的适应。自然或农田盐渍化土壤的水盐运动密切相关，根据本研究的结果，在高含水率和低含盐量的土壤环境下，土壤有最强的CH4吸收能力，而在低含水率和高含盐量时，CH4吸收能力会受到显著抑制。但鉴于土壤其他因子可能会改变CH4吸收速率对土壤水分动态和盐分动态的响应模式，因此还需要针对性质差别较大的土壤类型进行深入对比探究。

3.2 盐渍土CH4增汇的水盐调控策略

对于广泛分布的盐渍土农田来说，通过灌溉技术和制度调控来实现水盐合理分布已经被广泛研究[16,24-26]，这种优化的水盐分布几乎均以促进作物生长发育和提高产量及品质为最终目标[27-28]，很少考虑生态方面的影响。近些年，在一些盐渍土农田节水控盐实践中，开始关注水盐分布及其交互作用对农田碳氮气体（如CO2和N2O）排放的影响[29-30]，但对CH4吸收的影响还未见报道。鉴于盐渍土的巨大面积以及盐渍土农业的发展，通过水盐调控最大程度地发挥盐渍土CH4吸收潜力可以部分抵消其他陆地生态系统类型如湿地的CH4高排放。尽管已有的证据表明高含盐量可能抑制土壤的CH4吸收能力，但面积广大的旱地盐渍土在绝大多数时期依然是CH4的汇[6,14]。本研究关于土壤不同含水率和含盐量下CH4吸收速率的结果在一定程度上说明通过调控盐渍土的水盐分布可能是增加盐渍土CH4吸收能力的有效潜在措施。如在盐渍土农田滴灌系统中，每个滴头灌水会在滴头下方区域形成湿润体，通过滴头位置、灌水时间和流量的设置，可以对湿润体形状、田表湿润比和水盐分布实现精准调控，从而营造有利于作物根系水和养分利用环境，同时避免高含盐量带来的不利影响[31]。但这样的湿润体和水盐分布也会对微生物驱动的碳氮转化和气体排放产生影响[32-33]，因此在设置滴灌参数时，需要根据土壤含水率和含盐量与CH4吸收间的定量关系，构造同时有利于作物生长和CH4吸收的湿润体形式。根据本研究的结果，提高土壤含水率和降低含盐量可以提高土壤对CH4的吸收能力，但对于其他类型的土壤，其最大CH4吸收对应的含水率可能显著低于本研究的100%FC[20]，应针对不同类型土壤开展研究，以获得全面的CH4吸收和土壤含水率间的定量关系。此外，在考虑土壤CH4增汇的同时，还要考虑节水高产和其他碳氮气体的减排的协同实现，这也是未来的盐渍土农田生产水盐精准调控研究和实践中需要进一步研究回答的关键问题。

4 结 论

开展盐渍土室内培养试验和田间测坑试验，研究了土壤含水率和含盐量对土壤CH4吸收能力的影响，结论如下：

1）在室内土壤培养试验中，田间持水率（Field Capacity，FC）范围内不同含盐量土壤的CH4吸收速率均随着处理土壤含水率的增大而增大，100%FC下土壤CH4累积吸收量分别是75%FC下的1.08～1.39倍和50%FC的1.27～1.72倍；在田间测坑试验中，CH4吸收速率与土壤含水率均呈显著正相关关系，2种试验结果一致，含水率升高对土壤CH4氧化有促进作用。

2）在田间持水率范围内，含盐土壤为CH4的汇，但土壤CH4吸收速率会随着土壤含盐量升高而降低，在3种含水率下，6.2 dS/m最高含盐量处理的CH4累积吸收量相比0.3 dS/m最低含盐量处理均显著降低了40%以上，高含盐量会减弱土壤作为甲烷的汇的能力；土壤含水率和含盐量对CH4吸收的影响均有显著影响且存在交互作用，在进行盐渍土水盐调控时应考虑水盐分布对提高盐渍土CH4汇能力的潜在作用。

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Effects of soil moisture and salinity on methane uptake in salt-affected soils

Li Yawei1,2, Zhou Jiaoyan3, Zhang Jian3, Liu Xiaoyin1, Wei Qi1, Jiao Xiyun1,2, Xu Junzeng1,2※

(1.,,211100,; 2.-,,210098,; 3.,215300,)

Methane (CH4) is the second most important greenhouse gas, after Carbon Dioxide (CO2). The concentration of CH4in the atmosphere is still rising more rapidly than ever before. Among them, most CH4sinks are widely distributed in water-unsaturated lands. It is a high demand to clarify the CH4uptake characteristics in the different types of soils in response to certain environmental factors. The soil CH4uptake potential can then be improved to mitigate global warming. In this study, a soil laboratory incubation experiment was conducted to investigate the CH4uptake rates of the salt-affected soil at the different moisture (50%, 75%, and 100% of Field Capacity (FC)), and Salinity Levels (LS1: 0.3 dS/m, LS2: 1.0 dS/m, LS3: 2.0 dS/m, LS4: 3.2 dS/m, and LS5: 4.9 dS/m, and LS6: 6.2 dS/m). A field plot experiment was also carried out to verify the reproducibility of the laboratory incubation under natural conditions. The soil CH4uptake was characterized by three soil salinity levels (PS1: 0.3 dS/m, PS2: 1.0 dS/m, and PS3: 5.0 dS/m), and their responses to the soil moisture dynamics. The soil laboratory incubation results showed that the cumulative CH4uptake of soils (including all six salinity levels) under 100%FC was 1.08-1.39 times those of the 75%FC, and 1.27-1.72 times those of the 50%FC, respectively. It infers that the capacity of soil CH4uptake increased with the increase of soil moisture within the range of field water-holding capacity. By contrast, the cumulative soil CH4uptake decreased under all three soil moisture levels, as the soil salinity increased from 0.3 to 6.2 dS/m. Specifically, the cumulative CH4uptake of the highest salinity LS6 was significantly reduced by 42.6%, 52.3%, and 55.1% under three soil moisture levels, respectively, compared with the non-saline soil of LS1. The soil moisture with the 100%FC aggravated the soil CH4uptake capacity along the salinity gradient from 0.3 to 6.2 dS/m, compared with the 50%FC. There was a significant interaction between the soil moisture and salinity on the soil CH4uptake. The laboratory incubation was validated by the field plot experiment under natural environments. The soil CH4uptake rates were significantly positively correlated with the soil moisture for all three soil salinity levels (<0.01). Compared with soil PS1, both PS2 and PS3 salinity levels led to a significant decrease in the cumulative CH4uptake, indicating that the high salinitysignificantly inhibited the soil CH4uptake. The laboratory incubation and field experiments indicated that the salt-affected soil was a CH4sink, where the CH4 uptake capacity depended mainly on the soil moisture and salinity. Consequently, a sub-goal of the water-salt regulation can be formulated to improve the CH4sink capacity for the high agricultural productivity in salt-affected soils.

soil moisture; salinity; methane; salt-affected soil; carbon sink

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.16.013

S156.4

A

1002-6819(2022)-16-0117-07

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Li Yawei, Zhou Jiaoyan, Zhang Jian, et al. Effects of soil moisture and salinity on methane uptake in salt-affected soils[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(16): 117-123. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.16.013 http://www.tcsae.org

2022-06-22

2022-08-10

国家自然科学基金资助项目（52209050；51879075）；中央高校基本科研业务费（B210205014；B220202071）；江苏省自然科学基金（BK20210373）

李亚威，博士，助理研究员，研究方向为农田高效灌排及其环境效应。Email：yaweizx@hhu.edu.cn

徐俊增，博士，教授，博士生导师，研究方向为节水灌溉理论与技术。Email：xjz481@hhu.edu.cn

中国农业工程学会会员：徐俊增（E04000023A）