免费文献传递   相关文献

生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性



全 文 :第 29卷 第 20期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.20
2013年 10月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Oct. 2013 111

生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性
吴家森 1,2,张金池 1※,钱进芳 3,黄坚钦 3
(1. 南京林业大学森林资源与环境学院,南京 210037;2. 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,临安 311300;3. 浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室培育基地,临安 311300)

摘 要:山核桃(Carya cathayensis)是中国特有的高档干果和木本油料树种,但高强度经营导致林地土壤性质的改
变,为了解生草对土壤的修复效果,在山核桃主产区设置了紫云英(Astragalus sinicus)、油菜(Brassica campestris)、
黑麦草(Lolium perenne)和免耕 4种处理,对土壤有机碳及微生物功能多样性进行分析。结果表明,不同生草栽培
后,山核桃林地土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)质量分数显著增加,与免耕相比,种植油菜、黑麦草、
紫云英 4 a后土壤 TOC分别提高了 23.12%,26.61%和 24.74%,增加的组分以羰基碳为主,但并未改变土壤碳库
的稳定性;同时也显著提高了林地土壤微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)和水溶性有机碳(water-soluble
organic carbon,WSOC)的质量分数,MBC增加了 138.61%~159.68,WSOC提高了 56.24%~69.47%%。3种生草
的土壤微生物活性(average well color development,AWCD)显著高于免耕,微生物多样性指数(Shannon index, H)
和均匀度指数(evenness index, E)则表现为油菜、紫云英处理显著高于免耕。研究表明,生草栽培能有效提高林地
土壤 TOC质量分数和微生物功能多样性,为山核桃林地土壤修复和科学管理提供参考。
关键词:土壤,有机碳,微生物学,山核桃,生草,水溶性有机碳,微生物量碳,微生物功能多样性
doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2013.20.016
中图分类号:S714.8 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2013)-20-0111-07
吴家森,张金池,钱进芳,等. 生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性[J]. 农业工程学报,2013,
29(20):111-117.
Wu Jiasen, Zhang Jinchi, Qian Jinfang, et al. Intercropping grasses improve soil organic carbon content and microbial
community functional diversities in Chinese hickory stands[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural
Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(20): 111-117. (in Chinese with English abstract)

0 引 言
山核桃(Carya cathayensis Sarg.)是中国特有的
高档干果和木本油料树种,主要分布在浙皖交界的
天目山系[1]。2011 年,山核桃林栽培面积 89.3×
104 hm2,经济效益达 45 000元/hm2[2]。但在生产过
程中,为了果实采摘方便,大量施用草甘膦除草剂,
林下灌木、杂草消失殆尽,原有的山核桃复层林转
变为单层林,从而使土壤裸露,水土流失严重,林
地土壤受到中度至剧烈侵蚀,侵蚀模数在 1 157~
3 887 t/(km2·a)[3],人为经营 26 a后,A层土壤有机
碳质量分数明显下降[4],造成林地生态环境日益恶
化,影响了山核桃产业的可持续发展。
果园生草是一种优良的可持续发展土壤管理

收稿日期:2013-06-08 修订日期:2013-09-05
基金项目:国家自然科学基金项目(No. 41201323);浙江省重点科技
创新团队果品产业创新团队 (No.2009R50033)。
作者简介:吴家森(1972-),男,浙江庆元人,教授级高级工程师,
从事研究方向为森林土壤学。南京 南京林业大学 森林资源与环境学院
210037。Email: jswu@zafu.edu.cn
※通信作者:张金池(1962-),男,山东安丘人,博士,教授,从事
研究方向为水土保持与林业生态工程。南京 南京林业大学森林资源与
环境学院,210037。Email: zhang8811@njfu.edu.cn
模式,已在苹果园、葡萄园、桃园、梨园、李园及
杨梅园等推广应用,果园生草能有效提高土壤有机
碳质量分数,改良土壤物理结构,增强土壤养分供
给能力,显著提高土壤微生物数量和酶活性,在改
善果园小气候、减少土壤流失、降低果园气温和土
壤温度的极端数值等方面具有较好的效果[5-10],同
时还具有较强的固碳能力[11]。
土壤有机碳及其动态平衡是评价土壤肥力和
土地持续利用的主要指标之一,其数量和分布反映
了地表植物群落的空间分布、时间上的演替和人为
干扰[12]。土壤微生物作为土壤物质循环和生化过程
的主要参与者与调节者,它在植物凋落物的归还、
养分循环、土壤理化性质的改善中均起着十分重要
的作用,能敏感地反映土壤生态系统发生的微小变
化[13]。
针对山核桃强度经营导致林地土壤性质的改
变及林地土壤的修复,相关学者开展了生草品种的
筛选、种植等研究,在一定程度上改善了林地的生
态环境[14-16],但生草栽培对山核桃林地土壤质量的
影响还未曾报道,本文通过定位试验,研究了生草
对土壤有机碳及微生物功能多样性的影响,以期为
农业工程学报 2013年

112
山核桃土壤修复、科学管理和生草栽培技术的实施
提供科学依据。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
试验地位于浙江省临安市,地理位置为
30°03′02″N,119°08′54.2″E,海拔 200~240 m,属
亚热带季风气候,年平均气温 16.4℃,极端最高气
温 41.7℃,极端最低气温−13.3 ℃,年平均有效积
温 5 774℃,年平均降水量 1 628 mm,年平均日照
时数 1 774 h,无霜期 235 d。土壤为发育于板岩的
石灰土[17],土壤基本理化性质为 pH值 5.79,有机
碳 17.05 g/kg,碱解氮 142.52 mg/kg,有效磷
8.27 mg/kg,速效钾 35.85 mg/kg。
1.2 试验设计
试验林分位于下坡,坡度 20°,东北坡,树龄
30~40 a,密度为 300棵/hm2,郁闭度为 0.7的山核
桃纯林。该林分已连续强度经营 10 a,即每年 5月
上旬、9 月上旬各施复合肥(N:P2O5:K2O=15:15:15)
750 kg/hm2,由于长期施用除草剂,林下灌木、草
本层已缺失。
2008年 9月,在山核桃试验林中采用单因素随
机区组设计,共设紫云英 (Astragalus sinicus
L.)(AS)、油菜(Brassica campestris L.)(BC)、黑麦草
(Lolium perenne L.) (LP)和免耕(No-tillage) (NT) 4
个处理,3次重复,共 12个小区,小区面积 10 m×
10 m。生草的播种量均为 30 kg/hm2,分别撒播于不
同处理的试验小区中,于 5月份结籽前刈割 80%生
草并全覆盖于林中,剩余的生草继续完成生命周
期,以供结实,产生的种子可供第二年自然繁育,
不需重复播种,不使用除草剂。而免耕则采用常规
的除草方式,4、6、8 月底喷施 20%草甘膦除草剂
300 kg/hm2。生草 4 a后(2012年 4月测定)的土壤理
化性质见表 1。
表 1 不同生草土壤基本理化性质
Table 1 Physical and chemical properties of soils under different treatments
试验处理 Treatment
pH值
pH
value
碱解氮质量分数
Alkali-hydrolyzable
nitrogen content/
(mg·kg-1)
有效磷质量分数
Available
phosphorus content
/(mg·kg-1)
速效钾质量分数
Available potassium
content/(mg·kg-1)
砂粒质量分数
Sand content
/%
粉粒质量分数
Slit content
/%
粘粒质量分数
Clay content
/%
容重
Bulk density
/(g·cm-3)
免耕
No-tillage (NT) 5.76 158.51 8.81 36.67 30.55 48.77 20.68 1.25
油菜
Brassica campestris (BC) 6.21 184.24 13.01 36.67 26.20 52.50 21.30 1.15
黑麦草
Lolium perenne(LP) 5.80 188.65 13.70 37.5 26.08 53.60 20.32 1.18
紫云英
Astragalus sinicus (AS) 5.95 212.45 14.79 59.17 27.51 51.70 20.79 1.16

1.3 样品采集与分析方法
2012年 4月中旬,在不同处理小区中,按“S”
型布点,分别采集 5个点的表层(0~20 cm)土样,
将其混合,然后采用四分法分取样品 1 kg左右带回
实验室,去除石块和植物根系等杂物,过 2 mm筛
后混匀,将样品分成两部分,一部分直接用于测定
土壤溶解性有机碳和微生物功能多样性,另一部分
置于室内自然风干后用于土壤养分的测定。
土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)用
重铬酸钾-硫酸外加热法;土壤 pH值用酸度计法(水
土比为 2.5∶1.0);土壤机械组成用比重计法;容
重用环刀法[18]。
土壤水溶性有机碳(water-soluble organic carbon,
WSOC)的测定参考 Jones 和 Willett 的方法[19],物
生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)采用
氯仿熏蒸浸提法测定[20-21]。
土壤的氢氟酸(HF)预处理与核磁共振波谱分
析。土壤样品 HF预处理参考文献[22]方法进行。将
上述经 HF 溶液预处理过的土壤样品用核磁共振波
谱仪测定(AVANCE II 300 MH,布鲁克公司)。
测试参数:光谱频率 75.5 MHz、旋转频率 5 000 Hz、
接触时间 2 ms、循环延迟时间 2.5 s。
土壤微生物代谢活性和功能多样性分析采用
Biolog Eco 检测法[23]。土壤微生物代谢活性采用每
孔颜色平均变化率(average well color development,
AWCD)表示,微生物群落代谢功能多样性采用多
样性指数(Shannon index, H)和均匀度指数
(evenness index, E)来表征[24-25]。
1.4 数据处理
数据处理在 SPSS 13.0软件上完成。采用单因
素方差分析(one-way analysis of variance)和新复极
差法(shortest significant range)比较不同数据组间的差
异,显著性水平设定为α=0.05。
2 结果与分析
2.1 不同处理对土壤总有机碳质量分数的影响
由图 1 可知,人工生草后林地土壤总有机碳
(TOC)质量分数与免耕相比差异显著(P<0.05),不同
生草对土壤有机碳增加的幅度有所不同,与免耕相
比,质量分数分别提高了 26.61%、 24.74%和
第 20期 吴家森等:生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性

113
23.12%,不同生草间没有明显差异。

注:测定日期为 2012年 4月。
Note: Measured in April 2012.

图 1 不同处理土壤有机碳质量分数
Fig.1 Comparison of contents of organic carbon in soils

生草栽培是一种行之有效的土壤管理方法和
制度,它能改善土壤物理性质,增加土壤养分和有
机碳质量分数[8]。生草后山核桃林地土壤有机碳质
量分数显著提高,主要是生草后每年通过地上部分
死亡,细根周转和根系分泌等可向土壤归还大量的
有机质,这与葡萄园[26]、苹果园[27]、杨梅园[10]土壤
有机碳质量分数分别提高 54.4%、30.0%和 25.2%~
48.9%的研究结果相似。另外免耕则造成较一定的
水土流失,生草后可减少土壤流失 19.3%~94.9%[28]。
生草后土壤有机碳质量分数显著增加,但土壤
有机碳的结构是否也发生了变化呢?不同生草后
土壤有机碳的固态 13C核磁共振波谱谱图(图 2),
可将波谱划分为 7个共振区,即烷基碳(0~45)、
N-烷氧碳(45~60)、烷氧碳(60~90)、缩醛碳
(90~110)、芳香碳(110~145)、酚基碳(145~
165)和羰基碳(165~210)。对核磁共振谱峰进
行区域积分,得到土壤有机碳中各种含碳组分的百
分比(表 2)。从图 2及表 2可知,生草后,林地
土壤羰基C的比例显著升高,与免耕相比,油菜、
黑麦草、紫云英分别提高了 36.9%、29.9%和 33.9%,
烷基碳、烷氧碳和芳香碳比例明显下降,分别降低
10.0%~16.4%、18.9%~20.9%和 10.5%~16.6%。
生草后每年大量有机物料归还土壤,从而使土壤中
容易被氧化分解的羰基碳明显增加。这与本研究中
生草后土壤的 MBC 和 WSOC 质量分数比免耕提
高了 138.61%~159.68%和 56.24%~69.47%也是一
致的。

注:A-烷基碳Alkyl C;B-N-烷氧碳N-alkyl C;C-烷氧碳O-alkyl C;D-缩醛碳Acetal C;E-芳香碳Aromatic C;F-酚基碳 Phenolic C;G-羰基碳Carboxyl C

图 2 不同处理土壤总有机碳的核磁共振图谱
Fig.2 NMR spectra of soil total organic carbon under different treatments
表 2 不同处理土壤含碳组分占总有机碳的比例
Table 2 Proportions of different organic carbon groups to total organic carbon under different treatments
处理
Treatment
烷基碳
Alkyl C/%
N-烷氧碳
N-alkyl C/%
烷氧碳
O-alkyl C/%
缩醛碳
Acetal
C/%
芳香碳
Aromatic
C/%
酚基碳
Phenolic
C/%
羰基碳
Carboxyl
C/%
烷基 C/
烷氧 C
AlkylC/
O-alkyl C
疏水 C/亲水 C
Hydrophilic C /
Hydrophobic C
脂族 C/芳香 C
Aliphatic C /
Aromatic C
芳香度
Aromaticity
/%
免耕 NT 9.02a 5.54a 15.63a 11.61a 28.36a 12.92ab 16.92b 0.28a 1.01a 1.01a 49.7a
油菜 BC 7.56b 5.89a 12.37b 12.29a 23.66b 15.06a 23.17a 0.25a 0.86a 0.98a 50.4a
黑麦草 LP 7.54b 5.81a 12.63b 12.42a 25.39b 14.23a 21.98a 0.24a 0.89a 0.97a 50.8a
紫云英 AS 8.12b 5.68a 12.67b 12.11a 25.27b 13.5ab 22.65a 0.26a 0.88a 1.00a 50.1a
注:同一列中不同字母代表在数值上存在显著差异(P<0.05),下同。
Note: Differ letters in the same column represent the significant different between the data(P<0.05), the same as below.
农业工程学报 2013年

114
烷基C0~45/烷氧C45~110比值反映了腐殖物质
烷基化程度的高低,可作为有机碳分解程度的指
标[29];疏水C/亲水C=(C0-45+C110-165)/(C45-110+C165-210),
其比值反映腐殖物质疏水程度的大小,比值越大则
土壤有机碳稳定性越高[30]。脂族 C0-110/芳香 C110-165
可以用来反映腐殖物质分子结构的复杂程度,该比
值越高表明腐殖物质中芳香核结构越少、脂肪族侧
链越多、缩合程度越低,分子结构越简单[29-30]。芳
香度(C110~165/C0~165 ×100%)可以反映有机碳分子结
构的复杂程度,该值越大,表明芳香核结构越多,
分子结构越复杂[29-30]。从表 2可知,土壤有机碳中
烷基 C/烷氧 C、疏水 C/亲水 C 的比值略有下降,
说明了土壤中难分解有机碳的比例相对减少;脂族
C/芳香 C的比值略有下降,而芳香度则略有升高,
均说明了生草后土壤有机物料多样性增加,土壤腐
殖物质中芳香核结构越多、分子结构变得更加复
杂。综上分析,生草后土壤有机碳库的稳定性并没
有发生明显的改变。
2.2 不同处理对土壤微生物量碳和水溶性有机碳
质量分数的影响
种植人工生草后林地土壤微生物量碳(MBC)的
质量分数显著升高。从表 3可知,不同生草林地土
壤MBC质量分数(250.28~272.38 mg/kg)显著高于
免耕(104.89 mg/kg) (P<0.05),土壤MBC质量分数
分别提高了 159.68%、144.24%和 138.61%。土壤水
溶性有机碳(WSOC)质量分数(43.70~47.40 mg/kg)
与免耕 (27.97 mg/kg)相比也存在显著性差异
(P<0.05),不同生草对WSOC增加的幅度略有不同,
但差异不显著,分别提高了 69.47%、66.05%和
56.24%。MBC、WSOC占 TOC的比例,更能反映
不同土地利用类型下植被对土壤碳行为的影响结
果,种植生草后改变了MBC/WSOC、MBC/TOC和
WSOC/TOC的比例(表 3),MBC/WSOC的比例由
免耕的 3.75提高到 5.52~5.75,MBC/TOC由免耕
处理的 0.63%提高到 1.22%~1.30%,WSOC/TOC
由免耕处理的 0.17%提高到 0.21%~0.23%。
表 3 不同处理土壤微生物量碳及水溶性有机碳质量分数
Table 3 Comparison of concentrations of microbial biomass
carbon (MBC) and water-soluble organic carbon (WSOC)
处理
Treatment
微生物量碳
MBC/(mg·kg-1)
水溶性有机碳
WSOC/
(mg·kg-1)
MBC
/WSOC
MBC/
TOC/%
WSOC
/TOC/%
免耕 NT 104.89±12.59b 27.97±3.22b 3.75 0.63 0.17
油菜 BC 250.28±32.34a 43.70±5.68a 5.73 1.22 0.21
黑麦草 LP 272.38±38.41a 47.40±5.97a 5.75 1.30 0.23
紫云英 AS 256.18±34.58a 46.44±6.55a 5.52 1.24 0.22

2.3 不同处理对土壤微生物功能多样性的影响
不同生草后土壤环境与结构发生改变,导致土
壤通气性、水势梯度和热传导性随之改变,为微生
物创造了适宜的生存和繁殖条件,同时刈割生草覆
盖后,生草的腐烂物为林地土壤微生物提供了丰富
的营养物质,更适合微生物的繁殖[31]。影响微生物
学性质的主要因素是有机碳质量分数[32],生草后山
核桃林地土壤总有机碳质量分数显著提高,特别是
土壤微生物量碳、水溶性有机碳的提高更加明显,
对土壤微生物功能多样性是否也会产生影响呢。
Biolog生态板是基于氧化还原反应的一种研究
环境微生物群落代谢功能的载体,Biolog盘中每孔
颜色平均变化率(AWCD)是反映土壤微生物代谢
活性的一个重要指标[33]。由图 3可见,随着培养时
间的延长,各处理的 AWCD 值呈抛物线模式,土
壤微生物活性随时间的延长而提高。在 24 h内不同
处理土壤的 AWCD 无明显变化,而后快速上升,
直至 144 h后变化趋于平缓,192 h基本稳定,此时
黑麦草、紫云英、油菜和免耕处理土壤的 AWCD
值分别为 1.244、1.231、1.187 和 1.080。多重比较
结果表明 3种生草与免耕之间,土壤的 AWCD 值
差异达显著水平(P<0.05),表明生草后土壤微生物
种群的多样性增加,从而提高了不同碳源的利用效率。

图 3 不同处理土壤微生物 AWCD值的变化
Fig.3 Average well-color development (AWCD) of soil
microbes

种植生草后土壤微生物多样性指数略有提高,
不同处理间存在一定的差异(表 4)。Shannon指数
表现为油菜、紫云英与免耕之间的差异达显著水平
(P<0.05),而黑麦草与免耕之间的差异不显著。土
壤微生物均匀度指数(E)之间也存在着一定的差异,
总体表现为紫云英、油菜与免耕之间存在显著性差
异(P<0.05),黑麦草与免耕之间的差异不明显。
表 4 不同处理土壤微生物功能多样性指数
Table 4 Indexes of microbial function diversity in soils
处理
Treatment
Shannon指数
Shannon index(H)
均匀度指数
Evenness index(E)
免耕 NT 3.335±0.081b 0.933±0.014b
油菜 BC 3.616±0.064a 0.969±0.001a
黑麦草 LP 3.458±0.178ab 0.936±0.034ab
紫云英 AS 3.604±0.071a 0.972±0.014a
第 20期 吴家森等:生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性

115
3 种不同生草土壤微生物活性 AWCD 值、
Shannon 指数和均匀度指数不存在显著性差异,这
与徐秋芳等[13]研究的结果相似。
3 结 论
1)种植生草 4 a后,山核桃林地土壤有机碳质
量分数显著增加,土壤有机碳的结构也发生了改
变,表现为羰基 C的比例显著升高,而烷基 C、烷
氧 C和芳香 C的比例明显降低。但土壤有机碳库的
稳定性并没有发生明显改变,烷基 C/烷氧 C、疏
水 C/亲水 C、脂族 C/芳香 C的比值略有下降,而
芳香度则略有升高。
2)生草栽培显著提高了山核桃林地土壤微生
物量碳和水溶性有机碳的质量分数,分别增加了
138.61%~159.68%、56.24%~69.47%,同时也提高
了微生物量碳和水溶性有机碳占总有机碳(TOC)
的比例。
3)生草后,山核桃林地土壤微生物生态功能
多样性显著增强,微生物活性 AWCD值、Shannon
指数和均匀度指数均明显提高,但不同生草之间没
有显著性差异。
综上,本研究表明,生草栽培能有效提高山核
桃林地土壤有机碳质量分数和微生物功能多样性,
改善了林地土壤质量,在山核桃产区可大力推广种
植,从而保持山核桃产业的可持续发展。
[参 考 文 献]
[1] 陈世权,黄坚钦,黄兴召,等. 不同母岩发育山核桃
林地土壤性质及叶片营养元素分析[J]. 浙江林学院学
报,2010,27(4):572-578.
Chen Shiquan, Huang Jianqin, Huang Xingzhao,et al.
Nutrient elements in soil and Carya cathayensis leaves
from four parent rock materials[J]. Journal of Zhejiang
Forestry College, 2010, 27(4): 572-578. (in Chinese
with English abstract)
[2] 王正加,黄兴召,唐小华,等. 山核桃免耕经营的经
济效益和生态效益[J] .生态学报,2011,31(8):2281
-2289.
Wang Zhengjia, Huang Xingzhao, Tang Xiaohua, et al.
Analysis on economic and ecological benefits of
no-tillage management of Carya cathayensis[J]. Acta
Ecologica Sinica, 2011, 31(8): 2281-2289. (in Chinese
with English abstract)
[3] 王云南. 浙江省典型经济林水土流失特征分析与防治
措施优化设计[D]. 杭州:浙江大学,2011.
Wang Yunnan. Research on the Characteristics and the
Harnessing Measure of Water and Soil Losses for
Economic Forests Slope Lands in Zhejiang Province[D].
Hangzhou: Zhejiang University, 2011. (in Chinese with
English abstract)
[4] 陈世权. 山核桃人工林养分诊断及生态经营技术研究
[D]. 南京:南京林业大学,2012.
Chen Shiquan. Research on Nutrient Diagnosis and Ecological
Management Technology in Carya cathayensis Forestry[D].
Nanjing: Nanjing Forestry University, 2012. (in Chinese
with English abstract)
[5] 惠竹梅,岳泰新,张瑾,等. 西北半干旱区葡萄园生
草体系中土壤生物学特性与土壤养分的关系[J]. 中国
农业科学,2011,44(11):2310-2317.
Xi Zhumei, Yue Taixin, Zhang Jin, et al. Relationship
between soil biological characteristics and nutrient
content under intercropping system of vineyard in
northwestern semiarid area[J]. Scientia Agricultura Sinica,
2011, 44(11): 2310-2317. (in Chinese with English
abstract)
[6] 张桂玲. 秸秆和生草覆盖对桃园土壤养分含量、微生
物数量及土壤酶活性的影响[J]. 植物生态学报,2011,
35(12):1236-1244.
Zhang Guiling. Effects of straw and living grass
mulching on soil nutrients, soil microbial quantities and
soil enzyme activities in a peach orchard[J]. Chinese
Journal of Plant Ecology, 2011, 35(12): 1236-1244. (in
Chinese with English abstract)
[7] 冯存良,陈建平,张林森. 生草栽培对富士苹果园生
态环境的影响[J]. 西北农业学报,2007,16(4):134-137.
Feng Cunliang, Chen Jianping, Zhang Linsen. Influence
of sod culture to the ecology environment of Fuji orchard
[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2007,
16(4): 134-137. (in Chinese with English abstract)
[8] 吴红英,孔云,姚允聪,等. 间作芳香植物对沙地梨
园土壤微生物数量与土壤养分的影响[J]. 中国农业科
学,2010,43(1):140-150.
Wu Hongying, Kong Yun, Yao Yuncong, et al. Effects of
Intercropping aromatic plants on soil microbial quantity
and soil nutrients in pear orchard[J]. Scientia Agricultura
Sinica, 2010, 43(1): 140-150. (in Chinese with English
abstract)
[9] 徐雄,张健,廖尔华. 四种土壤管理方式对李园土壤
微生物和酶活性的影响[J]. 土壤通报,2006,37(5):
901-905.
Xu Xiong, Zhang Jian, Liao Erhua. Effects of four types
of management on soil micro-organisms and enzymes in
an orchard[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2006,
37(5): 901-905.(in Chinese with English abstract)
[10] 颜晓捷,黄坚钦,邱智敏,等. 生草栽培对杨梅果园
土壤理化性质和果实品质的影响[J]. 浙江农林大学学
报,2012,28(6):850-854.
Yan Xiaojie, Huang Jianqin, Qiu Zhimin, et al. Soil
physical and chemical properties and fruit quality with
grass cover in a Myrica rubra orchard[J]. Journal of
Zhejiang A&F University, 2012, 28(6): 850-854. (in
Chinese with English abstract)
[11] 郭家选,何桂梅,师光禄,等. 生草免耕桃园生态系
统的碳交换动态变化特征[J]. 农业工程学报,2012,
28(12):216-222.
Guo Jiaxuan, He Guimei, Shi Guanglu, et al. Dynamic
change characteristics of carbon exchange on sown grass
and no-tillage peach orchard[J]. Transactions of the
Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions
of the CSAE), 2012, 28(12): 216-222. (in Chinese with
农业工程学报 2013年

116
English abstract)
[12] 苏进,赵世伟,马继东,等. 宁南黄土丘陵区不同人
工植被对土壤碳库的影响[J].水土保持研究,2005,
12(3):50-52,179.
Su Jin, Zhao Shiwei, Ma Jidong, et al. Influence of
man-made vegetation on carbon pool in southern Ningxia
region in the loess plateau[J] .Research of Soil and Water
Conservation, 2005, 12(3): 50-52, 179. (in Chinese with
English abstract)
[13] 徐秋芳,姜培坤,王奇赞,等. 绿肥对集约经营毛竹
林土壤微生物特性的影响[J]. 北京林业大学学报,
2009,31(6):43-48.
Xu Qiufang, Jiang Peikung,Wang Qizan, et al. Effects of
green manure on soil microbial properties of Phyllostachys
pubescens stands under intensive management[J]. Journal
of Beijing Forestry University, 2009, 31(6): 43-48. (in
Chinese with English abstract)
[14] 夏为,严江明,朱爱国. 综合防治山核桃林地水土流
失的技术研究[J]. 浙江水利水电专科学校学报,2007,
19(4):70-73.
Xia Wei, Yan Jiangming, Zhu Aiguo. Soil erosion
prevention in pecan forest land[J]. Jouranl of Zhejiang
Wat. Cons & Hydr. College, 2007, 19(4): 70-73. (in
Chinese with English abstract)
[15] 钱孝炎,郑惠君,赵伟明,等. 山核桃林下优良绿肥
品种的筛选研究[J]. 华东森林经理,2010,24(3):24
-25.
Qian Xiaoyan, Zheng Huijun, Zhao Weimin, et al. Study
on screening the excellent green manures under Carya
cathayensis forest[J]. East China Forest Management,
2010, 24(3): 24-25. (in Chinese with English abstract)
[16] 余琳,陈军,陈丽娟,等. 山核桃投产林林下套种绿
肥效应[J]. 林业科技开发,2011,25(3):92-95.
Yu Lin, Chen Jun, Chen Lijuan, et al. Effect of
interplantation of green manure varieties on yield of
hickory forests[J]. China Forestry Science and
Technology, 2011, 25(3): 92-95. (in Chinese with
English abstract)
[17] 黄坚钦,夏国华. 图说山核桃生态栽培技术[M]. 杭州:
浙江科学技术出版社,2008.
Huang Jianqin, Xia Guohua. Carya cathayensis Ecological
Cultivation Techniques with Pictures[M]. Hangzhou:
Zhejiang Science and Technology Press, 2008. (in
Chinese with English abstract)
[18] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京:中国农业
科技出版社,1999.
Lu Rukun. Analytical Methods for Soil and Agro-
Chemistry[M]. Beijing:China Agricultural Science and
Technology Press, 1999. (in Chinese with English abstract)
[19] Jones D L, Willett V B. Experimental evaluation of
methods to quantify dissolved organic nitrogen (DON)
and dissolved organic carbon (DOC) in soil[J]. Soil
Biology & Biochemistry, 2006, 38(5): 991-999.
[20] Vance E D, Brookes P C, Jenkinson D C. An extraction
method for measuring soil microbial biomass C[J]. Soil
Biology & Biochemistry, 1987, 19(6): 703-707.
[21] Brookes P C, Landman A, Puden G, et al. Chloroform
fumigation and the release of soil nitrogen: a rapid direct
extraction method to measure microbial biomass nitrogen
in soil[J]. Soil Biology & Biochemistry, 1985, 17(6): 837
-842.
[22] Mathers N J, Xu Z H, Berners-Price S J, et al.
Hydrofluoric acid pre-treatment for improving 13C
CPMAS NMR spectral quality of forest soils in southeast
Queensland, Australia[J]. Australian Journal of Soil
Research, 2002, 40(4): 655-674.
[23] Yao H Y, Bowman D, Shi W. Soil microbial community
structure and diversity in a turfgrass chronosequence:
Land-use change versus turfgrass management[J].
Applied Soil Ecology, 2006, 34(2): 209-218.
[24] 张海涵,唐明,陈辉,等. 黄土高原 5 种造林树种菌
根根际土壤微生物群落多样性研究[J]. 北京林业大学
学报,2008,30(3):85-90.
Zhang Haihan, Tang Ming, Chen Hui, et al. Diversity of
soil microbial communities in the mycorrhizosphere of
five afforestation tree species in the Loess Plateau[J].
Journal of Beijing Forestry University, 2008, 30(3): 85-
90. (in Chinese with English abstract)
[25] 安韶山,李国辉,陈利顶. 宁南山区典型植物根际与
非根际土壤微生物功能多样性[J]. 生态学报,2011,
31(18):5225-5234.
An Saoshan, Li Guohui, Chen Liding. Soil microbial
functional diversity between rhizosphere and non-
rhizosphere of typical plants in the hilly area of southern
Nixia[J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(18): 5225-
5234. (in Chinese with English abstract)
[26] 潘自舒,王启亮,逯昀,等. 黄河故道地区葡萄园果草牧组
合增效研究[J]. 安徽农业科学,2004, 32(3):492-493.
Pan Zishu, Wang Qiliang, Lu Yun. Research on
increasing effect about combining fruit grass with stock
raising in grape orchard[J]. Journal of Anhui Agricultural
Sciences, 2004, 32(3): 492- 493. (in Chinese with
English abstract)
[27] 孟平,张劲松. 太行山丘陵区果—草复合系统生态经
济效益的研究[J]. 中国生态农业学报,2003,11(3):
12-15.
Meng Ping, Zhang Jinsong. Effects of silvopastoral
system on eology and eonomics in the hilly land of
Taihang Mountain[J]. Chinese Journal of Eeo-Agrieulture,
2003, 11(3): 12-15. (in Chinese with English abstract)
[28] 王齐瑞,谭晓风. 果园生草栽培生理、生态效应研究
进展[J]. 中南林学院学报,2005,25(4):120-126.
Wang Qirui, Tan Xiaofeng. Research advances on the
physiological and ecological effects of fruits pasture-
planting[J]. Journal of Central South Forestry University.
2005, 25(4): 120-126. (in Chinese with English abstract)
[29] Ussira D A N, Johnson CE. Characterization of organic
mater in a northern hardwood forest soil by 13C NMR
spectroscopy and chemical methods[J].Geoderma, 2003,
111(1/2): 123-149.
[30] Spaccini R, Mbagwu J S C, Conte P, et al. Changes of
humic substances characteristics from forested to
cultivated soils in Ethiopia[J]. Geoderma, 2006, 132(1/2):
9-19.
[31] 吕德国,赵新阳,马怀宇,等. 覆草对苹果园土壤养
分和微生物的影响[J]. 贵州农业科学,2010,38(6):
第 20期 吴家森等:生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性

117
104-107.
Lü Deguo, Zhao Xinyang, Ma Huaiyu, et al. Effects of
straw mulch on soil nutrient and microbial biomass of
apple orchard [J] .Guizhou Agricultural Sciences, 2010,
38(6): 104-107. (in Chinese with English abstract)
[32] 徐秋芳,田甜,吴家森,等. 退化板栗林(套)改种
茶树和毛竹后土壤生物学性质变化[J]. 水土保持学
报,2011,25(3):180-184.
Xu Qiufang, Tian Tian, Wu Jiasen, et al. Response of soil
microbail properties to vegetation transformation by
gradual substitution chestnut with tea and bamboo[J].
Jouranl of Soil and Water Conservation, 2011, 25(3): 180
-184. (in Chinese with English abstract)
[33] 杨永华,华晓梅. 农药污染对土壤微生物群落功能
多样性的影响[J]. 微生物学杂志,2000,20(2):23
-25.
Yang Yonghua, Hua Xiaomei. Effect of pesticide
pollution against functional microbial diversity in soil[J].
Journal of Microbiology, 2000, 20(2): 23- 25. (in
Chinese with English abstract)


Intercropping grasses improve soil organic carbon content and
microbial community functional diversities in Chinese hickory stands

Wu Jiasen1,2, Zhang Jinchi1※, Qian Jinfang3, Huang Jianqin3
(1. College of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2. Zhejiang Provincial Key
Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration, Zhejiang A&F University, Lin’an 311300, China;
3. The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A&F University, Lin’an 311300, China)

Abstract: Chinese hickory (Carya cathayensis Sarg) is a unique tree species with seeds used for high-grade oil
production. It is mainly distributed in northeastern China and is in high abundance on Tianmu Mountain, located
at the junction of Zhejiang and Anhui provinces. Intensive management, including heavy application of chemical
fertilizer and long-term application of herbicides, has resulted in serious soil loss and degradation. To evaluate the
potential of sod-culture to improve soil fertility and microbial activities of Carya cathayensis forest land, we
conducted a field intercropping experiment using four treatments: Chinese milk vetch (Astragalus sinicus L.), rape
(Brassica campestris L.), ryegrass (Lolium perenne L.), and a no-tillage control. We compared the response of
various components of total organic carbon (TOC) and microbial community functional diversity in each
treatment. We found that interplanting rape, ryegrass, and Chinese milk vetch increased TOC contents by 23.12%,
26.61%, and 24.74% (P<0.05) compared with clean tillage, while there were no significant differences in TOC
contents among the grass intercropping plots. After intercropping grasses for 4 years, the concentrations of
microbial biomass carbon (MBC) in the plots of intercropping rape, ryegrass, and Chinese milk vetch were
increased by 138.61%, 159.68%, and 144.24% respectively. The concentrations of water-soluble organic carbon
(WSOC) in the plots of intercropping rape, ryegrass, and Chinese milk vetch were increased by 56.24%, 69.47%,
and 66.05% respectively. There were no significant differences in MBC or WSOC concentrations among the
intercropping treatments. The three interplantings increased soil carbonyl C by 29.9%-36.9% (P<0.05), and
decreased alkyl C, O-alkyl C and aromatic C by 10.0%-16.4%, 18.9%-20.9%, and 10.5%-16.6%, as compared
with clean tillage (P<0.05). However, there were no significant differences in the increase in soil carbonyl C and
the decreases in alkyl C, O-alkyl C, and aromatic C among the treatments of intercropping grass. The ratios of
aliphatic C/aromatic C, hydrophilic C/hydrophobic C, and aromaticity in soil under Chinese hickory were not
affected by intercropping grasses. Interplanting grasses markedly improved microbial community functional
diversity. The soil microbial activity (AWCD) values of the three intercropping treatments were much higher than
the no-tillage treatment (P<0.05), while there were no significant differences in the soil AWCD values among
intercropping grasses treatments. The microbial diversity indexes (H) and evenness index(E) in the treatments of
rape and Chinese milk vetch were much greater than the treatment of no-tillage (P<0.05), but there was no
significant difference between the ryegrass and no-tillage treatments. The results of this study demonstrated that
sod cultivation is an effective soil management practice that improves soil quality and eliminates the detrimental
effects of clean tillage in Chinese hickory production.
Key words: soil, organic carbon, microbiology, Chinese hickory (Carya cathayensis Sarg), interplanting grass,
water soluble organic carbon (WSOC), microbial biomass carbon (MBC), microbial functional diversity

(责任编辑:刘丽英)