全 文 ：第 51 卷 第 3 期
2 0 1 5 年 3 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 3
Mar．，2 0 1 5
doi: 10．11707 / j．1001-7488．20150303
收稿日期: 2013 － 11 － 21; 修回日期:2014 － 04 － 01。
基金项目:林业公益性行业科研专项项目(201404206 － 03; 201104008)。
* 桑玉强为通讯作者。
华北刺槐林与自然恢复植被土壤微生物量碳、
氮含量四季动态*
王风芹1 田丽青1 宋安东1 桑玉强2 张劲松3 高 峻3
(1． 河南农业大学生命科学学院 农业部农业微生物酶工程重点实验室 郑州 450002; 2． 河南农业大学林学院 郑州 450002;
3． 中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育重点实验室 北京 100091)
摘 要: 【目的】土壤微生物量碳、氮是植被所需碳、氮的重要“源”或“库”，是公认的综合评价土壤质量或肥力
的重要指标，也是土壤生态系统变化的预警及敏感指标，研究其动态变化，可为退耕还林及后期管理决策提供科
学依据，并为深入研究林地碳氮循环及温室气体排放提供参考。【方法】以农田( FL)为对照，研究华北土石山区
10 年生刺槐林、43 年生刺槐林、自然恢复植被(NＲV)土壤微生物量碳、氮的四季动态变化，并对各样地微生物量
碳、氮对土壤营养库的贡献率进行对比研究。【结果】各样地微生物量碳、氮随土层加深而逐渐下降，其季节动
态变化差异显著; 农田、自然恢复植被、10 和 43 年生刺槐林地 0 ～ 20 cm 土层微生物量碳、氮含量四季均值分别
为 251. 94，290. 68，150. 66，197. 34 mg·kg － 1和 30. 95，46. 46，36. 55，45. 27 mg·kg － 1。其中:自然恢复植被的微生
物量碳、氮含量四季均值最高，其微生物量碳含量分别是农田、10 和 43 年生刺槐林的 1. 15，1. 93 和 1. 47 倍，
微生物量氮含量分别是它们的 1. 50，1. 27 和 1. 03 倍 ; 土壤微生物量碳、氮含量随刺槐树龄增大而升高，43
年生刺槐林 0 ～ 20 cm 土层的微生物量碳、氮含量是 10 年生刺槐林的 1. 31 和 1. 24 倍。各植被样地不同层次
土壤微生物量碳氮比季节差异明显，农田、自然恢复植被、10 年和 43 年生刺槐林 0 ～ 20 cm 土层碳氮比四季
均值分别为 8. 64，6. 26，4. 12 和 4. 36; 10，43 年生刺槐林碳氮比分别是农田的 0. 48 和 0. 50 倍，是自然恢复
植被的 0. 66 和 0. 70 倍。在 0 ～ 20 cm 土层中，农田、自然恢复植被、10 和 43 年生刺槐林地微生物量碳对土
壤有机碳平均贡献率分别为 1. 88% ，2. 00% ，1. 54% 和 1. 24% ，土壤微生物量氮对土壤全氮的平均贡献率分
别为 1. 21% ，5. 44% ，3. 55% 和 2. 26%。【结论】各样地土壤微生物量碳、氮之间显著相关，它们与土壤全
氮、有机质和速效钾含量均显著相关 ; 除此之外，土壤微生物量碳还与土壤硝态氮含量显著相关。随着树龄
的增加刺槐林土壤微生物量尤其是微生物量氮含量显著提高，因而土壤的生物肥力也显著提高 ; 由土壤微
生物量碳、氮含量及其对土壤营养库的贡献率可知，自然恢复植被更利于土壤微生物结构、功能的恢复和生
物活性的改善。
关键词: 华北土石山区; 退耕还林; 刺槐; 自然恢复植被; 微生物量碳 /氮
中图分类号:S718. 5 文献标识码:A 文章编号:1001 － 7488(2015)03 － 0016 － 09
Seasonal Dynamics of Microbial Biomass Carbon and Nitrogen in Soil of Ｒobinia
pseudoacacia Forests and Near-Naturally Ｒestored Vegetation in Northern China
Wang Fengqin1 Tian Liqing1 Song Andong1 Sang Yuqiang2 Zhang Jinsong3 Gao Jun3
(1 ． Key Laboratory of Enzyme Engineering of Agricultural Microbiology of Ministry of Agriculture College of Life Science，Henan Agricultural University
Zhengzhou 450002; 2 ． College of Forestry，Henan Agricultural University Zhengzhou 450002;
3 ． Key Laboratory of Forest Silviculture of State Forestry Administration Ｒesearch Institute of Forestry，CAF Beijing 100091)
Abstract: 【Objective】Microbial biomass carbon and nitrogen are an important“source“or“storeroom”for vegetation’
s requirements． They are important index of comprehensive evaluation of soil quality or fertility，and also sensitive early-
warning indicators of soil ecosystem． This study aims at providing a scientific basis for converting farmland to forests and
making decisions of forest management，and providing basis for further study on the C and N cycle and greenhouse gas
emission at forestland． 【Method】Seasonal dynamics of soil microbial biomass C and N and their contribution rates to soil
第 3 期 王风芹等: 华北刺槐林与自然恢复植被土壤微生物量碳、氮含量四季动态
nutrition pools in the Ｒobinia pseudoacacia plantation land with tree ages of 10-year-old ( ＲP10 ) and 43-year-old and
naturally restored vegetation (NＲV) were studied and compared to those of the farmland ( FL) in the rocky mountain
region of northern China． 【Ｒesults】Microbial biomass C and N of all lands were sharply decreased with increasing soil
depth． Seasonal dynamics of microbial biomass C and N contents were different significantly among all these lands． Soil
microbial biomass C and N contents in 0 － 20 cm soil layer of FL，NＲV，ＲP10 and ＲP43 were 251. 94，290. 68，
150. 66，197. 34 mg·kg － 1 and 30. 95，46. 46，36. 55，45. 27 mg·kg － 1，respectively． Soil microbial biomass C and N
contents of NＲV were much higher than that of other lands，1. 15，1. 93，1. 47 times，and 1. 50，1. 27，1. 03 times of
that in FL，ＲP10 and ＲP43，respectively． Microbial biomass C and N contents in 0 － 20 cm soil layer in ＲP43 were
significantly higher than that of ＲP10 ( 1. 31 and 1. 24 times，respectively)，indicating an increase with forest age．
Seasonal dynamics of microbial biomass C － N ratio were different significantly among all lands，and the seasonal means of
FL，NＲV，ＲP10 and ＲP43 were 8. 64，6. 26，4. 12 and 4. 36，respectively． Soil microbial biomass C-N ratio of ＲP10
and ＲP43 were 0. 48 and 0. 50 times of that of FL，0. 66 and 0. 70 times of NＲV． The average contribution rates of soil
microbial biomass C to soil organic carbon in FL，NＲV，ＲP10 and ＲP43 were 1. 88%，2. 00%，1. 54% and 1. 24% in
0 － 20 cm soil layer，respectively，and the contribution rates of soil microbial biomass N to soil total nitrogen were
1. 21%，5. 44%，3. 55% and 2. 26% ． A significantly positive correlation was found between soil microbial biomass C and
N，and they were also significantly positively correlated with soil content of total N，organic matter and available potassium．
In addition，soil microbial biomass C was also significantly positively correlated with soil ammonium-N content． Microbial
biomass in soil，especially microbial biomass N，could be enhanced with increasing forest age of Ｒ． pseudoacacia to
significantly elevate the soil biological fertility． Based on the comparison of soil microbial biomass C and N content and its
contribution to soil N pools among the different lands，we can conclude that the naturally restored vegetation was more
conducive to the recovery of soil microbial structure and function and could improve the biological activity of soil．
Key words: rocky mountain of northern China; converting farmland to forest; Ｒobinia pseudoacacia; naturally restored
vegetation; microbial biomass carbon and nitrogen
土壤微生物对土地利用、管理措施、耕作和肥
力水平等外界条件的变化十分敏感，它的分布与
活动可以反映环境、生物因子对微生物的分布习
性、群落组成、种群演替及其功能的影响 (刘满强
等，2003; Bucher et al．，2005)。土壤微生物量碳、
氮是植被所需碳、氮重要的“源”或“库”，是公认
的综合评价土壤质量或肥力的重要指标，也是土
壤生态系统变化的预警及敏感指标( Friedel et al．，
1996; 漆良华等，2009)。土壤微生物对土壤温室
气体( CO2、CH4 和 N2O 等 ) 的排放亦具有重要作
用，如:森林土壤中微生物参与下的硝化和反硝化
作用是 N2O 产生的主要过程，约占生物圈释放到
大气中 N2O 总量的 90% ( Bouwman，1990)。由于
由人类活动引起的土地利用及覆盖变化是影响土
壤碳库和氮库的最直接因子，故目前大多数学者
主要集中研究不同土地利用方式下的土壤温室气
体排放，但忽略了退耕后人工林的土壤改良效果
及维持与改善土壤肥力的主导限制因子，导致经
营措施存在一定的盲目性。
刺槐 ( Ｒobinia pseudoacacia)适应范围广，集用
材、饲料、蜜源、薪炭于一身，且根蘖性强，具根瘤固
氮、提高地力之效，是退耕还林及荒山绿化的首选与
先锋树种。众多研究表明:刺槐林具有显著提高土
壤有机质、氮、磷、钾等含量的作用 (张社奇等，
2008; 刘栋等，2012)，对土壤的改良作用显著优于
侧柏 ( Platycladus orientalis )、荆条 ( Vitex negundo
var． heterophylla)、毛白杨( Populus tomentosa)、沙棘
(Hippophae rhamnoides)、油松(Pinus tabulaeformis)、
柠条 ( Caragana korshinskii ) 和沙打旺 ( Astragalus
adsurgens) 等植被 (胡婵娟等，2009; 董莉丽等，
2011)。刺槐一直是华北山地生态工程的主要造
林树种之一。目前，对该区刺槐林的土壤改良效
应和生物肥力尤其是土壤微生物量的动态变化尚
缺乏系统研究，更未见刺槐林地与自然恢复植被
土壤改良作用比较的研究。本文以农田为对照，
研究退耕后的刺槐林地和近自然恢复植被土壤微
生物量碳、氮含量的季节变化，旨在为该区退耕还
林及后期管理决策提供科学依据，并为深入研究
刺槐林地碳、氮循环及温室气体排放提供研究
基础。
1 研究区概况与研究方法
1. 1 研究区概况
试验地位于黄河小浪底森林生态系统定位研究
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林 业 科 学 51 卷
站(35°01N，112°28E)站区内。该站地处河南省济
源市境内的太行山南段与黄河流域的交接处，定位
站中心地区海拔 410 m。属暖温带大陆性季风气
候，年 均 气 温 12. 4 ～ 14. 3 ℃，年 日 照 时 数
2 367. 7 h，年均降水量 641. 7 mm，年平均蒸发量为
1 611. 2 mm，无霜期历年平均 213. 2 天，试验区林分
以人工林为主，刺槐为代表性树种之一。本研究选
取样地均为半阳坡中部的退耕还林地，土壤类型为
褐土。其 中，农 田 轮 作 作 物 为 小 麦 ( Triticum
aestivum)—绿豆( Vigna radiata); 自然恢复植被经
12 年 自 然 演 化，已 形 成 以 构 树 ( Broussonetia
papyrifera)为主，乔、灌、草相结合的群落结构; 2 个
刺槐林样地的树龄分别是 10 和 43 年。
1. 2 土样采集
分别于 2012 年的春 (3 月 28 日)、夏 (7 月 4
日)、秋(10 月 1 日)、冬(12 月 1 日)，从农田( Farm
land，FL )、自 然 恢 复 植 被 ( naturally restored
vegetation，NＲV)、10 年生刺槐(ＲP10)和 43 年生刺
槐(ＲP43) 4 个样地取样，各样地设 3 个样方重复，
每个样方面积 100 m2。每个样方按 S 型布设 9 个样
点，每个样点挖取土壤剖面，除去表层枯枝落叶，分
0 ～ 5，5 ～ 10，10 ～ 20 cm 3 层，分别取等量土壤混合
均匀，剔除石砾、植物残根等，迅速带回实验室过直
径 2 mm 筛，于 4 ℃冰箱保存备用。
1. 3 研究方法
1. 3. 1 土壤微生物量碳、氮测定 采用氯仿熏蒸浸
提法。氯 仿 熏 蒸 和 未 熏 蒸 土 壤 用 0. 5 mol·
L － 1K2 SO4 溶液浸提，土液比为 1 ∶ 4，浸提液中有机
碳含量采用 FeSO4 溶液滴定法测定，转换系数 KEC
取 0. 38; 浸提液中有机氮含量采用茚三酮比色法测
定，转换系数 m 取 5. 0(李振高等，2008)。
1. 3. 2 土壤化学性质的测定 采用常规化学分析
方法(全国农业技术推广服务中心，2006)。
1. 4 数据统计分析
用 WPS 2013 和 DPS 7. 05 统计软件处理和分析
数据，采用 LSD 法检验不同处理间差异显著性。
2 结果与分析
2. 1 土壤微生物量碳含量
各植被不同季节微生物量碳含量均随土壤深
度增加而逐渐下降，4 个样地 0 ～ 5 cm 土壤微生物
量碳含量四季均值均显著高于下层土壤(图 1A)。
各植被 0 ～ 5 cm 土壤微生物量碳含量季节动态变
化明显，10 和 43 年生刺槐林微生物量碳含量分别
在春季和夏季最高，四季变幅分别为 130. 73 ～
305. 63，310. 91 ～ 477. 09 mg·kg － 1，且 43 年生刺槐
林微生物量碳含量在四季均显著高于 10 年生刺
槐林，前者是后者的 1. 33 ～ 2. 38 倍。农田和自然
恢复植被 0 ～ 5 cm微生物量碳均在秋季最高，变幅
分别为 222. 13 ～ 478. 92，281. 87 ～ 516. 54 mg·
kg － 1(图 1B)。不同植被土壤微生物量碳含量的
变幅在 5 ～ 10 cm 和 10 ～ 20 cm 2 个土层相似 (图
1C，1D)。对 5 ～ 20 cm 土层，10 和 43 年生刺槐林
的微生物量碳含量均低于农田和自然恢复植被。
农田、自然恢复植被、10 和 43 年生刺槐林地
0 ～ 20 cm土层微生物量碳含量四季均值分别为
251. 94，290. 68，150. 66 和 197. 34 mg·kg － 1。自然
恢复植被的微生物量碳含量四季均值最高，分别是
农田、10 和 43 年生刺槐林的 1. 15，1. 93 倍和 1. 47
倍; 10 和 43 年生刺槐林的微生物量碳含量四季均
值均低于农田，分别是农田的 0. 60 和 0. 78 倍; 43
年生刺槐林的微生物量碳含量是 10 年生刺槐林的
1. 31 倍(图 1A)。
2. 2 土壤微生物量氮含量
与土壤微生物量碳相同，土壤微生物量氮含量
也随土深增加而下降。除农田外，其他 3 个样地0 ～
5 cm 土壤微生物量氮含量四季均值均显著高于下
层土壤(图 2A)。43 年生刺槐林、10 年生刺槐林和
农田 0 ～ 5 cm 土壤微生物量氮含量均在夏季最高，
其四季变幅分别为 51. 31 ～ 162. 46、34. 13 ～ 76. 42
和 17. 62 ～ 51. 72 mg·kg － 1。自然恢复植被 0 ～ 5 cm
微生物量氮含量春季最高，四季变幅为 65. 06 ～
95. 30 mg·kg － 1(图 2B)。不同植被微生物量氮含量
的四季变幅大小在 5 ～ 10 cm 和 10 ～ 20 cm 两个层
次相似(图 2C，2D)。
农田、自然恢复植被、10 和 43 年生刺槐林地
0 ～ 20 cm土层微生物量氮含量四季均值分别为
30. 95、46. 46、36. 55 和 45. 27 mg·kg － 1。在 0 ～
20 cm土层中，自然恢复植被微生物量氮含量最高，
分别是农田、10 和 43 年生刺槐林微生物量氮含量
的 1. 50、1. 27 倍和 1. 03 倍; 43 年生刺槐林的微生
物量氮含量是 10 年生刺槐林和农田的 1. 24 和 1. 46
倍(图 2A)。
2. 3 土壤微生物量碳氮比
从表 1 可知，各植被样地不同层次土壤微生物
量碳氮比均有明显季节差异，其中，农田和自然恢复
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第 3 期 王风芹等: 华北刺槐林与自然恢复植被土壤微生物量碳、氮含量四季动态
图 1 不同样地土壤微生物量碳含量动态
Fig． 1 Dynamics of microbial biomass carbon in soil with different vegetations
A: 各土层土壤微生物量碳变化的四季均值 Dynamic of seasonal mean microbial biomass carbon with different soil layer in four seasons; 0 ～ 5
cm，5 ～ 10 cm，10 ～ 20 cm 土层土壤生物量碳的季节动态 Seasonal dynamics of microbial biomass carbon in 0 ～ 5 cm，5 ～ 10 cm，10 ～ 20 cm
soil layer，respectively． FL: 农田 Farm land; NＲV: 自然恢复植被 Natural restoration vegetation; ＲP10: 10 年生刺槐 Ｒ． pseudoacacia 10-year-
old; ＲP43: 43 年生刺槐 Ｒ． pseudoacacia 43-year-old．下同。The same below．
植被季节性差异远大于 10 和 43 年生刺槐林。农
田、自然恢复植被、10 和 43 年生刺槐林不同层次的
碳氮比四季变幅分别为 3. 50 ～ 16. 08，4. 32 ～
16. 80，0. 94 ～ 11. 90，2. 07 ～ 11. 34，其季节均值分别
为 8. 64，6. 26，4. 12 和 4. 36。其中，10，43 年生刺槐
林碳氮比是农田的 0. 48 和 0. 50 倍，是自然恢复植
被的 0. 66 和 0. 70 倍。
2. 4 土壤微生物量对土壤营养库的贡献率
农田、自然恢复植被、10 和 43 年生刺槐林不同
土层的有机碳含量分别为 107. 21 ～ 119. 21，106. 67
～ 209. 70，108. 43 ～ 218. 64 和 104. 46 ～ 255. 74 mg·
kg － 1，其均值分别为 111. 81，138. 92，163. 30 和
160. 67 mg·kg － 1 (表 2)。微生物量碳对 0 ～ 20 cm
各样地土壤有机碳贡献率分别为 1. 59 ～ 2. 20，
1. 95 ～ 2. 11，1. 40 ～ 1. 67 和 0. 89 ～ 1. 59% (表 3)，
各样地 平 均贡献 率排序依次为: NＲV ＞ FL ＞
ＲP10 ＞ ＲP43。
农田、自然恢复植被、10 和 43 年生刺槐不同层
次的土壤中全氮含量分别为 1. 20 ～ 1. 25，1. 03 ～
1. 81，0. 89 ～ 3. 29 和 1. 09 ～ 1. 56 g·kg － 1，其均值分
别为 1. 22，1. 32，1. 27 和 1. 80 g·kg － 1 (表 2)。微生
物量氮对 0 ～ 20 cm 各样地全氮贡献率分别为
0. 47 ～ 1. 74，4. 75 ～ 6. 12，1. 87 ～ 4. 80 和 1. 96 ～
2. 33% (表 3)，各样地平均贡献率排序依次为:NＲV
＞ ＲP10 ＞ ＲP43 ＞ FL。
2. 5 土壤微生物量碳、氮之间及其与土壤养分含量
的相关性分析
从表 4 可知，土壤微生物量碳、氮之间具有显著
相关性，它们与土壤全氮、有机质和速效钾含量也相
关显著; 除此之外，土壤微生物量碳还与土壤硝态
氮含量相关显著。这说明土壤营养与微生物量碳、
氮之间具有相互影响的复杂关系。
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林 业 科 学 51 卷
图 2 不同样地土壤微生物量氮含量动态
Fig． 2 Dynamics of microbial biomass nitrogen in soil with different vegetations
A: 各土层土壤微生物量氮变化的四季均值 Dynamic of seasonal mean microbial biomass nitrogen with different soil layer in four seasons; B: 0 ～ 5，
5 ～ 10，10 ～ 20 cm 土壤微生物量氮季节动态 Seasonal dynamics of microbial biomass nitrogen in 0 － 5，5 － 10 and 10 － 20 cm soil layer，
respectively．
表 1 土壤微生物量碳氮比季节变化
Tab. 1 Seasonal variation of soil microbial biomass C － N ratio
植被类型
Vegetation
type
土层
Soil layer / cm
春季
Spring
夏季
Summer
秋季
Autumn
冬季
Winter
均值
Mean
FL
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
13. 62 ± 5. 76a
14. 35 ± 2. 43a
15. 68 ± 9. 15a
5. 23 ± 0. 35a
5. 40 ± 0. 26b
3. 93 ± 0. 56b
16. 08 ± 2. 46a
14. 88 ± 2. 15a
14. 10 ± 0. 77a
16. 08 ± 0. 20ab
14. 88 ± 0. 58b
14. 10 ± 1. 99a
8. 64
NＲV
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
4. 32 ± 0. 13b
5. 43 ± 0. 66b
4. 97 ± 0. 10b
4. 33 ± 0. 20b
13. 52 ± 2. 49a
16. 80 ± 25. 72a
6. 81 ± 0. 31b
11. 78 ± 1. 70b
15. 62 ± 0. 82a
6. 81 ± 1. 03a
11. 78 ± 0. 51a
15. 62 ± 1. 86a
6. 26
PＲ10
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
6. 43 ± 0. 31b
4. 43 ± 0. 05b
11. 9 ± 3. 78b
3. 71 ± 0. 72bc
7. 78 ± 0. 13b
8. 20 ± 1. 32b
4. 04 ± 1. 38b
2. 92 ± 0. 79c
2. 30 ± 0. 91b
4. 04 ± 0. 37bc
2. 92 ± 0. 60bc
2. 30 ± 0. 56a
4. 12
ＲP43
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
6. 54 ± 0. 16b
6. 86 ± 0. 52b
6. 35 ± 0. 62b
2. 94 ± 0. 41c
7. 25 ± 2. 18b
11. 34 ± 9. 00b
6. 22 ± 1. 30b
2. 07 ± 0. 18c
3. 13 ± 1. 33b
6. 22 ± 0. 69c
2. 07 ± 0. 79c
3. 13 ± 0. 71b
4. 36
02
第 3 期 王风芹等: 华北刺槐林与自然恢复植被土壤微生物量碳、氮含量四季动态
表 2 不同植被样地土壤春季有机碳和全氮的含量
Tab. 2 Organic carbon and total nitrogen content of the soils with different vegetation in spring
土层
Soil layer / cm
FL NＲV ＲP10 ＲP43
有机碳
Organic C /
(mg·kg － 1 )
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
119. 21 ± 21. 47c
109. 01 ± 11. 00b
107. 21 ± 18. 97a
209. 70 ± 5. 21b
123. 97 ± 0. 84ab
106. 67 ± 4. 03a
218. 64 ± 19. 98b
136. 38 ± 15. 68a
108. 43 ± 5. 25a
255. 74 ± 11． 74a
121. 80 ± 15． 26ab
104. 46 ± 6． 26a
全氮
Total N /( g·kg － 1 )
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
1. 20 ± 0. 07b
1. 25 ± 0. 07a
1. 21 ± 0. 11a
1. 81 ± 0. 13b
1. 12 ± 0. 17a
1. 03 ± 0. 06b
1. 56 ± 0. 16b
1. 16 ± 0. 08a
1. 09 ± 0. 13ab
3. 29 ± 0． 97a
1. 23 ± 0． 26a
0. 89 ± 0． 12c
表 3 春季微生物量对土壤营养库的贡献率
Tab. 3 The contribution of microbial biomass to soil nutrient pool in spring
土层 Soil layer / cm FL NＲV ＲP10 ＲP43
微生物量碳 /有机碳
MBC /OC(% )
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
1. 85
2. 20
1. 59
1. 96
2. 11
1. 95
1. 40
1. 54
1. 67
1. 59
1. 23
0. 89
微生物量氮 /全氮
MBN /TN(% )
0 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
1. 74
1. 43
0. 47
6. 12
4. 97
4. 75
3. 81
4. 80
1. 87
2. 33
2. 26
1. 96
表 4 土壤微生物量碳、氮含量之间及其与土壤养分含量的相关系数①
Tab. 4 Correlation coefficients between soil microbial biomass(C，N)and soil nutrients contents
硝态氮
Nitrate-N
铵态氮
Ammonium-N
全氮
Total N
有机质
Organic matter
速效磷
Available P
速效钾
Available K
微生物量碳
Microbial biomass C
微生物量碳
Microbial biomass C 0. 62
* 0. 3 0. 78＊＊ 0. 71＊＊ 0. 08 0. 90＊＊ 1
微生物量氮
Microbial biomass N
0. 43 0. 26 0. 57 * 0. 53 * － 0. 34 0. 64 * 0. 85＊＊
①* ，＊＊:分别表示相关性显著(P ＜ 0. 05) 和极显著(P ＜ 0. 01) Indicate significant correlation at 0. 05 and 0. 01 level，respectively．
3 讨论与结论
3. 1 讨论
1)森林土壤微生物量碳、氮与土壤养分的关系
土壤微生物量变化受温度、湿度、土壤理化性质、植
被、土层深度等因素影响。本研究表明，土壤微生物
量碳、氮含量均与土壤全氮、有机质和速效钾含量显
著正相关，此外，微生物量碳还与土壤硝态氮显著
正相关，土壤微生物量碳、氮之间也极显著正相关。
这说明微生物量碳、氮含量可反映土壤营养状况
(多祎帆等，2012; 胡嵩等，2013);同时，提高土壤
全氮、有机质、速效钾等含量，亦可有效促进土壤微
生物活性。各样地土壤微生物量碳、氮均随着土层
加深而减少，这是由于土壤表层积累了较多枯枝落
叶和腐殖质，营养源较丰，水热条件和通气状况好，
随着土层加深，通透性变差，养分减少，限制了土壤
微生物活动(张威等，2012; 刘爽等，2010)。
2)土壤微生物量碳、氮季节动态 在不同森林
生态系统中，由于各种生态因子作用及关键生态因
子的不同，土壤微生物量碳、氮的季节波动可能差异
显著。同一植被在不同海拔、土层及演替阶段的土
壤微生物量季节波动也有很大差异(杨凯等，2009;
Devi et al．，2006)。胡婵娟等(2011)研究发现刺槐
林地微生物量碳在夏、春季较秋季高，草本自然恢复
植被微生物量碳含量在秋季最高。本研究结果与该
报道基本一致，即:10 年生和 43 年生刺槐林微生物
量碳含量在春、夏季高，在秋季和冬季降低; 但农田
和自然恢复植被微生物量碳含量在秋季最高。这可
能是因为春夏季节刺槐生长旺盛，大量根系分泌物
给微生物带来了丰富营养; 自然恢复植被具有丰富
的 1 年生草本植物，其根系寿命比树木根系短，虽然
地上有机物质的输入较少，但秋季根系死亡为微生
物提供了更多可利用资源。除自然恢复植被外，其
他样地微生物量氮含量均在夏季最高，这与胡婵娟
等(2011)和 Singh 等(1989)的研究结果一致。
3)退耕还林刺槐林对土壤肥力的培育 植被
恢复有利于土壤生物学特性改善，在众多植被恢复
模式中，刺槐林生态效应最为明显 (张笑培等，
2010)。随着刺槐年龄增加，有机质输入增多，供微
生物利用的碳氮源增大，微生物活性和微生物量升
12
林 业 科 学 51 卷
高(薛萐等，2007)。张笑培等(2010)研究发现，30
年生刺槐林土壤生物学特性优于 20 和 5 年生刺槐
林。薛萐等(2007)研究表明，在生态恢复过程中，
刺槐林土壤微生物量变化在 10 ～ 15 年后达到显著
水平; 恢复 50 年的刺槐林微生物量碳、氮、磷较坡
耕地分别增加 213%，201%和 83%。本研究也表明
土壤微生物量碳、氮含量随刺槐树龄增大而升高，43
年生刺槐林 0 ～ 20 cm 土层的微生物量碳、氮含量是
10 年生刺槐林的 1. 31 和 1. 24 倍。且 43 年生刺槐
林土壤中有机碳和全氮含量分别是 10 年生刺槐的
0. 98 和 1. 42 倍，分别是农田的 1. 44 和 1. 48 倍。这
表明退耕还林刺槐林地可以改善土壤的营养状况和
生物活性，且树龄越大，土壤越肥沃。
微生物量碳氮比在一定程度上可反映土壤微生
物的种类和区系组成(黄昌勇等，2000)，细菌、放线
菌和真菌的碳氮比一般在 5 ∶ 1，6 ∶ 1和 10 ∶ 1左右(陈
国潮等，1998)。本研究中 10 和 43 年生刺槐林土
壤微生物量碳氮比值分别为 4. 12 和 4. 36，远低于
农田的 8. 64，且刺槐林微生物量碳氮比季节变幅较
小，表明刺槐土壤中细菌菌群尤其是固氮根瘤菌可
能在全年占有优势。这与不同植被土壤中微生物菌
数测定结果一致，刺槐林地土壤细菌为优势菌，农田
土壤中放线菌为优势菌，而近自然恢复植被土壤中
真菌为优势微生物(田丽青，2014)。
4)自然恢复植被对土壤肥力的培育 本研究
的自然恢复植被经过长期自然演化，乔、灌、草植被
丰富，枯枝落叶较多，使土壤营养特别是微生物量
碳、氮含量丰富。何云等(2013)研究表明，草本植
物能迅速增加土壤微生物数量，林草复合模式可显
著增加土壤微生物量碳含量。本试验结果显示自然
恢复植被 0 ～ 20 cm 土层的微生物量碳氮含量四季
均值最高，其微生物量碳含量分别是 10 和 43 年生
刺槐林的 1. 93 和 1. 47 倍，微生物量氮含量分别是
它们的 1. 27 和 1. 03 倍。
微生物量对土壤营养库的贡献率高说明有较多
营养被微生物固定，从而成为潜在营养源(杨成德，
2007)。Zeller 等 (2001)报道，土壤微生物量碳、氮
含量占有机碳、全氮的比例分别为 0. 27% ～ 7. 0%
和 2% ～ 6%。本研究表明自然恢复植被春季的微
生物量碳氮对土壤营养库的贡献率均高于其他样
地，其微生物量碳对土壤有机碳的贡献率分别是 10
和 43 年生刺槐林的 1. 31 和 1. 63 倍; 微生物量氮
对全氮贡献率分别是 10 和 43 年生刺槐林的 1. 51
和 2. 42 倍。这表明自然恢复植被土壤中有较多营
养被微生物固定，这主要是因为该样地灌、草植被丰
富，土壤微生物活性较强。
由土壤中微生物量碳、氮含量及其对土壤营养
库的贡献率可知:退耕还林应注重乔、灌、草合理配
置，自然恢复更利于改善土壤微生物的结构和功能。
3. 2 结论
本研究表明不同植被土壤微生物量碳、氮含量
季节变化差异显著。土壤微生物量碳、氮含量随刺
槐树龄增大而升高，43 年生刺槐林 0 ～ 20 cm 土层
的微生物量碳、氮含量均值分别是 10 年生刺槐林的
1. 31 和 1. 24 倍，分别是农田的 0. 78 和 1. 46 倍。自
然恢复植被 0 ～ 20 cm 土层的微生物量碳、氮含量四
季均值最高，其微生物量碳含量分别是农田、10 和
43 年生刺槐林的 1. 15，1. 93 和 1. 47 倍，微生物量
氮含量分别是它们的 1. 50，1. 27 和 1. 03 倍。土壤
微生物量碳氮比由高到低依次为农田、自然恢复植
被、43 和 10 年生刺槐。土壤微生物量碳对土壤有
机碳贡献率由高到低依次为自然恢复植被、农田、10
和 43 年生刺槐林，而土壤微生物量氮对土壤全氮的
贡献率由高到低依次为自然恢复植被、10 和 43 年
生刺槐林、农田。各样地土壤微生物量碳、氮含量之
间具有显著相关性，它们与土壤全氮、有机质和速效
钾含量也相关显著; 除此之外，土壤微生物量碳还
与土壤硝态氮含量相关显著。
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(责任编辑 朱乾坤)
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