黄土高原不同土壤微生物量碳_氮与氮素矿化势的差异

生态学报第28卷第1期2008年1月Vol.28,No.1Jan.,2008ACTAECOLOGICASINICA黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异金发会1,3,李世清1,2,3,3,卢红玲2,李生秀3(1.西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨陵712100;2.中国科学院水利部水土保持研究所,杨陵712100;3.西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨陵712100)摘要:以采自于黄土高原差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,对黄土高原主要类型土壤中微生物量碳(BC)、微生物量氮(BN)和氮素矿化势(N0)的差异性进行了比较研究。结果表明,BC、BN和N0在不同类型土壤间存在显著差异,由关中平原至陕北风沙区,BC、BN和N0总体呈现下降趋势,其中以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润-1砂质新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土等各土类平均BC分别为305.2μg·g,108.4μg·g-1,161.7μg·g-1和125.4μg·g-1,B分别为43.8μg·g-1,20.3μg·g-1,26.0μg·g-1和30.6μg·g-1,N分别为223N0μg·g-1,75μg·g-1,163μg·g-1和193μg·g-1。土壤氮素矿化速率(k)则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的k分别为0.039w-1,0.044w-1,0.031w-1和0.019w-1。不同类型土壤B、B与N的差异,主要与土壤形成过程、输入土壤的植物同化产物和土壤CN0有机质的差异等有关,从较大尺度进一步证明了在黄土高原,土壤有机质是影响BC、BN的主要因子。研究结果对分析黄土高原土壤生产力形成过程具有一定参考价值。关键词:土壤微生物量碳;微生物量氮;氮素矿化势文章编号:100020933(2008)0120227210中图分类号:Q142,Q145,Q938,S154.1,S158.2文献标识码:AVariationofsoilmicrobialbiomasscarbon,soilmicrobialbiomassnitrogenandnitrogenmineralizationpotentialindifferentsoiltypesontheLoessPlateauJINFa2Hui1,3,LIShi2Qing1,2,3,3,LUHong2Ling2,LISheng2Xiu31NorthwestScienceandTechnologyUniversityofAgricultureandForestry,StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingontheLoessPlateau,YanglingShaanxi712100,China2InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,YanglingShaanxi712100,China3CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,NorthwestScienceandTechnologyUniversityofAgricultureandForestry,YanglingShaanxi712100,ChinaActaEcologicaSinica,2008,28(1):0227～0236.Abstract:Studyingsoilmicrobialbiomasscarbon(BC),microbialbiomassnitrogen(BN)andnitrogenmineralizationpotential(N0)hassignificanceforevaluatingthenitrogensupplyingcapacityofsoil.WemeasuredBC,BNandN0offourmainsoiltypesontheLoessPlateau:EumOrthicAnthrosols,HapUsticIsohumisols,LosOrthicEntisolsandUstSandicEntisols.Soilsampleswerecollectedfromthesurfaceoftwenty2fivelocations.Thechloroformfumigationextractionmethod基金项目:国家自然科学基金资助项目(90502006,30571116)收稿日期:2006210231;修订日期:2007205209作者简介:金发会(1975～),女,湖北枣阳人,硕士,主要从事土壤2植物氮素营养研究.E2mail:jinzi19751009@163.com3通讯作者Correspondingauthor.E2mail:sqli@ms.iswc.ac.cnFoundationitem:TheprojectwasfinanciallysupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.90502006,30571116)Receiveddate:2006210231;Accepteddate:2007205209Biography:JINFa2Hui,Master,mainlyengagedinnitrogennutritioninsoilsandplants.E2mail:jinzi19751009@163.com wasusedtomeasuremicrobialcarbonandmicrobialnitrogeninthesoils.Along2termalternateleachingaerobicincubationmethodwasusedtomeasurenitrogenmineralizationpotentialofthesoils.TheresultsindicatedthatthereweresignificantdifferencesintheBC,BN,andN0amongthesoiltypes.ThevaluesofBC,BN,andN0declinedasthesamplinglocationsmovednorthwardfromtheGuanzhongplaintothesandyregionsinnorthernShaanxiProvince.ThevaluesofBC,BNandN0werehighestinEumOrthicAnthrosols,intermediateinLosOrthicEntisolsandUstSandicEntisols,andlowestinHap-1-1UsticIsohumisols.ThevaluesofBCaveraged305.2μg.gforEumOrthicAnthrosols,108.4μg·gforHapUsticIsohumisols,161.7μg·g-1forLosOrthicEntisolsand125.4μg·g-1forUstSandicEntisols.ThevaluesofBwere43.8Nμg·g-1forEumOrthicAnthrosols,20.3μg·g-1forHapUsticIsohumisols,26.0μg.g-1forLosOrthicEntisols,and3016μg·g-1forUstSandicEntisols.ThevaluesofNwere223μg·g-1forEumOrthicAnthrosols,75μg·g-1forHapUstic0Isohumisols,163μg.g-1forLosOrthicEntisols,and193μg·g-1forUstSandicEntisols.Themineralizationrateconstants(k)werehighestinHapUsticIsohumisols,intermediateinEumOrthicAnthrosolsandLosOrthicEntisols,andlowestin-1-1UstSandicEntisols.Themineralizationrateconstantswere0.039wforEumOrthicAnthrosols,0.044wforHapUstic-1-1Isohumisols,0.031wforLosOrthicEntisols,and0.019wforUstSandicEntisols.ThedifferencesofBC,BNandN0amongmostsoiltypesontheLoessPlateauresultfromtheeffectofsoilformingfactorssuchasclimate,topography,parentmaterial,andlivingorganisms.Thelatterfactorincludeshumanactivitiessuchastheapplicationoforganicfertilizerandthereshapingofthelandformthroughtheconstructionofterraces.ThispaperprovidesareferenceandguideforanalyzingtheprocessesaffectingsoilfertilityontheLoessPlateau.KeyWords:soilmicrobialbiomasscarbon;soilmicrobialbiomassnitrogen;nitrogenmineralizationpotential土壤微生物量碳(Microbialbiomasscarbon,简写BC)、微生物量氮(Microbialbiomassnitrogen,简写BN)和可矿化氮是土壤肥力的重要组成部分,土壤BC、BN和土壤氮素矿化势(Nitrogenmineralizationpotential,简写[1]N0)与土壤有机质和全氮密切相关。土壤微生物量的多少在一定程度上反映着土壤有机碳、氮同化和矿化能力的大小,是土壤生物活性大小的标志。土壤微生物群体通过不断新老更替、分解外界物质,吸收、同化无机养分,合成自身物质,同时又向外界不断释放其代谢产物等途径,赋予土壤肥力和生产力[2]。土壤微生物尽管所占比例很小,但由于其对外界条件变化敏感,其大小、活性、组成及周转强烈受生物因素(耕作、施肥、土地利用变化、土壤污染等人为因素及植被类型)和非生物因素(环境温度、湿度、土壤类型等)影响,因而能[3～7]够及时反映土壤质量状况。因此,BC、BN已成为国际土壤与植物营养学研究的热点问题。土壤氮素矿化是在微生物参与下的生物化学过程,是有机氮转化为矿质氮,为植物提供可吸收利用氮素的关键过程。在一定条件下,土壤有机氮通过矿化可释放的最大氮量,被称为氮素矿化势[8],常用N表示。N不仅取决于有机00氮源和碳源的多少,而且还受土壤微生物活性及微生物量以及影响微生物活动的外部条件等因素影响[9,10]。因此,将BC、BN与N0联系起来进行研究,更有利于揭示土壤氮素供应本质。但这一领域的研究报道相对较少,特别是有关黄土高原不同土壤BC、BN及N0有何差异,BC、BN与N0及土壤矿化速率(Nitrogenmineralizationrateconstant,简写k)有何关系,不同土壤BC、BN和N0差异的影响因素是什么,研究资料更加缺乏。本研究以黄土高原主要石灰性土壤为对象,通过测定BC、BN和N0,以期回答上述问题,为改善土壤质量提供一定理论依据。1材料和方法1.1研究区概况黄土高原地区位于我国内陆腹地,地处黄河中上游与海河上游地区,东起太行山,西至乌鞘岭,南达秦岭,北至阴山,位于东经100°54′～114°33′,北纬33°43′～41°16′之间,面积为62.80×104km2,占国土面积的6154%。该区地貌、气候、植被和土壤均具有明显的分异特征:从南至北,地貌由渭河阶地、黄土台塬、高原沟壑、丘陵沟壑及风沙丘陵过渡;气候属典型的干旱半干旱湿润性季风气候,雨热同期,由东南部的暖温带半湿润区向西北部中温带干旱半干旱区过渡。年均气温为3.6～14.3℃,年均降水量为150～750mm,降水主要集 1期金发会等:黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异229中在7～9月,占年降水量的60%～80%,降水量低而不稳。1.2供试土壤根据黄土高原不同土壤类型分布情况确定采样点,采用区从北向南包括了北部半干旱风沙区至南部暖温带半湿润区的全部区域。以从北(神木县)至南(关中平原)采取的15个主要农业耕层(0～20cm)土壤样品为供试土样(表1)。每个采样点选中农田地块后,采取S型路线多点采样,组成混合土样。采样时间为2005表1样地概况Table1Conditionsofthestudiedsoils土号SoilNo.采样地点Location植被Crop土壤类型Soiltype经、纬度Longitude,Latitude海拔Altitude(m)地形Terrain神木Shenmu榆林Yulin绥德Suide清涧Qingjian延川Yanchuan安塞Ansai延安Yanan延安Yanan富县Fuxian洛川Luochuan宜君Yijun耀县Yaoxian三原Sanyuan杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling杨凌Yangling周至Zhouzhi武功玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize谷子Foxtailmillet玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize玉米Maize猕猴桃Wiki玉米Maize玉米Maize黄瓜Cucumber玉米Maize玉米Maize玉米干润砂质新成土UstSandicEntisols干润砂质新成土UstSandicEntisols干润砂质新成土UstSandicEntisols干润砂质新成土UstSandicEntisols干润砂质新成土UstSandicEntisols黄土正常新成土LosOrthicEntisols黄土正常新成土LosOrthicEntisols黄土正常新成土LosOrthicEntisols黄土正常新成土LosOrthicEntisols简育干润均腐土HapUsticIsohumisols简育干润均腐土HapUsticIsohumisols简育干润均腐土HapUsticIsohumisols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols土垫旱耕人为土E110.35933°N38.79335°E109.76865°N38.17197°E110.21375°N37.62961°E110.15075°N37.27946°E110.03996°N36.86145°E109.32613°N36.85542°E109.50151°N36.53706°E109.60307°N36.45247°E109.50000°N36.00000°E109.44707°N35.82978°E109.17564°N35.54181°E108.96573°N34.83986°E108.96926°N34.62144°E108.07648°N34.25686°E108.09208°N34.23808°E108.12613°N34.26138°E108.08631°N34.28454°E108.10677°N34.29472°E108.09984°N34.29657°E108.06008°N34.27832°E108.02204°N34.29215°E108.05779°N34.26596°E108.06126°N34.25800°E108.20583°N34.13527°E108.22028°坝地Damland川道地Plain川道地Plain川道地Plain梯田Terrace河床地Riverbed梯田Terrace坝地Damland川道地Plain塬面地Tableland丘陵Hill平原地Plain平原地Plain二道塬Tableland河滩地Floodland二道塬Tableland三道塬Tableland三道塬Tableland三道塬Tableland二道塬Tableland三道塬Tableland二道塬Tableland二道塬Tableland平原地Plain平原地Plain11168210033842410555886610567104181120980010475118991263913413144431543216436175141849919522204642151722452234482445225433WugongMaizeEumOrthicAnthrosolsN34.21973° 年6月底至7月初。土样采回迅速过6mm筛,充分混匀。取部分混匀鲜土样过2mm筛,放入冰柜中冷藏保存,用作测定BC、BN及N0;取部分土样风干,用作测定理化性质。所采土样为黄土高原主要土壤类型,包括干润砂质新成土、黄土正常新成土、简育干润均腐土和土垫旱耕人为土。供试土壤基本性质差异较大:有机质含量变化在7.11～25.58g·kg-1之间,全氮含量变化在0.58～1.64g·kg-1之间;pH6.0～8.4(除24号土样呈酸性外,其余土样均为石灰性土壤)。表2供试土壤基本理化性质Table2Propertiesofsoilsused颗粒组成(%)Soilparticleconstitute有机质Organicmatter(g·kg-1)全氮TotalN矿质氮Nmin有效磷Avai.P土样SoilNo.CaCO3(%)pH(H2O)C/N<0.01mm(1)>0.01mm(2)-1)-1-1(g·kg(μ)(μg·g)g·g(1)/(2)12345678910111213141516171819202122232425平均Mean11.3215.477.119.818.4212.6111.1212.2920.8511.668.477.9525.5821.8715.2121.6220.5318.1317.5616.7821.0116.4210.2617.4020.170.820.940.500.670.680.821.020.801.020.820.810.581.641.471.171.441.261.331.231.121.521.581.401.291.478.029.498.218.487.188.956.348.9511.898.276.108.019.058.627.558.685.217.908.298.738.026.044.267.827.9581.743.258.940.243.227.249.843.988.020.327.123.733.338.821.026.125.733.139.127.737.2101.729.546.223.527.0610.6413.043.489.574.8812.145.226.559.5913.897.9117.0015.1118.0322.6716.4362.4377.4313.159.37190.7115.9512.4622.074.315.318.309.0210.1510.388.9610.8610.245.309.8913.2812.508.948.059.617.779.778.448.595.959.508.350.297.448.08.38.38.28.48.48.18.48.38.48.38.38.38.28.48.18.28.18.28.28.07.88.26.08.247.449.043.939.032.134.341.935.139.843.043.443.754.352.448.955.049.551.350.955.351.652.855.048.853.152.350.956.060.967.965.757.764.960.256.956.455.845.547.550.744.750.248.648.744.448.446.944.751.046.70.910.960.790.640.470.520.730.540.660.760.770.781.191.100.961.230.991.061.041.251.071.131.230.961.1415.181.107.9241.224.78.48.146.952.90.911.3试验方法1.3.1供试土壤基本性质有机质用外加热重铬酸钾容量法测定;全氮用开氏法消解,K2300型全自动定氮仪测定;矿质氮用2mo·lL-1KCl浸提,连续流动分析仪测定;有效磷用0.5mo·lL-1NaHCO提取2钼蓝比色法,即Olsen法测定;3不溶性碳酸盐总量用气量法测定;pH值用电位法(pH计)测定。1.3.2颗粒分析用激光粒度仪分析。称过1mm筛干土2.00g,加水湿润浸泡过夜后在电炉上煮沸,加6%H2O2消除有机质(用异戊醇消泡),处理完毕后用2000型激光粒度仪测定不同粒级颗粒组成。 1期金发会等:黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异2311.3.3微生物量碳(BC)用熏蒸提取法[11]。称20.00g鲜土放入100ml塑料瓶中,在50%湿度环境下预培养7d(培养时与土样共同放入一杯清水和一杯浓度为1mo·lL-1的NaOH溶液)。预培养结束后,将装有土样的小塑料瓶,连同盛有60ml左右无酒精氯仿的小烧杯(里面放入少量抗暴沸物质),一起放入真空干燥器内。用真空泵抽至真空,使氯仿沸腾5min后关闭真空干燥器阀门,将真空干燥器放入25℃培养箱中熏蒸24h。同时做不用氯仿熏蒸处理的对照。熏蒸结束后,取出氯仿,用真空泵反复抽气,直到土壤闻不到氯仿味后,用0.5mol·L-1[12]K2SO4溶液浸提,提取液中的有机碳(TOC)用总有机碳分析仪(Phoenix800TOC)测定。根据下式计算BC:BC=2.64FC式中,2.64为BC换算系数,FC为熏蒸与未熏蒸土壤K2SO4提取液中有机碳含量的差值。1.3.4微生物量氮(BN)用熏蒸提取法[13]。土壤预培养、氯仿熏蒸处理及0.5mo·lL-1KSO溶液浸提同土壤B的测定。取提取24C-1液10ml于50ml三角瓶中,加入0.22mlCuSO4(0.19mo·lL)溶液和2ml浓硫酸,在电热板上用沙浴加热消化。三角瓶中溶液在沸腾变成无色后,计时再加热1.5h后取出。将消化液转移至50ml容量瓶中,定容,用连续流动分析仪测定滤液中的NH+2N。根据下式计算[14]B:4NBN=1.85FN式中,1.85为BN转化系数,FN为熏蒸和未熏蒸土壤K2SO4提取液氮含量的差值。1.3.5土壤氮素矿化势(N0)采用Stanford和Smith提出的方法测定[8]。称15.00g鲜土与等量石英砂(2mm0.01mm的物理性砂粒呈极显著负相关性,与物理性粘粒和物理性砂粒之比例(<0.01mm/>0.01mm)呈极显著正相关性(表4),这可能与土壤微生物主要附着于土壤小颗粒上有关。-1BC在不同土壤类型中的含量变化范围分别为:干润砂质新成土为24.8～185.3μg·g,黄土正常新成土为149.1～168.3μg·g-1,简育干润均腐土为63.0～151.0μg·g-1,土垫旱耕人为土为134.4～442.4μg·g-1-1(表3)。从平均看,不同类型土壤BC存在显著差异,表现为土垫旱耕人为土(305.2μg·g>黄土正常新成)土(161.7μg·g-1)>干润砂质新成土(125.4μg·g-1)>简育干润均腐土(108.4μg·g-1)(表5)。B在不同N类型土壤中的含量变化范围分别为:干润砂质新成土为2.2～38.6μg·g-1,黄土正常新成土为9.3～36.9μg·g-1,简育干润均腐土为8.4～27.2μg·g-1,土垫旱耕人为土为6.1～61.9μg·g-1(表3)。从平均看,其最大与最小含量土壤类型与BC一致,中间含量的两类土壤顺序虽然有所差别,但差异不明显,表现为为土垫旱耕人为土(43.8μg·g-1)>干润砂质新成土(30.6μg·g-1)>黄土正常新成土(26.0μg·g-1)>简育干润均腐 1期金发会等:黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异233土(20.3μg·g-1)(表5)。表4土壤各养分指标与海拔、经纬度和颗粒组成等的相关系数(r)Correlationsbetweenthenutritionofsoilsandthealtitude,latitude,longitude,soilparticlecompositionTable4项目Item全氮TotalN有机质Organicmatter微生物量碳BC微生物量氮BN氮素矿化势N0矿化速率k微生物量碳BC微生物量氮BN氮矿化势N0海拔Altitude纬度Latitude经度Longitude物理性粘粒Physicalclay<0.01mm物理性砂粒Physicalsilt>0.01mm<0.01mm/>0.01mm0.8460.6610.672©0.729©0.739©0.8000.780©0.7770.8030.7650.6310.659©0.587©0.568©0.6020.598©0.5910.613-0.864-©0.624©0.594©0.6550.748©0.7430.771---©0.557©0.481©0.5270.562©0.5560.6010.7410.665-©0.320©0.190©0.2850.542©0.5350.5580.3640.181©0.133©0.522©0.691©0.6000.453©0.4590.475n=25,r0.05=0.369,r0.01=0.505表5不同类型土壤肥力指标及氮素矿化特征ThesoilfertilityindexandnitrogenmineralizationcharacteristicsofdifferentsoiltypesTable5333333微生物量碳BC(μg·g-1)微生物量氮BN(μg·g-1)氮矿化势N0有机质全氮矿化速率k(周-1)土样号SoilNo.土壤类型SoiltypesOrganicmatter(μg·g-1)TotalN(μg·g-1)(μg·g-1)干润砂质新成土UstSandicEntisols黄土正常新成土LosOrthicEntisols简育干润均腐土HapUsticIsohumisols土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols1～510.42b0.72b125.4b30.6b193a0.019c6～914.22ab0.91b161.7b26.0b163a0.031b10～129.36b0.73b108.4b20.3b75b0.044a13～2518.66a1.38a305.2a43.8a223a0.039ab3用Duncan新复极差法作多重比较,同一列字母相同的表示差异不显著,字母不同的表示差异显著(p<0.05)Duncan’SSRtest:Thesameletterswithineachcolumnindicatenosignificantlydifferenceat5%level2.2不同土壤氮素矿化势及矿化速率的差异不同土壤N0存在较大差异,从南到北,总体呈下降趋势,与有机碳和氮的变化趋势一致;对相同土类,也存在较大差异,干润砂质新成土变化在150～270μg·g-1,黄土正常新成土变化在140～230μg·g-1,简育干润均腐土变化在55～110μg·g-1,土垫旱耕人为土变化在160～290μg·g-1(表3)。相关分析表明(表4),N与0海拔、经纬度均呈弱负相关,相关系数均未达到5%显著水平,总体上说明随着海拔升高和纬度增加,即从南至北,从西部到东部,N0呈现下降趋势,但下降趋势不及有机质、全氮及BC和BN显著。从不同类型土壤平均-1-1看,N0存在显著差异,表现为土垫旱耕人为土(223μg·g>干润砂质新成土(193μg·g>黄土正常新成))土(163μg·g-1)>简育干润均腐土(75μg·g-1),其差异与B相一致(表5)。N相关分析表明(表4),N0与<0.01mm的物理性粘粒呈现极显著正相关关系,与>0.01mm的物理性砂粒呈现极显著负相关关系,与物理性粘粒和物理性砂粒的比例(<0.01mm/>0.01mm)呈极显著正相关关系,这说明可矿化氮主要与小粒级颗粒(<0.01mm)有关,这可能与有机氮及微生物主要附着与小粒级颗粒有关。k值在干润砂质新成土中变化在0.008～0.025w-1之间,在黄土正常新成土中变化在0.024～0.039w-1之间,在简育干润均腐土中变化在0.033～0.051w-1之间,在土垫旱耕人为中变化土在0.029～0.050w-1之间(表3)。k值从简育干润均腐土、土垫旱耕人为土、黄土正常新成土、干润砂质新成土依次减小(表5)。 3讨论BC、BN对环境因子(如土壤温度和湿度)和管理措施(如耕作和施肥等)非常敏感[15～19],是易变动的源和库[20,21],同时也与土壤有机质(或全氮)密切相关[22,23]。Brookes等用20种土壤研究表明,B与土壤全氮呈极N显著正相关关系,相关系数达0.95以上[24];还有证据表明,天然植被开垦后,由于土壤有机质迅速减少,BC[22][25～27](或BN)随之锐减;耕层有机质丰富,BC和BN也较下层高;森林土壤BN随土层深度增加依双曲线关系递减[26]。一般认为,种植根系庞大作物,因提供有机物质较多,B较栽培小根系作物农田高[21]。黄土高原地N区气候属典型的干旱半干旱湿润性季风气候,雨热同期,由东南部暖温带半湿润区向西北部中温带干旱半干旱区过渡,存在显著差异性。本研究采样区包括黄土高原北部风沙区、中部黄土丘陵沟壑、渭北黄土高原沟壑区及关中盆地,降水量从北部的400mm到南部的650mm范围;陕北地区年均气温为6～8℃,,关中地区年均气温为12～14℃,因此采样区包括了中温带半干旱气候区及暖温带半湿润气候区。由于南、北气候差异,每年因植物同化向土壤输入的有机物质也不同,表现为北部小于南部,因而北部土壤有机质、全氮及可矿化氮低于南部,从而也导致北部BC、BN低于南部。[20,25,28～30]BC、BN与土壤温度和水分关系的研究报导虽然不断涌现,但至今仍无可靠结论。一些研究者[28,31]认为,田间土壤BN相对稳定,与温度和湿度之间无密切关系;而另一些研究者认为,田间BN呈明显的季节性变化。Singh等[20]对高度风化及淋溶、养分缺乏的热带干旱区林地及草地土壤B变化的研究发现,在干N旱炎热的夏季,BN最高,原因是干旱缺水限制了植物正常生长,而微生物仍可利用土壤水分,土壤养分被微生物固定;雨季(秋季和冬季)矿化作用强,植物生长旺盛,土壤养分被旺盛生长的植物吸收,BN最低。Kaiser等[30]得到了类似的结论,认为温度和作物生长是影响B的主要因子。VanGestel[25]的研究结果相反,认为在N[27]湿润的冬季和初春BN最高,而在干旱的夏季最低,土壤水分是主要影响因子。Garcia等研究表明,早春BN较高,随着植物生长和氮素吸收,BN下降;在夏季和秋季之交,BN会回复到较高水平,减少的与植物吸氮量有关。本研究采样时间为2005年6月底至7月初,这一时期土壤温度在陕北及关中地区均较高,而且土壤水分状况也较好,因此,不同土壤BC、BN的差异,受田间水分和温度影响较小。黄土高原从南至北,地貌由渭河阶地、黄土台塬、高原沟壑、丘陵沟壑及风沙丘陵过渡,具有明显的分异特征。陕北地区属于风沙丘陵过渡区、丘陵沟壑及高原沟壑。风沙丘陵过渡区受水蚀、风蚀的共同作用,丘陵沟壑及高原沟壑区土壤水蚀亦严重,水土流失在成土过程中作用显著,因此在风积沙和马兰黄土母质上发育而成的幼年性土壤2干润砂质新成土和黄土正常新成土受长期土壤侵蚀的影响,表层土壤有机质和全氮含量偏低。关中地区母质为黄土状母质或黄土母质,且地处黄土台塬和渭河阶地,养分流失较少,有机质、全氮含量较高。本研究表明(表4),BC、BN及N0与<0.01mm的物理性粘粒呈极显著正相关性,与>0.01mm的物理性砂粒呈极显著负相关性,与物理性粘粒和物理性砂粒之比例(<0.01mm/>0.01mm)呈极显著正相关性,这显然是土壤有机质、有机氮及微生物同时主要附着于小粒级颗粒的结果。本研究同时表明(表4),土壤全氮、有机质、BC、BN与海拔、经纬度均呈显著或极显著负相关。实际上,纬度、经度和海拔仍然通过影响土壤有机质而影响BC、BN。土地利用是人类干预土壤质量最重要、最直接的活动,通过对不同物质的时空配置和循环,干扰和调整土壤生物地质循环过程,从而导致土壤生物学质量发生改变。黄土高原人类活动历史悠久,对土壤影响深刻。陕北神木处于风沙、水土流失交错带,风蚀和水蚀作用强烈,但该区1号土壤采集于坝地,每年大量施用有机肥及化肥,年输入土壤的植物同化产物也较高,因此BC、BN和N0均偏高。干润砂质新成土中的5号土壤采集于新造梯田,其土壤BC、BN和N0在同类型土壤中最低。简育干润均腐土中11号土壤采集于坡地,BC、BN和N0在同类型土壤中最低;黄土正常新成土中7号土壤采集于新造梯田,BC、BN和N0亦偏低,说明坡地和新造梯田的这些指标均较低,而川道地和坝地较高。原因在于坡耕地严重的土壤侵蚀造成土壤有机碳、氮减少,新造梯田由于受到扰动,耕层土壤有机碳、氮水平亦较低,从而导致BC、BN和N0较低。关中土垫旱耕人为土是在原 1期金发会等:黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异235自然土的基础上形成的现代土壤,是土粪、风尘堆积和农耕活动的综合产物,因此土壤有机质、有机氮较高,与其密切相关的BC、BN和N0也相应较高。总体看来,BC、BN和N0均以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润砂质新成土居中。k值则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中。说明简育干润均腐土k值最大,干润砂质新成土k值最小。简育干润均腐土中BC、BN和N0最低,可能与其k值最大有关。从上面分析发现,不同类型土壤BC、BN与N0的差异,主要与土壤形成过程、输入土壤植物同化产物和土壤有机质的差异有关,从较大尺度进一步证明了在黄土高原,土壤有机质是影响BC、BN的主要因子,以上研究结果对分析黄土高原土壤生产力形成过程具有一定参考价值。4结论通过研究,获得以下主要结论:(1)BC、BN和N0在不同类型土壤间存在显著差异,由关中平原至陕北风沙区,BC、BN和N0总体呈现下降趋势,其中以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润砂质新成土居中:土垫旱耕-1-1人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的BC分别为305.2μg·g,108.4μg·g,16117μg·g-1和125.4μg·g-1,B分别为43.8μg·g-1,20.3μg·g-1,26.0μg·g-1和30.6μg·g-1,N分别为N0223μg·g-1,75μg·g-1,163μg·g-1和193μg·g-1。(2)k值则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中;土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的k值分别为0.039w-1,0.044w-1,0.031w-1和0.019w-1。References:[1]LiSQ,LiSX,ZhangXC.Differenceofsoilmicrobialbiomassnitrogenunderdifferentecologicalsystems.JournalofSoilErosionandSoilandWaterConservation,1999,5(1):69273.ZhaoXL,ChengHT,LvGH,etal.Advancesinsoilmicrobialbiomass.JournalofMeteorologyandEnvironment,2006,22(4):68272.LiSQ,LinL,LiSX.Reviewonthefactorsaffectingsoilmicrobialbiomassnitrogen.SoilandEnvironmentalSciences,2000,9(2):1582162.WangC,LiSQ,WangQ,etal.Studiesoninfluencingfactorsoforganism2nitrogeninthefieldsoil.JournalofXinjiangAgriculturalUniversity,2003,26(2):20224.LinL,YanX,LiLH,etal.StudyonvariationofsoilmicrobialbiomassnitrogenoffarmlandinGuanzhongregion.AgriculturalResearchintheAridArea,2000,18(3):32236.PatraDD,BhandarisC,MisraA.Effectsofplantresiduesonthesizeofmicrobialbiomassandnitrogenmineralizationinsoil2incorporationofcowpeaandwheatstraw.SoilScienceandPlantNutrition,1992,30:126.KaiserEA,MartensR,HeinemeyerO.Temporalchangesinsoilmicrobialcarboninarablesoil:consequenceforsoilsampling.PlantandSoil,1995,170:2872295.StanfordG,SmithSJ.Nitrogenmineralizationpotentialofsoil.SoilScienceSocietyofAmericaProceedings,1972,36:4652472.JuXT,BianXJ,LiuXJ,etal.Relationshipbetweensoilnitrogenmineralizationparameterwithseveralnitrogenforms.PlantNutritionandFertilizerScience,2000,6(3):2512259.ZhangJB,SongCC.Advancesinsoilnitrogentransform.JournalofJilinAgriculturalSciences,2004,29(1):38243.LinQM,WuYG,LiuHL.Modificationoffumigationextractionmethodformeasuringsoilmicrobialbiomasscarbon.ChineseJournalofEcology,1999,18(2):63266.Vance,ED,Brookes,PC,Jenkinson,DC.AnextractionmethodformeasuringsoilmicrobialbiomassC.SoilBiologyandBiochemistry,1987,19:7032707.BrookesPC,LandmannA,PrudenG,etal.Chloroformfumigationandthereleaseofsoilnitrogen:ARapiddirectextractionmethodtomeasuremicrobialbiomassnitrogeninsoil.SoilBiologyandBiochemistry,1985,17:8372842.JenkinsonDS,BrookesPC,PowlsonDS.Measuringsoilmicrobialbiomass.SoilBiologyandBiochemistry,2004,36:527.JenkinsonDS,LaddJN.Microbialbiomassinsoil:measurementandturnover.In:EAPaulandJNLaddeds.Soilbiochemistry.Marcel[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15] 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