李 玲, 仇少君, 檀菲菲, 楊紅軍, 劉京濤, 陸兆華,

(1. 濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濱州 256603；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所，農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與施肥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院恢復(fù)生態(tài)研究所，北京 100083)

鹽分和底物對(duì)黃河三角洲區(qū)土壤有機(jī)碳分解與轉(zhuǎn)化的影響

李 玲1, 仇少君2,*, 檀菲菲3, 楊紅軍1, 劉京濤1, 陸兆華1,3

(1. 濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濱州 256603；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所，農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與施肥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院恢復(fù)生態(tài)研究所，北京 100083)

土壤鹽堿化能抑制微生物活性，影響土壤有機(jī)碳的分解與轉(zhuǎn)化。以黃河三角洲鹽堿耕地為研究對(duì)象，采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)法，設(shè)置3個(gè)NaCl鹽分梯度(S1：0.1%；S2：0.5%；S3：0.9%)，通過在土壤中添加不同底物(CK：不添加底物；N：添加氮；C：添加碳；C+N：添加碳+氮)，研究該土壤釋放CO2-C量、土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物呼吸商(qCO2)及溶解性有機(jī)碳(DOC)對(duì)鹽分和底物的響應(yīng)。結(jié)果表明：在45 d的培養(yǎng)期內(nèi)，CK、N處理中S1鹽分土壤釋放CO2-C量最高，S2和S3明顯低于S1，降低幅度分別為18.3%—23.7%和24.3%—39.8%。C、C+N處理中3個(gè)鹽分土壤釋放CO2-C量差異較小，特別是在C+N處理中，3個(gè)鹽分土壤釋放CO2-C差異不顯著。4個(gè)底物處理中，SMBC均在S1和S2鹽分中含量較高，S3鹽分最低。與CK相比，N處理并不能提高SMBC含量，C、C+N處理可明顯提高SMBC，但S1和S2鹽分土壤提高的幅度(80.4%—80.5%、58.0%—58.7%)明顯高于S3(68.9% 、49.7%)。4個(gè)底物處理中，qCO2均在S1鹽分土壤中最高，C、C+N處理可明顯提高qCO2。CK、N處理中3個(gè)鹽分土壤DOC差異不顯著，C、C+N處理中S3鹽分土壤DOC較高。說明在無碳源輸入條件下，增加鹽分含量能明顯抑制土壤釋放CO2量。添加碳源后，鹽分含量對(duì)土壤釋放CO2的影響變小。微生物對(duì)碳源和鹽分脅迫的響應(yīng)較快，添加碳源能明顯提高微生物數(shù)量及其活性。但較高鹽分(含鹽量gt;0.5%)可明顯降低土壤微生物活性及對(duì)外源碳的利用率，導(dǎo)致較高鹽分SMBC及qCO2較低而DOC較高。

土壤鹽分；底物；CO2；土壤微生物生物量碳；土壤微生物呼吸商；土壤溶解性有機(jī)碳

目前全球鹽堿地面積總計(jì)約10億hm2，其中我國(guó)有近1億hm2[1]，且次生鹽漬化土地面積仍在不斷擴(kuò)大。鹽堿化是引起土地退化的重要因素之一，導(dǎo)致土壤肥力普遍較低，制約鹽堿地的土地生產(chǎn)力。土壤碳素是維持土壤肥力的重要因子，在改善土壤理化性狀、生物學(xué)特性及保肥供肥方面發(fā)揮重要作用。土壤微生物是土壤碳循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)力，土壤的鹽堿化影響土壤微生物活性，進(jìn)而影響土壤碳素的循環(huán)過程。因此，加強(qiáng)鹽堿地土壤碳循環(huán)過程的研究對(duì)進(jìn)一步了解鹽堿地及鹽堿化過程在全球碳貯存及排放中的作用具有重要意義。

鹽堿化土壤在碳循環(huán)中扮演“匯”、“源”的角色日益受到重視，一部分學(xué)者指出較高的鹽分含量抑制土壤釋放CO2量[2- 3]，外源碳在高鹽分土壤中的礦化率明顯低于低鹽分土壤，甚至僅為低鹽分土壤的50%左右[3]，但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)加入外源碳后鹽堿地土壤釋放CO2量高于非鹽堿地16%—31%[4]，特別是最新研究表明鹽堿地能吸收大氣中的CO2[5]，因此鹽堿化土壤有機(jī)碳分解機(jī)制的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。土壤微生物生物量碳和溶解性有機(jī)碳是有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為活性碳的主要形式，土壤微生物呼吸商是衡量微生物活性的重要指標(biāo)，三者均是反映土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的參數(shù)。目前鹽分含量對(duì)土壤微生物生物量碳的影響仍存在爭(zhēng)議,如在澳大利亞新南威爾士州的高原土壤中添加鹽分后，高鹽條件下土壤微生物生物量碳是低鹽分條件下的3倍多[6]，而對(duì)印度孟加拉灣沿海地區(qū)鹽堿地的研究發(fā)現(xiàn)，土壤含鹽量最高的夏季土壤微生物生物量碳最低[7]。另外，鹽分含量對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳及微生物呼吸商的影響報(bào)道較少[6]。因此，鹽分含量對(duì)土壤碳素分解與轉(zhuǎn)化的影響有待進(jìn)一步深入研究，以探明鹽分含量對(duì)土壤有機(jī)碳分解與轉(zhuǎn)化的影響機(jī)理。

黃河三角洲地區(qū)近50%的土地為不同程度的鹽堿化[8]，且相當(dāng)一部分鹽堿地尚未得到有效的改良與利用。目前我國(guó)對(duì)黃河三角洲地區(qū)鹽漬化土的形成、調(diào)查、改良和開發(fā)利用的研究較多[8- 10]，但對(duì)該區(qū)鹽堿地土壤生物化學(xué)過程的研究鮮有報(bào)道。針對(duì)以上問題，本文以黃河三角洲鹽堿耕地為研究對(duì)象，設(shè)置不同的鹽分梯度，同時(shí)在土壤中添加不同底物，研究底物添加后鹽分含量對(duì)土壤釋放CO2量、土壤微生物生物量碳、微生物呼吸商及溶解性有機(jī)碳的影響，明確土壤有機(jī)碳的分解與轉(zhuǎn)化對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)機(jī)制，為進(jìn)一步揭示該區(qū)鹽堿化土壤有機(jī)碳的循環(huán)特征提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土樣

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 土壤鹽分處理

設(shè)置3個(gè)NaCl鹽分梯度：(1)對(duì)照，土壤含鹽量為0.1%(S1)；(2)土壤含鹽量為0.5%(S2)；(3)土壤含鹽量為0.9%(S3)。具體操作如下：稱取12.80 kg新鮮土樣3份，測(cè)定土壤含水量。按照烘干樣計(jì)算出含鹽量為0.5%所需的NaCl，使之溶解于170 mL蒸餾水中，均勻噴灑到土樣中，即得含鹽量為0.5%的土樣；含鹽量為0.9%的土樣處理同上；對(duì)照處理(含鹽量為0.1%)同樣噴灑170 mL蒸餾水。3個(gè)鹽分土樣于25℃、黑暗條件下預(yù)培養(yǎng)14 d。預(yù)培養(yǎng)后的土壤特性見表1。

表1 土樣添加鹽分預(yù)培養(yǎng)14 d后土壤基本理化性質(zhì)

表中數(shù)據(jù)為平均值標(biāo)準(zhǔn)誤差，字母不同表示各個(gè)鹽分土壤間差異達(dá)到Plt;0.05顯著水平；S1、S2、S3分別代表0.1%、0.5%和0.9%的土壤鹽分含量

1.2.2 底物處理

底物添加為4個(gè)處理：(1)對(duì)照(CK)，不添加底物；(2)添加氮(N)；(3)添加碳(C)；(4)添加碳+氮(C+N)。分別以NH4Cl和葡萄糖作為氮源和碳源，其添加量分別為30 mg N/kg、750 mg C/kg。具體操作如下：取上述預(yù)培養(yǎng)后的3個(gè)鹽分土樣，把每個(gè)鹽分土樣分成4等份(每份土樣為3.2kg)，添加不同底物。按照不同底物處理稱取葡萄糖和NH4Cl，每個(gè)處理中的底物溶解于蒸餾水中，均勻噴灑在土樣中，使土壤含水量達(dá)到田間持水量的60%。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)

(1)土壤釋放CO2-C

稱取每個(gè)處理土樣50.00 g(鮮土重)于50 mL燒杯中，置于1 L廣口瓶?jī)?nèi)，瓶底加10 mL蒸餾水以保持100%空氣的相對(duì)濕度，另在廣口瓶?jī)?nèi)放置一個(gè)盛有20 mL 1 mol/L NaOH溶液吸收瓶，用橡膠塞密封廣口瓶，于25℃、黑暗條件下培養(yǎng)45 d。每個(gè)處理重復(fù)3次。培養(yǎng)過程中，每3 d稱重廣口瓶以定期補(bǔ)充損失的水分，且每3 d通氣15 min。分別于0、2、5、10、20、30、45 d取出NaOH溶液吸收瓶，并換一個(gè)新的NaOH溶液吸收瓶，測(cè)定NaOH吸收液中CO2-C含量。

(2) 土壤微生物生物量碳(SMBC)、溶解性有機(jī)碳(DOC)

稱取每個(gè)處理土樣150.00 g(鮮土重)于1 L廣口瓶?jī)?nèi)，用封口膜封口，膜上用針扎若干小孔以保證好氣培養(yǎng)，于25℃、黑暗條件下培養(yǎng)45 d。每個(gè)處理重復(fù)3次。培養(yǎng)過程中，每3 d稱重廣口瓶，以定期補(bǔ)充損失的水分，且每3 d通氣15 min。分別于0、2、5、10、20、30、45 d破壞性取樣測(cè)定SMBC、DOC含量。

1.4 分析方法

SMBC的測(cè)定采用氯仿熏蒸法：于每個(gè)培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)稱取相當(dāng)于烘干重25.00 g的土樣，用氯仿熏蒸24 h，除去氯仿，加入100 mL 0.5 mol/L K2SO4溶液振蕩30 min，過濾。同時(shí)稱取相同量土樣做不熏蒸處理，浸提方法同上。浸提液中有機(jī)碳含量采用TOC/TNb自動(dòng)分析儀(Liquid TOC II，Elementar，德國(guó))測(cè)定。SMBC = 2.22 ×(熏蒸土樣浸提的有機(jī)碳-不熏蒸土樣浸提的有機(jī)碳)，式中以不熏蒸土樣浸提的有機(jī)碳作為溶解性有機(jī)碳(DOC)[11- 12]。

NaOH吸收液中CO2-C含量的測(cè)定采用滴定法：吸取5 mL NaOH吸收液于100 mL三角瓶中，然后加入2 mL 1 mol/L BaCl2溶液及5滴酚酞指示劑，用0.1mol/L標(biāo)準(zhǔn)酸(HCl)滴定至紅色消失，根據(jù)稀釋倍數(shù)計(jì)算出吸收液中CO2-C含量。

土壤微生物呼吸商qCO2=(CO2-C)i/ SMBCi[6,13]，式中(CO2-C)i為第i天土壤釋放CO2-C的速率(mg CO2-C·kg-1土壤·d-1))，SMBCi為第i天土壤微生物生物量碳(mg SMBC/kg土壤)。

數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值，以烘干土壤量計(jì)。采用Excel 2003、Spss 12.0進(jìn)行制圖與統(tǒng)計(jì)分析，采用Anova法和Univariate法進(jìn)行單因素和交互作用的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)碳礦化的變化

土壤有機(jī)碳的礦化以土壤釋放CO2-C量來計(jì)算。不同底物處理中，土壤有機(jī)碳的礦化均存在兩個(gè)分解階段：培養(yǎng)前10 d的快速分解階段和接下來的慢速并趨穩(wěn)定的分解階段(圖1)。培養(yǎng)45 d內(nèi)，CK、N處理中鹽分含量對(duì)土壤有機(jī)碳分解的影響相同。土壤釋放CO2-C量均在S1鹽分條件下最高，S2、S3鹽分條件下土壤釋放CO2-C量較低，且差異不顯著。CK處理45 d內(nèi)S1鹽分條件下土壤釋放的CO2-C量高于S2和S3鹽分18.3%和23.7%。添加N處理45 d內(nèi)S1鹽分條件下土壤釋放的CO2-C量高于S2和S3鹽分24.3%和39.8%。添加C處理中，S2鹽分土壤釋放CO2-C量最高，S1和S3較低，且差異不顯著。45 d內(nèi)S2鹽分條件下土壤釋放的CO2-C量高于S1和S3鹽分6.9%和9.8%。添加C+N處理，S1、S2和S3鹽分條件下土壤釋放CO2-C量差異不顯著。

圖1 不同處理下土壤釋放CO2的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic Changes of CO2 emission from soil under different treatments圖中數(shù)據(jù)為平均值標(biāo)準(zhǔn)誤差，圖中短豎線(I)表示不同鹽分土壤在Plt;0.05水平上的LSD值; S1、S2、S3分別代表0.1%、0.5%和0.9%的土壤鹽分含量，CK、C、N和C+N分別代表不添加底物、添加碳、添加氮和添加碳+氮處理

本研究結(jié)果也表明，各個(gè)鹽分土壤中添加底物均可以提高土壤釋放CO2-C量，但不同鹽分條件下土壤釋放CO2-C量的增幅不同。與CK相比，添加N處理整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi) S1和S2鹽分條件下土壤釋放CO2-C的增加幅度(61.4%—62.3%)明顯高于S3鹽分條件下的增加幅度(37.4%)。添加C處理S2鹽分土壤釋放CO2-C的增加幅度為331.5%，明顯高于其余2個(gè)鹽分土壤的增加幅度(226.3%—275.8%)。添加C+N處理，S2、S3鹽分條件下土壤釋放CO2-C量的增加幅度(311.1%—313.4%)明顯高于S1鹽分條件下的增加幅度(243.1%)。

2.2 土壤微生物生物量碳(SMBC)的變化

CK處理和添加N處理，3個(gè)鹽分條件下SMBC均在培養(yǎng)第2天出現(xiàn)最低值，此后出現(xiàn)升高趨勢(shì)。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，CK處理SMBC含量高于初始值37.5%—52.3%，添加N處理SMBC含量高于初始值44.4%—46.3%。而添加C及C+N處理，3個(gè)鹽分條件下SMBC均在培養(yǎng)2 d時(shí)迅速升高，且在培養(yǎng)第10—20天達(dá)到最大值，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)3個(gè)鹽分條件下SMBC含量均高于初始值，增加幅度達(dá)78.5%—121.1%(圖2)。

圖2 土壤微生物生物量碳的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil microbial biomass carbon under different treatments

由45 d培養(yǎng)期內(nèi)SMBC的平均值來看，CK處理S1和S2鹽分條件下SMBC的均值較高，且差異不顯著，但兩個(gè)鹽分條件下SMBC明顯高于S3(Plt;0.05)。添加N處理，S1鹽分條件下SMBC最高，與S2相比差異不顯著，但明顯高于S3。與CK相比，添加N處理S1鹽分條件SMBC略有增加，增幅為6.6%，而S2、S3鹽分條件下SMBC均值與CK處理相比基本一致。添加C及C+N處理，S1和S2鹽分條件下SMBC均值較高，且差異不顯著，但兩個(gè)鹽分條件下SMBC明顯高于S3(Plt;0.05)。與CK相比，添加C處理S1、S2和S3鹽分條件下SMBC的增加幅度為80.5%、80.4%和68.9%，添加C+N處理S1、S2和S3鹽分條件下SMBC的增加幅度為58.7%%、58.0%和49.7%。

2.3土壤微生物呼吸商(qCO2)的變化

整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，不同處理值均表現(xiàn)為培養(yǎng)前2 d最高，此后開始降低并趨于穩(wěn)定(圖3)，這與土壤有機(jī)碳的分解動(dòng)態(tài)表現(xiàn)一致(圖1)。不同底物處理，qCO2均在S1鹽分條件下較高，隨著鹽分的增加qCO2出現(xiàn)降低趨勢(shì)。CK和添加N處理，在培養(yǎng)的前2 d內(nèi)S1鹽分條件下qCO2明顯高于S2和S3，但隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，其差異逐漸變小。添加C及C+N處理，在培養(yǎng)最初的2 d內(nèi)，S1和S2鹽分條件下qCO2值較高，但2 d后S3鹽分條件下qCO2值明顯高于其余鹽分處理。同時(shí)本研究結(jié)果表明土壤添加底物后可明顯提高qCO2值。整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)與不添加底物相比，添加N、C及C+N后，不同鹽分條件下qCO2的增加幅度分別為24.6%—43.1%、164.6%—263.7%及248.5%—312.4%。

圖3 不同處理下土壤微生物呼吸商的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of metabolic quotient under different treatments

2.4 土壤溶解性有機(jī)碳(DOC)的變化

整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，鹽分含量對(duì)土壤DOC的影響相對(duì)較小(圖4)。CK及添加N處理，3個(gè)鹽分條件下土壤DOC的變化趨勢(shì)基本一致，且3個(gè)鹽分土壤DOC差異不顯著。添加C及C+N處理，培養(yǎng)2 d后土壤DOC含量迅速增加，且S3鹽分條件下土壤DOC的增加幅度(433.3%及90.1%)明顯大于S1和S2鹽分條件下的增加幅度(34.1%—190.5%及22.1%—33.5%)。此后，S1、S2和S3鹽分條件下土壤DOC含量差異變小，且在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)均低于初始值。

圖4 土壤溶解性有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of soil dissolved organic carbon under different treatments

3 討論

鹽分含量影響土壤釋放CO2量，但不同底物處理下鹽分含量對(duì)CO2釋放量的影響不同。不添加底物和只添加氮處理，土壤釋放CO2量均在低鹽分條件下較高，隨著含鹽量的增加土壤釋放CO2量出現(xiàn)降低趨勢(shì)，這與Elgharably等在無外源底物添加處理中的研究結(jié)果一致[15]。而Beltrán-Hernández等研究發(fā)現(xiàn)，不添加底物處理高鹽分條件下土壤釋放CO2量是低鹽分條件下的1.6—2.7倍[16]，這可能是因?yàn)槠涓啕}土壤有機(jī)碳含量(26.8—30.3g/kg)明顯高于本研究中的土壤。添加碳后本研究0.5%鹽分土壤釋放CO2量最高，添加碳+氮后3個(gè)鹽分土壤釋放CO2量無明顯差異。說明在碳源輸入條件下，增加一定量的土壤鹽分可能產(chǎn)生正激發(fā)作用，從而引起土壤釋放CO2量的增加[17]。有研究者在土壤中添加葡萄糖，同樣發(fā)現(xiàn)較高的鹽分含量并沒有抑制土壤釋放CO2量，且高鹽土壤釋放CO2是低鹽土壤的2倍多[18]。這主要是因?yàn)槠咸烟鞘腔钚暂^高的碳源，其加入到土壤后可提高微生物的活性及其周轉(zhuǎn)速率，進(jìn)而使土壤微生物對(duì)CO2釋放的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)掩蓋了鹽分對(duì)土壤CO2釋放的影響。而在土壤中添加植物殘?bào)w+氮后，土壤釋放CO2量仍以低鹽分條件下最高[12]，這是因?yàn)橹参餁報(bào)w木質(zhì)素含量較高、碳源有效性較低，土壤鹽分含量仍是影響CO2釋放的因子之一。本研究還表明不添加底物及只添加氮條件下，高鹽和低鹽土壤釋放CO2量的差異較大，而添加碳及碳+氮后差異較小。同時(shí)，與不添加底物相比，添加氮處理低鹽分(0.1%)土壤釋放CO2量的增加幅度高于較高鹽分(0.5%、0.9%)土壤，而添加碳及碳+氮后，0.1%鹽分土壤土壤釋放CO2量的增加幅度并不是最高的。說明在無碳源而只有氮源輸入的條件下，土壤鹽分是影響土壤釋放CO2的重要限制因子。添加碳源后鹽分對(duì)土壤釋放CO2的影響減小。

土壤微生物生物量碳均在低鹽分條件下最高，隨著鹽分含量的增加土壤微生物生物量碳出現(xiàn)降低趨勢(shì)。說明增加土壤鹽分含量可明顯抑制土壤微生物的活性，從而引起微生物數(shù)量的降低[7,15]。但Vanessa等采用鹽溶液對(duì)土壤進(jìn)行淋洗表明，高鹽溶液淋洗的土壤微生物生物量碳明顯高于低鹽[6]，并且證實(shí)較高的鹽分通過破壞土壤團(tuán)聚體等過程提高了土壤有機(jī)碳的有效性，且有機(jī)碳有效性的增加彌補(bǔ)了鹽分對(duì)土壤微生物的抑制，從而使高鹽分土壤中的微生物生物量碳較高。但本研究中所設(shè)置的土壤鹽分(0.5%和0.9%)較高，且鹽分完全與土壤混合，從而可能導(dǎo)致鹽分對(duì)土壤微生物活性抑制作用較強(qiáng)。不添加底物和只添加氮處理，3個(gè)鹽分土壤微生物生物量碳在培養(yǎng)第2天均出現(xiàn)最低值，而添加碳及碳+氮后土壤微生物生物量碳迅速增加，這可能是在底物添加過程中對(duì)土壤進(jìn)行擾動(dòng)，加速土壤活性碳的釋放，從而導(dǎo)致無碳源添加的土壤隨著土壤自身活性碳源量的減少，引起土壤微生物的能量供應(yīng)減少，抑制了土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖，從而使培養(yǎng)第2天土壤微生物生物量碳較低，但兩天后隨著微生物對(duì)外源底物的慢慢適應(yīng)與同化，微生物數(shù)量得到緩慢增加。而添加碳源后，由于葡萄糖本身是微生物易于利用的有機(jī)碳，因此微生物能快速吸收利用此碳源，從而使土壤微生物的數(shù)量增加。與不添加底物相比，添加氮源后3個(gè)鹽分土壤微生物生物量碳含量變化較小，說明單施氮源并不能提高土壤微生物生物量碳，而添加碳及碳氮共同施用條件下可提高鹽堿地土壤微生物生物量碳，盡管髙鹽分條件下土壤微生物生物量碳增加的幅度相對(duì)較小。

土壤微生物呼吸商是指單位微生物生物量碳的呼吸速率，用于反映外界環(huán)境變化對(duì)微生物的影響。微生物呼吸商高，一方面說明微生物呼吸消耗的碳量相對(duì)較高，另一方面說明外界環(huán)境條件使微生物產(chǎn)生脅迫，可導(dǎo)致微生物的代謝功能發(fā)生變化，使微生物的活性升高而不穩(wěn)定[19]。本研究不同鹽分與底物處理中，培養(yǎng)前2 d土壤微生物呼吸商是最高的，說明培養(yǎng)前2 d微生物對(duì)土壤中的碳源消耗較高，這與此時(shí)土壤釋放CO2的速率較高一致(圖1)。次后，土壤微生物呼吸商逐漸降低并趨于穩(wěn)定，說明微生物對(duì)土壤中的碳源消耗較慢[17]。另外，不同底物處理中，低鹽分(0.1%)土壤微生物呼吸商最高，而高鹽分土壤較低，也說明鹽分含量是抑制微生物活性的重要因子之一。盡管添加碳及碳+氮處理，在培養(yǎng)第5天時(shí)高鹽分土壤微生物呼吸商仍較高，這可能是因?yàn)檩^高的鹽分含量使微生物產(chǎn)生脅迫，導(dǎo)致微生物在短時(shí)間內(nèi)活性升高[19]。

土壤溶解性有機(jī)碳是土壤有機(jī)碳的活性組分，是外界環(huán)境變化的敏感性指標(biāo)[20- 21]。不添加底物和只添加氮處理，各鹽分間土壤溶解性有機(jī)碳的含量基本保持一致，說明鹽分含量對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳的影響較小，同時(shí)也證實(shí)單施氮肥并不能提高土壤溶解性有機(jī)碳含量[21- 22]。但添加碳及碳+氮后，由于葡萄糖本身就是溶解性有機(jī)碳，因此短時(shí)間內(nèi)引起土壤溶解性有機(jī)碳含量的增加，但較高鹽分土壤(0.5%、0.9%)增加的幅度較大，說明短時(shí)間內(nèi)高鹽分土壤中的微生物對(duì)葡萄糖的利用率相對(duì)較低，同時(shí)由圖1、圖3可明顯看出培養(yǎng)的前2 d，高鹽分土壤(0.9%)釋放CO2量及土壤微生物的呼吸商均較低，這也更好地證實(shí)了上述觀點(diǎn)。

4 結(jié)論

(1)在無碳源輸入的條件下，增加土壤含鹽量可明顯降低土壤釋放CO2量。添加碳源后，增加土壤含鹽量對(duì)土壤釋放CO2量的影響變小。說明在無碳源輸入條件下，土壤鹽分是影響土壤釋放CO2的重要限制因子。

(2)土壤含鹽量(lt;0.5%)較低時(shí)，鹽分含量對(duì)土壤微生物生物量碳的影響較小，增加土壤含鹽量(0.9%)可明顯降低土壤微生物生物量碳含量。且在無碳源輸入條件下，隨著含鹽量的增加土壤微生物生物量碳的降低幅度較小；添加碳源后，隨著含鹽量的增加土壤微生物生物量碳的降低幅度變大。

(3)較高的鹽分含量可明顯降低土壤微生物呼吸商，但添加碳源后短時(shí)間內(nèi)可明顯提高土壤微生物呼吸商。

(4)鹽分含量對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳的影響較小，盡管添加碳源后短時(shí)間內(nèi)可明顯提高較高鹽分土壤溶解性有機(jī)碳。說明微生物對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)較快，較高鹽分(含鹽量gt;0.5%)可明顯降低土壤微對(duì)外源碳的利用率。

致謝：感謝薛同同、王軍才、劉慶在樣品測(cè)定過程中給予的幫助。

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EffectsofsalinityandexogenoussubstratesonthedecompositionandtransformationofsoilorganiccarbonintheYellowRiverDelta

LI Ling1, QIU Shaojun2,*, TAN Feifei3, YANG Hongjun1, LIU Jingtao1, LU Zhaohua1,3

1ShangdongKeylaboratoryofEco-enviromentalScienceforYellowRiverDelta,BinzhouUniversity,Binzhou256603,Shandong,China2MinistryofAgricultureKeyLaboratoryofPlantNutritionandFertilizer,InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China3InstituteofRestorationEcology,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China

In the Yellow River Delta, nearly 50 percent of soils are saline and alkaline. Soil salinization can suppress microbial activity and thus affect the decomposition and transformation of soil organic carbon, while little information was found about the effects of salinity and exogenous C and N amendment on the decomposition and transformation of soil organic carbon in this area. A laboratory experiment was conducted to investigate the effects of soil salinity and exogenous substances on the turnover of organic carbon under conditions with 25℃ and 60% water holding capacity over 45 days. Three levels of salinity (S1: 0.1%; S2: 0.5%; S3: 0.9%) using NaCl (w/w) were imposed in the saline-alkaline cultivated soil in Yellow River Delta. Soil was amended with or without C (750 mg/kg) or inorganic N (30 mg/kg) as glucose or NH4Cl, and 4 treatments were established, including (Control: no substrates addition, N: NH4Cl addition, C: glucose addition, C+N: glucose and NH4Cl addition). The CO2-C emission, soil microbial biomass carbon (SMBC), dissolved organic carbon (DOC) and calculation of the respiratory quotient(qCO2)were determined. Without glucose addition, the cumulative amount of CO2-C emission was highest in S1 during the incubation, and it was decreased by 18.3%—23.7% and 24.3%—39.8% in S2 and S3 compared with S1, respectively. After glucose addition, the cumulative amount of CO2-C emission little changed among the three salinity soils, and especially it was no significant difference between the three salinity soils in C+N treatment. SMBC was higher in S1 and S2 than that in S3 under the four treatments with substrates addition. Addition of NH4Cl had no significant effect, but addition of glucose significantly increased SMBC, and SMBC increased by 80.4%—80.5% or 58.0%—58.7% in S1 and S2 in C or C+N treatment, and only 68.9% or 49.7% in S3. TheqCO2was significant higher in S1 than that in S2 and S3, and it was significantly improved with glucose addition. Compare with the control, DOC reminded unchanged in the N treatment, but it increased in S3 with glucose addition. It was suggested that the CO2emission could be depressed with the increase of soil salinity without C addition, and soil salinity had little influence on CO2emission after C addition. Microorganism was more sensitive to exogenous carbon and soil salinity. The size and the activity of microbial biomass would be improved with C addition, but higher salinity (gt;0.5%) could depress the microbial activity and the utilization of exogenous carbon, resulting in higher SMBC andqCO2and lower DOC in higher salinity soil.

Soil salinity; exogenous substrate; CO2; soil microbial biomass carbon; soil microbial respiratory quotient; soil dissolved organic carbon

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41101220， 41101277)；山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金項(xiàng)目(BS2011HZ001)；山東省高?？蒲邪l(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(J13LE58)；濱州學(xué)院國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201210449127);濱州學(xué)院博士基金項(xiàng)目(2008Y05)

2012- 06- 27;

2012- 10- 26

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shjunqiu@163.com

10.5846/stxb201206290914

李玲, 仇少君, 檀菲菲, 楊紅軍, 劉京濤, 陸兆華.鹽分和底物對(duì)黃河三角洲區(qū)土壤有機(jī)碳分解與轉(zhuǎn)化的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(21):6844- 6852.

Li L, Qiu S J, Tan F F, Yang H J, Liu J T, Lu Z H.Effects of salinity and exogenous substrates on the decomposition and transformation of soil organic carbon in the Yellow River Delta.Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6844- 6852.