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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 10 期摇 摇 2011 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
大熊猫取食竹笋期间的昼夜活动节律和强度 张晋东,Vanessa HULL,黄金燕,等 (2655)………………………
高枝假木贼的胎生萌发特性及其生态适应 韩建欣,魏摇 岩,严摇 成,等 (2662)…………………………………
准噶尔盆地典型地段植物群落及其与环境因子的关系 赵从举,康慕谊,雷加强 (2669)………………………
喀斯特山地典型植被恢复过程中表土孢粉与植被的关系 郝秀东,欧阳绪红,谢世友,等 (2678)………………
青藏高原高寒草甸土壤 CO2排放对模拟氮沉降的早期响应 朱天鸿,程淑兰,方华军,等 (2687)………………
毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局 邱开阳,谢应忠,许冬梅,等 (2697)………………
雪灾后粤北山地常绿阔叶林优势树种幼苗更新动态 区余端,苏志尧,解丹丹,等 (2708)………………………
四川盆地四种柏木林分类型的水文效应 龚固堂,陈俊华,黎燕琼,等 (2716)……………………………………
平茬对半干旱黄土丘陵区柠条林地土壤水分的影响 李耀林,郭忠升 (2727)……………………………………
连栽杉木林林下植被生物量动态格局 杨摇 超,田大伦,胡曰利,等 (2737)………………………………………
近 48a华北区太阳辐射量时空格局的变化特征 杨建莹,刘摇 勤,严昌荣,等 (2748)……………………………
中型景观尺度下杨树人工林林分特征对树干病害发生的影响———以河南省清丰县为例
王摇 静,崔令军,梁摇 军,等 (2757)
………………………
……………………………………………………………………………
耕作措施对冬小麦田杂草生物多样性及产量的影响 田欣欣,薄存瑶,李摇 丽,等 (2768)………………………
官山保护区白颈长尾雉栖息地适宜性评价 陈俊豪,黄晓凤,鲁长虎,等 (2776)…………………………………
花椒园节肢动物群落特征与气象因子的关系 高摇 鑫,张晓明,杨摇 洁,等 (2788)………………………………
沙漠前沿不同植被恢复模式的生态服务功能差异 周志强,黎摇 明,侯建国,等 (2797)…………………………
大豆出苗期和苗期对盐胁迫的响应及耐盐指标评价 张海波,崔继哲,曹甜甜,等 (2805)………………………
不同耐盐植物根际土壤盐分的动态变化 董利苹,曹摇 靖,李先婷,等 (2813)……………………………………
短期 NaCl胁迫对不同小麦品种幼苗 K+吸收和 Na+、K+积累的影响 王晓冬,王摇 成,马智宏,等 (2822)……
套袋微域环境对富士苹果果皮结构的影响 郝燕燕,赵旗峰,刘群龙,等 (2831)…………………………………
畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响 李江涛, 钟晓兰,赵其国 (2837)……………………………………
土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA甲基化的 MSAP分析 杜亚琼,王子成,李摇 霞 (2846)………………………
甲藻孢囊在长山群岛海域表层沉积物中的分布 邵魁双,巩摇 宁,杨摇 青,等 (2854)……………………………
湖南省城市群生态网络构建与优化 尹海伟, 孔繁花,祈摇 毅,等 (2863)………………………………………
基于多智能体与元胞自动机的上海城市扩展动态模拟 全摇 泉, 田光进,沙默泉 (2875)………………………
城市道路绿化带“微峡谷效应冶及其对非机动车道污染物浓度的影响 李摇 萍,王摇 松,王亚英,等 (2888)…
专论与综述
北冰洋微型浮游生物分布及其多样性 郭超颖,王桂忠,张摇 芳,等 (2897)………………………………………
种子微生物生态学研究进展 邹媛媛,刘摇 洋,王建华,等 (2906)………………………………………………
条件价值评估的有效性与可靠性改善———理论、方法与应用 蔡志坚,杜丽永,蒋摇 瞻 (2915)…………………
问题讨论
中国生态学期刊现状分析 刘天星,孔红梅,段摇 靖 (2924)………………………………………………………
研究简报
四季竹耐盐能力的季节性差异 顾大形,郭子武,李迎春,等 (2932)………………………………………………
新疆乌恰泉华地震前后泉水细菌群落的变化 杨红梅,欧提库尔·玛合木提,曾摇 军,等 (2940)………………
两种猎物对南方小花蝽种群增长的影响及其对二斑叶螨的控害潜能 黄增玉,黄林茂,黄寿山 (2947)………
学术信息与动态
全球变化下的国际水文学研究进展:特点与启示 ———2011 年欧洲地球科学联合会会员大会述评
卫摇 伟,陈利顶 (2953)
……………
…………………………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*302*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄05
封面图说: 藏酋猴(Macaca thibetana)属猴科(Cercopithecidae )猕猴属(Macaca)又名四川短尾猴、大青猴,为我国特有灵长类之
一,被列为国家二级保护野生动物;近年来,由于人类活动加剧,栖息环境恶化,导致藏酋猴种群数量和分布日趋缩
小;本照片摄于四川卧龙国家级自然保护区(拍摄时间:2010 年 3 月)。
彩图提供: 中国科学院生态环境研究中心张晋东博士摇 E鄄mail:zhangjd224@ 163. com
生 态 学 报 2011,31(10):2837—2845
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:中国科学院知识创新项目(KZCX3鄄SW鄄435);土壤与农业可持续发展国家重点实验室基金(Y052010035);广州大学新苗计划基金
项目
收稿日期:2010鄄09鄄23; 摇 摇 修订日期:2011鄄02鄄28
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: ljtgzhu@ 163. com
畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响
李江涛1,3,*, 钟晓兰2,赵其国3
(1. 广州大学地理科学学院,广州 摇 510006;2. 华南农业大学信息学院,广州摇 510642;
3. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室 / /中国科学院南京土壤研究所,南京摇 210008)
摘要:通过采集试验区长期施用鸡粪 (PL)、猪粪 (LM) 和化肥 (CF) 的稻麦轮作耕层和犁底层土壤,分析了不同施肥处理土壤
有机碳和养分含量、土壤物理结构特征、土壤生物学性质的差异,探讨了长期施用畜禽粪便对土壤质量的影响。 研究结果显示,
长期施用畜禽粪便耕层和犁底层土壤有机碳含量显著高于施用化肥处理(P<0. 05);与 CF 处理比较,PL 和 LM 处理土壤氮、
磷、钾全量和有效养分含量均明显增加,其中耕层土壤 Olsen鄄P 含量为施用化肥处理的 7—8 倍,速效钾含量比施用化肥土壤高
89. 2%—102. 9% 。 施用畜禽粪便明显改善了土壤物理结构,其耕层土壤大孔隙体积、中孔隙体积和总孔隙度分别为 CF处理土
壤的 1. 48—1. 70 倍,1. 35—1. 75 倍和 1. 07—1. 11 倍;土壤团聚体水稳定性显著增强,而土壤抗张强度显著降低。 施用畜禽粪
便土壤微生物和生化性质也明显高于施用化肥土壤,其中 LM 处理耕层土壤 MBC和 MBN最大,分别是 CF 处理土壤的 2. 1 倍
和 1. 5 倍;施用畜禽粪便土壤脲酶和转化酶活性也分别为施用化肥土壤的 3. 5—6. 7 倍和 1. 6—2. 1 倍。 相关分析显示,土壤有
机碳含量与各肥力指标间均表现出极显著相关(P<0. 01)。 研究结果说明,长期施用畜禽粪便土壤质量显著高于仅施化肥
土壤。
关键词:鸡粪;猪粪;化肥;稻麦轮作;土壤质量
Enhancement of soil quality in a rice鄄wheat rotation after long鄄term application of
poultry litter and livestock manure
LI Jiangtao1,3,*, ZHONG Xiaolan2, ZHAO Qiguo3
1 School of Geographical Sciences,Guangzhou University, Guangzhou 510006, China
2 College of Informatics, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
3 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China
Abstract: With growth in the livestock and poultry farming industries, a large amount of animal excreta has been applied to
agricultural soils as an organic fertilizer over the past 20 years. However, detrimental impacts of animal excreta applications
on the quality of agricultural soils may occur, because the excreta can contain some harmful components, such as heavy
metal and antibiotics. Soil quality, defined as “The capacity of soil to function冶, can reflect the physical, chemical and
biological response of the soil to field management practices. The aim of this study was to determine the differences in soil
quality after long鄄term application of organic manures to a rice鄄wheat rotation field established in 1988 on a Gley paddy soil.
Treatments included poultry litter (PL), livestock manure (LM) and chemical fertilizer (CF). Soils from the cultivated
horizon (Ap) and plow pan (P) were collected from the long鄄term experimental site in Jiangsu Province, China, and soil
organic carbon, nutrient content, pore structure properties, aggregate stability indexes and microbial and biochemical
properties were determined. Our study showed that (1) The PL and LM treatments significantly increased soil organic
carbon content, total and available N, P and K, more than in the CF treatment and both in the cultivated horizon and plow
pan (P<0. 05). The Olsen鄄P content in the cultivated horizon receiving the PL and LM treatments increased by 7 8 times
compared with the soil receiving the chemical fertilizer application, and the soil available K doubled. (2) Soil physical
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properties also improved significantly with the long鄄term application of PL and LM. The PL and LM applications further
increased the volumes of soil macropore and mesopore in the Ap horizon by 148% 170% and 135% 175% over those in
the CF treatment, respectively, while the soil micropore volume in the PL and LM treatments was less. Compared with the
CF treatment, PL and LM treatments decreased the tensile strength of the soil aggregates in the Ap and P layers by 33. 7%
36. 9% and 31. 2% 34. 0% , respectively. In addition, soil aggregate wet stability index, represented by normal mean
weight diameter, was significantly greater in the PL and LM treatments than the CF in both Ap and P layers. (3) Long鄄term
application of PL and LM significantly improved soil microbial and biochemical properties compared with CF. The soil
microbial biomass C and N in the LM treatment was the highest among three treatments, being 2. 1 and 1. 5 times greater
than in the CF treatment. Compared with the CF treatment, PL and LM applications increased the soil microbial quotient by
38. 4% 54. 8% and 20. 1% 59. 6% , respectively. Also, the soil basal respiration rate in the PL and LM treatment was
42 138 mg / g, 2. 0 3. 0 times greater than in the CF treatment. Application of organic manures also changed soil
enzyme activities. The urease and intervase activities of the soils receiving the PL and LM treatments were 1. 0 2. 8 mg / g,
and 17. 3 33. 3 mg / g, 3. 5 6. 7 and 1. 6 2. 1 times higher than those of the soil receiving the CF. This study suggests
that the long鄄term application of poultry litter and livestock manure can improve the soil quality in a rice鄄wheat system,
more so than using only chemical fertilizer. A higher organic matter content and a lower amount of harmful substances in the
poultry litter and livestock manure may be the reason why it had such a positive impact on soil quality.
Key Words: poultry litter; livestock manure; chemical fertilizer; rice鄄wheat rotation system; soil quality
近年来,市场对畜禽产品的高需求量促进了我国畜禽养殖业快速发展,同时也使得我国畜禽粪便产生量
相应地增加。 据估算,2003 年我国畜禽粪便产生量约为 22. 1 亿 t,占农业有机废弃物资源的 40%以上[1]。 大
量的畜禽粪便对我国环境造成了严重威胁。 自 20 世纪 60 年代以来,我国农田化肥投入量逐年增加。 2007
年我国化肥总用量为 5109 万 t,平均每公顷化肥施用量达 379. 5 kg,明显高于世界平均水平。 尽管化肥施用
在保证我国粮食安全方面起到了重要作用,但化肥用量不断增加所引发的非点源污染和土壤质量退化问题受
到广泛关注。 畜禽粪便农用是实现畜禽粪便资源化的直接途径,也是一种促进农牧良性循环、维持生态平衡
的有效措施,对于减少化肥用量、降低农业环境压力等方面具有重要意义。
许多研究表明,施用有机肥能够增加土壤有机质含量,改善土壤物理、化学和生物等性质[2鄄9]。 但大多数
研究是以农家肥、绿肥等有机肥为研究对象,且均以不施肥为对照。 有研究结果表明,畜禽粪便不同于传统有
机肥,其中含有重金属、兽药、激素、病原微生物等有害污染物[10]。 而以不施肥为对照的研究结果对于畜禽粪
便农用缺乏实际指导意义。 目前,有关畜禽粪便报道大多数集中在畜禽粪便对环境的污染等方面,有关其农
用对土壤质量影响报道较少[11]。
本文选择全国畜禽养殖大县———江苏省海安县里下河冲积母质发育土壤上长期施用鸡粪、猪粪和化肥的
稻麦轮作土壤作为供试土壤,以施用化肥土壤为对照,探讨长期施用畜禽粪便对土壤质量指标的影响,为进一
步理解畜禽粪便对土壤质量影响及其农用价值提供科学依据。
1摇 材料和方法
1. 1摇 样地概况和样品采集
江苏省海安县位于经济高度发达的长江三角洲,属于北亚热带海洋季风性湿润气候区,年平均气温 14. 5
益,最高气温 39. 7 益,最低气温-12 益;年均降雨量 1025 mm,无霜期 220d左右。 2002 年以来,海安县饲养和
售出鸡总量位于全国县级前列,已经成为江苏省乃至全国的养禽大县。 另外,猪、羊等养殖业也有较大规模的
增长。 畜禽养殖业发展和养殖规模扩大,使得该县畜禽粪便产量巨大,其中鲜鸡粪年生产量达 80 万 t以上。
试验区位于海安县海安镇,始于 1988 年,试验区共设 3 个处理:PL(鸡粪)、LM(猪粪)和 CF(化肥)。 小
区面积为 37. 5 m2,重复 3 次。 畜禽粪便处理以施用新鲜畜禽粪便为主,并辅以适当尿素。 其中鸡粪为规模化
8382 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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养殖的 1—15 d的鲜鸡粪,小麦和水稻施用量分别为 21 t / hm2(含水量约 54% ,N、P、K 含量分别约为 8. 98
g / kg,9. 83 g / kg 和 5. 34 g / kg);猪粪为规模化养殖的鲜猪粪,小麦和水稻施用量分别为 21 t / hm2(含水量约
60% ,N、P、K含量分别约为 9. 18 g / kg,7. 89 g / kg和 4. 02 g / kg);新鲜畜禽粪便于翻耕前 2d撒施,随翻耕拌入
土壤,尿素分别在水稻和小麦分蘖和拔节孕穗期撒施,分蘖肥和穗肥比例为 2 颐3,年施用量分别为 45 kg / hm2。
化肥处理氮、磷、钾化肥品种分别为尿素、钙镁磷肥和氯化钾,小麦和水稻生育期内 N、P2O5、K2O 施用量分别
为:150、60、90 kg / hm2。 其中氮肥的基肥、分蘖肥和穗肥比例为 2 颐1 颐2;磷肥以基肥形式一次施入;钾肥 50%做
基肥,50%做穗肥;施肥方式均以撒施。
2006 年 5 月采用环刀分别采集长期各施肥处理耕层(0—15 cm)和犁底层(15—25 cm)原状土壤样品,用
于测定土壤总孔隙度、土壤孔隙结构分布、土壤贮水性能和饱和导水率,其中土壤总孔隙度和饱和导水率 3 次
重复,其余 4 次重复。 同时采用多点(15—20 点)S型采样方法分别采集耕作层和犁底层土壤,用于测定土壤
的基本理化性质和生物学性质,3 次重复。 土壤母质为河相冲积母质,土壤质地为砂壤土。
1. 2摇 测定方法
土壤总有机碳(soil organic carbon, SOC)、土壤全氮(Total N)、全磷(Total P)、全钾(Total K)、速效氮
(Available N)、有效磷(Olsen-P)、速效钾(Available K)、pH值、电导率(Electrical conductivity, EC)、阳离子交
换量(CEC)等采用《土壤农业化学分析》常规分析方法测定[12]。 土壤总孔隙度采用环刀法测定[12]。 土壤孔
隙分布采用压力膜仪测定,根据 Kay[13]孔隙分类方法,将孔径 > 30 mm的土壤孔隙称为大孔隙,孔径为 0郾 5—
30 mm 的土壤孔隙称为中孔隙,孔径<0. 5 mm 的土壤孔隙称为细孔隙。 土壤颗粒组成采用激光粒度仪
(Mastersizer 2000)测定。
土壤微生物生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)和微生物生物量氮(microbial biomass nitrogen,
MBN)的测定采用氯仿熏蒸鄄硫酸钾浸提法测定[12]。 土壤基础呼吸速率(soil basal respiration rate, BR)采用恒
温密封条件培养碱液吸收法测定[12]。 采用关崧荫法[14]测定土壤脲酶和转化酶活性。
1. 3摇 数据处理
数据处理、统计分析用 Excel 2003 和 SPSS13. 0 软件进行,不同处理间的差异显著性水平采用 LSD法进行
检验,图形采用 Origin 7. 5 绘制。
2摇 结果与分析
2. 1摇 畜禽粪便对土壤肥力的影响
表 1 可知,长期施用畜禽粪便耕层和犁底层土壤 pH、CEC 和 EC 均显著高于施用化肥处理(P<0. 05)。
长期施用鸡粪和猪粪处理土壤有机碳含量分别为施用化肥处理的 1. 10—1. 23 倍和 1. 23—1. 32 倍,其中施用
猪粪处理耕层土壤有机碳含量最高,比施用化肥处理提高了 31. 74% 。 可见,施用畜禽粪便有利于土壤有机
碳的累积,从而增加农业土壤有机碳储量。
施用畜禽粪便有效地增加了土壤氮、磷、钾全量和有效养分含量。 与施化肥比较,施用鸡粪和猪粪耕层土
壤 TN、TP、TK含量分别提高了 24. 83% 、61. 76% 、7. 00%和 33. 10% 、39. 71% 、5. 36% 。 施用鸡粪和猪粪处理
土壤有效氮、有效磷、速效钾含量分别为施用化肥土壤 1. 35、7. 90、2. 03 倍和 1. 64、6. 99、1. 17 倍(表 1)。
2. 2摇 畜禽粪便对土壤物理结构的影响
2. 2. 1摇 土壤孔隙结构
土壤孔隙结构是反映土壤质量的重要指标。 良好地孔隙结构状况对土壤水分和养分保持、土壤肥力提
升、微生物多样性的保护等有着非常重要作用。 图 1 显示,施用畜禽粪便和化肥土壤孔隙分布和总孔隙度均
有明显的差异。 与施用化肥比较,施用鸡粪和猪粪均显著提高耕层土壤大孔隙和中孔隙的比例,降低土壤细
孔隙比例。 其中施用猪粪处理大孔隙和中孔隙的比例分别是施用化肥处理 1. 70 倍和 1. 75 倍。 与施用化肥
比较,施用畜禽粪便降低了犁底层土壤中孔隙比例,但提高了土壤细孔隙比例。 这与长期施用畜禽粪便增强
了耕层土壤粘粒向犁底层的迁移有关。 由图 1 可知,施用鸡粪和猪粪处理土壤总孔隙度均显著高于施用化肥
9382摇 10 期 摇 摇 摇 李江涛摇 等:畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响 摇
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土壤。 土壤有机碳、土壤总孔隙度与土壤大孔隙和中孔隙比例间有极显著相关关系(P<0郾 05),而与土壤细孔
隙比例间没有相关性(表 3),表明施用畜禽粪便主要是通过提高土壤有机碳含量来提高土壤大孔隙和中孔隙
的比例,最终提高土壤总孔隙度。
表 1摇 长期施用畜禽粪便和化肥土壤有机碳和养分含量
Table 1摇 Organic carbon and nutrient contents in soil with long鄄term application of poultry litter, livestock manure and chemical fertilizer
施肥处理
Treatment
pH
(H2O)
阳离子交换量
CEC / (cmol / kg)
电导率
EC / (滋s / cm)
有机碳
SOC / (g / kg)
全氮
Total N / (g / kg)
耕层 Ap horizon PL 7. 34 a 11. 56 a 272. 67 a 17. 76 b 1. 81 b
LM 6. 85 b 11. 87 a 294. 83 a 18. 97 a 1. 93 a
CF 6. 24 c 10. 24 b 227. 93 b 14. 40 c 1. 45 c
犁底层 Plow pan PL 7. 51 a 10. 12 a 165. 27 ab 9. 46 b 0. 92 b
LM 7. 25 b 10. 35 a 181. 80 a 10. 57 a 1. 16 a
CF 6. 87 c 9. 80 b 141. 33 b 8. 57 c 0. 93 b
施肥处理
treatment
有效氮
Available鄄N / (mg / kg)
全磷
Total P / (g / kg)
有效磷
Olsen鄄P / (mg / kg)
全钾
Total K / (g / kg)
速效钾
Available鄄K / (mg / kg)
耕层 Ap horizon PL 82. 08 b 1. 10 a 53. 16 a 18. 18 a 230. 10 a
LM 99. 82 a 0. 95 b 47. 01 b 17. 90 b 133. 06 b
CF 60. 98 c 0. 68 c 6. 73 c 16. 99 c 113. 40 c
犁底层 Plow pan PL 39. 31 b 0. 70 a 7. 06 b 17. 67 a 153. 00 a
LM 46. 79 a 0. 65 ab 9. 27 a 16. 92 b 96. 94 b
CF 31. 95 c 0. 62 b 3. 59 c 15. 99 c 80. 86 c
摇 摇 PL: 鸡粪;LM: 猪粪;CF: NPK化肥;CEC: cation exchange capacity; EC: electrical conductivity; SOC: soil organic carbon; 不同小写字母表示
同一土壤层次不同施肥处理在 P<0. 05 水平上差异显著性
PL LM CF PL LM CF PL LM CF0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45 大孔隙 中孔隙 细空隙
耕层
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35 大孔隙 中孔隙 细空隙
犁底层
20
30
40
50
60
70
80 耕层 犁底层
土壤
总孔
隙度
Soil
total
poro
sity/%
土壤
孔隙
分布
Soil
pore
volu
me/(
m3 /m
3 )
土壤
孔隙
分布
Soil
pore
volu
me/(
m3 /m
3 )
图 1摇 长期施用畜禽粪便和化肥对土壤孔隙分布和总孔隙度的影响
Fig. 1摇 Effects of poultry litter, livestock manure and chemical fertilizer on soil pore size distribution and soil total porosity
2. 2. 2摇 土壤团聚体稳定性
土壤团聚体稳定性是指土壤团聚体对外力的抗阻能力[15],包括团聚体机械稳定性和水稳定性[5]。 抗张
强度和标准平均重量直径(NMWD)分别是反映土壤团聚体机械稳定性和水稳定性的重要指标。 由图 2 可
知,施用畜禽粪便耕层和犁底层土壤团聚体抗张强度显著低于施用化肥土壤,分别降低了 33. 70%—36. 92%
和 31. 19%—34. 03% 。 相关分析(表 3)结果显示,土壤抗张强度与土壤总孔隙度和土壤有机碳呈极显著地负
0482 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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相关,说明畜禽粪便主要是通过改变土壤孔隙状况和有机碳来影响土壤机械稳定性。 与施用化肥比较,施用
鸡粪和猪粪显著提高了土壤团聚体水稳定性指数 NMWD(图 2)。 土壤有机碳与 NMWD 间极显著地( r =
0郾 80, P<0. 01)正相关关系(表 3),表明土壤有机碳在保持土壤团聚体水稳定性方面起着重要作用。
PL LM CF PL LM CF0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 耕层 犁底层
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
土壤
抗张
强度
Soil
tens
ile st
rengt
h/MP
a
标准
平均
重量
直径
Nom
al me
an w
eigth
diam
eter/(
NMW
D, m
m)
施肥处理 Treatment
图 2摇 长期施用畜禽粪便和化肥对土壤团聚体抗张强度和水稳定性的影响
Fig. 2摇 Effects of poultry litter, livestock manure and chemical fertilizer on tensile strength and wet stability of soil aggregate
2. 3摇 畜禽粪便对土壤微生物生物量、活性和酶活性的影响
生物学性状是土壤质量重要指标,能够敏感地反映农业管理措施对土壤质量的影响。 表 2 显示了长期施
用畜禽粪便和化肥土壤耕作层和犁底层微生物生物量、活性及酶活性的差异。 与施化肥相比,施用畜禽粪便
显著提高了土壤微生物生物量。 其中,施用猪粪处理耕层土壤 MBC和 MBN分别是施用化肥土壤的 2. 1 倍和
1. 5 倍(表 2)。 表 2 可知,施用畜禽粪便和施用化肥处理土壤微生物量碳氮比有明显差异。 土壤 MBC / MBN
可反映微生物群落结构信息,其变化预示着土壤微生物群落结构的改变[16]。 这表明,长期施用畜禽粪便和化
肥导致土壤微生物群落结构的改变。
表 2摇 长期施用畜禽粪便和化肥对土壤微生物生物量、生物活性和酶活性的影响
Table 2摇 Effects of poultry litter, livestock manure and chemical fertilizer on soil microbial biomass, microbial activities and enzyme activities
施肥处理
treatments
微生物量碳
MBC
/ (mg / kg)
微生物量氮
MBN
/ (mg / kg)
微生物量
碳 /氮
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微生物熵
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/ %
基础呼吸速率
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脲酶活性
UA
/ (mg·g-1·(24h)-1)
转化酶活性
IA
/ (mg·g-1·(24h) -1)
耕层 Ap horizon PL 1209. 0 b 84. 66b 14. 29a 6. 81 b 105. 25 b 2. 80 a 25. 28 b
LM 1331. 9 a 107. 35 a 12. 41 b 7. 02 a 137. 96 a 2. 57 b 33. 31 a
CF 633. 9 c 49. 01 c 12. 94 b 4. 40 c 53. 33 c 0. 42 c 15. 32 c
犁底层 Plow pan PL 422. 6 a 36. 69 a 11. 54 b 4. 47 a 55. 42 a 1. 00 a 17. 26 b
LM 409. 8 b 31. 11 b 13. 25 a 3. 88 b 42. 10 b 1. 02 a 22. 28 a
CF 276. 6 c 23. 21 c 11. 94 b 3. 23 c 17. 67 c 0. 28 b 10. 60 c
摇 摇 MBC: microbial biomass carbon; MBN: microbial biomass nitrogen; SMQ: soil metabolic quotient; BR: soil basal respiration rate; UA: urease
activities; IA: intervase activities
土壤微生物活性由土壤微生物熵(SMQ)和土壤基础呼吸速率(BR)表示,其中 SMQ 为土壤 MBC 与 SOC
的比值。 表 2 可知,施用鸡粪和猪粪土壤 SMQ 值显著高于施用化肥土壤,分别提高了 38. 39%—54. 77%和
20. 12%—59. 56% ;施用鸡粪和猪粪土壤 BR 值也分别为施用化肥处理的 1. 97—3. 14 倍和 2. 38—2. 59 倍。
这说明施用畜禽粪便有助于保持或提高土壤微生物活性。
1482摇 10 期 摇 摇 摇 李江涛摇 等:畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响 摇
表
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土
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摇 摇 土壤酶活性反映着土壤生物的生物化学过程强弱,广泛用于评价土壤管理对土壤质量的影响。 其中脲酶
主要参与尿素的分解[7],转化酶主要参与土壤中糖类物质的水解过程[17]。 表 2 显示,施用畜禽粪便土壤脲酶
和转化酶活性均显著高于施用化肥处理(P<0. 05)。 其中施用畜禽粪便土壤脲酶活性为施化肥土壤的 3郾 5—
6. 7 倍,而土壤转化酶活性比施用化肥土壤提高了 62. 9%—117. 4% 。 相关分析结果(表 3)显示,脲酶和转化
酶活性与土壤有机碳及土壤微生物生物量间有极显著相关关系。
3摇 讨论
3. 1摇 对土壤肥力影响
长期施用集约化养殖的畜禽粪便土壤有机碳含量和氮磷钾养分含量均显著高于施用化肥土壤,与大多数
研究长期施用传统有机肥对土壤肥力影响的结果相似[18]。 可见,集约化养殖的畜禽粪便与传统有机肥一样
具有提高农业土壤肥力的作用。 从系统角度看,土壤有机碳含量变化取决于土壤生态系统有机物质的输入与
输出[19],当有机物质输入量大于有机质矿化量时,表现为有机质累积,反之则为土壤有机质耗散。 本试验中,
施用畜禽粪便处理土壤有机碳含量显著高于施用化肥处理的主要与施用畜禽粪便处理长期大量外源有机物
(每年约 42 t / hm2新鲜畜禽粪便)输入有关。
本试验中,施用鸡粪和猪粪处理年施 N总量分别约为 264 kg / hm2和 244 kg / hm2;而施用化肥处理年施 N
总量分别为 300 kg / hm2,高于施用畜禽粪便土壤。 然而土壤全氮和有效氮测定结果均显示施用畜禽粪便土壤
显著高于施用化肥土壤。 可能的原因有:(1)化肥氮在土壤中容易通过硝化鄄反硝化作用以及氨挥发等途径损
失,即使过量施用化肥氮,土壤中也不会有大量氮素累积[18];(2)施用畜禽粪便有利于土壤团聚作用,从而延
长了土壤中有机氮保存时间;(3)畜禽粪便的 C / N比较高,需要更多的无机氮来转化和降解其中的有机物,从
而降低了其中土壤氮素的损失率。 施用畜禽粪便土壤全磷、全钾含量显著高于施用化肥土壤,主要与畜禽粪
便中磷和钾折合含量高于施用化肥量有关;另外,土壤有机质对磷、钾的吸附或固定作用也是一个原因。 而施
用畜禽粪便土壤有效养分含量高于施用化肥土壤的主要原因,则与施用畜禽粪便增加了全量养分含量、提高
了土壤微生物活性、控制着净矿化鄄固定模式等有密切关系[20]。
3. 2摇 对土壤物理结构影响
土壤孔隙结构在土壤系统水热传递功能实现过程中发挥着重要作用,是评价土壤质量的主要指标,对农
业土壤田间管理措施反映较为敏感。 本试验研究结果显示,施用畜禽粪便耕层土壤总孔隙度、大孔隙和中孔
隙比例均明显高于施用化肥处理,表明畜禽粪便农用在一定程度上有助于土壤孔隙结构的改善。 与 Rose[21]
和 Rasool等[22]报道在农业土壤上长期连续施用传统农家肥,土壤总孔隙度显著高于施用化肥土壤的结果一
致。 Haynes和 Naidu认为土壤有机质含量显著增加是土壤孔隙度提高的主要原因[23]。 本试验中土壤有机碳
含量与土壤总孔隙度、土壤大孔隙和中孔隙比例间极显著地相关性结果,进一步说明了施用畜禽粪便能够通
过提高土壤有机碳含量来改善土壤孔隙结构的作用。 但有机物质加入所产生的稀释作用[23]、有机物质腐解
过程中大孔隙的形成[24],以及畜禽粪便添加导致土壤生物活性和土壤团聚作用增强[25]等对施用畜禽粪便土
壤孔隙结构的改善同样起着重要作用。
土壤团聚体稳定性常用于表征不同管理措施下的土壤质量的变化[26]。 已有研究表明,相对于施用化肥
而言,长期施用传统有机肥能显著增强土壤团聚体水稳定性和机械稳定性[5,27]。 本试验研究结果显示,施用
畜禽粪便处理土壤团聚体水稳定性指数 NMWD明显高于施用化肥土壤,而土壤团聚抗张强度则恰好相反,说
明施用集约化养殖的畜禽粪便也有助于增强土壤团聚体稳定性。 这主要与施用畜禽粪便能够显著提高了土
壤有机质含量,从而改变土壤孔隙结构、土壤矿物颗粒间的胶结作用、土壤湿润速率及微生物性质等有
关[28鄄30]。 土壤团聚体稳定性指数与土壤有机碳,以及土壤有机碳与土壤孔隙度、孔隙分布及土壤微生物生物
量和活性等指标间极显著相关关系,进一步证实了他们间的相互作用关系。
3. 3摇 对土壤微生物和酶活性影响
土壤微生物在植物有效养分产生过程中起着关键的作用,其生物量和活性有助于土壤生态系统结构稳定
3482摇 10 期 摇 摇 摇 李江涛摇 等:畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响 摇
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和功能发挥[31]。 尽管新鲜畜禽粪便中含量重金属、兽药、激素、致病微生物等有害污染物[10],但本研究结果
显示,施用畜禽粪便土壤微生物生物量和活性依然高于施用化肥处理。 说明,畜禽粪便中的有害物质对土壤
微生物群落没有产生明显毒害作用。 但含有有害污染物的畜禽粪便大量长期施用是否改变了土壤微生物群
落结构和功能,还有待进一步深入研究。
土壤脲酶主要参与尿素的水解过程。 但本试验中,高量施用尿素的化肥处理脲酶活性反而显著低于施用
畜禽粪便处理。 与 Chang等[32]、Chakrabarti等[33]和 Pascual 等[34]以堆肥和农家肥等有机肥为研究对象的结
果相似。 产生这一结果的可能原因有:(1)采样时间为小麦收获季节,大多数施入土壤中的尿素可能早已水
解;(2)有机质对脲酶有稳定作用; (3)土壤微生物的促进作用[35]等。
综合分析表明,与施用化肥比较,畜禽粪便农用能够改善土壤肥力、物理结构及生物学等性质,有助于土
壤质量的提高。 另外,2006 年施用鸡粪、猪粪和化肥处理小麦和水稻年产量分别为:12. 80、13. 58、12. 38
t / hm2,说明施用畜禽粪便并辅以少量氮肥也有一定的增产作用。 因此,应该加大畜禽粪便的农用推广力度,
增加畜禽粪便施用面积。 这样既有利于减轻畜禽养殖业规模化和集约化带来的环境压力,也可以减少工业化
肥的用量,减轻由此带来的环境压力。 但在推广畜禽粪便农用的同时,还应加强相关的风险管理。
4摇 结论
与施用化肥比较,长期施用畜禽粪便显著提高了土壤有机碳含量、氮、磷和钾等全量和有效养分含量;增
高了土壤总孔隙度,土壤孔隙结构、土壤团聚体水稳定性和土壤机械稳定性有明显改善;土壤微生物生物量和
活性,土壤脲酶和转化酶活性也显著高于施用化肥土壤。 总之,施用畜禽粪便促进了土壤质量的提升。
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5482摇 10 期 摇 摇 摇 李江涛摇 等:畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 10 May,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Circadian activity pattern of giant pandas during the bamboo growing season
ZHANG Jindong, Vanessa HULL,HUANG Jinyan, et al (2655)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………
The vivipary characteristic of Anabasis elatior and its ecological adaptation HAN Jianxin, WEI Yan, YAN Cheng, et al (2662)……
Relationships between plant community characteristics and environmental factors in the typical profiles from Dzungaria Basin
ZHAO Congju, KANG Muyi, LEI Jiaqiang (2669)
………
…………………………………………………………………………………
The relationship between pollen assemblage in topsoil and vegetation in karst mountain during different restoration period of typical
vegetation community HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou,et al (2678)………………………………………………
Early responses of soil CO2 emission to simulating atmospheric nitrogen deposition in an alpine meadow on the Qinghai Tibetan Plateau
ZHU Tianhong, CHENG Shulan, FANG Huajun, et al (2687)……………………………………………………………………
Spatial pattern of soil moisture and vegetation attributes along the critical area of desertification in Southern Mu Us Sandy Land
QIU Kaiyang, XIE Yingzhong, XU Dongmei, et al (2697)
……
…………………………………………………………………………
Dynamics ofdominant tree seedlings in montane evergreen broadleaved forest following a snow disaster in North Guangdong
OU Yuduan, SU Zhiyao, XIE Dandan, et al (2708)
…………
………………………………………………………………………………
A comparative analysis of the hydrological effects of the four cypress stand types in Sichuan Basin
GONG Gutang, CHEN Junhua, LI Yanqiong, et al (2716)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of cutting management on soil moisture in semi鄄arid Loess Hilly region LI Yaolin, GUO Zhongsheng (2727)…………………
Dynamics of understory vegetation biomass in successive rotations of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) plantations
YANG Chao,TIAN Dalun,HU Yueli,et al (2737)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial and temporal variation of solar radiation in recent 48 years in North China
YANG Jianying, LIU Qin,YAN Changrong, et al (2748)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Impact of stand features of short鄄rotation poplar plantations on canker disease incidence at a mesoscale landscape: a case study
in Qingfeng County, Henan Province, China WANG Jing,CUI Lingjun,LIANG Jun,et al (2757)………………………………
Effects of different soil tillage systems on weed biodiversity and wheat yield in winter wheat (Triticum aestivum L. ) field
TIAN Xinxin, BO Cunyao, LI Li, et al (2768)
……………
……………………………………………………………………………………
Habitat suitability evaluation of Elliot忆s pheasant (Syrmaticus ellioti) in Guanshan Nature Reserve
CHEN Junhao, HUANG Xiaofeng, LU Changhu,et al (2776)
……………………………………
………………………………………………………………………
Relationships between arthropod community characteristic and meteorological factors in Zanthoxylum bungeanum gardens
GAO Xin, ZHANG Xiaoming, YANG Jie, et al (2788)
……………
……………………………………………………………………………
The differences of ecosystem services between vegetation restoration modelsat desert front
ZHOU Zhiqiang, LI Ming, HOU Jianguo, et al (2797)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Response to salt stresses and assessment of salt tolerability of soybean varieties in emergence and seedling stages
ZHANG Haibo, CUI Jizhe, CAO Tiantian, et al (2805)
……………………
……………………………………………………………………………
Dynamic change of salt contents in rhizosphere soil of salt鄄tolerant plants DONG Liping, CAO Jing,LI Xianting, et al (2813)………
Effect of short鄄term salt stress on the absorption of K+ and accumulation of Na+,K+ in seedlings of different wheat varieties
WANG Xiaodong, WANG Cheng, MA Zhihong, et al (2822)
…………
………………………………………………………………………
Effects of the micro鄄environment inside fruit bags on the structure of fruit peel in ‘Fuji爷 apple
HAO Yanyan, ZHAO Qifeng, LIU Qunlong, et al (2831)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Enhancement of soil quality in a rice鄄wheat rotation after long鄄term application of poultry litter and livestock manure
LI Jiangtao, ZHONG Xiaolan, ZHAO Qiguo (2837)
…………………
………………………………………………………………………………
MSAP analysis of DNA methylation in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) under Oxytetracycline Stress
DU Yaqiong, WANG Zicheng, LI Xia (2846)
………………………………
………………………………………………………………………………………
Distribution of dinoflagellate cysts in surface sediments from Changshan Archipelagoin the North Yellow Sea
SHAO Kuishuang, GONG Ning,YANG Qing, et al (2854)
…………………………
…………………………………………………………………………
Developing and optimizing ecological networks in urban agglomeration of Hunan Province, China
YIN Haiwei, KONG Fanhua, QI Yi, et al (2863)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
Dynamic simulation of Shanghai urban expansion based on multi鄄agent system and cellular automata models
QUAN Quan, TIAN Guangjin,SHA Moquan (2875)
…………………………
………………………………………………………………………………
“Micro鄄canyon effect冶 of city road green belt and its effect on the pollutant concentration above roads for non鄄motorized vehicles
LI Ping, WANG Song, WANG Yaying,et al (2888)
……
………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The abundance and diversity of nanoplankton in Arcitic Ocean GUO Chaoying,WANG Guizhong,ZHANG Fang,et al (2897)………
Advances in plant seed鄄associated microbial ecology ZOU Yuanyuan,LIU Yang,WANG Jianhua,et al (2906)………………………
Improving validity and reliability of contingent valuation method through reducing biases and errors: theory, method and applic鄄
ation CAI Zhijian, DU Liyong, JIANG Zhan (2915)………………………………………………………………………………
Discussion
The analysis of Chinese ecological academic journals LIU Tianxing, KONG Hongmei, DUAN Jing (2924)……………………………
Scientific Note
Seasonal variations in salt tolerance of Oligostachyum lubricum GU Daxing, GUO Ziwu, LI Yingchun, et al (2932)…………………
Variation of a spring bacterial community from Wuqia Sinter in Xinjiang during the pre鄄 and post鄄earthquake period
YANG Hongmei,OTKUR ·Mahmut,ZENG Jun,et al (2940)
…………………
………………………………………………………………………
Comparison of the effect of two prey species on the population growth of Orius similis Zheng and the implications for the control
of Tetranychus urticae Koch HUANG Zengyu, HUANG Linmao, HUANG Shoushan (2947)……………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 10 期摇 (2011 年 5 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 10摇 2011
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