全 文 ：书剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响*
刘 娟
1，2
陈雪双
1，2
吴家森
1，2
姜培坤
1，2
周国模
1，2＊＊
李永夫
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 森林土壤是 CO2、N2O和 CH4等温室气体的重要排放源，山核桃是中国特有的高档干
果和木本油料树种，林下杂草管理对山核桃林地温室气体排放具有重要影响．采用静态箱-气
相色谱法在浙江临安山核桃主产区进行了为期 1年的原位试验，研究剔除林下杂草对山核桃
林地土壤温室气体排放的影响．结果表明:剔除杂草和留养杂草山核桃林地土壤 CO2排放通
量呈现一致的季节变化规律:夏秋季高、冬春季低;N2O排放在夏季较高，其他季节变化平稳;
CH4的排放无明显季节变化规律．剔除杂草显著降低了土壤 CO2排放，促进了 N2O排放和 CH4
吸收．剔除杂草对土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳没有显著影响．剔除杂草的山核桃林地
土壤排放温室气体的综合增温潜势为 15．12 t CO2-e·hm
－2·a－1，显著低于留养杂草处理
(17．04 t CO2-e·hm
－2·a－1)．
关键词 山核桃;土壤温室气体;剔除杂草;水溶性有机碳;微生物生物量碳
文章编号 1001－9332(2015)03－0666－09 中图分类号 S174 文献标识码 A
Effects of understory removal on soil greenhouse gas emissions in Carya cathayensis stands．
LIU Juan1，2，CHEN Xue-shuang1，2，WU Jia-sen1，2，JIANG Pei-kun1，2，ZHOU Guo-mo1，2，LI
Yong-fu1，2 (1Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon
Sequestration，Zhejiang A＆F University，Lin’an 311300，Zhejiang，China;2Nurturing Station for
the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture，Lin’an 311300，Zhejiang，China)． -Chin． J．
Appl． Ecol．，2015，26(3) :666－674．
Abstract:CO2，N2O and CH4 are important greenhouse gases，and soils in forest ecosystems are
their important sources． Carya cathayensis is a unique tree species with seeds used for high-grade
dry fruit and oil production． Understory vegetation management plays an important role in soil green-
house gases emission of Carya cathayensis stands． A one-year in situ experiment was conducted to
study the effects of understory removal on soil CO2，N2O and CH4 emissions in C． cathayensis plan-
tation by closed static chamber technique and gas chromatography method． Soil CO2 flux had a simi-
lar seasonal trend in the understory removal and preservation treatments，which was high in summer
and autumn，and low in winter and spring． N2O emission occurred mainly in summer，while CH4
emission showed no seasonal trend． Understory removal significantly decreased soil CO2 emission，
increased N2O emission and CH4 uptake，but had no significant effect on soil water soluble organic
carbon and microbial biomass carbon． The global warming potential of soil greenhouse gases emitted
in the understory removal treatment was 15．12 t CO2-e·hm
－2·a－1，which was significantly lower
than that in understory preservation treatment (17．04 t CO2-e·hm
－2·a－1)．
Key words:Carya cathayensis;soil greenhouse gas;understory removal;water soluble organic
carbon;microbial biomass carbon．
* 浙江省重大科技专项(2011C12019)、浙江省科技创新团队项目(2012Ｒ10030-11)、浙江农林大学人才启动基金项目(2009FＲ035)、浙江农林
大学科研发展基金预研项目(2009FK45)和浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室开放基金项目(KFJJ2012002)资助．
＊＊通讯作者． E-mail:zhougm@ zafu．edu．cn
2014-08-01收稿，2014-11-10接受．
应 用 生 态 学 报 2015年 3月 第 26卷 第 3期
Chinese Journal of Applied Ecology，Mar． 2015，26(3) :666－674
DOI:10.13287/j.1001-9332.20150106.003
CO2、N2O 和 CH4 是大气中的主要温室气体．近
几十年来，大气中温室气体浓度逐年增加，其中
CO2、N2O和 CH4 的年均增长速度分别达到 0．5%、
0. 3%和 0．8%［1］，由温室气体浓度升高带来的全球
气候变化已成为人们关注的重大科学问题之一［2］．
土壤碳收支在陆地碳收支中占主导地位，是全球碳
循环的重要组成部分．全球每年土壤 CO2 排放量为
68～75 Pg C，占大气与陆地生态系统交换碳总量的
25%［3］．土壤通过硝化和反硝化过程向大气中排放
N2O，是全球 N 循环中最重要的生物过程
［4］．另外，
土壤还是 CH4 的吸收汇，每年消耗大气 30 Tg CH4，
约占全球 CH4 汇的 6%
［5］，对调节 CH4 的总量有重
要意义．森林土壤碳库占全球土壤碳库的 73%［6］，在
维持全球碳平衡和调剂气候方面具有不可替代的作
用．山核桃(Carya cathayensis)是我国特有的高档干
果和油料树种，主要分布于浙、皖两省交界的天目山
区，栽培总面积为 8． 67 × 104 hm2［7］．在山核桃主产
区，山核桃收入占农民收入的 70% 以上［7］．近年来，
由于大量施用草甘膦等除草剂，导致林下灌木、杂草
消失殆尽，原有的山核桃复层林转变为单层林［7－10］．
森林土壤温室气体的排放过程，是土壤 C、N的主要
输出途径．剔除林下杂草不仅能改善土壤有机物的
输入，而且能通过改变小气候和土壤理化性质来影
响 C、N循环，从而对土壤温室气体排放产生重要影
响．去除林下植被对土壤温室气体排放的影响因林
分类型、林下植被生物量、气候等因素的差别而异．
李海防等［11－12］在中国科学院鹤山丘陵试验站的研
究表明，剔除林下灌草显著增加了尾叶桉(Eucalyp-
tus urophylla)林和厚荚相思(Acacia crassicarpa)林土
壤 CO2 和 N2O排放，促进了尾叶桉林 CH4 的吸收，
对厚荚相思林土壤 CH4 的排放没有显著影响;Wang
等［13］在中国华南混交林的研究发现，去除林下植被
导致土壤呼吸减少．目前，亚热带地区山核桃林下杂
草管理对土壤温室气体排放的影响鲜见报道．本研
究以浙江临安山核桃林为对象，研究了剔除杂草对
山核桃林地土壤 CO2、N2O和 CH4 排放的影响，为准
确评价林下杂草管理对山核桃林地土壤温室气体排
放的影响和山核桃林地合理经营提供科学依据．
1 研究地区与研究方法
1. 1 研究区概况
研究区设在浙江省临安市太湖源镇(30°19 N，
119°35 E) ，属中纬度北亚热带季风气候．年降雨量
1628 mm，年均气温 15．8 ℃，7 月为最热月，平均气
温 28．1 ℃，1 月为最冷月，平均气温 3．4 ℃，极端高
温和极端低温分别为 41．9 和－13．3 ℃，平均日照时
数 1939 h，无霜期 234 d．试验期间当地的月累积降
雨量和月均温的变化见图 1．土壤类型为板岩母质发
育的红壤．
1. 2 试验设计
试验开始前，选择坡度和坡向基本一致的山核
桃林地作为试验用林．试验林树龄 30 ～ 40 a，密度为
300 棵·hm－2，郁闭度为 0．7，林下杂草主要有早熟
禾(Poa annua)、球序卷耳(Ceratium glomeratum)、
三脉紫菀(Aster ageratoides)、天目地黄(Ｒehmannia
chingii)、天 葵 (Semiaguilegia adoxoides)、羊 蹄
(Ｒumex japonicus)等，高度为 10 cm 左右，盖度为
30%．试验采用随机区组设计，设置 2 个处理，分别
为剔除杂草(Ⅰ)和留养杂草(Ⅱ) ，每处理 4 个重
复，共 8个小区，每小区面积 400 m2．试验开始前 1
个月在每个小区安置 1个静态箱，采集 0 ～ 20 cm 土
层土样并测定土壤理化性质．剔除杂草处理的林下
杂草采用常规除草方式，于 2011 年 6、8 月和 2012
年 4月月底喷施 20%草甘膦除草剂．试验林土壤 pH
4．81，容重 1．35 g·cm－3，有机碳 12．60 g·kg－1，总氮
1．42 g·kg－1，碱解氮 125．23 mg·kg－1，有效磷 3．07
mg·kg－1，速效钾 50．23 mg·kg－1 ．
1. 3 气体采集及测定方法
温室气体通量采用静态箱-气相色谱法测定．采
样箱为组合式，即由底座、顶箱组成，制作材料均为
PVC 板，静态箱大小为 30 cm×30 cm×30 cm．2011年
7月—2012年 6月进行气体样品的采集和测定，采
集频率为每月一次，时间为 9:00—11:00．采样前一
天，利用充气法检查气袋密封性，选择气密性好的气
图 1 采样期间的月平均气温(a)和月累积降雨量(b)
Fig．1 Monthly mean air temperature (a)and cumulative pre-
cipitation (b)during the experimental period．
7663期 刘 娟等:剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响
袋采集气体．采集气体时，将顶箱插入底座凹槽(凹
槽内径和深度均为 5 cm) ，用适量的蒸馏水(2 ～ 3
cm)密封，用注射器分别于关箱后 0、10、20、30 min
采集抽样 60 mL置于铝箔采气袋(大连光明化工设
计研究院) ，密封带回实验室．土壤温室气体(CO2、
N2O和 CH4)浓度用岛津 GC-2014气相色谱仪测定，
温室气体排放通量计算方法如下［14］:
F= ρ
V
A
P
P0
T0
T
dc
dt
式中:F为被测气体排放通量;V为箱体体积;A为箱
底底面积;dc /dt为单位时间取样箱内气体浓度的变
化量．T0和 P0分别为标准状态下空气绝对温度和气
压;P和 T为测定时箱内的实际气压和气温．在观测
期内大气压力变化较小，因此在计算过程中把采样
时箱内的大气压力认为是标准状况下的大气压力．
在采集气体的同时，记录地下 5 cm 土壤温度，
并在每试验小区采集 0～20 cm土壤样品，充分混匀
后带回实验室． 测定土壤水分含量、水溶性碳
(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)含量．土壤水溶
性有机碳的测定参照 Wu 等［15］的方法，称取土壤鲜
样 15 g置于 50 mL塑料离心管中，加入 30 mL蒸馏
水(水土比为 2 ︰ 1) ，25 ℃ 下振荡 30 min(100
r·min－1) ，离心 10 min(3500 r·min－1) ，通过 0．45
μm滤膜过滤到塑料瓶中，用岛津 TOC-VCPH有机碳
分析仪测定滤液中的有机碳含量．土壤微生物生物
量碳的测定参考 Vance 等［16］的氯仿熏蒸直接提取
法(水土比 5 ︰ 1) ，提取液中的有机碳含量采用
TOC-VCPH有机碳分析仪测定．土壤微生物生物量碳
含量以熏蒸和未熏蒸土样 0．5 mol·L－1K2SO4 提取
液中碳含量之差乘以系数得到，MBC = EC /0．45．其
中:EC为熏蒸土样与未熏蒸土样提取液碳含量之
差，0. 45为浸提系数．土壤 pH值测定用 pH计法(土
水比 1︰ 2) ，总有机质含量用重铬酸钾-外加热法，
总氮用半微量凯氏定氮法，碱解氮用碱解扩散法，有
效磷用 HCl-NH4F浸提-钼锑钪比色法，速效钾用乙
酸铵浸提-火焰光度计法测定．
1. 4 数据处理
采用 Excel 2003 和 SPSS 13．0 软件进行数据统
计分析，图表数据为平均值±标准误．采用 t 检验分
析不同处理间气体排放、土壤含水量、土壤微生物生
物量碳和水溶性碳的差异(α = 0．05)．用一元线性回
归分析法分析土壤温室气体排放通量与土壤水分、
水溶性有机碳和微生物生物量碳之间的相关性．
2 结果与分析
2. 1 土壤 CO2、N2O和 CH4 的排放
由图 2和表 1可见，不同处理土壤 CO2 排放速
率均具有明显的季节性变化特征，CO2 排放通量在
夏秋季明显较高，在冬春季明显降低．留养杂草处理
土壤 CO2 平均排放通量和年累积排放量分别为
66. 37 mg C·m－2·h－1和 4．54 t C·hm－2·a－1，显著
高于剔除杂草处理 55．34 mg C·m－2·h－1和 3．88
t C· hm－2·a－1 ．
山核桃林土壤 N2O排放通量在夏季较高，在其
他季节变化平稳．剔除林下杂草和留养杂草处理土
壤 N2O通量最大值(0．112、0．082 mg N·m
－2·h－1)
分别是最小值的 7．6 和 6．4 倍．留养杂草处理土壤
N2O平均排放通量和年累积排放量为 0．014 mg N·
m－2·h－1和0．96 kgN·hm－2·a－1，显著低于剔除杂
图 2 不同处理山核桃林地土壤温室气体通量的季节变化
Fig．2 Seasonal variation of soil greenhouse gas efflux in Carya
cathayensis stands under different treatments．
I:剔除杂草 Understory removal;Ⅱ:留养杂草 Understory preservation．
下同 The same below．
866 应 用 生 态 学 报 26卷
表 1 土壤 CO2、N2O和 CH4 累积排放量及其贡献的温室效应
Table 1 Total emissions of CO2，N2O，CH4 and their potential for greenhouse effect
处理
Treat-
ment
温室气体排放量
Emission
CO2-C
(t C·hm－2
·a－1)
N2O-N
(kg N·hm－2
·a－1)
CH4-C
(kg C·hm－2
·a－1)
相对温室潜势
Potential for greenhouse effect
CO2
(t CO2-e·hm
－2
·a－1)
N2O
(t CO2-e·hm
－2
·a－1)
CH4
(t CO2-e·hm
－2
·a－1)
综合增温潜势
Global warming
potential
(t CO2-e·hm
－2
·a－1)
Ⅰ 3．88±0．09b 2．11±0．09a －1．16±0．16b 14．24±0．33b 0．99±0．04a －0．11±0．01a 15．12±0．42b
Ⅱ 4．54±0．21a 0．96±0．15b －0．71±0．11a 16．66±0．77a 0．45±0．07b －0．07±0．01b 17．04±0．80a
Ⅰ:剔除杂草 Understory removal;Ⅱ:留养杂草 Understory preservation． 下同 The same below． 不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0．05)Dif-
ferent small letters indicated significant difference among different treatments at 0．05 level．
草处理 0．025 mg N·m－2·h－1和 2．11 kg N·hm－2·a－1．
山核桃林土壤 CH4 排放通量没有明显的季节
变化规律，均呈波浪形变化．剔除杂草和留养杂草处
理土壤 CH4 排放通量分别为 － 0． 040 ～ 0． 018 和
－0. 054～0．052 mg C·m－2·h－1．留养杂草处理土壤
CH4 年累积吸收量为－0．71 kg C·hm
－2·a－1，显著
低于剔除杂草处理－1．16 kg C·hm－2·a－1 ．
CO2、CH4和 N2O 3 种温室气体的增温效应不
同，对全球变暖的贡献亦不同．根据 IPCC的报告［1］，
以 100年影响尺度为计，1 kg CH4 的增温效应是 1
kg CO2 的 25 倍，而 1 kg N2O 的增温效应是 1 kg
CO2 的 298 倍，可用综合增温潜势(global warming
potential，GWP)来表示 3 种温室气体的联合作
用［17］．由表 1 可见，不同处理土壤排放的温室气体
中 CO2 对综合温室效应的贡献最大，剔除杂草和留
养杂草处理土壤 CO2 导致的温室效应分别占总温
室效应的 94．1%和 97．7%．剔除杂草处理综合增温
潜势(GWP)为 15．12 t CO2-e·hm
－2·a－1，显著低于
留养杂草处理(17．04 t CO2-e·hm
－2·a－1) ，表明剔
除杂草显著降低了山核桃林地土壤温室气体的综合
温室效应．
2. 2 土壤温度、含水量、水溶性有机碳和微生物生
物量碳对温室气体排放的影响
由图 3可见，地下 5 cm处土壤温度呈现明显的
季节变化规律:表现为 6—8月温度较高，12 月至翌
年 2月温度最低．地下 5 cm 处土壤最高温出现在 7
月，为 29．3 ℃，最低温出现在 1月，仅为 0．3 ℃ ．
试验期间不同处理土壤含水量均随降雨量的变
化而变化，为 24．6% ～ 34．7%．剔除杂草处理土壤水
分平均含量为 27． 5%，显著低于留养杂草处理
(30. 5%)．
山核桃林地土壤 WSOC 含量呈现明显的季节
性变化规律，表现为秋季最高、冬季最低(图 4)．剔
除杂草和留养杂草处理土壤 WSOC 含量分别为
33. 97～166．71和 24．07～147．58 mg·kg－1 ．与留养杂
草(土壤 WSOC 含量年均值为 80．09 mg·kg－1)相
比，剔除杂草(72．40 mg·kg－1)对土壤 WSOC 含量
无显著影响．
山核桃林土壤 MBC 含量变化呈现一定的季节
性规律，最大值出现在夏季，最小值出现在冬季．剔
除杂草和留养杂草处理下，土壤 MBC含量最小值分
别是 147． 26 和 152． 20 mg· kg－1，最大值分别为
564. 48和 549．72 mg·kg－1 ．与留养杂草(土壤 MBC
年平均值为 319． 74 mg· kg－1)相比，剔除杂草
(284. 99 mg·kg－1)对土壤 MBC含量无显著影响．
由表 2可见，土壤 CO2 排放通量与地下 5 cm处
土壤温度具有显著相关性，而与土壤含水量、水溶性
有机碳和微生物生物量碳含量均无相关性．土壤
N2O排放通量与地下 5 cm处土壤温度、水溶性有机
图 3 地下 5 cm处土壤温度及 0～20 cm土壤含水量的季节
变化
Fig．3 Seasonal variations in soil temperature at 5 cm depth and
soil moisture content of the 0－20 cm layer．
9663期 刘 娟等:剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响
图 4 山核桃林土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳含量
的季节变化
Fig．4 Seasonal variations in soil WSOC and MBC contents in
Carya cathayensis stands．
表 2 土壤 CO2、N2O 和 CH4 排放通量与土壤温度、含水
量、水溶性碳和微生物生物量碳含量的相关性
Table 2 Correlation between soil CO2，N2O and CH4
emission flux with soil temperature，soil water content，wa-
ter soluble organic carbon and microbial biomass carbon
contents
处理
Treatment
土壤温度
Soil
temperature
土壤含水量
Soil water
content
水溶性
有机碳
WSOC
微生物
生物量碳
MBC
CO2通量 Ⅰ 0．754＊＊ 0．025 0．219 0．000
CO2 flux Ⅱ 0．857＊＊ 0．038 0．206 0．038
N2O通量 Ⅰ 0．393* 0．019 0．688＊＊ 0．777＊＊
N2O flux Ⅱ 0．402* 0．048 0．642＊＊ 0．497*
CH4通量 Ⅰ 0．120 0．091 0．095 0．223
CH4 flux Ⅱ 0．007 0．021 0．105 0．028
* P＜0．05;＊＊P＜0．01．
碳和微生物生物量碳含量均具有显著相关性，与土
壤含水量无显著相关性．土壤 CH4 通量与土壤温度、
含水量、水溶性有机碳和微生物生物碳含量均无显
著相关性．
3 讨 论
3. 1 山核桃林地土壤温室气体排放特征
本研究中，不同处理山核桃林地土壤 CO2 排放
速率均具有明显的季节性变化特征，夏秋季高、冬春
季低，这与亚热带森林土壤 CO2 排放速率的季节变
化规律一致［18－20］;剔除杂草和留养杂草处理土壤
CO2 排放速率的差异主要体现在夏秋季(图 2)．这
是由于该地区夏秋季土壤温、湿度较高，土壤微生物
和土壤根系活性增强，土壤微生物呼吸和根呼吸明
显增强．这与华南地区尾桉林和厚荚相思林的土壤
呼吸在湿季较高、旱季较低［11－12］的结果相似．
剔除杂草和留养杂草处理山核桃林地土壤 N2O
的排放及其处理间差异主要集中在夏季，其他季节
变化平稳，这与亚热带森林土壤 N2O 的季节变化规
律一致［21－22］．由于气温较高的月份，土壤有机氮的
矿化及硝化、反硝化过程加速，土壤 N2O 的排放速
率增加［23］;而且，夏季林下杂草生长旺盛，对土壤速
效氮的吸收增加，氮源减少，从而导致不同处理间夏
季 N2O的排放速率的差异最显著(图 2)．留养杂草
和剔除杂草处理土壤 N2O 的年累积排放量分别为
0．96和 2．11 kg N·hm－2·a－1(图 2 和表 1) ，与同处
于亚热带地区板栗林土壤 N2O(1．21 ～ 2．34 kg N ·
hm－2·a－1)［24］的研究结果相似，显著低于热带雨
林［25］和南亚热带［26］森林土壤 N2O 年排放量(分别
为 2．69～ 3．70 和 3．20 kg N·hm－2·a－1)．这表明森
林土壤 N2O的排放随着不同纬度气温和降雨量的
不同而变化［27］．
不同处理下土壤 CH4 的排放没有明显的季节
规律，剔除杂草和留养杂草的山核桃林地均表现为
CH4 的汇．在华南地区马尾松林地和果园
［28］及贡嘎
山山地暗针叶林带森林土壤的研究中［29］均发现，土
壤 CH4 的排放没有明显的季节规律，土壤均为 CH4
的汇．这与本研究结果一致．山核桃林土壤 CH4 通量
为－0．040～0．052 mg C·m－2·h－1，与华南厚荚相思林
CH4 排放通量范围(－ 0． 038 ～ 0． 096 mg C·m
－2·
h－1)［12］相似，高于寒温带兴安落叶松林生长季内土
壤 CH4 排放通量(－0．022 ～ － 0．107 mg C·m
－2·
h－1)［30］．这可能是由于森林土壤甲烷通量除了与土
壤温、湿度有关外，还与林型、地表植被的生长，以及
凋落物覆盖等有关，表明土壤 CH4 的产生具有很大
的时间和空间变异性［31］．
3. 2 剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的
影响
管理措施对森林土壤温室气体排放有重要影
响，林下植被是森林生态系统的重要组成部分，林下
植被的物种多样性和生物量是控制土壤元素循环的
重要因素［32－33］．去除林下植被对森林土壤温室气体
排放的影响因森林类型、林下植被去除方式而异．李
076 应 用 生 态 学 报 26卷
海防等［11－12］研究表明，剔除林下灌草可显著增加尾
叶桉林和厚荚相思林土壤 CO2 和 N2O排放，促进尾
叶桉林 CH4 的吸收，但对厚荚相思林土壤 CH4 的排
放没有显著影响．本研究表明，剔除林下杂草减少了
山核桃林地土壤 CO2 的排放，增加了 N2O的排放和
CH4 的吸收．本研究采用除草剂除草，虽对土壤表层
有机质扰动较小，但减少了林下杂草的根系呼吸．而
Wu等［34］研究表明，桉树林林下植被的根系呼吸占
土壤呼吸总量的 11% ～ 36%．因此，剔除林下杂草导
致土壤 CO2 排放减少．剔除林下杂草的山核桃土壤
CO2的年累积排放量为 3．88 t C·hm
－2·a－1，比留养
杂草土壤 CO2 年累积排放量(4. 54 t C·hm
－2·a－1)
减少了 15．5%．Wang 等［13］研究表明，我国华南混交
林去除林下植被后土壤呼吸减少了 6．0%．
硝化作用和反硝化作用等生物过程是土壤 N2O
产生的主要原因，而 N源是影响土壤中这些生物过
程的最主要因素［11］．剔除林下杂草，减少了杂草生
长对土壤速效氮的吸收，为硝化和反硝化微生物提
供了更多的 N源，因此，增加了土壤 N2O排放
［12］．本
研究表明，剔除杂草处理土壤 N2O 年累积排放量为
2．11 kg N·hm－2· a－1，显著高于留养杂草(0. 96
kg N·hm－2·a－1)．Li等［32］在华南尾叶桉林、厚荚相
思林、10和 30年生混交林的研究发现，去除林下植
被均显著增加了土壤 N2O 排放．这与本研究结果
一致．
土壤 CH4 通量表现正值或负值是 CH4 产生菌
和 CH4 氧化菌共同作用的结果．在有氧条件下，CH4
氧化菌活性增强;而在厌氧条件下，CH4 产生菌活性
加大［35］．本研究表明，剔除杂草和留养杂草的山核
桃林地均表现为土壤 CH4 的汇，剔除杂草土壤 CH4
的年吸收量为－116．32 kg C·hm－2·a－1，高于留养
杂草(－71．30 kg C·hm－2·a－1)．这可能是由于剔除
杂草增加了土壤水分的蒸发，土壤含水量减少(平
均值为 27．7%) ，CH4 氧化菌被激活，而留养杂草土
壤水分含量相对较高(平均值为 30． 5%) ，利于产
CH4 菌的活性增强，导致 CH4 吸收量相对较少．这与
李海防等［11］在尾叶桉林的研究结果一致．
本研究中，剔除杂草处理土壤温室气体的综合
增温潜势为 15．12 t CO2-e·hm
－2·a－1，显著低于留
养杂草处理(17．04 t CO2-e·hm
－2·a－1) ，表明剔除
杂草是减少山核桃林地土壤温室气体排放较为理想
的经营管理措施．值得注意的是，本结论仅为山核桃
林下杂草剔除 1 年所取得的结果，是剔除杂草的短
期效应，而剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排
放的长期效应还需要深入研究．
3. 3 剔除杂草对山核桃林地土壤活性有机碳库的
影响
土壤水溶性碳和微生物碳是土壤活性碳库的重
要组成部分，其周转速率较快，比土壤总有机碳更容
易受土地利用方式等的影响，是土壤质量的重要指
示指标．李海防等［12］研究发现，去除厚荚相思林林
下植被在一定程度上改善了土壤微生物生存条件，
土壤 MBC含量有一定的增加．徐秋芳等［36］研究发
现，除草对土壤 WSOC 和 MBC 含量的影响会随着
除草方式的不同而异，翻耕除草显著增加了板栗林
土壤水溶性碳和微生物生物量碳含量，而除草剂除
草能显著降低板栗林土壤水溶性碳和微生物生物量
碳含量．本研究表明，剔除林下杂草对山核桃林地土
壤水溶性有机碳和微生物生物量碳均没有显著影
响．林下植被对森林生态系统的养分循环有重要影
响，林下植被去除对森林土壤碳及其他理化性质的
影响尚没有定论． Xiong 等［33］和 Zhao 等［37］研究发
现，去除林下植被对森林土壤有机碳、土壤 pH、有效
磷含量等均没有显著影响．这一方面可能是由于林
下植被去除对森林土壤碳及其他养分循环的影响是
双重性的;另一方面，去除林下植被对森林土壤养分
循环及其他理化性质的影响是长期效应的结果，因
此短期效应不显著．
3. 4 土壤环境因子对山核桃林地土壤温室气体排
放的影响
土壤 CO2、CH4 和 N2O 排放是土壤生物化学过
程的结果，因此，所有能够直接影响生物化学过程的
环境因子都能够影响土壤温室气体的排放．许多研
究表明，土壤温度和土壤水分是影响土壤温室气体
排放的重要因素［38－39］．Mo等［40］研究发现，森林土壤
CO2 排放与土壤温度呈显著正相关;Berger 等
［41］研
究表明，随着温度的升高，土壤 N2O 排放呈显著上
升趋势．本研究发现，山核桃林土壤 CO2 和 N2O 排
放与土壤 5 cm处温度有显著相关性．这主要是因为
温度较高时，微生物活动加快，土壤呼吸以及硝化和
反硝化作用加快，进而导致土壤温室气体排放增加．
有研究表明，林地土壤含水量是影响土壤温室气体
排放的重要因素［42－43］．但本研究表明，土壤温室气
体的排放与土壤含水量之间均没有显著相关性(表
2) ，这与 Yan 等［25］在西双版纳的热带雨林、Lin
等［44］在中亚热带地区的茶园和 Liu 等［21］在同处于
亚热带地区的常绿阔叶林及毛竹林的研究结果一
1763期 刘 娟等:剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响
致．其原因可能是本研究区气候属于亚热带季风气
候，降雨丰沛，土壤含水量较高(24．6% ～34．7%) ，因
此，含水量并未成为土壤温室气体排放的限制因子．
土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳是土壤重要的
有效碳源，可为土壤微生物的活动提供丰富的能源
物质，促进土壤温室气体的排放．本研究中，土壤
N2O排放通量与土壤 WSOC 和 MBC 均呈显著正相
关，而土壤 CO2 排放通量与土壤 WSOC 和 MBC 均
没有显著相关性(表 2)．这可能是由于林地类型、耕
作、除草及施肥等因素削弱了土壤有效碳源对 CO2
排放的影响［14，45－46］．
土壤温度和水分是影响森林土壤 CH4 吸收和
排放的重要环境因子．一般认为，森林土壤 CH4 的吸
收通量与土壤温度呈正相关，与土壤水分呈负相关．
本研究表明，土壤温度和水分含量对土壤 CH4 吸收
均没有显著影响，这与亚热带地区米槠天然林［47］的
研究结果一致．可能是由于在亚热带林地，温度和水
分不会单独影响 CH4 吸收通量，而是受两者或多种
因素共同影响［47－48］．本研究中，山核桃林地土壤 CH4
吸收通量与土壤水溶性有机碳、微生物生物量碳含
量之间均没有显著相关性．这与前人的研究结果一
致［49－50］．表明山核桃林地土壤 CH4 的吸收和排放不
是单一环境因子控制的结果，而是多种因素综合影
响所致;除土壤温度、水分含量、土壤水溶性有机碳
和微生物生物量碳含量之外，山核桃林地土壤 CH4
的吸收和排放还可能与根系分泌物、土壤机械组成
等因素有关．
4 结 论
山核桃林地土壤 CO2 排放呈现夏秋季高、冬春
季低的变化规律;土壤 N2O 的排放在夏季较高，其
他季节变化平稳;CH4 的排放无明显季节规律，呈波
浪形变化．山核桃林地土壤表现为 CO2 和 N2O 的
源、CH4 的汇．剔除林下杂草显著降低了山核桃林地
土壤 CO2 排放，增加了土壤 N2O 排放和 CH4 吸收，
对土壤水溶性碳和微生物生物量碳没有显著影响．
留养杂草和剔除杂草的土壤 CO2 和 N2O 排放通量
与地下 5 cm处土壤温度均显著相关，而土壤含水量
对土壤 CO2 和 N2O排放通量没有显著影响．剔除林
下杂草处理山核桃林地土壤温室气体的综合增温潜
势显著低于留养杂草处理，表明在短时间内，剔除杂
草是减少山核桃林地土壤温室气体排放较为理想的
经营管理措施．
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作者简介 刘 娟，女，1978年生，博士，副教授．主要从事森
林土壤碳循环与全球气候变化研究． E-mail:liujuan@ zafu．
edu．cn
责任编辑 孙 菊
476 应 用 生 态 学 报 26卷