全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆员期摇 摇 圆园员猿年 员员月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
生态系统生产总值核算院概念尧核算方法与案例研究 欧阳志云袁朱春全袁杨广斌袁等 渊远苑源苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
气候变化对传染病爆发流行的影响研究进展 李国栋袁张俊华袁焦耿军袁等 渊远苑远圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
好氧甲烷氧化菌生态学研究进展 贠娟莉袁王艳芬袁张洪勋 渊远苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氮沉降强度和频率对羊草叶绿素含量的影响 张云海袁何念鹏袁张光明袁等 渊远苑愿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
世界蜘蛛的分布格局及其多元相似性聚类分析 申效诚袁张保石袁张摇 锋袁等 渊远苑怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
风向因素对转基因抗虫棉花基因漂移效率的影响 朱家林袁贺摇 娟袁牛建群袁等 渊远愿园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
长江口及东海春季底栖硅藻尧原生动物和小型底栖生物的生态特点 孟昭翠袁徐奎栋 渊远愿员猿冤噎噎噎噎噎噎噎
长江口横沙东滩围垦潮滩内外大型底栖动物功能群研究 吕巍巍袁马长安袁余摇 骥袁等 渊远愿圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎
沣河沿岸土壤和优势植物重金属富集特征和潜在生态风险 杨摇 阳袁周正朝袁王欢欢袁等 渊远愿猿源冤噎噎噎噎噎噎
盐分和底物对黄河三角洲区土壤有机碳分解与转化的影响 李摇 玲袁仇少君袁檀菲菲袁等 渊远愿源源冤噎噎噎噎噎噎
短期夜间低温胁迫对秋茄幼苗碳氮代谢及其相关酶活性的影响 郑春芳袁刘伟成袁陈少波袁等 渊远愿缘猿冤噎噎噎噎
猿圆个切花菊品种的耐低磷特性 刘摇 鹏袁陈素梅袁房伟民袁等 渊远愿远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
年龄和环境条件对泥蚶富集重金属镉和铜的影响 王召根袁吴洪喜袁陈肖肖袁等 渊远愿远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
角倍蚜虫瘿对盐肤木光合特性和总氮含量的影响 李摇 杨袁杨子祥袁陈晓鸣袁等 渊远愿苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
多噬伯克霍尔德氏菌 宰杂鄄云允怨对草甘膦的降解特性 李冠喜袁吴小芹袁叶建仁 渊远愿愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
金龟甲对蓖麻叶挥发物的触角电位和行为反应 李为争袁杨摇 雷袁申小卫袁等 渊远愿怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
白洋淀生态系统健康评价 徐摇 菲袁赵彦伟袁杨志峰袁等 渊远怨园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
珠海鹤洲水道沿岸红树林湿地大型底栖动物群落特征 王摇 卉袁钟摇 山袁方展强 渊远怨员猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
典型森林和草地生态系统呼吸各组分间的相互关系 朱先进袁于贵瑞袁王秋凤袁等 渊远怨圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
抚育间伐对油松人工林下大型真菌的影响 陈摇 晓袁白淑兰袁刘摇 勇袁等 渊远怨猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
百山祖自然保护区植物群落 遭藻贼葬多样性 谭珊珊袁叶珍林袁袁留斌袁等 渊远怨源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
土霉素对堆肥过程中酶活性和微生物群落代谢的影响 陈智学袁谷摇 洁袁高摇 华袁等 渊远怨缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
兴安落叶松针叶解剖结构变化及其光合能力对气候变化的适应性 季子敬袁全先奎袁王传宽 渊远怨远苑冤噎噎噎噎
盐城海滨湿地景观演变关键土壤生态因子与阈值研究 张华兵袁刘红玉袁李玉凤袁等 渊远怨苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
半干旱区沙地芦苇对浅水位变化的生理生态响应 马赟花袁张铜会袁刘新平 渊远怨愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
杂宰粤栽模型融雪模块的改进 余文君袁南卓铜袁赵彦博袁等 渊远怨怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
科尔沁沙地湖泊消涨对气候变化的响应 常学礼袁赵学勇袁王摇 玮袁等 渊苑园园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
贝壳堤岛 猿种植被类型的土壤颗粒分形及水分生态特征 夏江宝袁张淑勇袁王荣荣袁等 渊苑园员猿冤噎噎噎噎噎噎噎
三峡库区古夫河着生藻类叶绿素 葬的时空分布特征及其影响因素 吴述园袁葛继稳袁苗文杰袁等 渊苑园圆猿冤噎噎噎
资源与产业生态
煤炭开发对矿区植被扰动时空效应的图谱分析要要要以大同矿区为例 黄摇 翌袁汪云甲袁李效顺袁等 渊苑园猿缘冤噎噎
学术信息与动态
叶中国当代生态学研究曳新书推介 刘某承 渊苑园源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿园园鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员猿鄄员员
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 百山祖保护区森林植物群落要要要百山祖国家级自然保护区位于浙西南闽浙交界处袁由福建武夷山向东北伸展而成袁
主峰海拔 员愿缘远援苑皂袁为浙江省第二高峰遥 其独特的地形和水文地理环境形成了中亚热带气候区中一个特殊的区域袁
保存着十分丰富的植物种质资源以及国家重点保护野生动植物种袁尤其是 员怨愿苑年由国际物种保护委员会列为世界
最濒危的 员圆种植物之一的百山祖冷杉袁是第四纪冰川的孑遗植物袁素有野活化石冶之称遥 随着海拔的升高袁其植被为
常绿阔叶林尧常绿鄄落叶阔叶混交林尧针阔混交林尧针叶林尧山地矮林和山地灌草丛遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 21 期
2013年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.21
Nov.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41101220, 41101277);山东省优秀中青年科学家奖励基金项目(BS2011HZ001);山东省高校科研发展计划项
目(J13LE58);滨州学院国家级大学生创新训练计划项目(201210449127);滨州学院博士基金项目(2008Y05)
收稿日期:2012鄄06鄄27; 摇 摇 修订日期:2012鄄10鄄26
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: shjunqiu@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201206290914
李玲, 仇少君, 檀菲菲, 杨红军, 刘京涛, 陆兆华.盐分和底物对黄河三角洲区土壤有机碳分解与转化的影响.生态学报,2013,33( 21):
6844鄄6852.
Li L, Qiu S J, Tan F F, Yang H J, Liu J T, Lu Z H.Effects of salinity and exogenous substrates on the decomposition and transformation of soil organic
carbon in the Yellow River Delta.Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6844鄄6852.
盐分和底物对黄河三角洲区土壤有机碳分解
与转化的影响
李摇 玲1, 仇少君2,*, 檀菲菲3, 杨红军1, 刘京涛1, 陆兆华1,3
(1. 滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室,滨州摇 256603;
2. 中国农业科学院农业资源与农业区划所,农业部植物营养与施肥重点实验室,北京摇 100081;
3. 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院恢复生态研究所,北京摇 100083)
摘要:土壤盐碱化能抑制微生物活性,影响土壤有机碳的分解与转化。 以黄河三角洲盐碱耕地为研究对象,采用室内恒温培养
法,设置 3个 NaCl盐分梯度(S1:0.1%;S2:0.5%;S3:0.9%),通过在土壤中添加不同底物(CK:不添加底物;N:添加氮;C:添加
碳;C+N:添加碳+氮),研究该土壤释放 CO2 鄄C 量、土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物呼吸商( qCO2)及溶解性有机碳
(DOC)对盐分和底物的响应。 结果表明:在 45 d的培养期内,CK、N处理中 S1盐分土壤释放 CO2 鄄C量最高,S2和 S3明显低于
S1,降低幅度分别为 18.3%—23.7%和 24.3%—39.8%。 C、C+N处理中 3个盐分土壤释放 CO2 鄄C量差异较小,特别是在 C+N处
理中,3个盐分土壤释放 CO2 鄄C差异不显著。 4个底物处理中,SMBC均在 S1和 S2盐分中含量较高,S3盐分最低。 与 CK相比,
N处理并不能提高 SMBC含量,C、C+N 处理可明显提高 SMBC,但 S1 和 S2 盐分土壤提高的幅度(80.4%—80.5%、58郾 0%—
58郾 7%)明显高于 S3(68.9% 、49.7%)。 4个底物处理中,qCO2均在 S1 盐分土壤中最高,C、C+N 处理可明显提高 qCO2。 CK、N
处理中 3个盐分土壤 DOC差异不显著,C、C+N处理中 S3盐分土壤 DOC较高。 说明在无碳源输入条件下,增加盐分含量能明
显抑制土壤释放 CO2量。 添加碳源后,盐分含量对土壤释放 CO2的影响变小。 微生物对碳源和盐分胁迫的响应较快,添加碳源
能明显提高微生物数量及其活性。 但较高盐分(含盐量>0.5%)可明显降低土壤微生物活性及对外源碳的利用率,导致较高盐
分 SMBC及 qCO2较低而 DOC较高。
关键词:土壤盐分;底物;CO2;土壤微生物生物量碳;土壤微生物呼吸商;土壤溶解性有机碳
Effects of salinity and exogenous substrates on the decomposition and
transformation of soil organic carbon in the Yellow River Delta
LI Ling1, QIU Shaojun2,*, TAN Feifei3, YANG Hongjun1, LIU Jingtao1, LU Zhaohua1,3
1 Shangdong Key laboratory of Eco鄄enviromental Science for Yellow River Delta, Binzhou University, Binzhou 256603, Shandong, China
2 Ministry of Agriculture Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of
Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
3 Institute of Restoration Ecology, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China
Abstract: In the Yellow River Delta, nearly 50 percent of soils are saline and alkaline. Soil salinization can suppress
microbial activity and thus affect the decomposition and transformation of soil organic carbon, while little information was
found about the effects of salinity and exogenous C and N amendment on the decomposition and transformation of soil organic
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carbon in this area. A laboratory experiment was conducted to investigate the effects of soil salinity and exogenous substances
on the turnover of organic carbon under conditions with 25益 and 60% water holding capacity over 45 days. Three levels of
salinity (S1: 0.1%; S2: 0.5%; S3: 0.9%) using NaCl (w / w) were imposed in the saline鄄alkaline cultivated soil in
Yellow River Delta. Soil was amended with or without C (750 mg / kg) or inorganic N (30 mg / kg) as glucose or NH4Cl,
and 4 treatments were established, including (Control: no substrates addition, N: NH4Cl addition, C: glucose addition, C
+N: glucose and NH4Cl addition) . The CO2鄄C emission, soil microbial biomass carbon (SMBC), dissolved organic carbon
(DOC) and calculation of the respiratory quotient ( qCO2 ) were determined. Without glucose addition, the cumulative
amount of CO2鄄C emission was highest in S1 during the incubation, and it was decreased by 18.3%—23.7% and 24.3%—
39.8% in S2 and S3 compared with S1, respectively. After glucose addition, the cumulative amount of CO2鄄C emission little
changed among the three salinity soils, and especially it was no significant difference between the three salinity soils in C+N
treatment. SMBC was higher in S1 and S2 than that in S3 under the four treatments with substrates addition. Addition of
NH4Cl had no significant effect, but addition of glucose significantly increased SMBC, and SMBC increased by 80.4%—80.
5% or 58.0%—58.7% in S1 and S2 in C or C+N treatment, and only 68.9% or 49.7% in S3. The qCO2 was significant
higher in S1 than that in S2 and S3, and it was significantly improved with glucose addition. Compare with the control,
DOC reminded unchanged in the N treatment, but it increased in S3 with glucose addition. It was suggested that the CO2
emission could be depressed with the increase of soil salinity without C addition, and soil salinity had little influence on CO2
emission after C addition. Microorganism was more sensitive to exogenous carbon and soil salinity. The size and the activity
of microbial biomass would be improved with C addition, but higher salinity (>0.5%) could depress the microbial activity
and the utilization of exogenous carbon, resulting in higher SMBC and qCO2 and lower DOC in higher salinity soil.
Key Words: Soil salinity; exogenous substrate; CO2; soil microbial biomass carbon; soil microbial respiratory quotient;
soil dissolved organic carbon
目前全球盐碱地面积总计约 10 亿 hm2,其中我国有近 1 亿 hm2 [1],且次生盐渍化土地面积仍在不断扩
大。 盐碱化是引起土地退化的重要因素之一,导致土壤肥力普遍较低,制约盐碱地的土地生产力。 土壤碳素
是维持土壤肥力的重要因子,在改善土壤理化性状、生物学特性及保肥供肥方面发挥重要作用。 土壤微生物
是土壤碳循环的主要驱动力,土壤的盐碱化影响土壤微生物活性,进而影响土壤碳素的循环过程。 因此,加强
盐碱地土壤碳循环过程的研究对进一步了解盐碱地及盐碱化过程在全球碳贮存及排放中的作用具有重要
意义。
盐碱化土壤在碳循环中扮演“汇冶、“源冶的角色日益受到重视,一部分学者指出较高的盐分含量抑制土壤
释放 CO2量[2鄄3],外源碳在高盐分土壤中的矿化率明显低于低盐分土壤,甚至仅为低盐分土壤的 50%左右[3],
但也有学者发现加入外源碳后盐碱地土壤释放 CO2量高于非盐碱地 16%—31%[4],特别是最新研究表明盐碱
地能吸收大气中的 CO2 [5],因此盐碱化土壤有机碳分解机制的研究有待进一步加强。 土壤微生物生物量碳和
溶解性有机碳是有机质转化为活性碳的主要形式,土壤微生物呼吸商是衡量微生物活性的重要指标,三者均
是反映土壤有机质周转的参数。 目前盐分含量对土壤微生物生物量碳的影响仍存在争议,如在澳大利亚新南
威尔士州的高原土壤中添加盐分后,高盐条件下土壤微生物生物量碳是低盐分条件下的 3 倍多[6],而对印度
孟加拉湾沿海地区盐碱地的研究发现,土壤含盐量最高的夏季土壤微生物生物量碳最低[7]。 另外,盐分含量
对土壤溶解性有机碳及微生物呼吸商的影响报道较少[6]。 因此,盐分含量对土壤碳素分解与转化的影响有
待进一步深入研究,以探明盐分含量对土壤有机碳分解与转化的影响机理。
黄河三角洲地区近 50%的土地为不同程度的盐碱化[8],且相当一部分盐碱地尚未得到有效的改良与利
用。 目前我国对黄河三角洲地区盐渍化土的形成、调查、改良和开发利用的研究较多[8鄄10],但对该区盐碱地土
壤生物化学过程的研究鲜有报道。 针对以上问题,本文以黄河三角洲盐碱耕地为研究对象,设置不同的盐分
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梯度,同时在土壤中添加不同底物,研究底物添加后盐分含量对土壤释放 CO2量、土壤微生物生物量碳、微生
物呼吸商及溶解性有机碳的影响,明确土壤有机碳的分解与转化对盐分胁迫的响应机制,为进一步揭示该区
盐碱化土壤有机碳的循环特征提供理论依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 供试土样
采样点位于山东省阳信县水落坡乡刘古良村的棉花种植区,该区属温带季风气候,年均温为 12.3益左右,
年降水量约 600 mm,年蒸发量约为 2000 mm,土壤类型为滨海潮土。 2011年 10月采集低盐分棉花地(37毅36忆
06.8义N,117毅49忆19.8义E)的表层(0—20 cm)土样,新鲜土样除去可见动植物残体,过 2 mm孔径筛,用于测定土
壤微生物生物量碳、pH,同时风干一部分用于测定土壤含盐量。 另取少量土样风干,过 0.149 mm 孔径,用于
测定土壤有机质、全氮。 土样基本理化性质为:有机质 17.67 g / kg、全氮为 1.07 g / kg、可溶性盐 0.10%(Na+
270.5mg / kg、Ca2+ 71. 3 mg / kg、Mg2+ 36. 2 mg / kg、Cl- 196. 5mg / kg、SO2-4 159. 9 mg / kg、NO
-
3 120. 5 mg / kg)、pH
7郾 58、田间持水量 22.9%。
1.2摇 试验设计
1.2.1摇 土壤盐分处理
设置 3个 NaCl盐分梯度:(1)对照,土壤含盐量为 0.1%(S1);(2)土壤含盐量为 0.5%(S2);(3)土壤含盐
量为 0.9%(S3)。 具体操作如下:称取 12.80 kg新鲜土样 3份,测定土壤含水量。 按照烘干样计算出含盐量为
0郾 5%所需的 NaCl,使之溶解于 170 mL蒸馏水中,均匀喷洒到土样中,即得含盐量为 0.5%的土样;含盐量为
0郾 9%的土样处理同上;对照处理(含盐量为 0郾 1%)同样喷洒 170 mL蒸馏水。 3个盐分土样于 25益、黑暗条件
下预培养 14 d。 预培养后的土壤特性见表 1。
表 1摇 土样添加盐分预培养 14 d后土壤基本理化性质
Table 1摇 The characteristics of soil incubated for 14 days with NaCl addition
土壤盐分 Soil salinity pH 电导率 Electrical conductivity / (ms / cm)
S1 7.59依0.10 a 102依8 c
S2 7.66依0.12 a 446依15 b
S3 7.61依0.10 a 847依18 a
摇 摇 表中数据为平均值±标准误差,字母不同表示各个盐分土壤间差异达到 P<0.05显著水平;S1、S2、S3分别代表 0.1%、0.5%和 0.9%的土壤盐
分含量
1.2.2摇 底物处理
底物添加为 4个处理:(1)对照(CK),不添加底物;(2)添加氮(N);(3)添加碳(C);(4)添加碳+氮(C+
N)。 分别以 NH4Cl和葡萄糖作为氮源和碳源,其添加量分别为 30 mg N / kg、750 mg C / kg。 具体操作如下:取
上述预培养后的 3个盐分土样,把每个盐分土样分成 4等份(每份土样为 3.2kg),添加不同底物。 按照不同底
物处理称取葡萄糖和 NH4Cl,每个处理中的底物溶解于蒸馏水中,均匀喷洒在土样中,使土壤含水量达到田间
持水量的 60%。
1.2.3摇 测定指标
(1)土壤释放 CO2鄄C
称取每个处理土样 50.00 g(鲜土重)于 50 mL 烧杯中,置于 1 L 广口瓶内,瓶底加 10 mL 蒸馏水以保持
100%空气的相对湿度,另在广口瓶内放置一个盛有 20 mL 1 mol / L NaOH溶液吸收瓶,用橡胶塞密封广口瓶,
于 25益、黑暗条件下培养 45 d。 每个处理重复 3次。 培养过程中,每 3 d称重广口瓶以定期补充损失的水分,
且每 3 d通气 15 min。 分别于 0、2、5、10、20、30、45 d取出 NaOH溶液吸收瓶,并换一个新的 NaOH 溶液吸收
瓶,测定 NaOH吸收液中 CO2鄄C含量。
(2) 土壤微生物生物量碳(SMBC)、溶解性有机碳(DOC)
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称取每个处理土样 150.00 g(鲜土重)于 1 L广口瓶内,用封口膜封口,膜上用针扎若干小孔以保证好气
培养,于 25益、黑暗条件下培养 45 d。 每个处理重复 3 次。 培养过程中,每 3 d 称重广口瓶,以定期补充损失
的水分,且每 3 d通气 15 min。 分别于 0、2、5、10、20、30、45 d破坏性取样测定 SMBC、DOC含量。
1.4摇 分析方法
SMBC的测定采用氯仿熏蒸法:于每个培养瓶内称取相当于烘干重 25.00 g的土样,用氯仿熏蒸24 h,除去
氯仿,加入 100 mL 0.5 mol / L K2SO4 溶液振荡 30 min,过滤。 同时称取相同量土样做不熏蒸处理,浸提方法同
上。 浸提液中有机碳含量采用 TOC / TNb自动分析仪(Liquid TOC II,Elementar,德国)测定。 SMBC = 2.22 伊
(熏蒸土样浸提的有机碳鄄不熏蒸土样浸提的有机碳),式中以不熏蒸土样浸提的有机碳作为溶解性有机碳
(DOC) [11鄄12]。
NaOH吸收液中 CO2鄄C含量的测定采用滴定法:吸取 5 mL NaOH 吸收液于 100 mL 三角瓶中,然后加入
2 mL 1 mol / L BaCl2溶液及 5滴酚酞指示剂,用 0.1mol / L标准酸(HCl)滴定至红色消失,根据稀释倍数计算出
吸收液中 CO2鄄C含量。
土壤微生物呼吸商 qCO2 = (CO2鄄C) i / SMBC i [6,13],式中(CO2鄄C) i为第 i 天土壤释放 CO2鄄C 的速率(mg
CO2鄄C·kg
-1土壤·d-1)),SMBC i为第 i天土壤微生物生物量碳(mg SMBC / kg土壤)。
土壤有机质的测定采用重铬酸钾外加热法[14]。 全氮的测定采用干烧法,用元素分析仪( varioEL III,
Elementar,德国)测定。 土壤含盐量的测定采用质量法[14],其中 Na+、Ca2+、Mg2+的测定采用原子吸收仪(AA鄄
6800,Shimadzu,日本)测定, Cl-、SO2-4 、NO
-
3 采用离子色谱仪(ICS鄄2000,Dionex,美国)。 土壤 pH值的测定:称
取相当于烘干重 10.00 g的土样,加入 25 mL蒸馏水浸提 15 min,用 pH计(Sartorious PB鄄2)测定。 土壤电导率
的测定:称取相当于烘干重 10.00 g的土样,加入 50 mL蒸馏水浸提 3 min,用电导仪(Mettler toledo)测定[14]。
田间持水量采用环刀法测定[14]。
数据为 3次重复的平均值,以烘干土壤量计。 采用 Excel 2003、Spss 12.0 进行制图与统计分析,采用
Anova法和 Univariate法进行单因素和交互作用的方差分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 土壤有机碳矿化的变化
土壤有机碳的矿化以土壤释放 CO2鄄C 量来计算。 不同底物处理中,土壤有机碳的矿化均存在两个分解
阶段:培养前 10 d的快速分解阶段和接下来的慢速并趋稳定的分解阶段(图 1)。 培养 45 d 内,CK、N处理中
盐分含量对土壤有机碳分解的影响相同。 土壤释放 CO2鄄C 量均在 S1 盐分条件下最高,S2、S3 盐分条件下土
壤释放 CO2鄄C量较低,且差异不显著。 CK处理 45 d内 S1 盐分条件下土壤释放的 CO2鄄C 量高于 S2 和 S3 盐
分 18.3%和 23.7%。 添加 N处理 45 d 内 S1 盐分条件下土壤释放的 CO2鄄C 量高于 S2 和 S3 盐分 24.3%和
39郾 8%。 添加 C处理中,S2盐分土壤释放 CO2鄄C量最高,S1和 S3较低,且差异不显著。 45 d 内 S2 盐分条件
下土壤释放的 CO2鄄C量高于 S1和 S3盐分 6.9%和 9.8%。 添加 C+N处理,S1、S2 和 S3 盐分条件下土壤释放
CO2鄄C量差异不显著。
本研究结果也表明,各个盐分土壤中添加底物均可以提高土壤释放 CO2鄄C 量,但不同盐分条件下土壤释
放 CO2鄄C量的增幅不同。 与 CK相比,添加 N处理整个培养期内 S1和 S2盐分条件下土壤释放 CO2鄄C的增加
幅度(61.4%—62.3%)明显高于 S3盐分条件下的增加幅度(37.4%)。 添加 C处理 S2盐分土壤释放 CO2鄄C的
增加幅度为 331.5%,明显高于其余 2个盐分土壤的增加幅度(226.3%—275.8%)。 添加 C+N 处理,S2、S3 盐
分条件下土壤释放 CO2鄄C量的增加幅度(311.1%—313.4%)明显高于 S1盐分条件下的增加幅度(243.1%)。
2.2摇 土壤微生物生物量碳(SMBC)的变化
CK处理和添加 N处理,3个盐分条件下 SMBC均在培养第 2天出现最低值,此后出现升高趋势。 培养结
束时,CK处理 SMBC含量高于初始值 37.5%—52.3%,添加 N处理 SMBC含量高于初始值 44.4%—46.3%。 而
添加 C及 C+N处理,3个盐分条件下 SMBC均在培养 2 d 时迅速升高,且在培养第 10—20 天达到最大值,培
7486摇 21期 摇 摇 摇 李玲摇 等:盐分和底物对黄河三角洲区土壤有机碳分解与转化的影响 摇
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图 1摇 不同处理下土壤释放 CO2的动态变化
Fig.1摇 Dynamic Changes of CO2 emission from soil under different treatments
图中数据为平均值±标准误差,图中短竖线(I)表示不同盐分土壤在 P<0.05水平上的 LSD值; S1、S2、S3分别代表 0.1%、0.5%和 0.9%的土
壤盐分含量,CK、C、N和 C+N分别代表不添加底物、添加碳、添加氮和添加碳+氮处理
养结束时 3个盐分条件下 SMBC含量均高于初始值,增加幅度达 78.5%—121.1%(图 2)。
图 2摇 土壤微生物生物量碳的动态变化
Fig.2摇 Dynamic changes of soil microbial biomass carbon under different treatments
由 45 d培养期内 SMBC的平均值来看,CK处理 S1和 S2盐分条件下 SMBC的均值较高,且差异不显著,
但两个盐分条件下 SMBC明显高于 S3(P<0.05)。 添加 N处理,S1盐分条件下 SMBC最高,与 S2 相比差异不
显著,但明显高于 S3。 与 CK相比,添加 N处理 S1 盐分条件 SMBC 略有增加,增幅为 6.6%,而 S2、S3 盐分条
件下 SMBC均值与 CK处理相比基本一致。 添加 C及 C+N处理,S1 和 S2 盐分条件下 SMBC 均值较高,且差
异不显著,但两个盐分条件下 SMBC明显高于 S3(P<0.05)。 与 CK 相比,添加 C 处理 S1、S2 和 S3 盐分条件
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下 SMBC的增加幅度为 80.5%、80.4%和 68.9%,添加 C+N处理 S1、S2和 S3盐分条件下 SMBC 的增加幅度为
58.7%%、58.0%和 49.7%。
2.3摇 土壤微生物呼吸商(qCO2)的变化
整个培养期内,不同处理值均表现为培养前 2 d最高,此后开始降低并趋于稳定(图 3),这与土壤有机碳
的分解动态表现一致(图 1)。 不同底物处理,qCO2均在 S1 盐分条件下较高,随着盐分的增加 qCO2出现降低
趋势。 CK和添加 N处理,在培养的前 2 d内 S1盐分条件下 qCO2明显高于 S2和 S3,但随着培养时间的延长,
其差异逐渐变小。 添加 C及 C+N处理,在培养最初的 2 d 内,S1 和 S2 盐分条件下 qCO2值较高,但 2 d 后 S3
盐分条件下 qCO2值明显高于其余盐分处理。 同时本研究结果表明土壤添加底物后可明显提高 qCO2值。 整
个培养期内与不添加底物相比,添加 N、C 及 C+N 后,不同盐分条件下 qCO2的增加幅度分别为 24.6%—
43郾 1%、164.6%—263.7%及 248.5%—312.4%。
图 3摇 不同处理下土壤微生物呼吸商的动态变化
Fig.3摇 Dynamic changes of metabolic quotient under different treatments
2.4摇 土壤溶解性有机碳(DOC)的变化
整个培养期内,盐分含量对土壤 DOC的影响相对较小(图 4)。 CK 及添加 N 处理,3 个盐分条件下土壤
DOC的变化趋势基本一致,且 3个盐分土壤 DOC差异不显著。 添加 C及 C+N处理,培养 2 d 后土壤 DOC 含
量迅速增加,且 S3盐分条件下土壤 DOC的增加幅度(433.3%及 90.1%)明显大于 S1和 S2盐分条件下的增加
幅度(34.1%—190.5%及 22.1%—33.5%)。 此后,S1、S2和 S3盐分条件下土壤 DOC 含量差异变小,且在培养
结束时均低于初始值。
3摇 讨论
盐分含量影响土壤释放 CO2量,但不同底物处理下盐分含量对 CO2释放量的影响不同。 不添加底物和只
添加氮处理,土壤释放 CO2量均在低盐分条件下较高,随着含盐量的增加土壤释放 CO2量出现降低趋势,这与
Elgharably等在无外源底物添加处理中的研究结果一致[15]。 而 Beltr佗n鄄Hern佗ndez等研究发现,不添加底物处
理高盐分条件下土壤释放 CO2量是低盐分条件下的 1.6—2.7 倍[16],这可能是因为其高盐土壤有机碳含量
(26.8—30.3g / kg)明显高于本研究中的土壤。 添加碳后本研究 0.5%盐分土壤释放 CO2量最高,添加碳+氮后
3个盐分土壤释放 CO2量无明显差异。 说明在碳源输入条件下,增加一定量的土壤盐分可能产生正激发作
用,从而引起土壤释放 CO2量的增加[17]。 有研究者在土壤中添加葡萄糖,同样发现较高的盐分含量并没有抑
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图 4摇 土壤溶解性有机碳的动态变化
Fig.4摇 Dynamic changes of soil dissolved organic carbon under different treatments
制土壤释放 CO2量,且高盐土壤释放 CO2是低盐土壤的 2 倍多[18]。 这主要是因为葡萄糖是活性较高的碳源,
其加入到土壤后可提高微生物的活性及其周转速率,进而使土壤微生物对 CO2释放的贡献率远远掩盖了盐分
对土壤 CO2释放的影响。 而在土壤中添加植物残体+氮后,土壤释放 CO2量仍以低盐分条件下最高[12],这是
因为植物残体木质素含量较高、碳源有效性较低,土壤盐分含量仍是影响 CO2释放的因子之一。 本研究还表
明不添加底物及只添加氮条件下,高盐和低盐土壤释放 CO2量的差异较大,而添加碳及碳+氮后差异较小。 同
时,与不添加底物相比,添加氮处理低盐分(0.1%)土壤释放 CO2量的增加幅度高于较高盐分(0.5%、0.9%)土
壤,而添加碳及碳+氮后,0.1%盐分土壤土壤释放 CO2量的增加幅度并不是最高的。 说明在无碳源而只有氮
源输入的条件下,土壤盐分是影响土壤释放 CO2的重要限制因子。 添加碳源后盐分对土壤释放 CO2的影响
减小。
土壤微生物生物量碳均在低盐分条件下最高,随着盐分含量的增加土壤微生物生物量碳出现降低趋势。
说明增加土壤盐分含量可明显抑制土壤微生物的活性,从而引起微生物数量的降低[7,15]。 但 Vanessa 等采用
盐溶液对土壤进行淋洗表明,高盐溶液淋洗的土壤微生物生物量碳明显高于低盐[6],并且证实较高的盐分通
过破坏土壤团聚体等过程提高了土壤有机碳的有效性,且有机碳有效性的增加弥补了盐分对土壤微生物的抑
制,从而使高盐分土壤中的微生物生物量碳较高。 但本研究中所设置的土壤盐分(0.5%和 0.9%)较高,且盐
分完全与土壤混合,从而可能导致盐分对土壤微生物活性抑制作用较强。 不添加底物和只添加氮处理,3 个
盐分土壤微生物生物量碳在培养第 2 天均出现最低值,而添加碳及碳+氮后土壤微生物生物量碳迅速增加,
这可能是在底物添加过程中对土壤进行扰动,加速土壤活性碳的释放,从而导致无碳源添加的土壤随着土壤
自身活性碳源量的减少,引起土壤微生物的能量供应减少,抑制了土壤微生物的生长繁殖,从而使培养第 2 天
土壤微生物生物量碳较低,但两天后随着微生物对外源底物的慢慢适应与同化,微生物数量得到缓慢增加。
而添加碳源后,由于葡萄糖本身是微生物易于利用的有机碳,因此微生物能快速吸收利用此碳源,从而使土壤
微生物的数量增加。 与不添加底物相比,添加氮源后 3个盐分土壤微生物生物量碳含量变化较小,说明单施
氮源并不能提高土壤微生物生物量碳,而添加碳及碳氮共同施用条件下可提高盐碱地土壤微生物生物量碳,
尽管髙盐分条件下土壤微生物生物量碳增加的幅度相对较小。
土壤微生物呼吸商是指单位微生物生物量碳的呼吸速率,用于反映外界环境变化对微生物的影响。 微生
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物呼吸商高,一方面说明微生物呼吸消耗的碳量相对较高,另一方面说明外界环境条件使微生物产生胁迫,可
导致微生物的代谢功能发生变化,使微生物的活性升高而不稳定[19]。 本研究不同盐分与底物处理中,培养前
2 d土壤微生物呼吸商是最高的,说明培养前 2 d微生物对土壤中的碳源消耗较高,这与此时土壤释放 CO2的
速率较高一致(图 1)。 次后,土壤微生物呼吸商逐渐降低并趋于稳定,说明微生物对土壤中的碳源消耗较
慢[17]。 另外,不同底物处理中,低盐分(0.1%)土壤微生物呼吸商最高,而高盐分土壤较低,也说明盐分含量
是抑制微生物活性的重要因子之一。 尽管添加碳及碳+氮处理,在培养第 5 天时高盐分土壤微生物呼吸商仍
较高,这可能是因为较高的盐分含量使微生物产生胁迫,导致微生物在短时间内活性升高[19]。
土壤溶解性有机碳是土壤有机碳的活性组分,是外界环境变化的敏感性指标[20鄄21]。 不添加底物和只添
加氮处理,各盐分间土壤溶解性有机碳的含量基本保持一致,说明盐分含量对土壤溶解性有机碳的影响较小,
同时也证实单施氮肥并不能提高土壤溶解性有机碳含量[21鄄22]。 但添加碳及碳+氮后,由于葡萄糖本身就是溶
解性有机碳,因此短时间内引起土壤溶解性有机碳含量的增加,但较高盐分土壤(0.5%、0.9%)增加的幅度较
大,说明短时间内高盐分土壤中的微生物对葡萄糖的利用率相对较低,同时由图 1、图 3 可明显看出培养的前
2 d,高盐分土壤(0.9%)释放 CO2量及土壤微生物的呼吸商均较低,这也更好地证实了上述观点。
4摇 结论
(1)在无碳源输入的条件下,增加土壤含盐量可明显降低土壤释放 CO2量。 添加碳源后,增加土壤含盐
量对土壤释放 CO2量的影响变小。 说明在无碳源输入条件下,土壤盐分是影响土壤释放 CO2的重要限制
因子。
(2)土壤含盐量(<0.5%)较低时,盐分含量对土壤微生物生物量碳的影响较小,增加土壤含盐量(0.9%)
可明显降低土壤微生物生物量碳含量。 且在无碳源输入条件下,随着含盐量的增加土壤微生物生物量碳的降
低幅度较小;添加碳源后,随着含盐量的增加土壤微生物生物量碳的降低幅度变大。
(3)较高的盐分含量可明显降低土壤微生物呼吸商,但添加碳源后短时间内可明显提高土壤微生物呼
吸商。
(4)盐分含量对土壤溶解性有机碳的影响较小,尽管添加碳源后短时间内可明显提高较高盐分土壤溶解
性有机碳。 说明微生物对盐分胁迫的响应较快,较高盐分(含盐量>0.5%)可明显降低土壤微对外源碳的利
用率。
致谢:感谢薛同同、王军才、刘庆在样品测定过程中给予的帮助。
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耘造藻糟贼则燥葬灶贼藻灶灶燥早则葬责澡蚤糟 葬灶凿 遭藻澡葬增蚤燥怎则葬造 则藻泽责燥灶泽藻泽 燥枣 泽糟葬则葬遭 遭藻藻贼造藻泽 贼燥 砸蚤糟蚤灶怎泽 糟燥皂皂怎灶蚤泽 造藻葬枣 增燥造葬贼蚤造藻泽
蕴陨 宰藻蚤扎澡藻灶早袁 再粤晕郧 蕴藻蚤袁 杂匀耘晕 载蚤葬燥憎藻蚤袁 藻贼 葬造 渊远愿怨缘冤
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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本期责任副主编摇 余新晓摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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主摇 摇 编摇 王如松
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