全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 员远期摇 摇 圆园员猿年 愿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
物种分布模型理论研究进展 李国庆袁刘长成袁刘玉国袁等 渊源愿圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
稀土元素对农田生态系统的影响研究进展 金姝兰袁黄益宗 渊源愿猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
藤壶金星幼虫附着变态机制 饶小珍袁林摇 岗袁许友勤 渊源愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
群居动物中的共同决策 王程亮袁王晓卫袁齐晓光袁等 渊源愿缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
季风进退和转换对中国褐飞虱迁飞的影响 包云轩袁黄金颖袁谢晓金袁等 渊源愿远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种海星对三种双壳贝类的捕食选择性和摄食率 齐占会袁王摇 珺袁毛玉泽袁等 渊源愿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆巴音布鲁克繁殖期大天鹅的生境选择 董摇 超袁张国钢袁陆摇 军袁等 渊源愿愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
我国特有植物青檀遗传结构的 陨杂杂砸分析 李晓红袁张摇 慧袁王德元袁等 渊源愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
栽培菊花与菊属鄄近缘属属间杂种杂交后代耐盐性的遗传分析 许莉莉袁陈发棣袁陈素梅袁等 渊源怨园圆冤噎噎噎噎
荒漠区植物光合器官解剖结构对水分利用效率的指示作用 张海娜袁苏培玺袁李善家袁等 渊源怨园怨冤噎噎噎噎噎噎
水分对番茄不同叶龄叶片光合作用的影响 陈凯利袁李建明袁贺会强袁等 渊源怨员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
广西猫儿山不同海拔常绿树种和落叶树种光合速率与氮的关系 白坤栋袁蒋得斌袁万贤崇 渊源怨猿园冤噎噎噎噎噎
施肥对板栗林地土壤 晕圆韵通量动态变化的影响 张蛟蛟袁李永夫袁姜培坤袁等 渊源怨猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
施肥对红壤水稻土团聚体分布及其碳氮含量的影响 刘希玉袁王忠强袁张心昱袁等 渊源怨源怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
大兴安岭天然沼泽湿地生态系统碳储量 牟长城袁王摇 彪袁卢慧翠袁等 渊源怨缘远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于多时相 蕴葬灶凿泽葬贼 栽酝影像的汶川地震灾区河岸带植被覆盖动态监测要要要以岷江河谷映秀鄄汶川段
为例 许积层袁唐摇 斌袁卢摇 涛 渊源怨远远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噎噎噎
不同强度火干扰下盘古林场天然落叶松林的空间结构 倪宝龙袁刘兆刚 渊源怨苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长江中下游湖群大型底栖动物群落结构及影响因素 蔡永久袁姜加虎袁张摇 路袁等 渊源怨愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
千岛湖岛屿社鼠的种群年龄结构和性比 张摇 旭袁鲍毅新袁刘摇 军袁等 渊缘园园园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
性信息素诱捕下害虫 蕴燥早蚤泽贼蚤糟增长及经济阈值数学模型 赵志国袁荣二花袁赵志红袁等 渊缘园园愿冤噎噎噎噎噎噎噎
秋末苏南茶园昆虫的群落组成及其趋色性 郑颖姹袁钮羽群袁崔桂玲袁等 渊缘园员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北方常见农业土地利用方式对土壤螨群落结构的影响 韩雪梅袁李丹丹袁梁子安袁等 渊缘园圆远冤噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
基于鸟类边缘种行为的景观连接度研究要要要空间句法的反规划应用 杨天翔袁张韦倩袁樊正球袁等 渊缘园猿缘冤噎噎
西南高山地区土壤异养呼吸时空动态 张远东袁庞摇 瑞袁顾峰雪袁等 渊缘园源苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
江苏省土壤有机质变异及其主要影响因素 赵明松袁张甘霖袁李德成袁等 渊缘园缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于林业清查资料的桂西北植被碳空间分布及其变化特征 张明阳袁罗为检袁刘会玉袁等 渊缘园远苑冤噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
基于能值分析方法的城市代谢过程要要要案例研究 刘耕源袁杨志峰袁陈摇 彬 渊缘园苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 孕杂砸模型的耕地生态安全物元分析评价 张摇 锐袁郑华伟袁刘友兆 渊缘园怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
保水剂对煤矸石基质上高羊茅生长及营养吸收的影响 赵陟峰袁王冬梅袁赵廷宁 渊缘员园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
生态保护价值的距离衰减性要要要以三江平原湿地为例 敖长林袁陈瑾婷袁焦摇 扬袁等 渊缘员园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
广东山区土壤有机碳空间变异的尺度效应 姜摇 春袁吴志峰袁钱乐祥袁等 渊缘员员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
室内养殖雌性松鼠秋季换毛期被毛长度和保温性能变化 荆摇 璞袁张摇 伟袁华摇 彦袁等 渊缘员圆远冤噎噎噎噎噎噎噎
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远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿圆鄢圆园员猿鄄园愿
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 高寒草甸牦牛群要要要三江源区位于青藏高原腹地袁 平均海拔 源圆园园皂袁是长江尧黄河尧澜沧江三条大河的发源地袁也是
全球气候变化最敏感的地区遥 三江源区高寒草甸植被状况对该区的生态环境尧草地资源合理利用和应对全球气候
变化具有十分重要的意义遥 圆园园缘 年以来袁国家投资 苑园 多亿元启动三江源生态保护工程遥 监测显示袁近年来袁三江源
湖泊湿地面积逐步扩大袁植被覆盖度得到提高袁三江源区高寒草甸的生态恶化趋势得到遏制遥 图为冒着风雪在三江
源高寒草甸上吃草的牦牛群遥
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 16 期
2013 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 16
Aug. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目 (31170576);国家 “973冶重点基础研究发展规划项目基金 (2011CB302705);浙江省科技厅重点项目
(2011C12019);浙江省重点科技创新团队(2010R50030)
收稿日期:2013鄄01鄄24; 摇 摇 修订日期:2013鄄04鄄18
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yongfuli@ zafu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201301240151
张蛟蛟,李永夫,姜培坤,周国模,童雪峰,周高峰.施肥对板栗林地土壤 N2O通量动态变化的影响.生态学报,2013,33(16):4939鄄4948.
Zhang J J, Li Y F, Jiang P K, Zhou G M, Tong X F, Zhou G F. Effect of fertilization on the dynamic of soil N2O fluxes in Chinese chestnut stands. Acta
Ecologica Sinica,2013,33(16):4939鄄4948.
施肥对板栗林地土壤 N2 O通量动态变化的影响
张蛟蛟1,李永夫1,*,姜培坤1,周国模1,童雪峰2,周高峰3
(1. 浙江农林大学 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室,临安摇 311300;
2. 临安市板桥镇林业工作站,临安摇 311300; 3. 临安市岛石镇林业工作站,临安摇 311300)
摘要:2011 年 6 月—2012 年 6 月期间, 在浙江省临安市典型板栗林地进行施肥对土壤 N2O通量变化影响的试验研究。 目的在
于探明不同施肥处理下板栗林地土壤 N2O通量的动态变化规律,并探讨土壤 N2O通量和土壤环境因子之间的关系。 试验设置
4 个处理:对照(不施肥)、无机肥、有机肥、有机无机混合肥。 采用静态箱鄄气相色谱法测定了板栗林地土壤 N2O通量,并测定了
土壤温度、水分、水溶性有机碳(WSOC)和微生物量碳(MBC)含量。 结果表明:板栗林土壤 N2O 通量呈显著季节性变化,最大
值出现在夏季,最小值出现在冬季;而且,施肥处理显著提高土壤 N2O 年均通量和年累积量;在整个试验期间,无机肥、有机肥
和有机无机混合肥处理下土壤 N2O 的排放系数分别达到 0. 96% 、1. 45%和 1. 29% 。 此外,施肥也显著增加了土壤 WSOC 和
MBC的含量(P < 0. 05)。 不同施肥处理条件下,土壤 N2O 通量与土壤 5 cm 处温度、WSOC 含量间均呈极显著正相关(P<
0郾 01),但与 MBC含量之间的相关性不显著。 土壤 N2O排放与土壤含水量间除对照处理外均没有显著相关性。 综上所述,施
肥引起土壤 WSOC含量的增加可能是施肥增加板栗林地土壤 N2O排放速率的主要原因之一。
关键词:N2O通量;施肥;水溶性有机碳;微生物量碳
Effect of fertilization on the dynamic of soil N2O fluxes in Chinese chestnut stands
ZHANG Jiaojiao1, LI Yongfu1 *, JIANG Peikun1, ZHOU Guomo1, TONG Xuefeng2, ZHOU Gaofeng3
1 Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration, Zhejiang A & F University, Lin忆an 311300, China
2 Banqiao Town Forestry Workstation of Lin忆an City Lin忆an 311300, China
3 Daoshi Town Forestry Workstation of Lin忆an City Lin忆an 311300, China
Abstract: Response of soil N2O emissions to inorganic fertilizer and organic fertilizer in the typical Castanea mollissima was
studied from June 2011 to June 2012 in Lin忆an, Zhejiang Province. The objectives were to evaluate the response of the soil
N2O efflux to different fertilization and explore the relationships between the various environmental factors and N2O efflux.
Four treatments were applied in this study: Control ( CK), inorganic fertilizer ( IF), organic fertilizer (OF), and half
organic plus half inorganic fertilizer (OIF). Soil N2O emission were analyzed by static closed chamber鄄GC technique. Soil
temperature, soil moisture, WSOC and MBC concentrations were determined as well. Our results showed that soil N2O
emission exhibited a strong seasonal pattern, the highest rates observed in summer season and the lowest in winter season.
The mean annual soil N2O flux and soil N2O annual accumulative in IF were significantly higher than that in CK, but lower
than that in OF and OIF treatments (P < 0. 05). Soil N2O emission factors of IF, OF, and OIF treatment were 0. 96% ,
1郾 45% , and 1. 29% , respectively. Fertilization treatments significantly increased soil water鄄soluble organic carbon and
microbial biomass carbon concentrations (P < 0. 05). Soil N2O emission rates had a significant positive correlation with soil
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temperature at 5 cm depth and WSOC concentration ( P < 0. 01 ), but had no significant correlation with soil MBC
concentration in all treatments. However, soil N2O emission did not correlate with soil moisture except in CK treatment. In
conclusion, the increase of WSOC caused by fertilization was probably one of the important reasons for the increase in N2O
emission in the soil of Chinese chestnut stands induced by fertilization.
Key Words: fertilization; N2O efflux; water鄄soluble organic carbon (WSOC); microbial biomass carbon (MBC)
N2O是仅次于 CO2 和 CH4 的一种重要的温室气体,在大气中以痕量存在但十分稳定,且在百年尺度单位
质量的全球增温潜势(GWP)是 CO2 的 298 倍左右[1]。 大气中 N2O可以参与多种光化学反应,破坏大气臭氧
层,进而引起全球气候变暖[2鄄3]。 土壤通过硝化和反硝化过程向大气中排放 N2O是全球 N循环中最重要的生
物过程,现今已受到国内外的广泛关注[1,3]。 然而,土壤 N2O排放受到施肥、土地利用方式和生态系统类型等
多种因素的影响[4鄄8]。 例如,Liu等[3]报道,土壤 N2O排放变化规律很大程度可以通过土壤底物(如 DOC、TSN
和 MBC等)的有效性和土壤环境因子(如土壤温度、土壤水分和 pH等)的变化来解释。
以往的不少研究者对不同生态系统的研究发现,施肥可通过改变土壤底物和土壤环境因子来控制影响土
壤硝化作用和反硝化作用过程,进而影响土壤 N2O排放[6, 9鄄10]。 然而,在各生态系统中施肥对土壤 N2O 的影
响至今还没有统一的结论。 在农田生态系统中,郑燕等[11]研究发现,施氮肥可以显著增加水稻土的 N2O释放
量;Wang等[12]和 Lin[10]等分别在蔬菜地和油菜地中也发现,N肥施用显著增加了 N2O排放,并且随着 N肥施
用量的增加而增加;但罗良国等[13]在稻田中的研究却发现,施肥对土壤 N2O排放没有显著性差异。 在草地生
态系统中,Sawamoto 等[14]的研究发现,粪肥和化肥处理对土壤 N2O 排放显著增加;而 Mori 等[15]在草地中的
研究表明,施肥后第 1 年和第 2 年有机肥显著高于化肥处理下土壤 N2O排放,但第 4 年和第 5 年却发现有机
肥处理显著低于化肥处理。 在森林生态系统中,Zhang等[16]在鼎湖山地区的研究表明:常绿阔叶林中 N 增加
后土壤 N2O排放显著提高(与 CK相比,LN(50kg N·hm
-2·a-1)、MN(100 N·hm-2·a-1)和 HN(150 N·hm-2·a-1)
分别增加了 38% 、41%和 58% );松树林中 N增加后土壤 N2O排放在MN下显著增加(35% ),而在 LN下没有
显著增加;松树和常绿阔叶混交林中 N增加对 N2O排放均没有显著影响。 然而,Jassal 等[9]在大西洋地区研
究化肥对杉木林地 N2O排放规律影响中发现,施肥后第 1 年土壤 N2O排放增加,第 2 年施肥与不施肥林地没
有显著差异,且土壤均没有明显的 N2O排放甚至有少量吸收。 因此,如何准确评价施肥对土壤 N2O的影响机
理作用还比较困难,具有很大的不确定性,而且前人在中国亚热带地区人工林中研究还比较少,特别是施肥对
中国亚热带板栗林地土壤 N2O排放的研究国内外还没见到相关报道。
板栗(Castanea mollissima)是中国重要的经济林种之一,分布广泛遍及全国 26 个省市,目前仅浙江省板
栗林面积就达到 7. 80 万 hm2,占全省经济林面积的 9. 0% 。 随着产业化结构调整,板栗林普遍采用集约化经
营模式,化肥施用不断增加投入尤为突出[17],而施肥将对板栗林土壤 N2O 排放产生何种影响至今还尚不明
确。 鉴于此,在浙江临安集约化经营板栗林地设置了 4 种不同施肥处理,利用静态箱鄄气相色谱法进行全年土
壤 N2O通量的测定,同时测定了不同处理下土壤环境因子的变化规律。 旨在探明板栗林土壤 N2O 排放的动
态变化规律及其对不同施肥处理的响应规律,探讨施肥引起的土壤环境因子变化与土壤 N2O 排放变化规律
的相互关系;研究结果将为深入评价和科学估算亚热带地区森林生态系统温室气体研究提供基础资料与科学
依据。
1摇 研究区概况
试验区位于浙江省临安市青山湖镇(119毅 86忆 E,30毅 25忆 N)。 该地区为典型的亚热带季风气候,年平均
温度 16. 4 益,年均降雨量为 1629 mm,年有效积温为 5774 益,年日照时数为 1774 h,地形为低山丘陵区,海拔
为 150—250 m,土壤类型为红壤土类(黄红壤亚类)。 试验进行期间月累积降雨量和月平均温度如图 1 所示。
试验样地是由常绿阔叶林改造而来的板栗林地,林龄为 18 a,种植密度 540 株 / hm2,采用中等强度的集约经营
0494 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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图 1摇 试验期间月累积降雨量和月平均温度
摇 Fig. 1 摇 Monthly cumulative rainfall and mean air temperature
during the experimental period
模式。 每年 5 月下旬左右对板栗林进行施肥,然后再作
翻耕处理。 2011 年 3 月,通过野外调研,选择典型的板
栗林样地,并在 5 月采集样地土壤进行基本理化性质测
定。 具体测定方法参照鲁如坤[18],结果如下:pH 值和
容重分别为 4. 64 和 1. 14 g / cm3,有机质和全氮含量分
别为 25. 7 和 1. 84 g / kg,碱解氮、有效磷和速效钾含量
分别为 98. 32、9. 86 和 101. 2 mg / kg。
2摇 研究方法
2. 1摇 试验设计
2011 年 5 月,在板栗林地选择土壤类型、坡度(20毅
左右)与坡向等基本一致的区域作为试验样地。 本试
验共设 4 个处理:(1)对照(不施肥,CK);(2)无机肥(IF);(3)有机肥(OF);(4)有机肥无机混合肥(1 / 2 无机
肥和 1 / 2 有机肥)(IOF)。 肥料处理具体内容如表 1 所示。 试验中所使用的有机肥为商品有机肥(N:3% ;
P2O5:1. 8% ;K2O:2. 6% ;C:35. 1% ),无机肥分别为尿素(46. 5% N)、过磷酸钙(12% P2O5)、氯化钾(60%
K2O)。 各施肥处理,肥料用量均以等氮量(87 kg N / hm2)计算,有机肥处理中,磷钾肥不足部分用化学肥料过
磷酸钙和氯化钾进行补充。 试验小区面积为 256 m2(16 m 伊 16 m),4 次重复。 按照相同坡位设置不同处理,
采用随机区组设计,目的是用区组来控制由于不同处理小区之间土壤本底值的差异对处理效应的影响。 每个
试验小区间隔距离为 3 m。 6 月 3 日进行撒施施肥,并翻耕入土,同时进行静态箱的布置(每个小区布置 1 个
静态箱)。 试验采样在 2011 年 6 月到 2012 年 6 月进行,施肥后的第 1 个月采样 2 次,接下来每个月采样
1 次。
表 1摇 试验各处理肥料用量
Table 1摇 The amount and composition of different fertilizer treatments
处理
Treatment
有机肥
Organic fertilizer
尿素
Urea
过磷酸钙
Calcium superphosphate
氯化钾
Potassium chloride
对照 CK 0 0 0 0
无机肥 IF / (kg / hm2) 0 188 488 135
有机肥 OF / (kg / hm2) 2906 0 52 9
有机无机混合肥 OIF / (kg / hm2) 1453 94 270 72
2. 2摇 气体采样及测定方法
利用静态箱鄄气相色谱法对 N2O通量进行测定。 采样箱为组合式,即由顶箱和底座两部分构成,制作材料
均为 PVC板。 静态箱的规格尺寸为 30 cm 伊 30 cm 伊 30 cm。 采样气袋采用大连光明化工设计研究院生产的
铝箔采气袋。 每次采样时间均安排在 9:00—11:00 之间[7]。 采样前一天,利用充气法检查气袋密封性,选择
气密性好的带去样地进行采样。 采样时,将顶箱插入底座凹槽中,在底座凹槽中倒入适量的蒸馏水(2—3 cm
左右),接着盖上顶箱,蒸馏水起到密封作用。 然后,用 60 mL注射器分别于 0、10、20、30 min进行取样。 在气
体取样的同时,测定土壤 5 cm温度及大气温度,并在每个试验小区按照五点取样法采集 0—20 cm土壤样品。
将样品带回实验室,气样利用岛津 GC鄄2014 气相色谱仪进行 N2O浓度测定[19]。 土壤含水量用烘干法进行测
定。 土壤WSOC含量的测定方法参照Wu等[20]方法提取,然后用有机碳分析仪(TOC鄄VCPH,岛津公司)测定滤
液中的有机碳含量。 土壤微生物量碳参照 Vance 等[21]用氯仿熏蒸法鄄 0. 5 mol / L K2SO4 提取法提取进行
测定。
2. 3摇 数据计算
(1)土壤 N2O通量的计算公式为[22]:
1494摇 16 期 摇 摇 摇 张蛟蛟摇 等:施肥对板栗林地土壤 N2O通量动态变化的影响 摇
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F = 籽 V
A
P
P0
T0
T
dC t
dt
(1)
式中,F为被测气体的排放通量(滋g N2O·m
-2·h-1);r为标准状态下被测气体的浓度(滋g / m3);A为箱体底面积
(m2);V为箱体体积(m3);
dC t
dt
为单位时间取样箱内被测气体浓度的变化量(h-1);T0 和 P0 分别为标准状态
下的空气绝对温度(益 )和气压(Pa);P和 T为取样时箱内的实际气压(Pa)和气温(益)。 土壤 N2O 排放量
用插空法进行计算[7]。
(2)N2O排放系数( f),即肥料中的氮素以 N2O气体形式损失百分比,计算公式[23]如下:
F = (T-T0) 伊 (28 / 44) / M伊100% (2)
式中,T为施肥处理试验观察期间 N2O 的累积排放量,kg / hm2;T0 为空白处理生长季内 N2O 的累积排放量,
kg / hm2;28 / 44 为 N2O中氮素的比例;M为试验观察期间总施氮量,kg / hm2。
(3)施加氮肥对 N2O排放的贡献率(FC),即由于施肥引起的土壤 N2O排放量占施肥处理下 N2O 排放量
的百分比[6],计算公式如下:
FC =(N2Otreatment-N2Ocontrol) / N2Otreatmen伊100% (3)
式中,N2O鄄Ntreatmen表示施肥处理下土壤 N2O的年排放量(kg N2O·hm
-2·a-1),N2Ocontrol 表示不施肥处理下土壤
N2O的年排放量(kg N2O·hm
-2·a-1)
2. 4摇 数据处理
本文中所有数据处理均是利用 Microsoft Excel 2003 和 SPSS 13. 0 软件上进行数据分析,图表所用数据均
是 4 次重复的平均值,如土壤 5cm 温度、土壤水分、土壤 N2O 通量、WSOC 含量和 MBC 含量。 数据分析采取
随机区组单因素方差分析(One鄄way ANOVA),利用新复极差法(DMRT)在 P < 0. 05 显著性水平下分析不同
处理间的差异性。 用一元线性回归分析法分析土壤 N2O排放通量和土壤温度、土壤水分、WSOC与MBC之间
的相关性。
3摇 结果与分析
图 2摇 板栗林土壤温度(5 cm)及土壤含水量的年动态变化
Fig. 2摇 Season variation in soil temperature at 5 cm depth and soil moisture content of the 0—20cm depth in Chinese chestnut stands
误差线表示标准差(n = 4)
3. 1摇 不同施肥处理下土壤温度和土壤含水量的动态变化特征
由图 2 和图 1 可见,在试验研究期间,4 种不同处理条件下,土壤温度与大气月平均温度都具有相似的季
节性变化规律,均表现为 6—8月温度较高,12—2月温度最低;同时,不同施肥处理间土壤温度没有明显的差
异性。 如图 2 所示,在试验研究期间,5 种不同处理条件下,土壤含水量变化均呈一定的季节性规律。 结合图
2 和图 1 可知,与对照处理相比,3 种施肥处理下土壤含水量显著增加(P < 0. 05),但施肥处理间没有明显差
异。 同时,对照和有机肥处理下土壤含水量与月平均降雨量之间呈现显著的线性正相关(P < 0. 05),而添加
无机肥处理下两者之间没有相关性。
2494 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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3. 2摇 不同施肥处理下土壤 WSOC和 MBC含量的动态变化特征
从图 3 可见,土壤WSOC含量呈现出明显的季节性特征,基本表现为 7—8月含量较高,而 2—3月含量较
低。 同时,CK、IF、OF 和 OIF 处理下土壤 WSOC 含量的变化幅度分别为 62. 02—96. 13、84. 47—147. 88、
109郾 76—173. 04 和 96. 73—157. 03 mg / kg。 结合图 3 和表 2 可知,施肥虽然没有明显改变 WSOC 的季节性变
化,但施肥显著增加了土壤WSOC的含量(P < 0. 05),表现为:IF、OF和 OIF处理下土壤WSOC年平均含量分
别比 CK处理增加了 37% 、74%和 58% 。
图 3摇 板栗林土壤WSOC和MBC含量的季节变化规律
Fig. 3摇 Seasonal variations in soil WSOC and MBC concentrations in Chinese chestnut stands
WSOC: Water鄄soluble organic carbon; MBC: Microbial biomass carbon
表 2摇 不同施肥处理下土壤年平均 N2O通量、年累积量、WSOC和MBC含量的差异性
Table 2摇 Differences on the mean annual soil N2O fluxes, soil N2O cumulative, WSOC and MBC concentrations in different fertilization
处理
Treatment
N2O通量 N2O fluxes
年平均通量
Mean annual flux
/ (滋g·m-2·h-1)
累积量
Cumulative
/ (kg N2O·hm-2·a-1)
WSOC
/ (mg / kg)
MBC
/ (mg / kg)
CK 24. 99c 1. 91a 76. 58d 253. 42d
IF 41. 96b 3. 23b 105. 08c 288. 64c
OF 47. 31a 3. 90a 133. 01a 343. 34b
OIF 46. 54a 3. 68a 121. 17b 366. 36a
摇 摇 同一列数据带不同字母表示新复极差法多重比较差异显著(P < 0. 05)
摇 图 4摇 不同施肥处理对板栗林地土壤 N2O 通量季节变化特征的
影响
Fig. 4 摇 Effect of different fertilizer treatments on seasonal
variation of soil N2O efflux in Chinese chestnut stands
如图 3 所示,施肥处理没有改变土壤 MBC变化的整体趋势,各处理均呈现出一定的季节性变化,基本上
峰值出现在 11—12 月,最小值出现在 2 月份。 CK、 IF、OF 和 OIF 处理下土壤 MBC 含量最小值分别为
217郾 13、206. 68、275. 76 和 289. 00 mg / kg;最大值为 316. 73、379. 41、480. 04 和 516. 76 mg / kg。 从表 2 中可
知,与 CK处理(MBC年平均值为 253. 42 mg / kg)相比,IF、OF和 OIF处理分别增加了 14% 、35%和 45% 。
3. 3摇 不同施肥处理对土壤 N2O通量变化的影响
如图 4 所示,板栗林土壤 N2O 通量呈现出明显的
季节性变化特征,表现为最大值出现在 6—8月,最小值
在 12—2月。 CK、IF、OF和 OIF处理下,土壤 N2O 通量
范围分别为 6. 43—48. 68、13. 26—90. 94、15. 38—89郾 75
和 15. 40—89. 86 滋g N2O·m
-2·h-1。 结合表 2 和图 4 可
知,施肥显著增加了土壤 N2O 年平均通量和年累积量
(P < 0. 05),具体表现为:与 CK 处理相比,IF、OF 和
OIF处理下,土壤 N2O 年平均通量分别增加了 68% 、
89%和 86% ,而 N2O累积量分别增加了 69% 、104%和
93% 。 同时,施肥对土壤 N2O 累积量的贡献率表现为
IF处理(41% )明显低于 OF 处理(51% )和 OIF 处理
3494摇 16 期 摇 摇 摇 张蛟蛟摇 等:施肥对板栗林地土壤 N2O通量动态变化的影响 摇
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(48% ),且 OF和 OIF 处理间没有明显的差异。 此外,整个试验观察期间,IF、OF 和 OIF 处理下,板栗林土壤
N2O排放系数分别为 0. 96% 、1. 45%和 1. 29% (表 1 和表 2)。
3. 4摇 土壤 N2O通量与土壤环境因子的相关性
从表 3 中可知,不同施肥处理条件下,土壤 N2O通量与土壤 5 cm温度、WSOC 含量之间均有强烈的显著
正相关性(P < 0. 01),而与 MBC含量之间没有显著的相关性。 在 CK处理下,土壤 N2O通量与土壤含水量之
间呈现极显著正相关(P < 0. 01),而施肥处理下均没有相关性。
表 3摇 土壤 5cm温度、土壤含水量、WSOC和MBC含量与土壤 N2O通量的相关性
Table 3摇 Correlation between soil N2O fluxes and soil temperature at 5cm depth, soil moisture, WSOC and MBC concentrations
处理
Treatment
土壤温度
Soil temperature(R2)
土壤水分
Soil moisture(R2)
WSOC
(R2)
MBC
(R2)
CK 0. 78** 0. 56** 0. 53** 0. 16NS
IF 0. 75** 0. 21NS 0. 73** 0. 03NS
OF 0. 74** 0. 05NS 0. 59** 0. 00NS
OIF 0. 79** 0. 19NS 0. 83** 0. 00NS
摇 摇 **表示相关性极显著水平(P < 0. 01);NS:表示相关性不显著(P > 0. 05)
4摇 讨论
4. 1摇 板栗林地土壤 N2O排放特征
本试验研究中,板栗林土壤表现为 N2O净排放源,这与前人在森林生态系统中的研究结果一致[24鄄28]。 由
表 2 可知,试验研究期间,板栗林土壤 N2O年排放量(1. 91—3. 68 kg N2O·hm
-2·a-1)显著高于 Matson 等[28]人
在寒带森林中的土壤 N2O年排放量(0. 50—1. 30 kg N2O·hm
-2·a-1),但低于热带雨林[24]和南亚热带[25]森林
土壤 N2O年排放量(分别为 4. 24—5. 81 和 5. 03 kg N2O·hm
-2·a-1)。 这说明土壤不同纬度森林土壤 N2O的年
排放量具有明显的差异性,并且随着纬度增加呈现逐渐降低的趋势,这主要是由于不同纬度气候气温和降雨
量分布的差异性造成的[29]。 与亚热带地区其他研究报道相比,本研究中板栗林土壤 N2O 排放量和苏王娟
等[26]在湖南地区的研究结果相似,但低于 Liu等[5]在浙江临安地区高度集约化毛竹林(氮肥施入量为 209 kg
N·hm-2·a-1)土壤 N2O排放量(15. 80 kg N2O·hm
-2·a-1)。 这说明即使同纬度条件下,施肥量、植被类型、土壤
属性及测定方法和估算方法的差异均会对土壤 N2O排放量造成显著影响。
本研究中,板栗林土壤 N2O 排放表现为夏季最高,春秋次之,冬季最低(图 4),这与前人的结果相
似[5, 7, 10]。 这可能是土壤温度和 WSOC浓度的季节性变化引起的(图 2 和图 3)。 夏季高温多雨,一方面,微
生物活动有了适宜的生长环境,微生物活性增强,特别是硝化细菌和反硝化细菌,硝化和反硝化作用加快最终
导致 N2O排放增加[5, 10];另一方面,土壤中有机氮矿化速度快,土壤中无机氮增加,为硝化和反硝化反应提供
了充足的底物,影响土壤 N2O的排放[10]。 相反,冬季低温少雨,硝化和反硝化细菌活性下降,进而造成土壤
N2O排放速率减弱[10]。
4. 2摇 不同施肥处理下土壤环境因子对土壤 N2O排放的影响
施肥可以引起土壤环境和生物因子的变化如土壤温度、土壤水分、WSOC 和 MBC 等[9鄄10],而这些因子改
变都会影响土壤微生物活性,进而影响硝化作用和反硝化作用,最终影响土壤 N2O的排放[3, 7]。 本研究表明,
不同施肥处理下土壤温度没有显著差异(图 1),且土壤 N2O 排放随温度的升高而升高(表 3),这与前
人[4鄄5, 30]的研究结果一致。 这主要是因为温度高导致微生物活性增强,特别是硝化和反硝化菌,进而促进
N2O排放。 但 Lin等[10]和纪洋等[31]分别在施氮肥经营措施下的油菜地和水稻田中研究却发现,土壤温度对
N2O排放没有明显的影响。 Tang等[25]在华南地区 3 种森林生态系统也发现土壤温度与土壤 N2O 排放之间
没有显著相关性的结果。 而 Mahmood 等[32]在亚热带地区棉田的研究中发现,当温度较高时(22—38益),随
着温度的升高土壤 N2O排放速率显著降低。 造成这些结果的差异可能是由于农耕措施(如施肥,耕作,灌溉
4494 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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等),观测时间、土壤特性,土壤水分,植被类型不同改变了土壤温度对土壤 N2O的影响规律。
土壤水分可以影响土壤的通气性和营养的有效性,进而影响硝化和反硝化过程[7,30]。 Lin 等[7]在中国中
亚热带地区的研究报道,在林地和山地中土壤水分与 N2O排放显著相关,而在施肥较多的稻田和果园中两者
却没有显著的相关性。 在本研究中也有类似的结论,土壤水分和 N2O 排放只在不施肥处理下具有显著的相
关性(表 3)。 这一现象最可能原因是施肥改变了板栗林地林下植被的生长状况,从而引起了土壤水分的改变
(图 1),进而改变了板栗林地土壤水分对土壤 N2O排放的影响;或者可以说施肥对 N2O排放的影响掩盖了水
分状况对土壤 N2O通量的影响。 不同的结论其他林地研究也有报道,如李海防等[30]在厚荚相思林的研究中
发现土壤湿度与 N2O排放呈负相关关系;刘实等[33]在四种温带森林的研究中发现,土壤水分和 N2O 排放之
间的关系在红松林中没有相关性,而在其他林型土壤中两者呈现显著正相关;不同林分下土壤 N2O排放与土
壤湿度之间关系的差异性在邓杰等[34]研究 4 种典型亚热带森林中的研究也有报道。 这些结果差异表明,土
壤水分与土壤 N2O 排放之间的关系不是单独存在的,而是林地类型,土壤特性,气候条件和人为经营等相互
制约,相互影响的结果。
本研究中,施肥对土壤 WSOC含量增加具有显著影响(表 2),这与[35鄄36]前人大量的研究结果相似。 以往
研究发现[3, 7],土壤 N2O排放与WSOC有着密切的正相关关系,本试验中也验证了这一结论(表 3),而且施肥
提高了土壤 WSOC和土壤 N2O之间的相关性(表 3)。 这是由于 WSOC 是土壤有效碳的重要来源,WSOC 含
量增加为微生物提供了充足的营养源,进而生长活性增强,反过来微生物活动加快,土壤 N2O排放增加[3, 7]。
在本研究中,施肥显著提高了土壤 MBC含量(表 2),这与马晓霞等[37]农田施肥管理下的研究结果一致。
然而,在不同施肥处理条件下土壤 N2O排放与 MBC之间均没有显著相关性(表 3),这与李海防等[30]在森林
生态系统中两者关系的报道一致。 Lin等[7]在果园中发现土壤 N2O 排放与 MBC 没有明显的相关性,但在稻
田、林地和山地中具有显著相关性。 这主要是由于试验观察期间果园中水分较低(<32% )造成的。 而本研究
中板栗林水分基本都在 34%以下(图 2),这可能也是本研究中土壤 MBC和土壤 N2O排放两者之间没有明显
相关性的原因。 本研究中出现的结果也可能是由于 WSOC 和土壤温度对土壤 N2O 排放的影响占主导地位
(表 3),从而掩盖了 MBC对土壤 N2O排放的影响。
4. 3摇 不同施肥处理对板栗林地土壤 N2O排放的影响
Zhang等[16]研究报道,不同水平 N的增加均可以显著常绿阔叶林土壤 N2O排放,并随着增加 N量的增加
而增加。 这与本研究中施肥可显著增加土壤 N2O排放(P < 0. 05)的结果相似(表 2 和图 4)。 原因可能是:
(1)施加氮肥为微生物提供了充足营养源,微生物生长繁殖加快,活性加强,对土壤氮的利用性加强,导致
N2O排放增加;(2)施加氮肥直接为硝化和反硝化作用提供有效氮源,进而影响 N2O排放;(3)施肥促进了作
物生长,根系呼吸增强,消耗土壤中的 O2,为反硝化细菌提供了局部厌氧环境,反硝化作用加快。 然而,Jassal
等[9]研究中却发现施肥第 1 年对杉木林土壤 N2O 排放有显著影响,而第 2 年施肥没有显著影响。 施肥对土
壤 N2O排放没有影响的发现在罗良国等[13]在稻田中的研究也有报道。 这说明施肥对土壤 N2O 排放的影响
会因为施肥时间,肥料类型,土地利用和测定周期的不同而不同。
本研究中,不同施肥处理间土壤 N2O年平均排放量和累积量,均表现为无机肥处理显著高于对照,但明
显低于有机肥和有机无机混合肥(表 2)。 这与 Zhai等[6]在农田土壤中的研究结果一致。 这一现象的原因可
能是:与单纯无机肥处理相比,有机肥和有机无机混合肥处理增加了土壤水溶性有机碳的含量(表 2)和有机
氮增加,硝化和反硝化作用底物增加,最终影响土壤 N2O 增加。 同时,施用有机肥处理提高了土壤 pH 值,这
可能也是添加有机肥处理的土壤 N2O 排放比单纯无机肥处理高的原因之一[6]。 本研究中无机肥处理(6 月
22 日)比有机肥处理(8 月 2 日)土壤 N2O通量达到峰值的时间存在一定的差异(图 4)。 这可能是施入尿素
后不久,尿素水解作用,迅速改变了土壤 NO-3 鄄N 和 NH
+
4 鄄N 浓度,硝化和反硝化作用底物迅速增加[9],而且施
肥后 6 月份较大的降雨量和较高的温度,都为硝化和反硝化细菌提供了适宜的生长环境,土壤 N2O排放快速
达到最大值[4鄄5]。
5494摇 16 期 摇 摇 摇 张蛟蛟摇 等:施肥对板栗林地土壤 N2O通量动态变化的影响 摇
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土壤 N2O排放量占施氮量的比例不仅是计算某一地区一定施氮水平下 N2O 排放总量的重要参数,也是
预测氮肥利用率的重要参数。 本整个试验观察期间,无机肥、有机肥和有机无机混合肥处理下,土壤 N2O 排
放系数分别为 0. 96% 、1. 45%和 1. 29% ,这符合与 Jassal 等[9]在林地发现的土壤 N2O 排放系数 1. 3%—
5郾 5% ,而且也与 ICPP 报道的农田生态系统中 N2O 排放系数平均值为 1. 25%相一致[38]。 同时,本研究中发
现有机肥处理 N2O排放系数显著高于无机肥处理。 Mori等[15]也发现,等氮条件下有机肥处理 N2O排放系数
为 2. 5% ,无机肥处理为 2. 2% 。 此外,Lin等[10]研究报道,N2O 排放系数随着施氮量的增加而减少。 这说明
N2O排放系数会因肥料类型和施肥量的不同而不同。
施肥对 N2O排放的贡献率是施肥影响土壤 N2O排放通量的重要指标。 本研究表明,施肥对土壤 N2O 累
积量的贡献率,在施用有机肥(51% )或有机无机混合肥(48% )处理下显著高于无机肥处理(41% ),相似的结
果在 Zhai等[6]的研究中也有报道,他们发现在施等氮(300 kg N·hm-2·a-1)水平下,无机肥和有机肥处理下施
肥对 N2O的贡献率分别为 55%和 80% 。 但贡献率大小有一定的差异性,这可能是因为本研究中施氮水平
(87 kg N·hm-2·a-1)和 Zhai等[6]施氮水平(300 kg N·hm-2·a-1)存在差异所引起的。
总之,土壤 N2O排放是众多影响因子综合的结果,规律比较复杂,只要可以影响到硝化和反硝化作用的
因素均可以对土壤 N2O 排放造成不同的结果。 因此,需要在今后研究中针对土壤硝化和反硝化微生物特性
对施肥的响应做进一步的研究。
5摇 结论
(1) 板栗林地土壤 N2O排放具有明显的季节性变化特征,表现为温度较高的夏季排放通量较大,温度较
低的冬季排放通量较小;
(2) 3 种施肥处理均显著提高了板栗林地土壤 N2O排放通量,同时也提高了土壤WSOC和 MBC的含量。
(3) 不同处理条件下,板栗土壤 N2O排放与土壤 5cm温度、土壤 WSOC 含量之间均呈极显著正相关,但
土壤 MBC含量没有相关性。 而只有在不施肥情况下,土壤水分与土壤 N2O排放通量才具有显著相关性。
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8494 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
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争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》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。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
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《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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