全 文 ：植物营养与肥料学报 ２０１６，２２（３）：６９７－７０６ ｄｏｉ牶１０１１６７４／ｚｗｙｆ．１５００６
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｈｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｌａｎｔｎｕｔｒｉｆｅｒｔ．ｏｒｇ
收稿日期：２０１５－０１－０５ 接受日期：２０１５－０３－２７ 网络出版日期：２０１５－０９－２９
基金项目：国家自然科学基金项目（３１４７０６２６）；浙江省科技厅重点项目（２０１１Ｃ１２０１９）；浙江省重点科技创新团队项目（２０１０Ｒ５００３０）资助。
作者简介：肖永恒（１９９０—），男，山东潍坊人，硕士研究生，主要从事森林生态系统碳循环与固碳减排方面的研究。
Ｅｍａｉｌ：ｘｉａｏｙｏｎｇｈｅｎｇｚａｆｕ＠１６３ｃｏｍ。通信作者 Ｔｅｌ：０５７１－６３７４０８８９，Ｅｍａｉｌ：ｙｏｎｇｆｕｌｉ＠ｚａｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤
Ｎ２Ｏ通量的影响
肖永恒１，李永夫１，２，王战磊１，姜培坤１，２，周国模１，２，刘 娟１，２
（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，浙江临安 ３１１３００；
２浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江临安 ３１１３００）
摘要：【目的】氧化亚氮（Ｎ２Ｏ）是温室气体的主要组成部分，其增温效应极强，陆地生态系统是 Ｎ２Ｏ的主要排放源
之一。人工林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，但目前关于经营措施对人工林生态系统土壤Ｎ２Ｏ通量的
影响研究较少。本文研究了竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤Ｎ２Ｏ排放通量的影响，为调控亚热带人工林土壤
Ｎ２Ｏ排放通量提供理论基础与科学依据。【方法】定位试验于２０１２年７月 ２０１３年７月在浙江省临安市三口镇典
型板栗林区进行，设对照、输入竹叶、输入生物质炭３个处理，利用静态箱－气相色谱法测定板栗林土壤 Ｎ２Ｏ通量
的动态变化以及土壤温度、土壤含水量、水溶性有机碳（ＷＳＯＣ）、水溶性有机氮（ＷＳＯＮ）、微生物量碳（ＭＢＣ）、微生
物量氮（ＭＢＮ）、ＮＨ＋４Ｎ和ＮＯ
－
３Ｎ含量。【结果】不同处理条件下，板栗林土壤 Ｎ２Ｏ排放通量均呈显著的季节性变
化特征，最高值出现在７月，最低值出现在１月。与对照相比，竹叶处理的土壤Ｎ２Ｏ年平均通量和年累积排放量分
别增加了１７２％和１２８％，而生物质炭处理的土壤Ｎ２Ｏ年平均通量和年累积排放量分别降低了２７４％和２０５％。
竹叶处理的土壤 ＷＳＯＮ、ＭＢＮ、ＮＨ＋４Ｎ及 ＮＯ
－
３Ｎ含量增加 １２４％、１９１％、８３％和 １３％，而生物质炭处理的
ＮＨ＋４Ｎ和ＮＯ
－
３Ｎ含量分别降低了１４１％和１８％。在对照、竹叶以及生物质炭处理条件下，板栗林土壤 Ｎ２Ｏ排放
通量与土壤温度（表层５ｃｍ处）和ＷＳＯＣ含量均有显著相关性（Ｐ＜００５），与土壤ＭＢＣ含量均无显著相关性。竹
叶处理土壤Ｎ２Ｏ通量与ＮＨ
＋
４Ｎ、ＮＯ
－
３Ｎ及ＷＳＯＮ含量均有显著相关性（Ｐ＜００５）。【结论】在不同处理条件下，板
栗林土壤Ｎ２Ｏ排放通量均呈现明显的季节性变化特征，表现为夏季高、冬季低。输入竹叶可显著增加板栗林土壤
Ｎ２Ｏ排放通量，而输入生物质炭Ｎ２Ｏ排放通量显著降低；输入竹叶和生物质炭可能是通过影响土壤碳库与氮库特
征而影响土壤Ｎ２Ｏ的排放通量。
关键词：板栗林；Ｎ２Ｏ通量；生物质炭；竹叶
中图分类号：Ｓ７５３５３＋２；Ｓ１５３６＋１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－５０５Ｘ（２０１６）０３－０６９７－１０
ＥｆｅｃｔｓｏｆｂａｍｂｏｏｌｅａｖｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｂｉｏｃｈａｒａｄｄｉｔｉｏｎｓｏｎｓｏｉｌＮ２Ｏｆｌｕｘ
ｉｎａＣｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｆｏｒｅｓｔ
ＸＩＡＯＹｏｎｇｈｅｎｇ１，ＬＩＹｏｎｇｆｕ１，２，ＷＡＮＧＺｈａｎｌｅｉ１，ＪＩＡＮＧＰｅｉｋｕｎ１，２，ＺＨＯＵＧｕｏｍｏ１，２，ＬＩＵＪｕａｎ１，２
（１ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣａｒｂｏｎＣｙｃｌｉｎｇｉｎＦｏｒｅｓｔＥｃｏｓｙｓｔｅｍｓａｎｄＣａｒｂｏｎＳｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ，ＺｈｅｊｉａｎｇＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｌｉｎ’ａｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１１３００，Ｃｈｉｎａ；２ＴｈｅＮｕｒｔｕｒｉｎｇＳｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｂｔｒｏｐｉｃａｌＳｉｌｖｉｃｕｌｔｕｒｅ，
ＺｈｅｊｉａｎｇＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉｎ’ａｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１１３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ】Ｎｉｔｒｏｕｓｏｘｉｄｅ（Ｎ２Ｏ）ｉｓｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｓ，ａｎｄｉｔｓｗａｒｍｉｎｇｅｆｅｃｔ
ｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｔｒｏｎｇ．ＴｅｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｓｏｕｒｃｅｓｏｆＮ２Ｏｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｐｌａｎｔａｔｉｏｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｓａｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｔｅｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔｅｆｅｃｔｓｏｆｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｓｏｉｌＮ２Ｏｆｌｕｘｉｎｔｈｅ
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍａｒｅｓｅｌｄｏｍｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｗａｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｅｆｅｃｔｓｏｆｂａｍｂｏｏｌｅａｖｅｓａｎｄ
ｔｈｅｉｒｂｉｏｃｈａｒａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎＮ２ＯｆｌｕｘｉｎｔｈｅｓｏｉｌｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｓｔａｎｄｓａｎｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａ
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓａｎｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｅｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｉｌＮ２Ｏｅｆｌｕｘｉｎｔｈｅｐｌａｎｔａｔｉｏｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍ．
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２２卷
【Ｍｅｔｈｏｄｓ】ＡｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｆｏｒｅｓｔｉｎＳｈａｎｋｏｕＴｏｗｎｓｈｉｐ，Ｌｉｎ’ａｎＣｉｔｙ，
ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｉｎｔｈｅｐｅｒｉｏｄｆｒｏｍＪｕｌｙ，２０１２ｔｏＪｕｌｙ，２０１３Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｉｎｃｌｕｄｅｄｃｏｎｔｒｏｌ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ
ｂａｍｂｏｏｌｅａｖｅｓ（Ｌｅａｆ），ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒ（Ｂｉｏｃｈａｒ）．ＳｏｉｌＮ２Ｏｆｌｕｘｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｔａｔｉｃｃｌｏｓｅｄ
ｃｈａｍｂｅｒ／ＧＣｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒ，ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＷＳＯＣ），
ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒｇａｎｉｃｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＷＳＯＮ），ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎ（ＭＢＣ），ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＭＢＮ），
ＮＨ＋４Ｎ，ａｎｄＮＯ
－
３Ｎｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｓｗｅｌ．【Ｒｅｓｕｌｔｓ】ＳｏｉｌＮ２Ｏｆｌｕｘｅｘｈｉｂｉｔｓａｓｔｒｏｎｇｓｅａｓｏｎａｌｐａｔｅｒｎ，ｗｉｔｈｔｈｅ
ｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｉｎＪｕｌｙａｎｄｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｎＪａｎｕａｒｙ，ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ
ａｎｎｕａｌａｖｅｒａｇｅｆｌｕｘａｎｄａｎｎｕａｌｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｖａｌｕｅｏｆｓｏｉｌＮ２ＯｅｍｉｓｓｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅＬｅａｆｔｒｅａｔｍｅｎｔａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ
１７２％ ａｎｄ１２８％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｙａｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ２７４％ ａｎｄ２０５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｕｎｄｅｒｔｈｅＢｉｏｃｈａｒ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ＩｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅＣｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｓｏｉｌＷＳＯＮ，ＭＢＮ，ＮＨ＋４ＮａｎｄＮＯ
－
３Ｎｕｎｄｅｒｔｈｅ
Ｌｅａｆｔｒｅａｔｍｅｎｔａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１２４％，１９１％，８３％，ａｎｄ１３％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｓｏｉｌ
ＮＨ＋４ＮａｎｄＮＯ
－
３Ｎａｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ１４１％ ａｎｄ１８％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｕｎｄｅｒｔｈｅＢｉｏｃｈａｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａｎｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅＮ２Ｏｆｌｕｘｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄｒｅｇａｒｄｌｅｓｓｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ＴｈｅｓｏｉｌＮ２Ｏｆｌｕｘ
ｃｏｒｅｌａｔｅｓｔｏｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＷＳＯＣｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（Ｐ＜００５）ｂｕｔｎｏｔｔｏｓｏｉｌＭＢＣｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅ
Ｌｅａｆｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｏｉｌＮ２Ｏ ｆｌｕｘｃｏｒｅｌａｔｅｓｔｏＮＨ
＋
４Ｎ，ＮＯ
－
３Ｎ ａｎｄＷＳＯＮ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ（Ｐ＜００５）．
【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ】Ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｏｉｌＮ２ＯｆｌｕｘｉｎｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｆｏｒｅｓｔｓｈｏｗｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
ｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｓｕｍｍｅｒａｎｄｌｏｗｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｗｉｎｔｅｒ．ＴｈｅｓｏｉｌＮ２Ｏｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｈｅ
ＣｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｓｔａｎｄｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅＬｅａｆｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｂｕｔｄｅｃｒｅａｓｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅＢｉｏｃｈａｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅ
ｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｓｏｉｌＮ２Ｏｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｓｏｆｂａｍｂｏｏｌｅａｖｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｂｉｏｃｈａｒａｒｅｐｒｏｂａｂｌｙａｔｒｉｂｕｔｅｄ
ｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｉｎｓｏｉｌＣａｎｄＮｐｏｏｌｓｃａｕｓｅｄｂｙａｄｄｉｎｇｂａｍｂｏｏｌｅａｖｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｂｉｏｃｈａｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｆｏｒｅｓｔ；Ｎ２Ｏｆｌｕｘ；ｂｉｏｃｈａｒ；ｂａｍｂｏｏｌｅａｆ
氧化亚氮（Ｎ２Ｏ）作为温室气体的主要组成部
分，其浓度正在持续上升。Ｎ２Ｏ在大气中的增温效
应极强，以百年为尺度单位，单位质量的 Ｎ２Ｏ增温
效应是 ＣＯ２的２９８倍
［１］，因此，降低大气中 Ｎ２Ｏ浓
度对于缓解全球温室效应的不断加剧趋势以及维持
全球生态平衡具有非常重要的意义［２］。陆地生态
系统是Ｎ２Ｏ气体的主要排放源之一，以往对陆地生
态系统土壤Ｎ２Ｏ通量的研究大多集中在农田，但对
人工林生态系统土壤Ｎ２Ｏ通量的研究较少。目前，
全世界人工林面积已达２２７亿公顷［３］，研究人工林
生态系统的 Ｎ２Ｏ排放通量对于减缓全球气候变暖
的趋势以及增加陆地生态系统的碳汇功能具有重要
的理论意义与实践价值［１，３－４］。
板栗（Ｃａｓｔａｎｅａｍｏｌｉｓｉｍａ）是中国重要的经济
树种之一。目前我国板栗林面积已达１２５万公顷，
占全世界板栗林面积的３８％［５］。为了提高板栗林
产量和经济收益，经营者一般会对板栗林进行集约
化经营管理。目前，板栗林的集约经营管理措施主
要包括施用化肥、林地翻耕及去除林下植被等。虽
然集约经营措施可以显著提高板栗林的产量，在短
时间内得到经济效益的最大化，但是长期集约经营
会对板栗林生态系统产生负面影响，如土壤碳储量
和土壤微生物活性显著降低，土壤肥力下降，水土流
失现象增加等［６］进而严重影响了板栗林的可持续
经营。
生物质炭是一种新型材料，是由生物质在高温、
厌氧条件下热裂解而成的多孔炭质固体，具有高度
热稳定性和易吸附性的特点，其输入土壤后可以改
变土壤理化特性、土壤肥力等，从而影响土壤温室气
体的排放［７－９］。由于生物质炭材质、热解温度以及
土壤类型和施用时间等都会对生物质炭的生态功能
产生影响，因此，目前国内外对生物质炭影响土壤温
室气体排放方面的研究结果也不尽一致［１０］。Ｓｃｈｅｅｒ
等［９］研究结果表明，输入生物质炭可以显著减少草
地土壤Ｎ２Ｏ的排放通量。张斌等
［１１］的研究结果也
表明，生物质炭的输入显著降低了水稻土 Ｎ２Ｏ的排
放通量。Ｗｕ等［１２］研究发现，输入小麦秸秆生物质
炭也减少了土壤Ｎ２Ｏ的排放通量。而 Ｓｐｏｋａｓ等
［１３］
的研究结果表明，低剂量生物质炭的输入对土壤
Ｎ２Ｏ排放无显著影响，高剂量生物质炭的输入显著
降低了土壤 Ｎ２Ｏ排放。以往有关生物质炭输入对
土壤 Ｎ２Ｏ排放通量的研究主要集中于农田土
壤［１１，１４］，而有关生物质炭输入对人工林土壤 Ｎ２Ｏ
排放通量的影响研究在国内外尚鲜有报道。本研究
８９６
３期 肖永恒，等：竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤Ｎ２Ｏ通量的影响
拟以板栗人工林为研究对象，研究竹叶及其生物质
炭处理对土壤Ｎ２Ｏ排放、土壤碳库以及氮库特征的
影响，并探讨不同处理条件下板栗林土壤 Ｎ２Ｏ通量
与环境因子之间的关系，为调控亚热带人工林土壤
Ｎ２Ｏ排放通量提供理论基础与科学依据。
１ 材料与方法
１１ 研究区概况
本研究的试验区位于浙江省临安市三口镇葱坑
村（３０°１４′Ｎ，１１９°４２′Ｅ）。该地区年平均气温
１５８℃，有效积温５７６０℃，无霜期２３６ｄ，年日照时
数１９３０ｈ，年均降水量１４２４ｍｍ，是典型的亚热带湿
润性季风气候。在本试验研究期间（２０１２年７月
２０１３年７月），该研究区的月平均温度和月累计降
水量情况如图１所示。试验样地为板栗林，该地区
海拔为１５０ ２００ｍ，位于典型江南低山丘陵地区，
土壤类型为黄红壤。该地区是在天然常绿阔叶林基
础上经人工改造而成的板栗林，林龄为２１年，种植
密度５２０ｐｌａｎｔ／ｈｍ２，平均胸径为１４６ｃｍ。板栗林
样地实行典型的集约经营管理模式，每年５月份进
行施肥，施肥后进行地表翻耕，林下留有少量灌木与
杂草。
２０１２年６月，进行野外调研，在研究区中选择
符合本试验要求且长势良好的板栗林地作为试验样
地。在进行试验处理前，采集试验区的土壤样品。
试验区土壤有机碳含量 １５６３ｇ／ｋｇ、全氮 １６４
ｇ／ｋｇ、碱解氮 ８２１８ｍｇ／ｋｇ、有效磷 ６８４ｍｇ／ｋｇ、速
效钾７９５ｍｇ／ｋｇ、ｐＨ值４５２。砂粒含量 ２９６ｇ／ｋｇ，
粉粒含量 ３９７ｇ／ｋｇ，粘粒含量 ３０７ｇ／ｋｇ。
图１ 试验期间月累积降水量和月平均温度
Ｆｉｇ．１ Ｍｏｎｔｈｌｙｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒａｉｎｆａｌａｎｄｍｅａｎａｉｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｅｒｉｏｄ
１２ 试验设计
２０１２年７月，在板栗林地上布置试验处理。试
验设３个处理：１）对照（不进行处理）；２）竹叶处
理；３）生物质炭处理。每个处理３次重复，小区面
积９６ｍ２（８ｍ×１２ｍ），随机分布，每个试验小区内
有８ ９棵板栗树，试验小区之间的间隔距离为３
ｍ。施入生物质炭的处理，其生物质炭由浙江布莱
蒙农业科技股份有限公司生产，该生物质炭是由竹
叶在缺氧环境中经５００℃热裂解制备而成。施入竹
叶的处理，其竹叶与生物质炭所用竹叶采样区和采
集时间均相同。竹叶和竹叶生物质炭的含碳量分别
为４４７和 ６４８ｇ／ｋｇ，施入量分别为 ７２５和 ５００
ｔ／ｈｍ２，竹叶和生物质炭两个处理的碳施入量相同。
竹叶和生物质炭经过烘干粉碎过 ２ｍｍ筛，并于
２０１２年７月２９日采用撒施的方法施入，并对２０ｃｍ
表层土壤进行翻耕。翻耕后在每个小区布置１个静
态箱。在试验处理后的第１、４、７、１４、２１、２８、３５、４２、
４９、５６、６３ｄ进行气体样品采集，随后每半月采集样
品一次，两个月后每月采集一次，至１２个月。每次
采样时选择晴朗天气。土壤样品每月采集一次，在
小区以五点法采样。
１３ 样品的采集与测定
１３１气体样品的采集与测定 土壤Ｎ２Ｏ排放通量
的测量方法为静态箱—气相色谱法。采样箱为组合
式ＰＶＣ塑料板箱，由箱盖和底座两部分组成，箱盖
的规格为３０ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍ，底座的规格为０３
ｍ×０３ｍ×０１ｍ，采气孔在箱盖顶部中心。采样
气袋为铝箔材质的密闭性气袋，由大连光明化工设
计研究院生产。在天气晴朗的上午 ９：００ １１：００
进行采样。采样前，首先将适量蒸馏水倒入底座的
凹槽中，以确保箱盖与底座完全密闭，然后将箱盖插
入底座的凹槽中。用５０ｍＬ注射器在采样箱顶部的
采气孔插入，为确保箱体内空气密度均匀，抽气打气
进行３ ４次，然后分别于０、１０、２０和３０ｍｉｎ采集
气样，抽完气后立即注入相应编号的气袋。
采取样品结束后，在 ２４ｈ内利用岛津 ＧＣ－
２０１４气相色谱仪测定Ｎ２Ｏ浓度
［２８］。
土壤Ｎ２Ｏ通量的计算公式为
［１５］：
Ｆ＝ρ×ＶＡ×
Ｐ
Ｐ０
×
Ｔ０
Ｔ×
ｄＣｔ
ｄｔ
（１）
式（１）中，Ｆ为被测气体的 Ｎ２Ｏ排放通量 ［Ｎ２Ｏ
μｇ／（ｍ２·ｈ）］；ρ为标准状态下被测气体的密度
（μｇ／ｍ３）；Ａ为箱体底面积（ｍ２）；Ｖ为箱体体积
９９６
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２２卷
（ｍ３）；
ｄＣｔ
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
温度和气压；Ｔ和 Ｐ为取样时的静态箱内空气绝对
温度和大气压。
土壤Ｎ２Ｏ累积通量的计算公式如下：
Ｍｇ＝∑
ｎ
ｉ＝１
（Ｒｉ＋１＋Ｒｉ）／２×（ｔｉ＋１－ｔｉ）×２４×１０
－５
（２）
图２ 板栗林土壤ＮＨ＋４Ｎ（ａ）、ＮＯ
－
３Ｎ（ｂ）、ＷＳＯＮ（ｃ）及ＭＢＮ（ｄ）的季节动态变化
Ｆｉｇ．２ ＳｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｓｏｉｌＮＨ＋４Ｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ａ），ＮＯ
－
３Ｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ｂ），ｓｏｉｌｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒｇａｎｉｃＮ
（ＷＳＯＮ）ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ｃ），ａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＮ（ＭＢＣ）（ｄ）ｉｎａＣｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｐｌａｎｔａｔｉｏｎ
式（２）中，Ｍｇ为Ｎ２Ｏ累积排放量 ［ｋｇ／（ｈｍ
２·ａ）］；Ｒ
为土壤 Ｎ２Ｏ排放通量［μｇ／（ｍ
２·ｈ）］，ｔ为采样时
间，ｉ为采样次数，ｎ为总测定次数，ｔｉ＋１－ｔｉ为两次
采样的间隔天数。
１３２土壤样品的采集与测定 在采集气体样品的
同时，利用曲管温度计测定土壤５ｃｍ表层的温度，
并采集静态箱底座１５ｍ半径范围内０—２０ｃｍ土
层土壤。土壤样品带回实验室后过２ｍｍ筛，称取
２０ｇ新鲜土样采用烘干法测定土壤含水量。土壤水
溶性有机氮（ＷＳＯＮ）、水溶性有机碳（ＷＳＯＣ）的测
定参考 Ｊｏｎｅｓ和 Ｗｉｌｅｔ［１６］的方法，利用有机碳分析
仪（ＴＯＣ－ＶＣＰＨ，岛津公司）测定滤液中 ＷＳＯＮ、
ＷＳＯＣ的含量；土壤微生物量氮（ＭＢＮ）、微生物量
碳（ＭＢＣ）用氯仿熏蒸法提取，有机碳分析仪（ＴＯＣ
－ＶＣＰＨ，岛津公司）测定滤液中 ＭＢＮ、ＭＢＣ的含量；
土壤ＮＨ＋４Ｎ和ＮＯ
－
３Ｎ含量用２ｍｏｌ／ＬＫＣｌ浸提，离
子色谱仪测定。
１４ 数据处理
试验数据均为 ３次重复的平均值。利用
ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００３和 ＳＰＳＳ１８０软件进行数据处
理与统计分析，Ｏｒｉｇｉｎ８０软件作图。采用单因素
方差分析（ＯｎｅｗａｙＡＮＯＶＡ）和最小显著差法
（ＬＳＤ）对不同数据组之间的差异进行比较，显著性
水平设为α＝００５。一元线性回归分析法分析土壤
Ｎ２Ｏ排放通量与土壤温度、土壤含水量、ＮＨ
＋
４Ｎ、
ＮＯ－３Ｎ、ＷＳＯＣ、ＷＳＯＮ、ＭＢＣ和 ＭＢＮ含量之间的相
关性。
２ 结果与分析
２１ 竹叶及其生物质炭输入对土壤氮库动态变化
的影响
由图２ａ可见，土壤 ＮＨ＋４Ｎ含量表现出明显的
季节变化，呈春夏高、秋冬低。土壤 ＮＨ＋４Ｎ含量的
变化幅度在对照，竹叶以及生物质炭处理下分别为
１９９ ４９０、２１６ ５４８和２２２ ４４０ｍｇ／ｋｇ；土
壤ＮＨ＋４Ｎ含量的年均值在对照，竹叶以及生物质
炭处理下分别为３６９、４００和３１７ｍｇ／ｋｇ。与对照
相比，土壤 ＮＨ＋４Ｎ含量年均值在生物质炭处理下
降低了１４１％，该指标在竹叶处理下升高了８３％。
００７
３期 肖永恒，等：竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤Ｎ２Ｏ通量的影响
由图２ｂ可见，土壤 ＮＯ－３Ｎ含量具有明显的季
节性变化，生物质炭处理下在１ ２月份出现最小
值，为１２１ｍｇ／ｋｇ，竹叶处理下在１０ １１月份出现
最大值，为５４０ｍｇ／ｋｇ。在对照、竹叶和生物质炭
处理下，土壤ＮＯ－３Ｎ含量在不同处理方式下差异性
明显（Ｐ＜００５）。竹叶和生物质炭处理下土壤
ＮＯ－３Ｎ含量的年均值分别为对照处理的 １１３和
０８２倍。
图２ｃ显示，土壤 ＷＳＯＮ含量表现为秋、冬较
低，春、夏较高，与气温的变化略呈正相关。对照、
竹叶和生物质炭处理的土壤 ＷＳＯＮ含量年均分别
为７８３、８７７和７６６ｍｇ／ｋｇ，最高值分别为９２０、
１０２５和８３５ｍｇ／ｋｇ，最低值分别为 ５９２、５６８和
６４７ｍｇ／ｋｇ。与对照相比，竹叶处理的土壤 ＷＳＯＮ
含量显著增加（Ｐ＜００５），而生物质炭处理无显著
影响。竹叶和生物质炭处理的土壤 ＷＳＯＮ含量的
年均值分别比对照增加了１２％和－２１％。
图２ｄ可见，土壤ＭＢＮ含量随季节的变化明显，
春、秋季节较高，冬夏季节较低。土壤 ＭＢＮ含量在
对照、竹叶和生物质炭处理下的年均值分别为
２９８４、３５５５和３２５７ｍｇ／ｋｇ。与对照相比，竹叶处
理土壤ＭＢＮ含量显著增加（Ｐ＜００５），而与生物质
炭处理无显著差异。
２２ 竹叶及其生物质炭输入对土壤 Ｎ２Ｏ通量的
影响
由图３可以看出，板栗林土壤 Ｎ２Ｏ通量随季节
的变化明显，在夏季７月份出现峰值，在冬季１月份
出现谷值。在试验初期对样地进行处理后，竹叶处
理的土壤 Ｎ２Ｏ通量明显增加（７ ９月份），并在８
月５日出现最大值 Ｎ２Ｏ６５４４μｇ／（ｍ
２· ｈ），生物
质炭处理显著降低土壤 Ｎ２Ｏ通量（Ｐ＜００５），在１
月３０日出现最低值，半月后各处理均呈降低趋势。
２０１２年１２月 ２０１３年６月，土壤 Ｎ２Ｏ通量对照和
竹叶处理与生物质炭处理均无显著差异，２０１３年７
月，竹叶与生物质炭处理之间出现显著差异，而与对
照之间无显著差异。通过图３和图４可以看出，对
照、竹叶和生物质炭的土壤 Ｎ２Ｏ通量的年均值分别
为Ｎ２Ｏ３３０５、３８７５和２３９７μｇ／（ｍ
２·ｈ），与对照
相比，土壤Ｎ２Ｏ年平均通量和年累积排放量在竹叶
处理下分别增加了１７２％和１２８％，在生物质炭处
理下分别降低了２７５％和２０５％。结合图３和图４
及以上分析可知，竹叶处理的土壤 Ｎ２Ｏ年均通量和
年累积排放显著增加，生物质炭处理显著降低（Ｐ＜
００５）。
图３ 竹叶及其生物质炭输入对板栗土壤Ｎ２Ｏ
排放通量季节变化特征的影响
Ｆｉｇ．３ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｂａｍｂｏｏｌｅａｖｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｂｉｏｃｈａｒａｄｄｉｔｉｏｎｓ
ｏｎｔｈｅｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌＮ２ＯｆｌｕｘｉｎａＣｈｉｎｅｓｅ
ｃｈｅｓｔｎｕｔｐｌａｎｔａｔｉｏｎ
图４ 竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤
Ｎ２Ｏ年累积排放量的影响
Ｆｉｇ．４ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｂａｍｂｏｏｌｅａｖｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｂｉｏｃｈａｒ
ａｄｄｉｔｉｏｎｓｏｎａｎｎｕａｌｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｓｏｉｌＮ２Ｏｆｌｕｘｉｎａ
Ｃｈｉｎｅｓｅｃｈｅｓｔｎｕｔｐｌａｎｔａｔｉｏｎ
［注（Ｎｏｔｅ）：柱上不同字母表示处理间差异达５％水平Ｄｉｆｅｒｅｎｔｌｅｔｅｒｓ
ａｂｏｖｅｔｈｅｂａｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｍｏｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌｓ．］
２３ 土壤Ｎ２Ｏ通量与土壤环境因子的关系
从表１可以看出，对照、竹叶和生物质炭处理的
土壤Ｎ２Ｏ通量与土壤温度（０—５ｃｍ）、ＷＳＯＣ含量
之间均有明显的正相关性（Ｐ＜００５），而与土壤
ＭＢＣ和 ＭＢＮ含量之间均没有明显的相关性（Ｐ＞
００５）。在对照处理的土壤 Ｎ２Ｏ通量与 ＮＯ
－
３Ｎ含
量呈极显著的相关性（Ｐ＜００１），与 ＷＳＯＮ含量呈
显著的相关性（Ｐ＜００５）。竹叶处理的土壤Ｎ２Ｏ通
量与土壤 ＮＨ＋４Ｎ、ＮＯ
－
３Ｎ、ＷＳＯＮ含量均呈显著的
相关性（Ｐ＜００５）。生物质炭处理的土壤Ｎ２Ｏ通量
与土壤含水量呈显著负相关（Ｐ＜００５）。
１０７
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２２卷
表１ 板栗林土壤Ｎ２Ｏ排放通量与０—５ｃｍ土层各环境因子之间的相关性（ｎ＝１２）
Ｔａｂｌｅ１ ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌＮ２Ｏｆｌｕｘａｎｄｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓｏｆ０－５ｃｍｓｏｉｌｄｅｐｔｈ
土壤环境因子
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒ
对照
Ｃｏｎｔｒｏｌ
竹叶
Ｂａｍｂｏｏｌｅａｆ
生物质炭
Ｂｉｏｃｈａｒ
温度Ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｙ＝１２６６６ｘ＋７８７１３
（Ｒ２＝０８６６，Ｐ＜００１）
ｙ＝１６５３９ｘ＋５８６２２
（Ｒ２＝０８４０，Ｐ＜００１）
ｙ＝０６４０１ｘ＋１１２４７
（Ｒ２＝０６３２，Ｐ＜００１）
水分Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ ｙ＝－００８３４ｘ＋５４５６４
（Ｒ２＝０１１４，Ｐ＞００５）
ｙ＝－００６３４ｘ＋５４８８６
（Ｒ２＝００４１，Ｐ＞００５）
ｙ＝－００６９８ｘ＋４２７８６
（Ｒ２＝０２０１，Ｐ＜００５）
铵态氮ＮＨ＋４Ｎ ｙ＝７０５６２ｘ＋１４７２３
（Ｒ２＝０２９８，Ｐ＞００５）
ｙ＝９９４４７ｘ－７９６６６
（Ｒ２＝０４２０，Ｐ＜００５）
ｙ＝３６６０１ｘ＋１１０３９
（Ｒ２＝０１２１，Ｐ＞００５）
硝态氮ＮＯ－３Ｎ ｙ＝９９１５７ｘ－１６８８５
（Ｒ２＝０４６９，Ｐ＜００１）
ｙ＝６９０５４ｘ＋８８６８９
（Ｒ２＝０３２１，Ｐ＜００５）
ｙ＝６６４９６ｘ＋６５５１３
（Ｒ２＝０２７７，Ｐ＞００５）
水溶性碳ＷＳＯＣ ｙ＝０４０３ｘ－２４６８４
（Ｒ２＝０３７３，Ｐ＜００５）
ｙ＝０４９４５ｘ－４８５０３
（Ｒ２＝０７３４，Ｐ＜００１）
ｙ＝０２８３５ｘ－１５７４９
（Ｒ２＝０３９２，Ｐ＜００５）
水溶性氮ＷＳＯＮ ｙ＝６９４８ｘ－２６８７２
（Ｒ２＝０３９１，Ｐ＜００５）
ｙ＝７０９５１ｘ－３０４１８
（Ｒ２＝０４６２，Ｐ＜００５）
ｙ＝６１４３４ｘ－２４４１３
（Ｒ２＝０２５４，Ｐ＞００５）
微生物量碳ＭＢＣ ｙ＝－０００１１ｘ＋２７８８１
（Ｒ２＝０００００２，Ｐ＞００５）
ｙ＝－００２６５ｘ＋４２３６９
（Ｒ２＝００１６，Ｐ＞００５）
ｙ＝００３７５ｘ＋９０９５３
（Ｒ２＝００２５，Ｐ＞００５）
微生物量氮ＭＢＮ ｙ＝０４１２ｘ＋１５２４６
（Ｒ２＝００３０，Ｐ＞００５）
ｙ＝－０１３１１ｘ＋３６５０１
（Ｒ２＝０００５，Ｐ＞００５）
ｙ＝－００１６２ｘ＋２３１７５
（Ｒ２＝０００００８，Ｐ＞００５）
注（Ｎｏｔｅ）：ＷＳＯＣ— Ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ；ＷＳＯＮ—ＷａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒｇａｎｉｃＮ；ＭＢＣ—ＭｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＣ；ＭＢＮ—ＭｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＮ．
３ 讨论
３１ 竹叶及其生物质炭输入对土壤 Ｎ２Ｏ通量的
影响
从试验结果可以看出，新鲜竹叶的输入明显增
加了土壤Ｎ２Ｏ年均排放量和累积排放量（Ｐ＜００５）
（图３和图４）。Ｃｈｅｎｇ等［１７］通过室内培养试验研究
了小麦秸秆输入对黑钙土 Ｎ２Ｏ的影响，其研究结果
与本试验相符。Ｌｉ等［１８］的研究结果也表明，水稻秸
秆输入增加了土壤 Ｎ２Ｏ的排放。新鲜竹叶的输入
增加土壤Ｎ２Ｏ通量的原因可能为：１）新鲜竹叶输
入土壤后增加了土壤孔隙，为土壤硝化微生物的生
长提供较好的生长环境［１７－１８］；２）新鲜竹叶的输入
增加了土壤有机质含量，为硝化反应提供了大量的
反应底物，反应过程中释放热量从而提高了其反应
速率，增加了土壤 Ｎ２Ｏ排放
［２１］。但是 Ｗｕ等［１２］通
过黑钙土室内培养试验则发现，输入小麦秸秆后，土
壤Ｎ２Ｏ通量并没有显著增加，反而呈现下降趋势。
以上的不同研究结果说明，输入不同材质的生物质
炭材料对土壤Ｎ２Ｏ排放通量影响不同，并且此影响
还会因试验样地位置及其管理方式、测定方法以及
试验的研究时间等因素的不同而呈显著差异。
从试验结果可以看出，输入生物质炭明显降低
了土壤Ｎ２Ｏ年均排放量和累积排放量（图 ３和图
４）。这与前人［７－９］的研究结果一致，并且 Ｗｕ等［１２］
的研究结果发现，生物质炭的输入量与土壤 Ｎ２Ｏ的
排放量呈反比；Ｓｐｏｋａｓ等［１３］研究了木屑生物质炭输
入对土壤温室气体排放的影响，结果表明低剂量生
物质炭输入对土壤Ｎ２Ｏ排放量无显著影响，而高剂
量生物质炭输入显著降低 Ｎ２Ｏ排放。输入生物质
炭可以降低土壤 Ｎ２Ｏ排放量的原因可能为：１）生
物质炭的输入增加了土壤孔隙，使得土壤通气性提
高，促进了有氧环境的形成，抑制了厌氧微生物的生
长，最终降低了土壤Ｎ２Ｏ排放通量
［１２－１９］；２）生物质
炭具有多孔的芳香性结构和不易降解的特征，吸附
了大量的土壤酶，影响了硝化和反硝化反应的进行，
使得Ｎ２Ｏ排放通量降低
［７－８］；３）生物质炭可以修改
根部区域的植物和微生物的共生关系，从而影响土
壤微生物群落功能，使得 Ｎ２Ｏ排放通量降低。由本
研究结果可知，在试验初期阶段，生物质炭处理下的
土壤Ｎ２Ｏ排放速率明显低于对照，而经过半年后，
生物质炭和对照两种处理下的 Ｎ２Ｏ排放无显著差
２０７
３期 肖永恒，等：竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤Ｎ２Ｏ通量的影响
异。Ｋａｒｈｕ等［２０］和 Ｃｈｅｎｇ等［１７］研究也发现在试验
处理半年后生物质炭和对照处理无显著差异。这种
结果可能是由于生物质炭较高的固碳特性，在短时
间内起到了吸附效果，但随着时间的推移，吸附能力
逐渐下降，与对照处理无显著差异。相反，Ｃｌｏｕｇｈ
等［２１］研究发现，生物质炭与牛尿混合后输入明显增
加了土壤Ｎ２Ｏ排放量。以上结果表明，生物质炭类
型和用量是影响土壤Ｎ２Ｏ通量的主要因子，而试验
样地土壤类型以及其他环境因素也会对土壤 Ｎ２Ｏ
通量产生显著影响［１７，２０－２１］。
３２ 竹叶及其生物质炭输入对土壤氮库的影响
土壤氮库一般包括无机氮库和有机氮库。土壤
无机氮库的主要指标为土壤 ＮＨ＋４Ｎ和 ＮＯ
－
３Ｎ，是
土壤无机氮库的重要元素，在土壤中能够被植物直
接吸收利用，在土壤氮循环中起着非常重要的作
用［５］。本试验结果表明，土壤 ＮＨ＋４Ｎ和 ＮＯ
－
３Ｎ含
量在竹叶处理下分别增加了 ８３％和 １３％（Ｐ＜
００５），而在生物质炭处理下两者则分别降低了
１４１％和１８％（Ｐ＜００５）（图２）。输入竹叶和生物
质炭对土壤有机氮库产生不同影响的原因可能有：
１）竹叶分解促进可溶性有机氮化合物的降解，从而
提高了土壤 ＮＨ＋４Ｎ和 ＮＯ
－
３Ｎ含量
［１７－１８］；２）由于
生物质炭吸附了土壤中的 ＮＨ＋４Ｎ和 ＮＯ
－
３Ｎ，从而
使其在土壤中的浓度降低［１７］。土壤有机氮库的重
要组成部分为土壤 ＷＳＯＮ和 ＭＢＮ，土壤 ＷＳＯＮ和
ＭＢＮ在森林生态系统氮循环中起着至关重要的作
用［５，２２］。由本试验结果可见，土壤 ＷＳＯＮ和 ＭＢＮ
含量在竹叶处理下显著增加（Ｐ＜００５），在生物质
炭处理下无显著变化（图２）。以上结果的主要原因
可能为：１）竹叶的分解提高了土壤有机氮含量，并
为土壤微生物提供了良好的生存环境，为其分解提
供了反应底物［２３－２４］；２）生物质炭输入提高了土壤
ｐＨ值，抑制土壤微生物的生长，降低了土壤 ＷＳＯＮ
和ＭＢＮ含量，但生物质炭在溶解过程中会分解出少
量的有机氮化合物，从而导致土壤 ＷＳＯＮ和 ＭＢＮ
含量在生物质炭处理下没有显著变化［２５］。
３３ 土壤环境因子对土壤Ｎ２Ｏ通量的影响
竹叶或者生物质炭的输入会对土壤温度、土壤
含水量等土壤环境因子产生影响［２６－２７］。本试验结
果表明，土壤Ｎ２Ｏ通量与土壤温度（表层５ｃｍ处）
具有显著的相关性（表１），这与 Ｓｃｈｅｅｒ等［９］对生物
质炭（由牧场废弃物在５５０℃经４５分钟热裂解而制
成）输入草地对土壤温室气体排放的影响和 Ｌｉｕ
等［４］开展的环境因素影响硬叶林土壤 Ｎ２Ｏ排放的
研究结果相符。因为在较高的土壤温度下土壤微生
物活性增强，从而使土壤 Ｎ２Ｏ排放量增加。然而，
Ｋａｒｈｕ等［２０］在生物质炭输入土壤的短期试验研究
中发现，生物质炭和对照处理下土壤温度与土壤
Ｎ２Ｏ通量均无相关性。以上不同效果可能是由于土
壤质地、土壤水分、样地类型和管理措施等的不同造
成的［９，２０］。
土壤含水量是影响土壤 Ｎ２Ｏ排放速率的重要
因素，主要表现在土壤水分可以影响土壤孔隙和养
分传输，从而影响土壤中的反硝化反应，从而对土壤
Ｎ２Ｏ的排放速率产生影响
［９，２０］。在本试验中，生物
质炭处理的土壤含水量与土壤 Ｎ２Ｏ通量具有显著
相关性（Ｐ＜００５），而对照和竹叶处理与土壤 Ｎ２Ｏ
通量没有显著的相关性。Ｓａａｒｎｉｏ等［２８］在研究生物
质炭（在较低温度条件下慢速热解而成）输入对土
壤Ｎ２Ｏ通量影响的研究也发现类似的结果。其主
要原因可能是，生物质炭的输入增加了土壤孔隙结
构并提高了土壤含水量，从而增强了土壤含水量与
土壤 Ｎ２Ｏ通量的相关性
［２８］。而 Ｔａｎｇ等［２９］的研究
表明，在松树林以及不对林下凋落物进行处理的混
合林中，土壤含水量与土壤 Ｎ２Ｏ通量均没有显著相
关性，而在常绿阔叶林以及去除林下凋落物的混合
林中均具有显著相关性。造成这种差异的原因可能
是植被特征、林地类型、集约管理程度等的不同
所致［２９］。
以往的研究结果表明，土壤 ＮＨ＋４Ｎ含量与土
壤Ｎ２Ｏ排放具有显著的相关性
［３０－３１］。但在本试验
中，土壤ＮＨ＋４Ｎ与土壤 Ｎ２Ｏ通量仅在竹叶处理下
具有显著的相关性（表１），而在生物质炭处理下无
显著相关性。造成这种结果的原因可能是输入竹叶
增加了土壤有机质等，从而提高了土壤 ＮＨ＋４Ｎ含
量；而由于生物质炭的吸附作用，使得土壤中 ＮＨ＋４
Ｎ含量降低，从而降低了其相关性［３０－３１］。
从本研究结果可以看出，竹叶处理的土壤
ＮＯ－３Ｎ的含量显著增加，生物质炭处理显著降低
（图２ｂ）。对照处理的土壤 ＮＯ－３Ｎ含量和 Ｎ２Ｏ排
放通量具有显著相关性（Ｐ＜００５），竹叶处理的相
关性极显著 （Ｐ＜００１），而生物质炭处理与之没有
显著相关性。Ｃａｓｔａｌｄｉ等［３１］研究也发现生物质炭处
理下的土壤ＮＯ－３Ｎ含量没有显著差异，这与本试验
结果相符。Ｍｕｈａｍｍａｄ等［３２］则发现在作物残余物
和氮肥混合输入的样地中，土壤 ＮＯ－３Ｎ与 Ｎ２Ｏ排
放通量具有极显著的正相关。造成以上结果的原因
３０７
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２２卷
可能是输入竹叶后，随着竹叶的分解增加了土壤
ＮＯ－３Ｎ的含量，而输入生物质炭后，吸附了土壤中
的ＮＯ－３Ｎ，土壤无机氮的含量下降，从而使其与土
壤Ｎ２Ｏ排放通量的相关性降低
［３０－３１］。
在本研究中，竹叶处理的土壤 ＷＳＯＮ和 ＭＢＮ
含量显著增加，生物质炭处理二者无显著差异（图
２ｃ、ｄ））。土壤ＷＳＯＮ与土壤Ｎ２Ｏ通量在对照和竹
叶处理中具有显著相关性，而在生物质炭处理上无
显著相关性（Ｒ２＝０２５４，Ｐ＞００５）。造成以上结
果的原因可能是竹叶的输入提高了土壤有机碳的含
量，同时增加了土壤 Ｃ／Ｎ比，因此土壤有机氮的含
量提高；而生物质炭的输入虽然提高了土壤的固碳
潜力，但由于其不易分解，因此使土壤 ＷＳＯＮ的含
量降低［３１］，其与土壤 Ｎ２Ｏ排放通量的相关性也明
显降低。土壤ＭＢＮ含量与Ｎ２Ｏ排放通量无显著相
关性（表１）。但在Ｍｕｈａｍｍａｄ等［３２］研究中发现，在
土壤中输入作物残余物，土壤 ＭＢＮ与 Ｎ２Ｏ排放通
量具有显著负相关，而Ｌｏｕ等［３３］在水稻田的研究中
发现，输入作物残余物后，土壤 ＭＢＮ与 Ｎ２Ｏ通量具
有显著正相关。以上研究结果存在的差异可能是因
为土壤质地、土壤水分、样地类型等的不同，导致土
壤矿化氮的速率不同，从而引起土壤氮库的差异
所致［３２－３３］。
本研究结果表明，竹叶和生物质炭处理的土壤
ＷＳＯＣ和ＭＢＣ含量均比对照显著增加（图２），这与
前人［２６，３４］的研究结果一致。生物质炭和竹叶处理
的土壤ＷＳＯＣ与Ｎ２Ｏ通量具有显著的正相关。Ｌｉｎ
等［３５］和张蛟蛟等［３６］也发现类似的情况。其原因可
能是生物质炭具有不稳定成分，在试验过程中增加
了土壤ＷＳＯＣ含量，土壤 ＷＳＯＣ作为土壤重要的碳
源，其含量的增加为土壤微生物提供了充足的养分
和反应底物，提高了微生物活性，进而促进了土壤
Ｎ２Ｏ的排放
［３５－３６］。但是３种处理的土壤 ＭＢＣ含量
与Ｎ２Ｏ排放通量均没有显著的相关性（表１），这与
张蛟 蛟 等［３６］ 的 研 究 结 果 一 致。但 Ｄａｂｅｋ
Ｓｚｒｅｎｉａｗｓｋａ等［３７］对壤质沙土和 Ｌｏｕ等［３３］对水稻田
的研究结果却与本试验结果相反，可能与研究的土
壤质地以及生物质炭的材质等因素的不同有关。
Ｍｕｈａｍｍａｄ等［３２］的研究发现，添加作物残余物后，
土壤ＭＢＣ与Ｎ２Ｏ通量具有显著负相关。Ｌｉｎ等
［３５］
研究表明，水稻田、林地和丘陵山地的土壤 ＭＢＣ与
Ｎ２Ｏ通量均具有显著正相关，而在土壤含水量较低
的果树林地（低于３２％）中二者则无显著的相关性。
上述研究表明，土壤ＭＢＣ虽对土壤微生物的生长有
显著影响，但可能不是影响土壤 Ｎ２Ｏ排放通量的主
要因素［４，１８］。土壤ＷＳＯＣ和 ＭＢＣ含量对土壤 Ｎ２Ｏ
排放的影响会因土壤质地、水分状况、林地类型和管
理措施等不同而有所不同［２６，３２，３４］。
４ 结论
在对照、竹叶和生物质炭处理下，板栗林土壤
Ｎ２Ｏ排放通量均呈现出明显的季节性变化特征，表
现为夏、秋季节高，冬、春季节低。竹叶处理的板栗
林土壤ＮＯ－３Ｎ、ＷＳＯＣ、ＷＳＯＮ、ＭＢＣ和 ＭＢＮ含量以
及Ｎ２Ｏ排放通量显著增加，而生物质炭处理的土壤
ＮＨ＋４Ｎ和ＮＯ
－
３Ｎ含量以及Ｎ２Ｏ排放通量则显著降
低。上述结果表明，输入竹叶和生物质炭可能是通
过影响土壤碳库与氮库特征而影响土壤 Ｎ２Ｏ排放
通量。由于生物质炭的类型和施用量等因素会显著
影响土壤 Ｎ２Ｏ排放通量，其机理尚不明确。因此，
今后将继续深入研究不同类型生物质炭以及不同施
用量对土壤 Ｎ２Ｏ排放的影响，从土壤化学、微生物
学等角度分析生物质炭输入对土壤 Ｎ２Ｏ排放的影
响机理，从而为利用生物质炭输入技术减少人工林
生态系统温室气体排放提供科学依据。
参 考 文 献：
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［３７］ ＤａｂｅｋＳｚｒｅｎｉａｗｓｋａＭ，ＢａｌａｓｈｏｖＥ．Ｓｅａｓｏｎａｌｃｈａｎｇｅｓｉｎｌａｂｉｌｅ
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