全 文 ：ISSN 1000-0933
CN 11-2031/Q
中国生态学学会 主办
出版
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ica.cn
生
态
学
报
中国科学院生态环境研究中心
第 31卷 第 13期 Vol.31 No.13 2011
生态学报
Acta Ecologica Sinica第三
十
一
卷
第
十
三
期
二
○
一
一
年
七
月
2011-13 2011.7.6, 4:59 PM1
　 　 　 　 　 生 态 学 报
　 　 　 　 　 　 　 (SHENGTAI XUEBAO)
　 　 第 31 卷 第 13 期　 　 2011 年 7 月　 (半月刊)
目　 　 次
我国东部北亚热带植物群落季相的时空变化 陈效逑,亓孝然,阿　 杉,等 (3559)………………………………
华北低丘山地人工林蒸散的季节变化及环境影响要素 黄　 辉,孟　 平,张劲松,等 (3569)……………………
东北东部 14 个温带树种树干呼吸的种内种间变异 许　 飞,王传宽,王兴昌 (3581)……………………………
RS和 GIS支持的洪河地区湿地生态健康评价 王一涵,周德民,孙永华 (3590)…………………………………
应用光合色素研究广西钦州湾丰水期浮游植物群落结构 蓝文陆,王晓辉,黎明民 (3601)……………………
基于不可替代性的青海省三江源地区保护区功能区划研究 曲　 艺,王秀磊,栾晓峰,等 (3609)………………
融雪时间对大卫马先蒿生长和繁殖特性的影响 陈文年,吴　 彦,吴　 宁,等 (3621)…………………………
巴郎山刺叶高山栎叶片 δ13C对海拔高度的响应 冯秋红,程瑞梅,史作民,等 (3629)…………………………
宁南半干旱与半干旱偏旱区苜蓿草地土壤水分与养分特征 任晶晶,李　 军,王学春,等 (3638)……………
南岭小坑藜蒴栲群落地上部分生物量分配规律 李　 根,周光益,王　 旭,等 (3650)……………………………
放牧对五台山高山、亚高山草甸牧草品质的影响 章异平,江　 源,刘全儒,等 (3659)…………………………
短期增温对贡嘎山峨眉冷杉幼苗生长及其 CNP化学计量学特征的影响
羊留冬,杨　 燕,王根绪,等 (3668)
………………………………………
……………………………………………………………………………
锰胁迫对垂序商陆叶片形态结构及叶绿体超微结构的影响 梁文斌,薛生国,沈吉红,等 (3677)………………
土荆芥挥发油对蚕豆根尖细胞的化感潜力 胡琬君,马丹炜,王亚男,等 (3684)…………………………………
喀斯特城市杨树人工林微量元素的生物循环 王新凯,田大伦,闫文德,等 (3691)………………………………
大兴安岭林区多孔菌的区系组成与种群结构 崔宝凯,余长军 (3700)……………………………………………
铜绿微囊藻和斜生栅藻非稳态营养盐限制条件下的生长竞争特性 赵晓东,潘　 江,李金页,等 (3710)………
陆地棉萌发至三叶期不同生育阶段耐盐特性 王俊娟,王德龙,樊伟莉,等 (3720)………………………………
基于模式生物秀丽隐杆线虫的三丁基锡生态毒性评价 王　 云,杨亚楠,简风雷,等 (3728)……………………
大庆油田石油开采对土壤线虫群落的影响 肖能文,谢德燕,王学霞,等 (3736)…………………………………
若尔盖高寒草甸退化对中小型土壤动物群落的影响 吴鹏飞,杨大星 (3745)……………………………………
洞庭湖湿地土壤环境及其对退田还湖方式的响应 刘　 娜,王克林,谢永宏,等 (3758)…………………………
渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟 张社红,李　 军,王学春,等 (3767)…………………………
黄土丘陵区不同土地利用下土壤释放 N2O潜力的影响因素 祁金花,黄懿梅,张　 宏,等 (3778)……………
东北中部地区水稻不同生育时期低温处理下生理变化及耐冷性比较 宋广树,孙忠富,孙　 蕾,等 (3788)……
硫对成熟期烤烟叶绿素荧光参数的影响 朱英华,屠乃美,肖汉乾,等 (3796)……………………………………
高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应
邱翠花,计玮玮,郭延平 (3802)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
覆膜对土壤-莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响 李丽丽,李非里,刘秋亚,等 (3811)………………………
基于空间分带的崇明东滩水鸟适宜生境的时空动态分析 范学忠,张利权,袁　 琳,等 (3820)…………………
驯鹿对苔藓植物的选择食用及其生境的物种多样性 冯　 超,白学良 (3830)……………………………………
北京城市绿地调蓄雨水径流功能及其价值评估 张　 彪,谢高地,薛　 康,等 (3839)……………………………
专论与综述
冻土甲烷循环微生物群落及其对全球变化的响应 倪永清,史学伟,郑晓吉,等 (3846)…………………………
哺乳动物毛被传热性能及其影响因素 郑　 雷,张　 伟,华　 彦 (3856)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 70． 00*1510*33*
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2011-07
封面图说: 滇金丝猴是我国特有的世界珍稀动物之一,属国家一级重点保护物种。 仅生活在滇藏交界处的高寒云冷杉林中,是
我国川、滇、黔三种金丝猴中唯一具有和人类一样美丽红唇的金丝猴。 手中的松萝是它最喜爱的食物之一。
彩图提供: 陈建伟教授　 国家林业局　 E-mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 13 期
2011 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 13
Jul. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2009CB119006); 国家自然科学基金项目(70803027); 中国水利水电研究院开放基金; 浙江
省教育厅项目(Y200908183)
收稿日期:2010鄄10鄄13; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄03
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: lifeili@ zjut. edu. cn
李丽丽,李非里,刘秋亚,白云明,汪志威,何岸飞,吴慧梅. 覆膜对土壤鄄莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响. 生态学报,2011,31 (13):
3811鄄3819.
Li L L, Li F L, Liu Q Y, Bai Y M, Wang Z W, He A F, Wu H M. Effect of plastic film mulching on the distribution and translocation of nitrogen in soil鄄
lettuce system. Acta Ecologica Sinica,2011,31(13):3811鄄3819.
覆膜对土壤鄄莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响
李丽丽,李非里*,刘秋亚,白云明,汪志威,何岸飞,吴慧梅
(浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江 杭州摇 310032)
摘要:覆膜种植作为全球广泛采用的农作物栽培方式,能改变土壤的水热生态效应,并影响元素的赋存状态。 采用野外栽培实
验,研究了覆膜对土壤鄄莴苣体系中氮素分布和植物吸收的规律。 相比于不覆膜方式,覆膜对土壤含水率、pH 值及脲酶活性的
影响不明显,但减少了 6. 0%的土壤有机质、10. 4%的硝态氮和 1. 3%的土壤全氮含量,增加了 6. 5%的土壤铵态氮。 单因素方
差分析表明,土壤有机质及土壤全氮含量的组间差异达到了显著性水平。 覆膜方式下,氮素生理群落微生物中反硝化细菌占生
理群落总数的 77. 8%—96. 2% ,氨化细菌、亚硝化细菌及硝化细菌各占 1. 8%—16. 5% 、0. 6%—5. 1%和 0. 4%—2. 8% 。 与不
覆膜相比,覆膜使氨化细菌平均值减少了 28. 2% ,亚硝化、硝化及反硝化细菌平均值分别增加了 119. 8% 、26. 7%和 48郾 7% 。 莴
苣植株中的全氮含量变化规律为叶片>茎部>根部。 覆膜使根部全氮含量降低了 2. 8% ,茎部与叶部则分别增加了 10郾 5%和
6郾 8% 。 覆膜使莴苣根部全氮的富集系数平均值降低了 1. 5% ,迁移系数 TF1(莴苣茎部和根部全氮的比值)和 TF2(莴苣叶部和
根部全氮的比值)平均值分别提高了 12. 5%和 9. 5% ,影响较小。 相关性分析表明,有机质与土壤全氮呈显著正相关(P<
0郾 05),而脲酶、铵态氮及无机氮三者与亚硝化细菌均呈显著负相关(P<0. 05)。
关键词:覆膜栽培;氮素;分布;迁移
Effect of plastic film mulching on the distribution and translocation of nitrogen in
soil鄄lettuce system
LI Lili, LI Feili*, LIU Qiuya, BAI Yunming, WANG Zhiwei, HE Anfei, WU Huimei
(College of Biological and Environmental Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032, China)
Abstract: Plastic film mulching (FM) is one of the commonly used agricultural practices worldwide in crop production. It
significantly alters soil hydrothermal properties and processes such as conserving soil moisture, modifying soil chemical and
physical environment, and affecting the forms of elements. Soil nitrogen plays an important role in providing necessary
nutrients for crops and thus enhancing crop productivity. Its forms and transport in soil鄄crop systems are expected to be
strongly influenced by FM. In this paper, field experiments were conducted during the winter of 2009—2010 to study the
effects of FM on soil physicochemical and microbial properties, and subsequently on the distribution and translocation of
nitrogen in a soil鄄lettuce system. The experimental plots were located in eastern China where it is typically rather moist in
winter. Lettuce was grown in the plot soil and sampled following a 50鄄day growth. Compared to unmulching (UFM), FM
had little influence on soil moisture, soil pH and urease. By comparison, FM decreased soil organic matter content by
6郾 0% , soil total nitrogen by 1. 3% and soil NO-3 鄄N by 10. 4% , respectively, while increased soil NH
+
4 鄄N by 6. 5% . The
one鄄way analysis of variation (ANOVA) showed that only soil organic matter and total nitrogen were significantly different
between FM and UFM. Other soil properties were not statistically different between the two practices. In FM treatment,
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denitrifier accounted for 77. 8—96. 2% of the total nitrogen physiological microorganisms, and ammonifier, nitrite bacteria
and nitrifier accounted for 1. 8—16. 5% , 0. 6—5. 1% and 0. 4—2. 8% , respectively. As such, FM decreased ammonifier
by 28. 2% and increased nitrite bacteria, nitrifier and denitrifier by 119. 8% , 26. 7% and 48. 7% , respectively, as
compared to UFM. In lettuce grown in the mulched soil, nitrogen was distributed the most in leaf while the least in root.
While FM decreased total nitrogen in root by 2. 8% , it increased total nitrogen in stem and leaf by 10. 5% and 6. 8% ,
respectively. This indicates that FM facilitated the translocation of nitrogen from root to above-ground parts.
The calculated bioaccumulation factor (BCF) of total nitrogen in root, which is expressed as the ratio of nitrogen in
lettuce root to that in soil, showed that FM decreased BCF by 1. 5% , indicating that FM treatment decreased the total
nitrogen in root. The average translocation factors TF1(TF of total nitrogen from root to stem)and TF2 (TF of total nitrogen
from root to leaf) were higher in FM treatment than in UFM treatment. Lower BCF may thus have resulted from higher
translocation factors in FM. However, the influences of FM on the BCF of total nitrogen in root and the TFs of total nitrogen
in root, stem and leaf of lettuce were statistically insignificant. This may be due to the abundance of moisture in the
experimental location that FM and UFM could not be significantly distinguished in terms of BCF and TFs. The correlation
analyses indicated that soil organic matter was positively significantly correlated(P<0. 05)with total nitrogen in soil, while
nitrite bacteria had a significant negative correlation(P<0. 05)with urease, NH+4 鄄N and inorganic nitrogen.
Key Words: film mulching; nitrogen; distribution; translocation
地膜覆盖是我国农业生产中广泛使用的一项设施技术。 覆膜可促使土壤理化性质和生物学性状发生一
定的变化,如提高土壤温度、保墒节水、稳定土壤环境、提高光和热利用效率等,从而改善土壤生态环境[1鄄3],
促进作物早熟和提高作物产量[4鄄6]。
氮素是植物发育和生长的必需养分,是许多化学肥料的重要成分。 土壤氮素转化是土壤与环境间氮素交
换的基础,其转化程度取决于土壤鄄植物系统性质、植物根系的分布状况、地下水向上迁移的距离等。 氮素转
化包括许多生物转化过程,其中同化、异化、氧化和还原占据重要地位,还包括铵的固定、释放、吸附和解吸、氨
的挥发、硝酸盐的淋失等化学过程。 在土壤中,氮素的矿化、生物固持和硝化等氮素内循环在氮素转化中具有
核心作用,直接影响土壤硝态氮和铵态氮的含量。 氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌等氮素生理
群落微生物的协调作用与土壤氮素的形成、积累和转化密切相关。
地膜覆盖可以显著增加土壤 NH+4 鄄N的含量,并使各个层次 NO-3 鄄N 含量都有所增加,有效地减少 NO-3 鄄N
的淋失[7鄄9],降低土壤有机质、氮素、有效磷的含量和脲酶的活性[10]。 高美英等[11]研究表明,覆膜可明显增加
各土层中氨化细菌和固氮细菌的数量;郭树凡等[12]的研究则表明,连续覆膜并不造成土壤氮素生理群落微生
物数量的明显变化,而且所产生的微弱影响没有持续性;而宋秋华等[13]的研究表明,覆膜对土壤氮素生理群
落微生物的影响没有一定的规律性。 以上研究均多限于土壤,文献中较少涉及覆膜对土壤氮素微生物的作用
进而影响作物体内氮素的分布和变化。 同时上述研究者结论也并不一致,这说明覆膜对氮素分布及其生理群
落的影响是一个复杂的过程。 要全面了解该过程,还需要在不同地域、蔬菜品种间进行更多对比的研究。
据此,本论文通过田间试验,测定了地膜覆盖对土壤理化性质和氮素生理群落微生物的影响,进而研究了
氮素在土壤和植物中的分布及其相互关系。 实验以浙江省富阳市的覆膜土壤为研究对象,不覆膜土壤为对
照,以莴苣为供试植物样品,研究了覆膜条件下莴苣及其根系周围土壤中氮素的分布和迁移特征。 研究覆膜
对氮素在土壤和作物体内的分布特征对维护土壤环境质量、保障食品安全、建立健康、稳定、可持续发展的人
类生存环境具有深远的生态和社会意义,同时对降低农业生产成本、提高农民收益具有现实的生产意义。
1摇 材料与方法
1. 1摇 供试材料和试验设计
田间试验于 2009 年 12 月在浙江省富阳市湖后头村(29毅44忆—30毅12忆N, 119毅25忆—120毅09忆E)进行。 供试
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土壤为红黄壤土,质地为黏重而成酸性。
耕作前,先将土壤充分耕耘,然后播撒莴苣种子于试验田里,一组采用覆膜种植,另一组不覆膜作为对照,
每组种植约 30 颗莴苣,控制其他种植条件完全相同。 50 d 后采集 2 块地上长势优良并相近的整株莴苣以及
根系周围土壤各 5 份,采样深度 10 cm。
1. 2摇 样品采集和预处理
剔除新鲜土壤中的细小根系物及石块,土壤样品取部分放置于冰箱中保存(新鲜土壤用来测量土壤中的
氮素生理群落微生物),余下部分自然风干后用四分法缩分至 150 g 左右,然后用玛瑙研钵磨细,过 100 目不
锈钢筛,封存、备用。
莴苣植株样品采回实验室后立即用自来水反复冲洗,再用去离子水冲洗 3—5 遍,吸去水分晾干,尽快测
量植物样品的鲜重和根重。 将植物样品的根、茎、叶分开,沿根轴处将根和茎剪开,于鼓风干燥箱中 90—95 益
杀青 30 min,在 65—70 益下烘干,研磨、过 40 目不锈钢筛,封存、备用。
1. 3摇 测定方法
土壤含水率采用 105 益烘至恒重的方法测定;土壤有机质测定采用重铬酸钾氧化稀释热法;土壤 pH 值
采用 pH计测定;m(土) 颐v(水)= 1 颐2. 5。 土壤氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌采用最大或然法
测定;土壤脲酶采用靛酚蓝比色法。 土壤和植物全氮采用凯式定氮法;土壤铵态氮采用靛酚蓝比色法;土壤硝
态氮采用酚二磺酸比色法;土壤无机氮含量即为硝态氮和铵态氮之和。
1. 4摇 数据分析方法
数据经过 Microsoft Excel(Office XP)程序进行整理,数据的变异性和方差分析采用 SPSS 10 ( SPSS,
Chicago, USA)程序进行处理,绘图由 Excel完成。
2摇 研究结果
2. 1摇 地膜覆盖对土壤理化性质的影响
覆膜土壤和不覆膜土壤的理化性质见表 1。 覆膜种植方式下土壤的含水率、pH 值、有机质含量的平均值
分别为 23. 7% ,4. 6,39. 1 g / kg,不覆膜土壤的分别为 23. 2% ,4. 7, 41. 6 g / kg。 各项理化性质的组内误差均在
5%以内,在允许的范围内。
由此可知,覆膜土壤含水率的平均值比不覆膜的增加了 2. 2% ,而 pH 值、有机质的平均值分别比不覆膜
的降低了 2. 1% 、6. 0% (表 1)。 单因素方差分析表明,两种地块中土壤有机质含量的差异也达到了极显著水
平(P<0. 01)。
表 1摇 试验地块土壤的理化性质
Table 1摇 Physicochemical properties of soil samples
土壤
Soil
统计量
Statistics
含水率
Water content / %
pH值(水 颐土=1 颐2. 5)
(water 颐soil =1 颐2. 5)
有机质
Organic matter / (g / kg)
覆膜 Covered 最大值 24. 4 4. 7 40. 2
最小值 22. 8 4. 5 38. 3
平均值 23. 7 4. 6 39. 1
标准差 0. 6 0. 1 0. 8
不覆膜 Uncovered 最大值 23. 9 4. 7 42. 3
最小值 21. 8 4. 6 40. 9
平均值 23. 2 4. 7 41. 6
标准差 0. 8 0. 1 0. 5
覆膜土壤的含水率比不覆膜的略高,说明地膜覆盖有保墒节水的作用,这与其他学者的研究相
符[1, 10, 14],只是此处地膜覆盖保墒节水的作用并不明显。 土壤 pH 值主要受土壤氧化还原电位、土壤颗粒和
土壤空气中 CO2浓度的影响。 地膜覆盖后,土壤温度升高、水分适宜、土壤微生物活性增强、有机物质分解加
3183摇 13 期 摇 摇 摇 李丽丽摇 等:覆膜对土壤鄄莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响 摇
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快、土壤中 CO2浓度增高。 这些可能是导致土壤 pH值下降的主要原因,本研究的结果也与其他学者的结果基
本相符[15鄄16]。 但本实验中,覆膜土壤 pH值的降低并不显著,分析其原因有二:一是不覆膜土壤可能受到了浙
江地区酸雨的影响使得土壤 pH 有所下降;二是覆膜土壤中有机质含量并不高,限制了微生物对有机质的厌
氧发酵作用,减缓了覆膜对土壤的酸化作用。
覆膜后,土壤温度增高,水分增多,微生物活性提高,导致土壤有机质分解加快,这也与其他学者研究的结
果相符[10, 15, 17],但所测数值比汪景宽等[18]、李永山等[19]的结果高。
2. 2 摇 地膜覆盖对土壤氮素生理群落微生物组成及脲酶的影响
土壤中氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌等氮素生理群落微生物的协调作用与土壤氮素的
形成、积累和转化密切相关。 同时,微生物又受土壤温度和湿度等环境因素的影响。 其中,氨化细菌的数量直
接反映氨化作用的强度。 硝化过程由硝化细菌和亚硝化细菌共同完成,硝化细菌数量的多少反映了土壤硝态
氮的供应情况,而亚硝化细菌的硝化作用是决定反应速率的阶段,控制硝化作用的整个过程;反硝化细菌在一
定条件下会造成土壤氮素的损失,因此其数量多少会影响土壤的肥力状况。
脲酶是一种促进含氮有机物水解的酶,能专一性地水解氮素,同时释放氨和二氧化碳。 在脲酶作用下,尿
素被分解为植物可利用的物质,从而提高土壤肥力。 脲酶在土壤氮循环和转化过程中起着重要的作用,土壤
中许多生物化学过程都在脲酶的参与下完成,是土壤中各种生化反应的直接参与者,是土壤新陈代谢的催
化剂。
覆膜与不覆膜方式下的土壤氮素生理群落微生物数量见表 2。 覆膜下土壤氨化细菌、亚硝化细菌、硝化
细菌、反硝化细菌的数量平均值分别为 398、178、76、5. 8伊103MPN / g;不覆膜土壤的分别为 554、81、60、3. 9伊
103MPN / g。 结果表明,两种种植方式下,氮素生理群落微生物中反硝化细菌占优势,其次是氨化细菌和亚硝
化细菌,硝化细菌数量最少。 覆膜方式下,亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌的平均值比不覆膜的分别高
119. 8% 、26. 7% 、48. 7% ,该结论与宋秋华等[20]的研究结果相一致。 但是土壤氨化细菌比不覆膜的低了
28郾 2% ,这可能是本试验中覆膜土壤有机质的减少,氨化细菌参加氨化作用的底物减少所致。
表 2摇 覆膜对土壤氮素生理群落微生物数量及脲酶数量的影响
Table 2摇 Influence of plastic film mulching on the numbers of nitrogen physiological groups and urease
土壤 Soil 样品 Sample
氨化菌
Ammonifier
/ (MPN / g)
亚硝化菌
Nitrite bacteria
/ (MPN / g)
硝化菌
Nitrifier
/ (MPN / g)
反硝化菌
Denitrifier
(伊103MPN / g)
脲酶
Urease
/ (mg / g)
覆膜 FM1 149 78 78 7. 8 0. 85
Covered FM2 455 260 145 7. 8 0. 67
FM3 457 78 78 2. 2 0. 75
FM4 217 21 39 3. 3 0. 88
FM5 709 451 39 7. 7 0. 60
平均值 398 178 76 5. 8 0. 75
标准差 223 178 43 2. 8 0. 12
不覆膜 BFM1 232 49 78 4. 6 0. 64
Uncovered BFM2 766 32 38 1. 7 0. 77
BFM3 217 33 79 3. 9 0. 81
BFM4 777 78 65 7. 8 0. 74
BFM5 781 215 39 1. 7 0. 70
平均值 554 81 60 3. 9 0. 73
标准差 302 77 20 2. 5 0. 07
以上结果与文献报道的存在一定的差异。 例如,高美英等[11]在山西试验地的研究表明,覆膜在一定程度
上改变了土壤通气状况,降低了氧气供给,提高了二氧化碳含量,因此增加了土壤氨化细菌的数量。 郭树凡
等[12]在沈阳农业大学试验地的研究表明,氨化细菌数量最多,反硝化细菌次之,硝化细菌最少;覆膜后,高肥
土壤中氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量都有明显增加。 宋秋华等[20]在甘肃省定西县的研究表明,在丰
4183 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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水的 1999 年和干旱的 2000 年,氮素生理群落细菌数量的变化是不同的,相比于不覆膜,在丰水年,覆膜仅增
加了氨化细菌和反硝化细菌的数量,在干旱年覆膜均增加了氮素生理群落微生物的数量。 这些研究工作均于
相对干燥地区进行,覆膜与否会对土壤含水量产生为明显的影响,进而不同程度地以不同方式影响土壤氮素
生理群落微生物。 本文得到的覆膜对土壤氮素生理群落细菌的影响不显著的结果可能缘于研究地点位于浙
江,降水频繁,因此地膜的保墒节水的作用不显著。
覆膜后,脲酶含量相差不大,比不覆膜土壤略增加了 2. 7% (表 2)。 而杜社妮等[10]、汪景宽等[21]等的研
究表明,覆膜后土壤的温度和水分含量增加、pH值下降,使土壤中尿素浓度降低,从而抑制了脲酶的活性。 这
与本实验得出的结果并不一致,笔者认为其原因在 2. 1 节中覆膜对土壤 pH值的影响中相似,此处不再重复。
2. 3摇 地膜覆盖对土壤氮素含量的影响
覆膜和不覆膜种植方式下土壤各氮素的含量见图 1。 覆膜和不覆膜土壤的全氮平均值分别为 0. 224%和
0. 227% ,覆膜使土壤全氮含量降低,差异达到显著性水平(P<0. 05) (图 1)。 这与其他学者的研究结果相
符[17, 22]。 主要是由于:(1)覆膜后作物产量明显提高,摄取较多的氮素;(2)覆膜使地温升高、水分增多、土壤
有机氮矿化增强,氮素损失随之增加;(3)覆膜使土壤有机质减少,导致全氮减少,两者呈显著正相关(表 4)。
铵态氮是作物可利用氮素形态之一。 覆膜和不覆膜土壤的铵态氮平均值分别为 68. 9 mg / kg和 64. 7 mg /
kg(图 1)。 覆膜使土壤铵态氮含量的平均值增加了 6. 5% ,但两地块中铵态氮含量的差异未达到显著性水平。
0.20
0.21
0.22
0.23
0.24
0
50
100
150
无机氮覆膜 Covered 不覆膜 Uncovered 铵态氮 硝态氮Inorganic N NH4+-N NO3-N
覆膜
不覆膜
全氮
Tota
l nitr
ogen
/%
土壤
中的
氮
Nitro
gen i
n soi
l/(mg
/kg)
图 1摇 覆膜对土壤中全氮、无机氮、铵态氮及硝态氮含量的影响
Fig. 1摇 Influence of plastic film mulching on the levels of Total N, Inorganic N, NH+4 鄄N, and NO-3 鄄N
无机氮为硝态氮和铵态氮之和
硝态氮是作物可利用氮素的主要形态。 由于土壤中 NO-3 鄄N 容易淋失而造成地下水污染,因此引起广泛
重视。 覆膜和不覆膜土壤的硝态氮平均值分别为 20. 6 mg / kg 和 23. 0 mg / kg,均低于铵态氮含量(图 1)。 覆
膜使土壤的硝态氮含量平均值降低了 10. 4% 。 土壤中硝态氮的浓度取决于硝化作用和反硝化作用的强度,
本研究中覆膜对反硝化细菌数量的增加大于硝化细菌。 因此土壤中的反硝化作用也强于硝化作用,导致硝态
氮含量有所降低。 但两地块中硝态氮含量的差异仍未达到显著性水平,这可能是由于土壤本身不均匀,或者
是本次实验采样数偏少所致,为了减少这类情况,今后的研究中可适当地增加采样数量。
无机氮即铵态氮与硝态氮之和,覆膜和不覆膜土壤中的平均值分别为 89. 5 mg / kg 和 87. 7 mg / kg。 总体
来说,尽管仅占全氮的 1%—5%,土壤无机氮却是植物吸收氮素的主要形态。 土壤无机氮的含量随季节变
化,同时受通气性、温度、湿度、微生物活性及 pH值等土壤因素影响。 本文测得的土壤无机氮在 43. 2—130. 5
mg / kg范围内,其中铵态氮占 60. 3%—84. 2% ,说明土壤无机氮主要以铵态氮为主。
理论上,覆膜种植条件能够改善土壤水分和温度条件,导致土壤氮素矿化作用和硝化作用加强,能增加土
壤中硝态氮[7鄄9, 18, 23]和铵态氮[7, 19]的含量。 本实验中,覆膜种植对土壤的保墒节水作用不存在显著影响,因
此氮素生理群落微生物数量的变化不大,土壤的矿化、硝化作用无明显变化,从而覆膜种植对土壤中铵态氮和
硝态氮不产生的显著的影响。
5183摇 13 期 摇 摇 摇 李丽丽摇 等:覆膜对土壤鄄莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响 摇
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2. 4摇 地膜覆盖条件下植物氮素的含量与分布特征
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
叶 Leaf 茎 Stem 根 Root
覆膜
不覆膜
植株
全氮
Tota
l nitr
ogen
in pl
ant/%
图 2摇 覆膜对莴苣根、茎、叶部位全氮含量的影响
摇 Fig. 2摇 Influence of plastic film mulching on the content of total
N in roots, stems and leaves
覆膜和不覆膜种植条件下莴苣各部位中的全氮含
量平均值均依下列次序增加:根部,茎部,叶部(图 2),
增幅为 1. 1—2. 0 倍,与黄银晓等[24]等的研究结果相一
致。 覆膜与不覆膜相比,全氮含量根部降低了 2. 8% ,
茎部与叶部分别升高了 10. 5%和 6. 8% ,但差异均未达
到显著性水平。 根、茎、叶中全氮含量相差不大,可归结
为下列两方面:(1)地膜覆盖后田间水分充足,土壤中
无机氮含量不占优势,且根系活力和土壤反硝化细菌数
量较高;(2)施入的氮肥和有机氮矿化产物有相当一部
分最终以矿质氮形式残留在土壤中,是土壤中可浸取态
矿质氮的主体,而被吸收的氮仅占一小部分。 因此,尽
管覆膜对硝态氮或铵态氮有一定的影响,但对植物的全
氮含量影响甚微。
3摇 讨论
3. 1摇 地膜覆盖对植物氮素分布迁移特征的影响
3. 1. 1摇 地膜覆盖对植物氮素分布特征的影响
富集系数(bioaccumulation coefficient,BCF)又称吸收系数,是指作物体某部位某一元素的浓度与土壤中
该元素浓度之比,可比较不同元素间的分布和迁移差异。 莴苣中元素氮的 BCF表示式如下:
BCF根=莴苣根中全氮含量 /土壤中全氮含量
由表 3 可见,覆膜及不覆膜种植方式下,莴苣根部氮的富集系数平均值分别为 7. 1 和 7. 2,即覆膜使莴苣
根部全氮的 BCF平均值下降了 1. 5% ,但未达到显著性差异。 因此,覆膜种植方式对莴苣根部氮素富集的影
响很小。
覆膜种植方式下莴苣根部全氮 BCF 的大小并不代表覆膜种植下莴苣对氮素利用率高低。 事实上,长期
的地膜覆盖能够改变土壤的水热状况,减少土壤全氮的含量(图 1),加速 NH+4 鄄N 和 NO-3 鄄N 的释放,有利于作
物对土壤氮素的吸收[25],从而加速氮素从根部向茎叶部的迁移。 这也是植株根部氮素最少的原因。
表 3摇 土壤鄄莴苣体系中的全氮富集系数和迁移系数(TF)
摇 摇 Table 3摇 Influence of cultivation patterns on (BCF) value of total N
from soil鄄lettuc system
土壤
Soil
统计量
Statistic
BCF根
BCF in root TF1 TF2
覆膜 最大值 8. 0 2. 0 2. 9
Covered 最小值 6. 4 1. 5 2. 0
平均值 7. 1 1. 8 2. 3
标准差 0. 7 2. 0 0. 4
不覆膜 最大值 8. 0 1. 8 2. 2
Uncovered 最小值 6. 0 1. 2 1. 9
平均值 7. 2 1. 6 2. 1
标准差 0. 9 0. 2 0. 2
摇 摇 摇 摇 BCF根:表示全氮在根中的富集系数;TF1:全氮从根向茎的迁移
系数;TF2:全氮从根向叶的迁移系数
3. 1. 2摇 地膜覆盖对植物氮素迁移特征的影响
迁移系数( translocation factor,TF)是地上部元素
的含量与地下部同种元素含量的比值,用来评价植物
将元素从根向茎或者叶运输和富集的能力。 迁移系
数越大,表明此元素从根系向地上器官转运的能力越
强。 元素氮的迁移系数的公式表示如下:
TF1 =莴苣茎中全氮含量 /莴苣根中全氮含量
TF2 =莴苣叶中全氮含量 /莴苣根中全氮含量
由表 3 可见,覆膜种植方式下,莴苣中全氮从根
向茎、根向叶的迁移系数平均值分别为 1. 8 和 2. 3,不
覆膜种植方式下相应的迁移系数平均值分别为 1. 6
和 2. 1,即覆膜使 TF1 和 TF2 平均值分别提高了
12郾 5%和 9. 5% 。 覆膜增强莴苣的蒸腾作用,促进全
氮从根部向茎部、叶部迁移的能力,从而导致根部氮
素减少。 但 TF值均未达到显著性差异,说明覆膜对莴苣氮素迁移系数的影响较小。
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3. 2摇 相关性分析
对各个土壤特性参数、土壤微生物氮素生理群组成、土壤脲酶活性、土壤及植物中不同氮素形态以及根、
茎、叶中的富集系数作相关性分析(表 4)。 结果表明,土壤含水率与土壤硝态氮呈显著正相关(P < 0. 05),降
雨、灌溉和施肥是影响土壤中硝态氮迁移的主要因素。 当土壤水分蒸发时,硝态氮随水分向上迁移;反之,当
土壤灌溉或受雨水淋溶时,硝态氮随之向下渗透。 硝态氮在水平方向的运移同样与土壤水分有关,其水平运
移速率随土壤含水量的增加而增大,但水平运移浓度随含水量的增加而减小。
土壤有机质与全氮量呈显著正相关(表 4)。 土壤有机质一般含氮 5%左右[26],且绝大部分分布在表层土
壤中。 氮素中,95%以上为有机态,因此土壤全氮含量的变化取决于有机质含量的变化,即取决于土壤有机质
积累和分解的相对速率。 土壤水分状况和质地是影响有机质和氮素含量的两个重要因素。 水分过多,有机质
分解速率降低。 质地黏重,不但通气性差,微生物和酶活动受到抑制,且有机质受到粘粒的保护而降低可给
性。 因此,排水不良或质地黏重的土壤有机质和氮素含量常较排水良好或质地轻而粗的土壤多。 我们的土壤
分析结果与此结论相符。
土壤亚硝化细菌将氨氧化为亚硝酸盐,是整个硝化作用的限速步骤,因此铵态氮与亚硝化细菌呈显著相
关(表 4)。 土壤脲酶直接参与土壤中含氮有机化合物的转化。 鉴于其专一性,脲酶仅能水解尿素生成氨[27],
成为硝化反应的反应物。 理论上,脲酶活性增强,能提供更多的氨参与硝化反应,从而提高亚硝化细菌活性。
实验得出的脲酶与亚硝化细菌呈显著负相关(表 4)的结果可能与土壤温度等其它理化性质有关,也可能与氨
化细菌、硝化细菌、反硝化细菌等之间的相互作用相关。
表 4摇 莴苣的相关性分析
Table 4摇 Correlation analysis of Lettuce
相关项
Contiguous item
相关系数
Correlation coefficient
显著性水平
Significant difference
土壤含水率与土壤 NO-3 鄄N 0. 639 <0. 05
有机质与土壤全氮 0. 632 <0. 05
脲酶与土壤亚硝化细菌 -0. 718 <0. 05
土壤 NH+4 鄄N与亚硝化细菌 -0. 719 <0. 05
土壤无机氮与亚硝化细菌 -0. 730 <0. 05
4摇 结论
与不覆膜种植方式相比,覆膜种植方式对土壤含水率、pH 值及脲酶活性的影响不明显。 覆膜后,有机质
含量的平均值减少了 6. 0% 。 土壤无机氮中铵态氮含量高于硝态氮含量;覆膜方式降低了 1. 3%的土壤全氮
的含量。 其中,覆膜使铵态氮含量的平均值增加了 6. 5% ,硝态氮减少了 10. 4% 。 单因素方差分析表明,覆膜
种植和不覆膜种植的土壤有机质及全氮含量的差异达到显著性水平。
两种种植方式下,氮素生理群微生物的组成情况均以反硝化细菌占优势,其次是氨化细菌和亚硝化细菌,
硝化细菌数量最少。 覆膜种植方式下,反硝化细菌占氮素生理群总数的 77. 8%—96. 2% ,氨化细菌、亚硝化
细菌及硝化细菌占氮素生理群总数的 1. 8%—16. 5% 、0. 6%—5. 1% 、0. 4%—2. 8% 。 覆膜种植方式使氨化
细菌的平均值减少了 28. 2% ,亚硝化、硝化及反硝化的平均值分别增加了 119. 8% 、26. 7% 、48. 7% 。
无论是覆膜还是不覆膜,莴苣植株的全氮主要分布在叶片,其次是茎部,而在根部分布相对较少。 覆膜种
植方式下莴苣不同部位全氮含量的平均值与不覆膜的相比,根部降低了 2. 8% ,茎部与叶部分别升高了
10郾 5%和 6. 8% 。
覆膜种植方式对莴苣根部的富集系数及根部、茎部、叶片的迁移系数的影响较小。 覆膜种植方式下莴苣
根部全氮的富集系数(BCF)平均值比不覆膜的减少了 1. 5% 。 覆膜使 TF1(全氮从莴苣根部向茎部的迁移系
数)和 TF2(全氮从莴苣根部向叶部的迁移系数)平均值分别提高了 12. 5%和 9. 5% 。 相关性分析表明,有机
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质与土壤全氮呈显著正相关(P<0. 05),而脲酶、铵态氮及无机氮三者与亚硝化细菌均呈显著负相关(P<
0郾 05)。
由于本实验点位于降水频繁的浙江,且试验中莴苣种植时间较为短暂,覆膜种植方式对土壤鄄莴苣体系中
氮素分布和迁移特征的影响不明显。
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9183摇 13 期 摇 摇 摇 李丽丽摇 等:覆膜对土壤鄄莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 13 July,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Spatiotemporal variation of plant community aspections in the north-subtropical zone of eastern China
CHEN Xiaoqiu, QI Xiaoran, A Shan, et al (3559)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Seasonal variations and environmental control impacts of evapotranspiration in a hilly plantation in the mountain areas of North
China HUANG Hui, MENG Ping, ZHANG Jinsong, et al (3569)…………………………………………………………………
Intra- and inter-specific variations in stem respiration for 14 temperate tree species in northeastern China
XU Fei,WANG Chuankuan, WANG Xingchang (3581)
……………………………
……………………………………………………………………………
Assessment of the ecological health of wetlands in Honghe supported by RS and GIS techniques
WANG Yihan,ZHOU Demin,SUN Yonghua (3590)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Phytoplankton community structure in Qinzhou Bay during flood season by analysis of HPLC photosynthetic pigment signatures
LAN Wenlu, WANG Xiaohui, LI Mingmin (3601)
………
…………………………………………………………………………………
Irreplaceability-based function zoning of nature reserves in the Three Rivers Headwater Region of Qinghai Province
QU Yi, WANG Xiulei, LUAN Xiaofeng, et al (3609)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of snowmelt timing on individual growth and reproduction of Pedicularis davidii var. pentodon on the eastern Tibetan
Plateau CHEN Wennian, WU Yan, WU Ning, et al (3621)………………………………………………………………………
Response of foliar δ13C of Quercus spinosa to altitudinal gradients FENG Qiuhong, CHENG Ruimei, SHI Zuomin, et al (3629)……
Soil water and nutrient characteristics of alfalfa grasslands at semi-arid and semi-arid prone to drought areas in southern Ningxia
REN Jingjing, LI Jun, WANG Xuechun, et al (3638)
……
……………………………………………………………………………
Aboveground biomass of natural Castanopsis fissa community at the Xiaokeng of NanLing Mountain, Southern China
LI Gen, ZHOU Guangyi, WANG Xu, et al (3650)
…………………
…………………………………………………………………………………
Impacts of grazing on herbage quality of the alpine and subalpine meadows within Wutai Mountain
ZHANG Yiping, JIANG Yuan, LIU Quanru, et al (3659)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Short-term effects of warming on growth and stoichiometrical characteristics of Abies fabiri (Mast. ) Craib seedling in Gongga
mountain YANG Liudong, YANG Yan, WANG Genxu, et al (3668)……………………………………………………………
Manganese stress on morphological structures of leaf and ultrastructures of chloroplast of a manganese hyperaccumulator,
Phytolacca americana LIANG Wenbin, XUE Shengguo, SHEN Jihong, et al (3677)……………………………………………
Allelopathicpotential of volatile oil from Chenopodium ambrosioides L. on root tip cells of Vicia faba
HU Wanjun, MA Danwei, WANG Yanan, et al (3684)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Contents and cycling of microelements in Karst urban poplar plantations WANG Xinkai,TIAN Dalun,YAN Wende, et al (3691)……
Fungal flora and population structure of polypores in the Great Xingan Mountains CUI Baokai,YU Changjun (3700)…………………
Growth competition characteristics of Microcystis aeruginosa Kutz and Scenedesmus obliquus (Turp. ) Kutz under non-steady-state
nutrient limitation ZHAO Xiaodong, PAN Jiang, LI Jinye, et al (3710)…………………………………………………………
The characters of salt-tolerance at different growth stages in cotton WANG Junjuan, WANG Delong, FAN Weili, et al (3720)……
Assessment of tributyltin ecotoxicity using a model animal nematode Caenorhabditis elegans
WANG Yun, YANG Yanan, JIAN Fenglei, et al (3728)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Effectof oil exploitation on soil nematode communities in Daqing Oilfield
XIAO Nengwen, XIE Deyan, WANG Xuexia, et al (3736)
………………………………………………………………
………………………………………………………………………
Effect ofhabitat degradation on soil meso- and microfaunal communities in the Zoigê Alpine Meadow, Qinghai-Tibetan Plateau
WU Pengfei, YANG Daxing (3745)
………
…………………………………………………………………………………………………
Characteristics of the soil environment of Dongting Lake wetlands and its response to the converting farmland to lake project
LIU Na, WANG Kelin, XIE Yonghong, et al (3758)
…………
………………………………………………………………………………
Modeling the changes of yield and deep soil water in apple orchards in Weibei rainfed highland
ZHANG Shehong, LI Jun, WANG Xuechun, et al (3767)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Potential soil N2O emissions and its controlling factors under different land use patterns on hilly-gully loess plateau
QI Jinhua, HUANG Yimei, ZHANG Hong, et al (3778)
…………………
…………………………………………………………………………
Comparison between physiological properties and cold tolerance under low temperature treatment during different growing stages
of rice in northeast
central region of China SONG Guangshu, SUN Zhongfu, SUN Lei, et al (3788)………………………………………………………
Effect of sulfur on chlorophyll fluorescence of flue-cured tobacco at maturation stage
ZHU Yinghua,TU Naimei, XIAO Hanqian, et al (3796)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of high temperature and strong light on chlorophyll fluorescence, the D1 protein, and Deg1 protease in Satsuma mandarin,
and the protective role of salicylic acid QIU Cuihua, JI Weiwei, GUO Yanping (3802)…………………………………………
Effect of plastic film mulching on the distribution and translocation of nitrogen in soil-lettuce system
LI Lili, LI Feili, LIU Qiuya, et al (3811)
…………………………………
…………………………………………………………………………………………
An analysis on spatio-temporal dynamics of suitable habitats for waterbirds based on spatial zonation at Chongming Dongtan,
Shanghai FAN Xuezhong, ZHANG Liquan, YUAN Lin, et al (3820)……………………………………………………………
The bryophyte consumed by reindeers and species diversity of bryophyte in reindeer habitats FENG Chao, BAI Xueliang (3830)……
Evaluation of rainwater runoff storage by urban green spaces in Beijing ZHANG Biao, XIE Gaodi, XUE Kang, et al (3839)………
Review and Monograph
Advances in methane-cycling microbial communities of permafrost and their response to global change
NI Yongqing,SHI Xuewei, ZHENG Xiaoji, et al (3846)
………………………………
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Heat transfer property of mammal pelage and its influencing factors ZHENG Lei, ZHANG Wei, HUA Yan (3856)…………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊★
(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
　 ★《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． 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
　 　 编辑部主任　 孔红梅　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 执行编辑　 刘天星　 段　 靖
生　 态　 学　 报
(SHENGTAI　 XUEBAO)
(半月刊　 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷　 第 13 期　 (2011 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
　
(Semimonthly,Started in 1981)
　
Vol． 31　 No． 13　 2011
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