全 文 ：环境因子对农业土壤有机碳分解的影响 3
黄　耀 3 3 　刘世梁　沈其荣　宗良纲　(南京农业大学资源与环境科学学院 , 南京 210095)
【摘要】　为研究环境因子对有机 C 在农业土壤中分解的影响 ,在不同温度、水分及土壤质地下进行小麦
和水稻秸秆及其根培养实验 ,结果表明 ,在同样的水热条件下 ,秸秆有机 C 的分解量大于根的分解量. 在
温度较低情况下 ,升高温度促进了有机 C 的分解 ;而在温度较高的情况下 ,升高温度对有机 C 分解的促进
作用降低. 在非淹水条件下 ,温度对有机 C 分解的影响随着时间的延长而逐步减小. 淹水条件下培养一周
后 ,温度对有机 C 分解的影响不随时间而变化. 当含水量为 300g·kg - 1和 500g·kg - 1时 ,有机 C 分解较快 ,
而在 200g·kg - 1和淹水条件下则分解较慢 ,空白对照培养结果的趋势是分解速率随水分含量的增加而加
快. 培养实验的第一个月内 ,小麦秸秆有机 C 的分解量与土壤粘粒含量呈负相关.
关键词 　环境因子 　有机碳分解 　农业土壤 　培养实验 　气候变化
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 06 - 0709 - 06 　中图分类号 　S153. 621 　文献标识码 　A
Influence of environmental factors on the decomposition of organic carbon in agricultural soils. HUAN G Yao ,
L IU Shiliang ,SHEN Qirong and ZON G Lianggang ( College of Resource and Envi ronmental Sciences , N anjing
A gricultural U niversity , N anjing 210095) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (6) :709～714.
To quantitatively investigate the effects of environmental factors on organic carbon decomposition , CO22C was
measured from the incubation of wheat and rice straw as well as their roots mixed with a paddy soil over a 902day
period. Results showed that decomposition of the straw carbon was faster than that of the roots. Amount of
CO22C released from the organic matter decomposition was quantitatively related to its properties of C/ N ratio.
Increase of temperature within a lower temperature range enhanced greatly the decomposition while such an
enhancement weakened within a higher temperature range. Under the moist condition , the temperature
coefficient of organic carbon decomposition declined exponentially with the incubation time. The temperature
coefficient did not significantly decrease with the time for the submerged condition after one2week incubation.
The effect of water status showed that the decomposition at the water contents of 300g·kg - 1 and 500g·kg - 1
was faster than that under the treatments of 200g·kg - 1 and the submerged. Within the first month period of
incubation ,carbon amount released from the incubation of wheat straw was negatively related to the clay fraction
of the soils.
Key words 　Environmental factors , Organic carbon decomposition , Agricultural soils , Incubation experiment ,
Climate change. 3 国家自然科学基金重点资助项目 (39830220) .3 3 通讯联系人.
2000 - 04 - 29 收稿 ,2000 - 08 - 27 接受.
1 　引 　　言
气候变暖是当今全球性的环境问题 ,大气中
CO2 浓度的不断增加对全球气候变化起着极其重要
的作用. 全球约有 115 ×1015 kg C 以土壤有机质形
式存在 ,总量是大气中的两倍[2 ,16 ,21 ] ,分解产生的
CO2 在全球 CO2 排放总量中占有相当比重[17 ] . 土壤
中 CO2 的排放主要来自土壤原有有机质和外源有
机质 (如植物的凋落物、根茬及人为的有机物投入)
的分解过程. 大气中 CO2 浓度的增加将使得植被的
净初级生产力提高[5 ,10 ,14 ] ,净初级生产力的提高无
疑将增加外源有机质对土壤的输入 ,从而促进土壤
中 CO2 的排放. 因此 ,除研究土壤原有有机质的分
解对气候变化的响应[8 ]外 ,研究外源有机质在土壤
中的分解对气候变化的响应具有重要意义. 土壤有
机 C 的分解受有机质的化学组成[7 ] 、土壤温度[4 ,6 ] 、
湿度[3 ,19 ]和质地[12 ]等的影响. 全球气候不断增暖将
改变各地的温度场、蒸发量和降水量. 而这些变化又
影响着土壤有机 C 的分解. 近年来 ,有关草原土壤
及森林土壤有机 C 分解对气候变化的响应研究较
多[8 ,13 ,14 ,20 ] ,而农业土壤有机 C 分解对气候变化响
应的研究则较少. 本文旨在阐明农业土壤有机 C 分
解过程中 CO2 的释放与有机物料的组成、土壤温
度、水分及质地关系的数量特征 ,为进一步研究农业
土壤有机 C 分解对气候变化的响应奠定基础.
2 　材料与方法
211 　供试材料
供试土壤取自江苏宜兴市长期水旱轮作的水稻土 ,风干
过 20 目筛 ,其基本理化性状见表 1. 其中取自于红塔的土壤
应 用 生 态 学 报 　2002 年 6 月 　第 13 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2002 ,13 (6)∶709～714
用于不同温度和水分处理下有机 C 分解的实验研究 ,其余土
壤用于研究质地对有机 C 分解的影响. 供试有机物料分别为
小麦、水稻秸秆及相应的根 ,其基本特性见表 2.
表 1 　供试土壤及其理化性状
Table 1 Physical and chemical properties of soils used
采样地
Sampling location
p H
( H2O)
总 C
Total C
(g·kg - 1)
总 N
Total N
(g·kg - 1)
C/ N 粘粒含量
< 01005mm
clay content
( %)
宜兴红塔 Hongta , Yixing 5152 17152 1172 1012 35191
大浦杨渭 Dapu Yangwei 5183 9169 1130 715 16150
洋溪新渎 Yangxi Xindu 6115 8124 1113 713 20181
茗岭淦里 Mingling Ganli 5176 10173 1136 719 31133
新庄唐角 Xinzhuang Tangjiao 6120 14150 1151 916 41129
分水红湖 Fenshui Honghu 6136 8129 1104 810 46125
邮堂李渎 Youtang Lidu 5118 15120 1167 911 58113
表 2 　供试有机物料及其性质
Table 2 Properties of organic materials used( g·kg - 1)
有机物料
Organic materials
C N C/ N 木质素
Lignin
小麦秸秆 Wheat straw 394 4199 7910 171
小 麦 根 Wheat root 413 6165 6211 203
水稻秸秆 Rice straw 344 7158 4513 135
水 稻 根 Rice root 419 11118 3715 165
212 　研究方法
参照 Bartha[1 ]的实验装置 ,将供试土壤及有机物料置于
650ml 的呼吸瓶中 ,用 NaOH 溶液吸收有机 C 分解释放出的
CO2 .通过测定 NaOH 溶液浓度的变化 ,计算出 CO22C 的释
放量. 整个实验采用密闭培养方式 ,土壤用量为 100g 风干
土.供试有机物料剪至 3～6mm 长 ,在 70 ℃下烘干备用 ,用
量为 1g. 实验过程中定期补充氧气 ,并保持水分的恒定. 试
验处理为温度、水分及土壤质地. 温度水平分别为 12、24 和
36 ℃,每个温度处理培养 3 个月. 在各温度水平下设置的 4
个土壤水分含量 (以烘干土计) 分别为 200、300 和 500g·
kg - 1及淹水条件 ,前 3 个水分含量大致相当于田间持水量的
50 %～60 %、70 %～80 %和饱和持水量. 在各水分处理下分
别加入小麦秸秆、小麦根、水稻秸秆和水稻根 ,并设置空白对
照. 土壤质地对有机 C 分解影响的实验在 36 ℃及 - 01033
MPa 的水分条件下进行 ,供试物料为小麦秸秆. 所有处理设
置空白对照 ,各处理均设两个重复.
3 　结果与分析
311 　物料组成对有机 C 分解的影响
4 种有机物料在水分含量为 300g·kg - 1和温度
为 24 ℃条件下的 CO2 累积释放量见图 1 ,该条件下
各物料有机 C 分解速率随培养时间的变化见图 2.
由图 1 可以看出 ,不同有机物料的 CO2 释放量不
同 ,总的趋势是秸秆的释放量大于根的释放量 ,且数
量的大小依次为小麦秸秆 > 水稻秸秆 > 小麦根 > 水
稻根. 图 2 的结果表明 ,在培养前期 (约 0～30d) ,有
机 C 的分解速率最快 ,且秸秆的分解速率大于根的
分解速率 ,此后便逐步下降 ,秸秆与根分解速率的差
异逐步缩小. 在培养 30d 以后 ,分解速率变慢且随培
养时间的变化幅度减小. 同时 ,不同有机物料间 C
分解速率的差异也不甚明显. 一般认为[11 ] ,植物残
体的有机 C 可分为两个组分 ,即易分解组分 (如糖
类、淀粉等)与难分解组分 (如木质素等) . 易分解的
有机 C 在第一阶段得以快速分解 ,而难分解组分则
分解比较缓慢. 表 2 给出的有机物料组成表明 ,根的
木质素含量高于相应秸秆的木质素含量 ,这可能是
秸秆分解速率大于根分解速率的原因之一.
图 1 　不同有机物料在水稻土中的 CO2 累积释放量
Fig. 1 Cumulative amount of carbon mineralized from different organic
materials in paddy soil.
Ⅰ1 水稻秸秆 Rice straw , Ⅱ1 水稻根 Rice root , Ⅲ1 小麦秸秆 Wheat
straw , Ⅳ1 小麦根 Wheat root . 下同 The same below.
图 2 　不同物料有机 C 分解速率
Fig. 2 Decomposition rate of carbon from different organic materials.
　　用常规的差减法 ,即用水稻土加有机物料培养
测定的 C 分解量减去对照土壤的分解量可估计出
不同有机物料的 C 分解量. 表 3 给出 4 种有机物料
在不同培养时段内的 C 分解量 ,表中的分解百分率
为占加入有机物料中有机 C 的百分数. 由表 3 可以
看出 ,在 90d 的培养时段内 ,小麦与水稻秸秆有机 C
的分解量约占该物料 C 含量的 50 %左右 ,而其根的
分解量只占该物料 C 含量的 30 %左右. 在头 30d 的
培养时段内 ,秸秆有机 C 的分解量占该物料 C 含量
的 30 %以上 ,根的分解量不到该物料有机 C 含量的
20 %. 对同种作物而言 ,C/ N 比高的部分其有机 C
的分解量相对较高 ,而木质素含量高的部分分解量
相对较低. 据此假定有机 C 分解量 ( Y ) 与该物料的
C/ N 比及木质素含量 ( L )满足如下数学关系 :
017 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
表 3 　不同有机物料的 C分解(占加入 C %) 3
Table 3 Amount of CO22C released from the decomposition of different organic materials ( % of added C)
有机物料
Organic
materials
培养时段 Incubation periods (d)
0～30
C分解量
Decomposed
amount
(mg C)
分解率
Decomposed
rate
( %)
31～60
C分解量
Decomposed
amount
(mg C)
分解率
Decomposed
rate
( %)
61～90
C分解量
Decomposed
amount
(mg C)
分解率
Decomposed
rate
( %)
0～90
C分解量
Decomposed
amount
(mg C)
分解率
Percentage of
decomposed
( %)
小麦秸秆 Wheat straw 14113 3519 3619 914 3414 817 21216 5410
小 麦 根 Wheat root 8014 1915 3518 817 2616 614 14218 3416
水稻秸秆 Rice straw 11510 3314 3415 1010 1818 515 16813 4910
水 稻 根 Rice root 6118 1418 3110 714 2418 519 11716 28103 培养温度为 24 ℃,水分含量为 300g·kg - 1. Incubated at 24 ℃and water content of 300g·kg - 1.
　　 Y = a + b[C/ N ]/ L (1)
式中 , a、b 为实验参数 ,可用最小二乘法确定. 回归
分析结果表明 (表 4) ,在培养的第一个月内 ,供试物
料有机 C 的分解量显著地符合上述定量关系 ,而培
养的第二个月及第三个月内的分解量并非完全符合
上述定量关系. 就 90d 的培养时段而言 ,方程 (1) 仍
具有显著的统计意义.
表 4 　方程 Y = a + b[ ( C/ N) / L ]的实验参数及统计检验
Table 4 Parameters and statistical testing for the equation of Y = a + b
[ ( C/ N) / L ]
培养时段
Incubation periods(d)
a
(mg C )
b
(mg C )
r
0～30 - 1611 34719 019570 3
31～60 2710 2216 018595
61～90 1215 4112 016247
0～90 2314 41117 019909 3 3
　　一般认为 ,有机物料 N 含量低或 C/ N 比高与
分解缓慢是相联系的. 然而 ,本研究结果与此不尽一
致.水旱轮作条件下不同植物残体的化学组成与腐
殖化系数 (填埋一年后残留 C 量/ 加入植物 C 量) 的
测定结果[22 ]表明 ,木质素含量类似的植物残体 ,C/
N 比高的分解快 ; C/ N 比类似的植物残体 ,木质素
含量低的分解快. 如玉米杆 (C/ N 比 5110 ,木质素含
量 132g·kg - 1 ) 、苕子 ( C/ N 比 1118 ,木质素含量
135g·kg - 1 ) 和满江红 ( C/ N 比 1112 ,木质素含量
202g·kg - 1 ) 的腐殖化系数分别为 0119、0130 和
0143. 这说明影响植物残体分解的化学组成中 N 含
量或 C/ N 比不是唯一的.
312 　温度对有机 C 分解的影响
小麦秸秆在同一水分含量 (300g·kg - 1) 不同温
度条件下的 CO2 累积释放量见图 3. 由图 3 可以看
出 ,12 ℃条件下有机 C 的分解比较缓慢 ,且分解速
率随培养时间的变幅不大 ,累积分解量在整个 90d
的培养时段内近似一条直线. 在 24 ℃及 36 ℃条件
下 ,培养初期 (约 15d)有机 C 的分解较快 ,其后逐步
缓慢. 表 5 给出小麦秸秆及根在 12 ℃、24 ℃及 36 ℃
温度条件下 ,4 种水分处理培养的平均分解量 ,表中
所示增加率为温度升高时有机 C 的分解量与前一
级温度水平下有机 C 的分解量之比. 当培养温度从
12 ℃升高到 24 ℃时 ,30d 培养时段内有机 C 的分解
量增加了 1183～2109 倍 ;而当培养温度从 24 ℃升
高到 36 ℃时 ,同期内有机 C 的分解量只增加了 1137
～1145 倍. 这个结果表明 ,在温度较低的情况下 ,温
度升高将大大促进有机 C 的分解 ;而在较高的温度
条件下 ,温度升高对有机 C 分解的促进作用降低.
这与以往的报道[6 ,9 ]相一致.
图 3 　不同温度下小麦秸秆在水稻土中的 CO2 累积释放量
Fig. 3 Cumulative amount of carbon mineralized from wheat straw in
paddy soil at different temperatures.
　　表 5 结果表明 ,在培养前期 (0～30d) 温度升高
明显促进有机 C 的分解 ,而在后两个月的培养时段
内 ,温度升高并未明显促进有机 C 的分解. 为进一
步探讨温度对有机 C 分解的影响 ,分别计算了不同
培养时段 (以一个星期为间隔) 各供试有机物料在 4
种水分条件下分解的温度系数 Q10 . 结果表明 ,在培
养实验的第一周 ,淹水条件下供试物料有机 C 分解
的温度系数约为 2 ,其后趋于一个常数 114 ±0125.
对于其他 3 种非淹水的条件 ,在 90d 的培养时段内 ,
供试物料分解的温度系数并非一个常数. 在培养初
期 Q10较大 ,平均值约为 215 ,随培养时间的延长 ,
Q10以指数形式减小 ,大约 30d 以后 , Q10逐渐接近
于 1. 这意味着在培养初期 ,温度条件影响着其分解
速率 ,随着培养时间的延长 ,温度对有机 C 分解的
影响愈来愈小 ( Q10接近于 1) . 图 4 为淹水及非淹水
1176 期 　　　　　　　　　　　　　黄 　耀等 :环境因子对农业土壤有机碳分解的影响 　　　　　　　　
表 5 　不同温度条件下有机物料的 C分解 3
Table 5 Amount of CO22C released from incubation experiments at three temperature levels
有机物料
Organic
materials
培养温度
Incubation
temperature
( ℃)
培养时段 Incubation periods (d)
0～30
C 分解量
Decomposed
amount
(mg C)
增加率
Percentage of
increment
( %)
31～60
C 分解量
Decomposed
amount
(mg C)
增加率
Percentage of
increment
( %)
61～90
C 分解量
Decomposed
amount
(mg C)
增加率
Percentage of
increment
( %)
小麦秸秆 12 9519 - 6916 - 4915 -
Wheat straw 24 17517 183 7110 102 4916 100
36 25411 145 8019 114 7117 145
小麦根 12 6311 - 5313 - 3610 -
Wheat root 24 13118 209 6110 114 4116 116
36 18014 137 6310 103 4918 1203 有机 C 分解量为未减去空白对照的分解量 The decomposed amount implies the amount of CO22C released from the organic materials and the soil.
条件下温度系数随培养时间的变化动态. 利用回归
分析方法 ,可得非淹水条件下供试物料有机 C 分解
的温度系数 Q10与培养时间 t (d)的指数关系为 :
Q10 = 0192exp (616/ t) 　　(0 < t ≤90)
( r = 019638 3 3 , n = 11) (2)
图 4 　温度系数随培养时间的变化
Fig. 4 Change of temperature coefficient with incubation time.
·淹水 Submerged ,. 非淹水 Moist , —指数曲线拟合 Exponential fit .
　　在不同的温度范围内 ,温度变化对土壤中有机
C分解的影响不同[6 ,9 ] ,表 5 的结果进一步证实了
这一点. 然而 ,关于温度对土壤中有机 C 分解的影
响随着分解时间的延长而逐步减小则鲜有报道. 从
土壤微生物营养源 ( Substrate sources) 的角度来看 ,
在有机物料投入土壤的初期 ,营养供应充足 ,营养物
不是限制微生物活动的因素 ,而其它环境条件 (如水
热等)的变化则影响着微生物的活动. 随着有机物料
的不断降解 ,营养源不断减少 ,营养物的供应则是限
制微生物活动的关键因素 ,因而随着培养时间的延
长 ,温度对有机 C 分解的影响愈来愈小.
313 　水分对有机 C 分解的影响
小麦秸秆在同一温度 (24 ℃)不同水分处理下的
有机 C 累积分解量见图 5. 从图 5 可以看出 ,在整个
90d 的培养过程中 ,当水分含量为 300 和 500g·kg - 1
时 ,有机 C 的分解最快 ,且两者之间的差异很小 ,而
水分含量为 200g·kg - 1和淹水时分解较慢. 培养前
期各处理间的差异明显大于培养后期 ,即随着培养
时间的延长处理间的差异逐步减小.
图 5 　不同水分条件下小麦秸秆在水稻土中的 CO2 累积释放量
Fig. 5 Cumulative amount of carbon mineralized from wheat straw in
paddy soil with different water content .
1) 200g1kg - 1 ,2) 300g·kg - 1 ,3) 500g·kg - 1 ,4) 淹水 Submerged. 下同
The same below.
　　利用差减法可得出供试物料在不同水分条件下
的有机 C 分解量. 表 6 给出不同水分处理下供试物
料在 24 ℃时的培养测定结果 ,其中的分解百分率为
占加入有机 C 的百分数. 由表 6 可见 ,在培养实验
的第一个月 ,水分条件明显地影响有机 C 的分解 ,
总的趋势是在含水量为 300 和 500g·kg - 1时分解速
率较快 :小麦和水稻秸秆的分解量占该物料有机 C
含量的 34 %左右 ,相应根的分解量占该物料 C 含量
的 17 %左右. 在土壤含水量为 200g·kg - 1及淹水条
件下分解较慢 ,小麦和水稻秸秆的分解量占该物料
C 含量的 20 %左右 ,相应根的分解量约占该物料 C
含量的 10 %. 与培养实验第一个月的测定结果相
比 ,水分条件在后两个月对有机 C 分解的影响已不
十分明显 ,这个趋势与温度对有机 C 分解的影响比
较一致. 就整个 90d 的培养时间来看 ,小麦和水稻秸
秆在 4 个水分条件 (200、300 和 500g·kg - 1 、淹水)下
的分解量分别约占该物料 C 含量的 42、51、54 和
36 % ,根的分解量分别约占该物料 C 含量的 29、31、
33 和 15 %. 供试物料在 12 ℃及 36 ℃温度条件下不
同水分处理的培养测定结果同表 6 类似.
　　黄东迈等[3 ]的实验结果表明 ,在秸秆投放量为
2 15g·kg - 1的条件下 ,淹水状态下有机C的分解要
217 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
表 6 　不同水分条件下有机物料的 C分解(占加入 C %) 3
Table 6 Amount of CO22C released from the decomposition of organic materials at different water status ( % of added C)
有机物料
Organic
materials
水分含量
Water content
(g·kg - 1)
培养时段 Incubation periods (d)
0～30
C分解量
Decomposed
(mg C)
分解率
Decomposed
rate ( %)
31～60
C分解量
Decomposed
(mg C)
分解率
Decomposed
rate ( %)
61～90
C分解量
Decomposed
(mg C)
分解率
Decomposed
rate ( %)
0～90
C分解量
Decomposed
(mg C)
分解率
Decomposed
rate ( %)
小麦秸秆 200 117155 29184 45147 11154 22137 5168 185139 47105
Wheat straw 300 141127 35186 36187 9136 34145 8174 212159 53196
500 122162 31112 49175 12163 43102 10192 215140 54167
淹水 Submerged 46109 11170 50144 12180 33100 8138 129153 32188
小麦根 200 71181 17139 39164 9160 16145 3198 127190 30197
Wheat root 300 80139 19146 35182 8167 26159 6144 142179 34157
500 87162 21122 42111 10120 32106 7176 161179 39117
淹水 Submerged 14128 3146 24148 5193 24149 5193 63126 15132
水稻秸秆 200 88190 25184 27143 7197 11178 3142 128111 37124
Rice straw 300 115103 33144 34149 10103 18179 5146 168131 48193
500 123197 36104 35195 10145 24110 7101 184101 53149
淹水 Submerged 50161 14171 53191 15167 28167 8133 133118 38172
水稻根 200 66122 15180 35145 8146 15132 3166 116199 27192
Rice root 300 61184 14176 31103 7141 24176 5191 117163 28107
500 54199 13112 33104 7189 24192 5195 112196 26196
淹水 Submerged 17134 4114 20152 4190 22123 5131 60109 141343 培养温度为 24 ℃ Incubated at 24 ℃.
比在旱地条件下 (70 %WHC) 快. 本实验结果表明 ,
水分处理对空白对照与加入有机物料的影响是不同
的. 在培养实验的第一个月 ,空白对照培养结果的趋
势是土壤有机 C 的分解速率随着水分含量的提高
而加快 ,分解量的大小依次为淹水 > 500g·kg - 1 >
300g·kg - 1 > 200g·kg - 1 (图 6) .
图 6 　不同水分条件下对照土壤有机 C 分解量
Fig. 6 Cumulative amount of carbon mineralized from paddy soil with
different water content .
314 　土壤质地对有机 C 分解的影响
一般而言 ,粘性土壤中的空气较之砂性土壤要
少 ,好气性微生物的活性往往受到抑制. 许多实验结
果还表明 ,土壤粘粒具有保持 C 的能力 ,其含量影
响外源有机质 (有机化合物、植物残体) 及其转化产
物的分解速率或稳定性[15 ,18 ] . 可以推断 ,有机物料
在粘粒含量低的土壤中分解比较快 ,随土壤粘粒含
量的增加分解趋于缓慢.
　　将小麦秸秆加入不同粘粒含量水稻土中 (表 1)
进行培养实验 (10g·kg - 1 ,36 ℃, - 01033MPa 水分
条件) ,测定结果表明 ,土壤质地对该物料有机 C 的
分解有一定的影响 ,其分解量随粘粒含量的提高而
减少. 图 7 为该物料在 3 种土壤质地下的有机 C 累
积分解量 ,图 8 为 3 个培养时段 (0～30d、31～60d、
61～90d)中有机 C 的累积分解量与供试土壤粘粒
含量的关系. 由图 8 可见 ,在 90d 的培养过程中 ,粘
粒含量对有机 C 分解的影响主要在第一个月 ,分解
量随着粘粒含量的增加而减少. 其线性关系为
Y = 287 - 7317 X 　( r = 019223 3 3 , n = 6) (3)
式中 , Y为第一个月的累积分解量 ( mgC) , X为土
图 7 　小麦秸秆在不同粘粒含量土壤中的 CO2 累积释放量
Fig. 7 Cumulative amount of carbon mineralized from wheat straw in
paddy soils with different clay contents.
1) 165g·kg - 1 ,2) 313g·kg - 1 ,3) 463g·kg - 1.
图 8 　小麦秸秆有机 C 累积释放量与土壤粘粒的关系
Fig. 8 Relationship between carbon mineralized from wheat straw in
paddy soils and soil clay content .
1) 0～30d ,2) 31～60d ,3) 61～90d.
3176 期 　　　　　　　　　　　　　黄 　耀等 :环境因子对农业土壤有机碳分解的影响 　　　　　　　　
壤粘粒含量 ( %) . 由式 (3) 可以推知 ,在本实验条件
下 ,土壤粘粒含量每增加 10 % ,分解量将减少约
714mg. 在培养的第二和第三个月 ,粘粒含量与累积
分解量之间不具有显著的相关性 ,线性相关系数分
别为 016196 和 015685. 这个结果与温度、水分对有
机 C 在土壤中分解的影响比较一致.
4 　结 　　论
4 . 1 　环境因子对土壤中外源有机 C 分解的影响主
要在物料施入土壤后的一个月内. 在同样的水热条
件下 ,小麦与水稻秸秆的有机 C 分解速率大于根的
分解速率 ,不同物料的有机 C 分解量可通过该物料
的 C/ N 比及木质素含量进行定量表述. 在较低的温
度范围内 ,温度升高显著促进有机 C 的分解 ;在较
高的温度范围内 ,温度升高对有机 C 分解的促进作
用降低. 在非淹水条件下 ,温度对有机 C 分解的影
响随着分解时间的延长而逐步减小. 淹水条件下培
养一星期以后 ,温度对供试物料有机 C 分解的影响
不随培养时间而变化. 当土壤含水量为 300 和 500g
·kg - 1时供试物料的有机 C 分解最快 ,土壤含水量
为 200g·kg - 1和淹水条件下的分解较慢 ,空白对照
培养结果显示土壤有机 C 的分解速率随着水分含
量的提高而加快. 在相同的水热条件下 ,有机 C 的
分解量与土壤粘粒含量呈负相关.
4 . 2 　本文利用差减法研究了环境因子对土壤中外
源有机 C 分解的影响. 尽管该方法具有一定的局限
性 ,但仍能从统计意义上描述环境因子与有机 C 分
解的定量关系. 与差减法相比 ,14 C 示踪法不仅可以
跟踪土壤有机 C 的分解动态 ,还可区分土壤中的外
源有机 C 和原有有机 C ,对进一步研究环境因子对
农业土壤有机 C 分解的影响具有积极意义. 需要指
出的是 ,本研究测定的 CO22C 量是表观分解率 ,并
不完全代表有机物料的实际分解速率 ,因为没有考
虑微生物对总 C 的利用率. 从严格意义上讲 ,不同
有机物料的实际分解速率要大于表观分解率.
参考文献
1 　Bartha R and Pramer DE. 1965. Features of a flask and method for
measuring the persistence and biological effects of pesticides in
soils. Soil Sci ,100 :68～70
2 　Eswaran H ,van den Berg E ,Reich P. 1993. Organic carbon in soils
of the world. Soil Sci Soc A mer J ,57 :192～194
3 　Huang D2M (黄东迈) ,Zhu P2L (朱培立) , Wang Z2M (王志明) .
1998. A study and question on the decomposition rate of organic
carbon under upland and submerged soil conditions. Acta Pedol S in
(土壤学报) ,35 (4) :482～492 (in Chinese)
4 　Jenkinson DS and Ayanaba A. 1977. Decomposition of carbon214
labeled plant material under tropical conditions. Soil Sci Soc A meri
J ,41 :912～915
5 　Jenkinson DS , Adams DE and Wild A. 1991. Model estimates of
CO2 emissions from soil in response to global warming. Nat ure ,
351 :304～306
6 　Kirschbaum MUF. 1995. The temperature dependence of soil
organic matter decomposition ,and the effect of global warming on
soil organic C storage. Soil Biol Biochem ,27 :753～760
7 　Lin X2X (林心雄) , Wen Q2X (文启孝) , Xu N (徐 　宁) . 1985.
Study on decomposition of plant residues in soils of Guangzhou and
Wuxi. Acta Pedol S in (土壤学报) ,22 (1) :47～54 (in Chinese)
8 　Liski J , Iivesniemi H ,Makela A , et al . 1999. CO2 emission from soil
in response to climatic warming are overestimated —The
decomposition of old soil organic matter is tolerant of temperature.
A MB IO (人类环境杂志) ,28 (2) :171～174 (in Chinese)
9 　Lloyd J and Taylor JA. 1994. On the temperature dependence of
soil respiration. Funct Ecol ,8 :315～323
10 　Melillo J M , Mc Guire AD , Kicklighter DW , et al . 1993. Global
climate change and terrestrial net primary production. Nat ure ,363 :
234～240
11 　Murayama S. 1984. Decomposition kinetics of straw saccharides and
synthesis of microbial saccharides under field conditions. J Soil Sci ,
35 :231～242
12 　Parton WJ , Schimel DS ,Cole CV , et al . 1987. Analysis of factors
controlling soil organic matter levels in great plains grasslands. Soil
Sci Soci A mer J ,51 :1173～1179
13 　Parton WJ ,Scurlock J MO ,Ojima DS , et al . 1993. Observations and
modelling of biomass and soil organic matter dynamics for the
grassland biome worldwide. Global Biogeochem Cyc ,7 :785～809
14 　Parton WJ ,Scurlock J MO ,Ojima DS , et al . 1995. Impact of climate
change on grassland production and soil carbon worldwide. Global
Change Biol ,1 :13～22
15 　Paul EA and Clark FE. 1989. Soil Microbiology and Biochemistry.
New York : Academic Press Inc. 1～31 ,91～130
16 　Post WM , Emanuel WR , Zinke PJ , et al . 1982. Soil carbon pools
and world life zones. Nat ure ,298 :156～159
17 　Schimel DS. 1995. Terrestrial ecosystems and the carbon cycle.
Global Change Biol ,1 :77～91
18 　Tate RL . 1987. Soil Organic Matter : Biological and Ecological
Effects. New York : John Wiley & Sons. 238～259
19 　van der Lingden AMA ,van Veen JA , Frissel MJ . 1987. Modeling
soil organic matter levels after long2term applications of crop
residues ,and farmyard and green manures. Plant and Soil ,101 :21
～28
20 　Wang Y2H ( 王彦辉 ) , Rademacher P , Folster H. 1999. The
influences of environmental factors on the gases mass2loss and
carbon2loss from organic matter of a Norway spruce forest soil.
Acta Ecol S in (生态学报) ,19 (5) :641～646 (in Chinese)
21 　Watson RT , Rodhe H ,Oeschger H , et al . 1990. Greenhouse gases
and aerosols. In : Houghton J T ,Jenkins GJ and Ephraums JJ eds.
Climate Change , The IPCC Scientific Assessment . London :
Cambrige University Press. 1～40
22 　Zhejiang Agricultural University (浙江农业大学) . 1991. Plant
Nutrition and Fertilizer. Beijing : Agricultural Press. 220～222 (in
Chinese)
作者简介 　黄 　耀 ,男 ,1956 年生 ,获美国莱斯大学生态与
进化生物学系哲学博士 ,教授 ,博士导师. 主要从事农田温室
气体与全球变化及生态系统模拟方面的研究 ,发表论文 50
余篇. Tel :02524396406 ,E2mail : huangy @njau. edu. cn
417 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷