全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 22 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
CO2 浓度和温度升高对噬藻体 PP 增殖的联合作用 牛晓莹,程摇 凯,荣茜茜,等 (6917)………………………
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 陈摇 军,王玉辉 (6925)………………………………
两个污水处理系统的能值与经济综合分析 李摇 敏,张小洪,李远伟,等 (6936)…………………………………
退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性 赵成章,任摇 珩 (6946)………………………………………
地表覆盖栽培对雷竹林凋落物养分及其化学计量特征的影响 刘亚迪,范少辉,蔡春菊,等 (6955)……………
福州酸雨区次生林中台湾相思与银合欢叶片的 12 种元素含量 郝兴华,洪摇 伟,吴承祯,等 (6964)…………
“雨花露冶水蜜桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 柯摇 磊,施晓丽,邹运鼎,等 (6972)………………………
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 胡天宇,周广胜,贾丙瑞 (6984)…………………………………
陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征 李文斌,李新平 (6991)……………………………………………
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 唐罗忠,葛晓敏,吴摇 麟,等 (7000)…………………………………
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 鱼腾飞,冯摇 起,刘摇 蔚,等 (7009)……………
树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应 梅婷婷,赵摇 平,倪广艳,等 (7018)……………………
外来植物紫茎泽兰入侵对土壤理化性质及丛枝菌根真菌(AMF)群落的影响
于文清,刘万学,桂富荣,等 (7027)
…………………………………
……………………………………………………………………………
基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例
王树东,张立福,陈小平,等 (7036)
…………………………………
……………………………………………………………………………
雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响 杨玉莲,吴福忠,杨万勤,等 (7045)…………………
不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 王唯逍,刘小军,田永超,等 (7053)…………………………
木蹄层孔菌不同居群间生长特性、木质素降解酶与 SRAP 标记遗传多样性
曹摇 宇,徐摇 晔,王秋玉 (7061)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响 陈摇 雯,李摇 涛,郑荣泉,等 (7072)…………………………
间作对玉米品质、产量及土壤微生物数量和酶活性的影响 张向前,黄国勤,卞新民,等 (7082)………………
接种 AM真菌对玉米和油菜种间竞争及土壤无机磷组分的影响 张宇亭,朱摇 敏,线岩相洼,等 (7091)………
大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系
柯志新,黄良民,徐摇 军,等 (7102)
………………………………………
……………………………………………………………………………
太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化 李大命,叶琳琳,于摇 洋,等 (7109)……………………
锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响 杨摇 洪,黄志勇 (7117)………………………………………
基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究 邱寿丰,朱摇 远 (7124)………………………………
能源活动 CO2 排放不同核算方法比较和减排策略选择 杨喜爱,崔胜辉,林剑艺,等 (7135)…………………
基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估 李京梅刘铁鹰 (7146)………………………………
县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 王红岩,高志海,李增元,等 (7156)……………………………
专论与综述
丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展 李摇 涛,杜摇 娟,郝志鹏,等 (7169)…………………………
城市土壤碳循环与碳固持研究综述 罗上华,毛齐正,马克明,等 (7177)…………………………………………
基于遥感的光合有效辐射吸收比率(FPAR)估算方法综述 董泰锋,蒙继华,吴炳方 (7190)…………………
光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展 吴明丽,李叙勇 (7202)………………………………
浮游动物化学计量学稳态性特征研究进展 苏摇 强 (7213)………………………………………………………
研究简报
2010 年两个航次獐子岛海域浮游纤毛虫丰度和生物量 于摇 莹,张武昌,张光涛,等 (7220)…………………
基于熵值法的我国野生动物资源可持续发展研究 杨锡涛,周学红,张摇 伟 (7230)……………………………
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 王意锟,方升佐,田摇 野,等 (7239)……
人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性 陈永华,吴晓芙,张珍妮,等 (7247)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 水杉农田防护林中的小麦熟了———水杉曾广泛分布于北半球,第四纪冰期以后,水杉属的其他种类全部灭绝,水杉
却在中国川、鄂、湘边境地带得以幸存,成为旷世奇珍,野生的水杉是国家一级保护植物。 由于水杉耐水,适应力强,
生长极为迅速,其树干通直挺拔,高大秀颀,树冠呈圆锥形,姿态优美,自发现后被人们在中国南方广泛种植,不仅成
为了湖边、道路两旁的绿化观赏植物,更成为了农田防护林的重要树种。 此图中整齐划一的水杉防护林像忠实的哨
兵一样,为苏北农村即将成熟的麦田站岗。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 22 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 22
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973 计划)人工林生态系统生物多样性和生产力关系(2012CB416904);国家林业公益性行业科技专项杨
树产业资源材培育及新产品开发关键技术研究(201004004)
收稿日期:2011鄄10鄄09; 摇 摇 修订日期:2012鄄05鄄17
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: fangsz@ njfu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110091475
王意锟,方升佐,田野,唐罗忠.残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响.生态学报,2012,32(22):7239鄄7246.
Wang Y K,Fang S Z,Tian Y,Tang L Z. Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the
soils of agroforestry systems. Acta Ecologica Sinica,2012,32(22):7239鄄7246.
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化
和土壤微生物量的影响
王意锟,方升佐*,田摇 野,唐罗忠
(南京林业大学森林资源与环境学院,南京摇 210037)
摘要:采用室内培养研究了黏壤土和粉砂质壤土条件下杨树叶和小麦秸秆混合以及改变杨树叶添加频次对土壤有机碳矿化及
土壤微生物量的影响。 结果表明:(1)添加各残落物后, 25 益时土壤呼吸速率高于 15 益,粉砂质壤土高于黏壤土(P<0. 05)。
分 4 次添加杨树叶处理(P2、P2鄄W)的呼吸速率在 1—7d较小,第 8 天后高于其他处理(P<0. 05),且在 9、17、25d 会出现峰值。
(2)培养初期,混合物对有机碳矿化的促进作用不明显,培养结束时表现出促进作用(P<0. 05)。 分 4 次添加杨树叶最终的有机
碳净矿化累积量高于一次添加处理(P<0. 05)。 (3)和单一处理相比,杨树叶鄄小麦秸秆混合后的土壤微生物量碳、氮显著提高
(P<0. 05),而分 4 次添加杨树叶的土壤微生物量碳、氮高于一次性添加处理(P<0. 05)。 添加残落物处理均降低了土壤矿质态
氮含量,且这种现象在混合处理(P1鄄W,P2鄄W)中更为明显(P<0. 05)。 说明残落物混合及添加频次增加能有效调节碳动态及
氮供应,这对深入了解农林复合系统碳氮循环具有一定的现实意义。
关键词:残落物; 混合; 添加频次; 碳矿化; 土壤微生物量 C; 土壤微生物量 N
Influence of residue composition and addition frequencies on carbon
mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry systems
WANG Yikun,FANG Shengzuo*,TIAN Ye,TANG Luozhong
College of Forest Resources and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037, China
Abstract: The forest litter and crop straw residues are important components in the agroforestry system and play a key role
in ecosystem carbon and nutrient cycle. During decomposition, to a great extent, the carbon mineralization is controlled by
soil microorganisms. However, the quality of mixtures with various compositions is different due to difference in chemical
compositions and physical structure from single component. Moreover, frequent addition of residues is reported to be able to
keep the easily available compounds in soils in a high level. All the factors mentioned above were considered to have
important effects on soil microbial activity. However, the effects of residue composition and addition frequencies on carbon
mineralization, microbial biomass carbon and nitrogen have been seldom reported in the soil of agroforestry system. Poplars
are the major tree component of traditional agroforestry systems throughout the south temperate central area of China. In this
paper, an experiment was designed to study the influnce of different residue compositions and addition frequencies on
carbon mineralization, microbial biomass carbon and nitrogen in the soil of poplar鄄wheat agroforestry system. The clay loam
and silty loam in the experiment were collected from Sihong and Dafeng County of northern Jiangsu Province. The six
treatments in the experiment were W: 16 g / kg (soil) wheat straw residue; P1: 16 g / kg (soil) poplar leaf litter; P1鄄W:
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16 g / kg (soil) mixture of poplar leaf and wheat straw residue with 1颐1; P2: adding 4 g / kg (soil) poplar leaf litter every 8
days;P2鄄W: adding 2 g / kg (soil) poplar leaf litter every 8 days and 8 g / kg (soil) wheat straw residue at the first day, and
CK: the control (without any addition) . The soils with different treatments were incubated under the temperature of 25益 at
daytime and 15益 at night for 31 days. The results showed that, for all the residue addition treatments, the carbon
mineralization rates were higher in the daytime with the temperature of 25益 than those in the night with 15益 (P < 0. 05).
For the soils, the silty loam showed higher carbon mineralization rates than clay loam(P < 0. 05). After 8 days of
incubation, the treatment P2 and P2鄄W showed higher carbon mineralization rates than the other treatments (p<0. 05),
and the peak values occurred at 9, 17, 25 days. Mixed residues of poplar leaf and wheat straw could promote the cumulated
carbon mineralization at the end of incubation, and the cumulated carbon mineralization was significantly higher in the
treatment of adding poplar leaf litter serially (P2) than that of adding all at the first day (P1) (P<0. 05). Compared to
the treatments of poplar leaf litter ( P1) and wheat straw residues (W), mixed residues of poplar leaf and wheat straw
significantly increased microbial biomass carbon and nitrogen in soil (P < 0. 05). Furthermore, the microbial biomass
carbon and nitrogen were significantly higher in the treatment of adding poplar leaf litter serially (P2) than that of adding
all at the first day (P1). However, compared to the CK, the content of soil inorganic nitrogen decreased significantly for all
the residue addition treatments, especially in the mixed residues treatments (P1鄄W and P2鄄W). The results from this study
suggested that residue composition and addition frequencies could enhance the decomposition process, and regulate carbon
dynamic and nitrogen supply. Such study would provide an important information for a deeper understanding of the carbon
and nitrogen cycle in agroforestry systems.
Key Words: residue; mixture; addition frequencies; carbon mineralization; soil microbial biomass carbon; soil microbial
biomass nitrogen
杨树具有速生丰产和用途广泛的特点,在江苏的北部地区广泛栽植,并常与农作物进行复合经营。 杨树
枝叶定期修剪(缓解郁闭导致的作物减产)、农业耕作、换茬等人为活动以及杨树自然落叶过程,使残落物往
往不是一次进入土壤。 残落物在分解过程中不断得到新鲜有机物补充,有利于维持微生物活性,提高有机碳
矿化速率。 此外,杨树凋落物和农作物残余混合,会改变各自原有的理化性质,在分解过程中产生交互
效应[1鄄2]。
目前,天然林、人工林不同凋落物混合分解的研究已经较多[3鄄5],但苏北地区杨树和农作物残落物混合分
解对有机碳及土壤微生物活性的影响尚未见报道,且前人多以残落物一次归还为基础[6鄄8],对多次添加残落
物后的分解情况研究较少。 本研究采用室内培养,探讨了杨树鄄小麦残落物混合及添加频次对土壤微生物活
性调节及有机碳矿化的影响。 以期为苏北地区杨树鄄小麦复合模式下碳氮循环研究及可持续经营提供理论
依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 试验材料
土壤采自江苏泗洪县(E118毅18忆,N35毅15忆,洪泽湖淤积土,土壤质地为黏壤土)和大丰县(E120毅45忆,N33毅
02忆,滨海淤泥质平原,土壤质地为粉砂质壤土),两个试验区的杨树品种均为五年生南林鄄 95 杨(Populus伊
euramericana cv. ‘Nanlin95爷,poplar),是 I鄄 69 杨(P. deltoids Bartr. cv. ‘ Lux爷) 伊 I鄄 45 杨(P. 伊 euramericana
(Dode) Guineir cv. ‘I鄄 45 / 51爷)的杂交 F1 代新无性系,株行距 6 m伊6 m,间作小麦(Triticum aestivumLinn,
wheat),每个试验区 S型选取 15 个样点,用土钻取土壤表层 0—20 cm的土样,混合均匀后过 2 mm筛,取部分
土样风干测定土壤理化性质,剩余土壤样品置于 4 益冰箱保存。 小麦秸秆(收集于 2010 年 6 月)、杨树叶(收
集于 2010 年 11 月)均取自泗洪县实验区,收集方法为在试验区随机设 15 个面积为 1 m2 的样方,收集其中所
有的残落物,室温风干后,将杨树叶剪为 2 cm伊2 cm的碎片,小麦秸秆切碎为 2—5 cm备用。 土样、残落物的
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理化性质见表 1。
表 1摇 供试土壤、残落物基本理化性质
Table 1摇 Basic physical and chemical properties of tested soils and residues
土壤及残落物类型
Soils and residues pH
粘粒含量
Clay content
/ %
矿质态氮
Mineral N
/ (mg / kg)
有机 C
Organic C
/ (g / kg)
全 N
Total N
/ (g / kg)
C / N
全 P
Total P
/ (g / kg)
全 K
Total K
/ (g / kg)
全 Ca
Total Ca
/ (g / kg)
全 Mg
Total Mg
/ (g / kg)
黏壤土 Clay loam 7. 38 24. 84 36. 45 13. 84 1. 48 9. 35 0. 51 11. 24 8. 64 4. 11
粉砂质壤土
Silty loam 8. 02 14. 76 47. 62 12. 65 1. 67 7. 57 0. 73 14. 05 7. 89 4. 92
杨树凋落叶
Poplar leaf litter 482. 65 12. 85 37. 56 0. 94 6. 88 19. 54 4. 52
小麦秸秆
Wheat straw residue 448. 94 4. 94 90. 88 0. 77 21. 13 4. 57 1. 17
1. 2摇 试验方法
试验采用黏壤土和粉砂质壤土,每种土壤类型 6 个处理(每个处理残落物的添加总量 16 g / kg对应于 5 t /
hm2 的还田量):小麦秸秆(wheat straw residue,W,16 g / kg),杨树叶(poplar leaf litter,P1,16 g / kg),杨树叶鄄小
麦秸秆混合物(P1鄄W, 1颐1 混合),分 4 次添加杨树叶(P2,每 8 d添加 4 g / kg),4 次添加杨树叶鄄小麦秸秆混合
物(P2鄄W,小麦秸秆一次性加入 8 g / kg,杨树叶每 8 d 添加 2 g / kg),对照(CK)。 每个处理 3 个重复。 P2 和
P2鄄W处理每 8 天添加杨树叶与土壤均匀混合,同时将所有处理均搅动 1 次。 每隔 2 d以重量法补充水分。
加底盖的聚氯乙烯管(Polyvinyl chloride,PVC),直径 20 cm,高 12 cm,装入 1000 g新鲜土样,保持土壤含
水量在 25%左右,置于人工智能气候室中,并模拟昼夜温差,6:00—18:00 为 25 益,18:00—6:00 为 15 益,预
培养 7 d 后。 将各处理的残落物加入 PVC 管中,使用 L鄄 8100 土壤呼吸仪于添加残落物后的第 1、3、5、7、9、
11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31 天分别测定白天 25 益和夜晚 15 益时的土壤呼吸速率,并在培养结束后
取出土样测定土壤微生物生物量碳、氮和土壤矿质态氮(铵态氮和硝态氮)含量。
1. 3摇 测定方法
土壤呼吸采用 L鄄8100 土壤呼吸仪测定;土壤微生物生物量采用氯仿熏蒸浸提法,土壤微生物碳由总有机
碳仪(Total organic carbon,TOC, Shimadzu TOC鄄 500)测定,转换系数为 0. 45,土壤微生物氮采用茚三酮比色
法,转换系数为 0. 5[9];矿质态氮(铵态氮和硝态氮)含量用 KCl浸提,流动注射分析仪(BRAN+LUEBBE AA3)
测定。 土壤样品与凋落物 N、P 含量由流动注射分析仪测定,K、Ca、Mg 由原子吸收仪(AAS Hitachi108鄄 80)测
定,土壤粘粒含量由激光粒度分析仪(Rise2008)测定。
1. 4摇 计算公式
残落物有机碳净矿化累积量=添加残落物土壤的有机碳矿化累积量-对照土壤的有机碳矿化累积量
混合残落物有机碳净矿化累积量预测值=[ (杨树叶单独培养时的的实测值) 伊X + (小麦秸秆单独培养
时的实测值) 伊Y ] / (X + Y)。 X、Y是杨树叶和小麦秸秆在混合残落物中的比重,本试验中均为 50% 。 采用
单因素方差分析进行实测值与预测值的比较:实测值与预测值无明显差异,二者无相互作用;实测值显著高于
预测值,二者存在促进作用;实测值低于预测值,二者存在抑制作用(P < 0. 05) [10鄄11]。
2摇 结果与分析
2. 1摇 残落物组成及添加频次对有机碳矿化的影响
本试验以 12 h为间隔,研究了残落物混合及改变添加频次后的 31d中,各处理在两种温度交替进行下的
呼吸速率动态变化。 从图 1 可知,各处理的呼吸速率在 25 益时高于 15 益,而在粉砂质壤土条件下高于黏壤
土。 杨树叶、小麦秸秆及二者混合物在不同温度和土壤下释放 CO2 速率的动态趋势是一致的,均在第 1 天达
最大值,随后下降,15 d后趋于稳定。 小麦秸秆在培养 1—5 d的呼吸速率小于杨树叶(P<0. 05),但呼吸速率
下降较杨树叶处理平缓,在 7—11 d,呼吸速率高于杨树叶(P<0. 05),培养后期,二者的差异逐渐变小。 杨树
1427摇 22 期 摇 摇 摇 王意锟摇 等:残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 摇
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叶鄄小麦秸秆混合物在培养 1—5 d的呼吸速率小于杨树叶(P<0. 05), 随着时间的推移,呼吸速率显著高于杨
树叶(P<0. 05),但在 15益时,这种规律不明显。 分 4 次添加杨树叶(P2)和分 4 次添加杨树叶鄄小麦秸秆混合
(P2鄄W)在 1—7 d 的呼吸速率较小,但第 8 天以后,由于不断补充的杨树叶,其呼吸速率显著高于其他处理
(P<0. 05),且在第 9、17、25 天时均会出现峰值。
图 1摇 不同残落物及添加频次对土壤呼吸速率的影响
Fig. 1摇 The respiration rate under different treatments
W小麦秸秆 wheat straw residue;P1 杨树叶 poplar leaf litter;P2 分 4 次添加杨树叶;P1鄄W杨树叶鄄小麦秸秆;P2鄄W分 4 次添加杨树叶鄄小麦秸
秆;CK对照
从表 2 可以看到,培养结束时,各处理在粉砂质壤土培养条件下的有机碳净矿化累积量均高于黏壤土
(P<0. 05),而 25 益时各处理的净矿化累积量均高于 15 益时(P<0. 05)。 25 益时, 5 种处理净矿化累积量在
两种土壤类型下均表现为:4 次添加杨树叶鄄小麦秸秆混合(P2鄄W)>4 次添加杨树叶(P2),杨树叶鄄小麦秸秆
混合(P1鄄W)>杨树叶(P1)>小麦秸秆(W)(P<0. 05)。 15 益时土壤呼吸速率较低,各处理净矿化累积量之间
差异较小。
2. 2摇 残落物组成及添加频次对土壤微生物量碳、氮的影响
由图 2 可知,培养结束时,添加残落物的 5 种处理在两种土壤类型下的微生物量碳、氮均高于对照(P<
0郾 05),但不同的残落物对土壤微生物的生物量的影响也有所不同。 杨树叶鄄小麦秸秆混合使土壤微生物量
碳、氮高于二者单一的处理(P<0. 05),且添加杨树叶的土壤微生物量碳、氮高于小麦秸秆处理(P<0. 05)。 虽
然添加的杨树叶总量相同,增多添加的频次使土壤微生物量碳、氮高于一次性添加的处理(P<0. 05)。 与一次
性添加杨树叶的处理相比,尽管未达到显著的差异(P>0. 05),分 4 次添加杨树叶使两种土壤的微生物 C / N
均出现下降的趋势,这说明改变添加的频次对土壤微生物的群落结构也存在一定的影响。
2427 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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表 2摇 培养结束时各处理的有机碳净矿化累积量 / (滋g CO2 鄄C / g soil)
Table 2摇 The net mineralization cumulation of carbon under different treatments
处理
Treatments
黏壤土 Clay loam
25 益 15 益
粉砂质壤土 Silty loam
25 益 15 益
W 1074. 66依58. 14d 550. 08依17. 34a 1211. 07依10. 76d 590. 45依16. 21c
P1 1235. 81依34. 37c 562. 45依16. 45a 1379. 38依35. 65c 616. 71依10. 68bc
P2 1341. 94依32. 62b 570. 70依17. 57a 1511. 55依56. 50b 651. 11依14. 95ab
P1鄄W 1316. 65依27. 02b 564. 62依 8. 59 a 1491. 81依10. 28b 627. 02依12. 71bc
P2鄄W 1411. 06依14. 05a 587. 84依43. 33a 1578. 62依33. 66a 666. 41依35. 83a
摇 摇 英文小写字母不同表示不同处理间差异显著(P < 0. 05); W小麦秸秆 wheat straw residue;P1 杨树叶 poplar leaf litter;P2 分 4 次添加杨树叶;
P1鄄W杨树叶鄄小麦秸秆;P2鄄W分 4 次添加杨树叶鄄小麦秸秆
图 2摇 不同残落物及添加频次对土壤微生物碳、氮的影响
Fig. 2摇 The soil microbial biomass carbon and nitrogen under different treatments
W小麦秸秆;P1 杨树叶;P2 分 4 次添加杨树叶;P1鄄W杨树叶鄄小麦秸秆;P2鄄W分 4 次添加杨树叶鄄小麦秸秆;CK对照,英文小写字母不同表
示各处理间差异显著(P < 0. 05)
2. 3摇 残落物组成及添加频次对矿质化氮的影响
从图 3 可知,培养结束时,各处理在粉砂质壤土条件下的矿质态氮含量均高于壤黏土(P<0. 05)。 与对照
相比,添加残落物后,黏壤土和粉砂质壤土的矿质态氮含量分别降低了 36. 67%—57. 02% ,30. 01%—
50郾 03% ,说明添加残落物对黏壤土矿质态氮含量的影响更大。 小麦秸秆处理的矿质态氮含量最小,而杨树叶
处理的矿质态氮含量较高。 与土壤微生物碳、氮的变化趋势正好相反,杨树叶鄄小麦秸秆混合处理的矿质态氮
含量小于二者单一的处理(P<0. 05)。
3摇 讨论
3. 1摇 残落物组成及添加频次对有机碳矿化的影响
土壤释放的 CO2 主要源于土壤微生物对有机碳的矿化,而温度在矿化过程中有着重要作用。 土壤微生
物有各自最适生长温度, 达到最适温度前, 微生物生长速率随温度升高而加快,土壤呼吸速率也随之提高,
25 益是最利于土壤微生物生存的[12鄄14],本试验也证实了这一点。 粉砂质壤土的有机碳矿化程度强于黏壤土,
这可能与土壤质地有关,黏壤土的黏粒含量较高,而黏性土壤中空气较少,好气性微生物活性会受到抑制,且
土壤黏粒具有保碳能力,其含量影响残落物的分解速率[15鄄16]。 Ladd 等[17]也发现,残落物在砂土中的分解速
率高于黏土。 此外,粉砂质壤土中的全 N、全 P、全 K含量均高于黏壤土,而土壤养分也会影响土壤微生物的
3427摇 22 期 摇 摇 摇 王意锟摇 等:残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 摇
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摇 图 3摇 不同残落物及添加频次对土壤矿质态氮的影响
Fig. 3摇 The contents of mineral nitrogen under different
treatments摇
W小麦秸秆;P1 杨树叶;P2 分 4 次添加杨树叶;P1鄄W 杨树叶鄄小
麦秸秆;P2鄄W分 4 次添加杨树叶鄄小麦秸秆;CK对照,英文小写字
母不同表示各处理间差异显著(P < 0. 05)
活性。
培养初期,混合残落物的土壤有机碳净矿化累积量
实测值和预测值之间差异不显著(P>0. 05,表 3),说明
混合物在培养初期对有机碳矿化的促进作用不明显,可
能是因为小麦秸秆的含 N 量尽管较低,但在初期仍可
满足土壤微生物对 N 的利用。 Sakala[18]等也发现,木
豆和玉米的残落物混合后在培养初期释放的 CO2 与二
者单一条件下相比没有显著差异,但 14d后单一处理分
解会明显慢于混合物。 培养结束后,两种土壤在 25益
时有机碳矿化累积量的实测值均高于预测值 ( P <
0郾 05),这是由于林木和农作物的残落物混合后在分解
过程中会产生交互效应,底物质量较高的一方可以将
N、P 等营养元素转移到质量差的一方当中[19],改善其
养分状况并促进其分解。 小麦秸秆中的 N含量低,C / N
达 90. 88,在培养中、后期,可利用的 N不足使土壤微生
物活性受到抑制,而小麦秸秆和杨树叶混合后 N 含量
提高,为微生物提供了充足的 N素,因此混合物的碳矿化表现为促进作用。 Zeng 等[11]也发现,将杨树和农作
物的残落物混合培养 49 d后,分解速率明显高于单一的处理,碳矿化累积量可高达 44. 7% 。
表 3摇 杨树叶鄄小麦秸秆混合处理的有机碳净矿化累积量(滋g CO2 鄄C / g soil)
Table 3摇 The net carbon mineralization cumulation under mixed residues of poplar leaf and wheat straw
处理
Treatments
培养初期(第 7 天)
Initial stage of the culture (7 th day)
实测值 Observed 预测值 Predicted
培养结束(第 31 天)
End stage of the culture (31 th day)
实测值 Observed 预测值 Predicted
黏壤土 25益 P1鄄W 564. 84依19. 65a 553. 44依24. 41a 1316. 65依27. 02a 1155. 23依44. 76b
Clay loam P2鄄W 356. 81依12. 81a 333. 26依18. 91a 1411. 07依14. 05a 1208. 29依41. 45b
黏壤土 15益 P1鄄W 248. 18依12. 73a 261. 42依17. 74a 564. 62依8. 59a 556. 27依14. 77a
Clay loam P2鄄W 152. 79依18. 27a 164. 19依10. 37a 587. 84依43. 34a 560. 39依9. 15a
粉砂质壤土 25益 P1鄄W 664. 57依5. 82a 658. 87依17. 73a 1491. 81依10. 28a 1295. 22依23. 02b
Silty loam P2鄄W 418. 99依13. 54a 401. 25依12. 66a 1578. 62依33. 66a 1361. 31依32. 49b
粉砂质壤土 15益 P1鄄W 286. 16依4. 62a 295. 66依11. 99a 627. 02依12. 71a 603. 58依7. 03b
Silty loam P2鄄W 191. 97依12. 73a 182. 85依8. 59a 666. 41依35. 84a 620. 78依15. 49a
摇 摇 英文小写字母不同表示实测值和预测值之间差异显著(P < 0. 05); P1鄄W杨树叶鄄小麦秸秆;P2鄄W分 4 次添加杨树叶鄄小麦秸秆
在添加杨树叶总量相同的前提下,分 4 次添加杨树叶后最终的有机碳净矿化累积量高于一次性添加的处
理(P<0. 05),说明改变添加频次有利于杨树叶的分解。 这是因为不同的分解阶段,土壤微生物的群落结构和
作用有所不同,且不断补充加入的有机化合物还有可能提高土壤中原有有机质的矿化[20]。 Duong 等[21]发现,
在培养中、后期,多次添加小麦秸秆对促进碳矿化的效果会明显减弱,这是因为他们实验中使用的小麦秸秆,
含 N量低,仅为 3. 6 g / kg,而 C / N高的秸秆会使微生物对 N产生固持作用,限制其向土壤中释放,降低了土壤
中有效 N含量。 这与本实验的结果有所不同,多次添加杨树叶并未出现矿化效果的减弱,可能是因为杨树叶
C / N小,对氮的固持时间短[22],也可能是培养时间较短(31 d),尚未出现效果减弱的现象。
3. 2摇 残落物组成及添加频次对土壤微生物量碳、氮的影响
土壤微生物量碳是土壤有机碳中最活跃、易变化的部分,是土壤中易于利用的养分库及有机物分解和 N
矿化的动力。 对照处理的土壤微生物量碳、氮均低于添加残落物的 5 种处理,这是因为 C 的缺乏是微生物繁
殖重要的抑制因子[23],而对照土壤没有得到 C 及 N、P 等元素的补充,微生物活性因此受到抑制。 本次试验
4427 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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发现,小麦秸秆和杨树叶混合物的土壤微生物量碳、氮高于二者单一处理,这是由于不同质地残落物的混合在
一起,增加了残落物的异质性,为土壤中不同微生物生长提供了其所需的不同代谢物质和环境,提高了土壤微
生物的多样性和生物量[24鄄25]。 增多杨树叶的添加频次使土壤微生物量碳、氮均高于一次添加的处理,这是因
为分解初期可溶性糖、淀粉等易利用的有机物使细菌迅速繁殖,而在中、后期,生长缓慢的真菌对木质素、纤维
素分解的作用更大[26鄄27]。 培养过程中,通过多次添加杨树叶的方式可以使土壤中易于利用的有机物始终保
持较高的含量,从而刺激土壤微生物的活性并改变其群落结构[21],有利于难分解物质的分解。
3. 3摇 残落物组成及添加频次对矿质化氮的影响
对照土壤矿质态氮含量高于添加残落物的各处理,这是因为对照土壤的呼吸速率尽管很低,但仍有部分
有机质分解,不断释放出矿质态氮,而加入残落物后,土壤微生物在利用残落物碳源的同时,会对土壤中原有
的矿质态氮产生固持作用[28],且矿质态氮固持量与残落物 C / N 呈显著的相关关系。 与土壤微生物氮的情况
相反,混合处理的矿质态氮含量显著小于单一处理(P<0. 05),说明矿质态氮是土壤微生物氮的主要来源。 王
春阳等[29]也发现,可能是因为混合残落物复杂的化学成分,多种残落物混合后土壤矿质态氮含量低于单种残
落物。 添加杨树叶处理的土壤矿质氮含量高于小麦秸秆处理,这是因为土壤微生物对矿质态氮的固持时间与
残落物的 C / N有关,C / N高的固持时间长,C / N小的固持时间短[22]。 杨树叶的 C / N较低,因此土壤微生物对
氮素的固持时间比小麦秸秆短,
4摇 结论
杨树叶鄄小麦秸秆混合物能促进有机碳的矿化,25 益和粉砂质壤土条件下促进作用更明显,且混合物土
壤微生物量碳、氮高于各自单一处理(P<0. 05);添加杨树叶总量相同的前提下,分 4 次添加杨树叶后的有机
碳矿化累积量和土壤微生物量碳、氮均高于一次添加的处理(P<0. 05);添加各残落物均降低了土壤矿质态氮
含量,这种现象在混合处理(P1鄄W,P2鄄W)中更为明显(P<0. 05)。
试验说明通过农作物秸杆和林木凋落物的混合及改变添加频次能有效促进残落物的分解,并能调节碳的
动态及氮的供应,对深入了解农林复合系统碳氮循环具有重要的现实意义。 今后应进一步研究农林复合系统
下不同农作物和树种搭配对凋落物分解的影响,并通过田间试验进行更深入的研究,为农林复合系统的结构
优化及可持续经营提供参考。
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6427 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 22 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The combined effects of elevated CO2 and elevated temperature on proliferation of cyanophage PP
NIU Xiaoying,CHENG Kai,RONG Qianqian,et al (6917)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009 CHEN Jun, WANG Yuhui (6925)………
Emergy and economic evaluations of two sewage treatment systems LI Min, ZHANG Xiaohong, LI Yuanwei, et al (6936)…………
Individual spatial pattern and spatial association of Stipa krylovii population in Alpine Degraded Grassland
ZHAO Chengzhang, REN Heng (6946)
……………………………
……………………………………………………………………………………………
Litter characteristics of nutrient and stoichiometry for Phyllostachys praecox over soil鄄surface mulching
LIU Yadi, FAN Shaohui, CAI Chunju, et al (6955)
………………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of leaf element concentrations of twelve nutrients in Acacia confusa and Leucaena glauca in secondary forests of
acid rain region in Fuzhou HAO Xinghua, HONG Wei, WU Chengzhen,et al (6964)……………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “Yuhualu冶 juicy peach orchard
KE Lei, SHI Xiaoli, ZOU Yunding, et al (6972)
………………………
…………………………………………………………………………………
Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling HU Tianyu, ZHOU Guangsheng,JIA Bingrui (6984)………………………
Soil nutrient characteristics under different vegetations in the windy and sandy region of northern Shaanxi
LI Wenbin, LI Xinping (6991)
……………………………
………………………………………………………………………………………………………
Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations
TANG Luozhong, GE Xiaomin, WU Lin, et al (7000)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the lower reaches of Heihe River,
Northwestern China YU Tengfei, FENG Qi, LIU Wei,et al (7009)………………………………………………………………
Effect of stem diameter at breast height on skewness of sap flow pattern and time lag
MEI Tingting, ZHAO Ping, NI Guangyan, et al (7018)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Invasion of exotic Ageratina adenophora Sprengel. alters soil physical and chemical characteristics and arbuscular mycorrhizal
fungus community YU Wenqing, LIU Wanxue, GUI Furong, et al (7027)………………………………………………………
Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong, ZHANG Lifu, CHEN Xiaoping, et al (7036)
……
……………………………………………………………………
Effects of snow pack removal on soil hydrolase enzyme activities in an alpine Abies faxoniana forest of western Sichuan
YANG Yulian, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (7045)
………………
………………………………………………………………………
Effects of different soil water treatments on photosynthetic characteristics and grain yield in rice
WANG Weixiao, LIU Xiaojun, TIAN Yongchao, et al (7053)
………………………………………
……………………………………………………………………
Growth characteristics, lignin degradation enzyme and genetic diversity of Fomes fomentarius by SRAP marker among populations
CAO Yu, XU Ye, WANG Qiuyu (7061)
…
……………………………………………………………………………………………
Effects of the invasion by Solidago canadensis L. on the community structure of soil animals
CHEN Wen, LI Tao, ZHENG Rongquan, et al (7072)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of intercropping on quality and yield of maize grain, microorganism quantity, and enzyme activities in soils
ZHANG Xiangqian,HUANG Guoqin, BIAN Xinmin, et al (7082)
…………………
…………………………………………………………………
Influence of mycorrhizal inoculation on competition between plant species and inorganic phosphate forms
ZHANG Yuting, ZHU Min, XIAN Yanxiangwa, et al (7091)
……………………………
………………………………………………………………………
The stable nitrogen isotope of size鄄fractioned plankton and its relationship with biomass during winter in Daya Bay
KE Zhixin, HUNG Liangmin, XU Jun, et al (7102)
…………………
………………………………………………………………………………
Dynamics of toxic and non鄄toxic Microcystis spp. during bloom in the large shallow hypereutrophic Lake Taihu
LI Daming, YE Linlin,YU Yang, et al (7109)
………………………
……………………………………………………………………………………
Activities of antioxidant enzymes and Zn鄄MT鄄like proteins induced in Chlorella vulgaris exposed to Zn2+
YANG Hong, HUANG Zhiyong (7117)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ecological footprint in fujian based on calculation methodology for the national footprint accounts
QIU Shoufeng, ZHU Yuan (7124)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………………
The comparison of CO2 emission accounting methods for energy use and mitigation strategy: a case study of China
YANG Xiai, CUI Shenghui, LIN Jianyi,et al (7135)
…………………
………………………………………………………………………………
Ecological damage assessment of jiaozhou bay reclamation based on habitat equivalency analysis LI Jingmei, LIU Tieying (7146)…
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai,LI Zengyuan,et al (7156)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Molecular basis for enhancement of plant drought tolerance by arbuscular mycorrhizal symbiosis: a mini鄄review
LI Tao, DU Juan, HAO Zhipeng, et al (7169)
………………………
……………………………………………………………………………………
A review of carbon cycling and sequestration in urban soils LUO Shanghua, MAO Qizheng, MA Keming, et al (7177)……………
overview on methods of deriving fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) using remote sensing
DONG Taifeng, MENG Jihua, WU Bingfang (7190)
………………
………………………………………………………………………………
Research progress on influencing of light attenuation and the associated environmental factors on the growth of submersed aquatic
vegetation WU Mingli, LI Xuyong (7202)…………………………………………………………………………………………
The framework of stoichiometry homeostasis in zooplankton elemental composition SU Qiang (7213)…………………………………
Scientific Note
Abundance and biomass of planktonic ciliates in the sea area around Zhangzi Island, Northern Yellow Sea in July and August
2010 YU Ying, ZHANG Wuchang, ZHANG Guangtao, et al (7220)……………………………………………………………
Research of wildlife resources sustainable development based on entropy method in China
YANG Xitao,ZHOU Xuehong,ZHANG Wei (7230)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry
systems WANG Yikun,FANG Shengzuo,TIAN Ye,et al (7239)……………………………………………………………………
Seasonal changes in microbial diversity in different cells of a wetland system constructed for municipal sewage treatment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, ZHANG Zhenni,et al (7247)
……………
………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究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;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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第 32 卷摇 第 22 期摇 (2012 年 11 月)
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