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接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响

陈平 赵博 杨璐 赵秀海 张春雨 闫子超

陈平, 赵博, 杨璐, 赵秀海, 张春雨, 闫子超. 接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
引用本文: 陈平, 赵博, 杨璐, 赵秀海, 张春雨, 闫子超. 接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
Chen Ping, Zhao Bo, Yang Lu, Zhao Xiuhai, Zhang Chunyu, Yan Zichao. Effects of earthworm and litter application on soil nutrients and soil microbial biomass and activities in Pinus tabuliformis plantation[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
Citation: Chen Ping, Zhao Bo, Yang Lu, Zhao Xiuhai, Zhang Chunyu, Yan Zichao. Effects of earthworm and litter application on soil nutrients and soil microbial biomass and activities in Pinus tabuliformis plantation[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101

接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
基金项目: 

国家自然科学基金项目 31340022

详细信息
    作者简介:

    陈平。主要研究方向:森林生态学。Email: 877098608@qq.com地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者:

    赵秀海,博士,教授。主要研究方向:森林生态学。Email: zhaoxh@bjfu.edu.com 地址:同上

  • 中图分类号: S714.3; S791.254

Effects of earthworm and litter application on soil nutrients and soil microbial biomass and activities in Pinus tabuliformis plantation

  • 摘要: 目的森林凋落物在森林地上和地下养分传输过程中发挥着不可替代的作用, 大型土壤动物蚯蚓可以通过取食、消化、排泄、掘穴等活动影响凋落物的分解, 从而对土壤养分和微生物产生影响。本文研究了凋落物添加和威廉环毛蚓接种对油松人工林土壤pH、有机碳(SOC)、全氮(STN)、微生物生物量碳(SMBC)、微生物熵(qMB)的影响。方法本研究通过室内培养实验设置4种处理:(1)对照(S); (2)添加油松叶凋落物(SP); (3)接种蚯蚓(SE); (4)接种蚯蚓+油松凋落物(SPE)4种处理, 分别在培养后第7、14、21、28、42、56天进行土壤样品取样。结果结果表明:在整个培养期, SE处理下土壤pH均比同期S处理高, 但没有达到显著水平(P>0.05);SPE处理土壤pH均比同期S处理高, 但没有达到显著水平(P>0.05);无论是否添加叶凋落物, 在各个培养期接种蚯蚓都对SOC和STN无显著影响(P>0.05)。到培养结束时, SE处理使SMBC和qMB分别降低了10.8%和10.9%;在各个取样期, SP处理土壤的SMBC和qMB较对照处理有显著提高(P < 0.05), 到培养结束时, SP处理使SMBC和qMB分别升高了52.3%和33.6%;在各个取样期, SPE处理和SP处理土壤的SMBC和qMB差异显著, 到培养结束时, 与SP处理相比, SPE处理使SMBC和qMB分别升高了19.5%和19.3%(P < 0.05)。结论本研究表明, 添加凋落物可以提高土壤有机碳向微生物量碳的转化效率, 且在凋落物中添加蚯蚓可进一步促进这种作用。
  • 图  1  不同处理土壤微生物生物量碳的动态变化

    不同小写字母表示不同处理差异显著(P < 0.05)。S.不接种蚯蚓不添加油松凋落物;SP.添加油松凋落物;SE.接种蚯蚓;SPE.添加油松凋落物+接种蚯蚓。下同。

    Figure  1.  Dynamics of SMBC under different treatments

    Different small letters indicate significant difference among different treatments (P < 0.05). S, soil without earthworms and Pinus tabuliformis litter; SP, soil only with Pinus tabuliformis litter; SE, soil only with earthworms; SPE, soil with earthworms and Pinus tabuliformis litter. The same below.

    图  2  不同处理微生物熵的动态变化

    Figure  2.  Dynamics of qMB under different treatments

    表  1  不同处理蚯蚓生物量的变化(平均值±标准差)

    Table  1.   Dynamics of earthworm biomass under different treatments (mean±sd)

    g
    实验处理
    Treatment
    蚯蚓生物量Earthworm biomass
    第1周
    First week
    第2周
    Second week
    第3周
    Third week
    第4周
    Fourth week
    第6周
    Sixth week
    第8周
    Eighth week
    平均值
    Mean
    SE +(0.23±0.02) -(0.46±1.01) -(0.26±0.07) -(0.66±0.63) -(0.90±0.31) -(1.32±1.16) 2.79±0.52
    SPE +(0.70±0.03) +(0.63±0.13) +(0.51±0.82) +(0.43±0.23) +(0.20±0.19) -(0.22±0.38) 3.77±0.36
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    表  2  不同处理土壤pH值的变化(平均值±标准差)

    Table  2.   Dynamics of soil pH under different treatments (mean±sd)

    实验处理Treatment 土壤pH值Soil pH value
    第1周
    First week
    第2周
    Second week
    第3周
    Third week
    第4周
    Fourth week
    第6周
    Sixth week
    第8周
    Eighth week
    平均值
    Mean
    S 8.17±0.11a 8.19±0.09a 8.18±0.03a 8.17±0.03a 8.19±0.01a 8.19±0.01a 8.18±0.01a
    SP 8.18±0.10a 8.20±0.01a 8.20±0.02a 8.19±0.01a 8.20±0.02a 8.19±0.04a 8.19±0.01a
    SE 8.19±0.04a 8.20±0.02a 8.23±0.05a 8.22±0.05a 8.23±0.04a 8.23±0.06a 8.22±0.02a
    SPE 8.19±0.06a 8.23±0.05a 8.25±0.06a 8.25±0.03a 8.30±0.11a 8.35±0.04a 8.26±0.06a
    注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤pH值差异显著(P < 0.05)。S.不施加油松凋落物不接种蚯蚓;SP.添加油松凋落物;SE.接种蚯蚓;SPE.接种蚯蚓+油松凋落物。下同。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in pH value between different treatments (P < 0.05). S, soil without earthworms and Pinus tabuliformis litter; SP, soil only with Pinus tabuliformis litter; SE, soil only with earthworms; SPE, soil with earthworms and Pinus tabuliformis litter. The same below.
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    表  3  不同处理土壤有机碳的变化(平均值±标准差)

    Table  3.   Dynamics of soil organic carbon under different treatments (mean±sd)

    g·kg-1
    试验处理Treatment 土壤有机碳Soil organic carbon
    第1周
    First week
    第2周
    Second week
    第3周
    Third week
    第4周
    Fourth week
    第6周
    Sixth week
    第8周
    Eighth week
    平均值
    Mean
    S 14.58±0.12a 14.52±0.04a 14.52±0.05a 14.54±0.01a 14.53±0.03a 14.54±0.01a 14.59±0.02a
    SP 14.60±0.29a 14.66±0.06a 14.69±0.02a 14.96±0.05b 15.70±0.05b 16.55±0.08b 15.19±0.78a
    SE 14.56±0.03a 14.53±0.69a 14.56±0.14a 14.57±0.02a 14.53±0.03a 14.54±0.01a 14.55±0.02a
    SPE 14.59±0.21a 14.68±0.02a 14.73±0.05a 14.98±0.01b 15.73±0.04b 16.64±0.13b 15.23±0.02a
    注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤有机碳值差异显著(P < 0.05)。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in SOC value among different treatments (P < 0.05).
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    表  4  不同处理土壤全氮的变化(平均值±标准差)

    Table  4.   Dynamics of soil total nitrogen under different treatments (mean±sd)

    g·kg-1
    试验处理Treatment 土壤全氮Soil total nitrogen
    第1周
    First week
    第2周
    Second week
    第3周
    Third week
    第4周
    Fourth week
    第6周
    Sixth week
    第8周
    Eighth week
    平均数
    Mean
    S 1.31±0.06a 1.32±0.05a 1.32±0.05a 1.32±0.07a 1.33±0.05a 1.31±0.02a 1.31±0.01a
    SP 1.32±0.04a 1.33±0.03a 1.34±0.04a 1.36±0.06a 1.38±0.07a 1.42±0.03b 1.35±0.04a
    SE 1.32±0.03a 1.33±0.09a 1.34±0.07a 1.34±0.03a 1.34±0.07a 1.35±0.02a 1.32±0.04a
    SPE 1.32±0.08a 1.33±0.06a 1.35±0.03a 1.36±0.02a 1.39±0.04a 1.43±0.02b 1.36±0.04a
    注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤全氮值差异显著(P < 0.05)。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in STN value among different treatments (P < 0.05).
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    表  5  不同处理土壤微生物生物量和微生物熵均值(平均值±标准差)

    Table  5.   Different treatment mean of SMBC and qMB(mean±sd)

    处理
    Treatment
    土壤微生物生物量碳
    SMBC/(mg·kg -1)
    微生物熵
    qMB/%
    S 215.67±28.96a 1.48±0.20a
    SP 284.93±6.80b 1.88±0.06b
    SE 222.09±46.25a 1.54±0.33a
    SPE 349.28±11.65c 2.30±0.09c
    注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤微生物生物量碳、微生物熵差异显著(P < 0.05)。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in SMBC and qMB among different treatments (P < 0.05).
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  • [1] 宋新章, 江洪, 余树全, 等.中亚热带森林群落不同演替阶段优势种凋落物分解试验[J].应用生态学报, 2009, 20(3): 537-542. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb200903009

    Song X Z, Jiang H, Yu S Q, et al. Litter decomposition of dominant plant species in successional stages in mid-subtropical zone[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(3): 537-542. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb200903009
    [2] Fekete I, Kotroczó Z, Varga C, et al. Alterations in forest detritus inputs influence soil carbon concentration and soil respiration in a Central-European deciduous forest[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2014, 74:106-114. doi:  10.1016/j.soilbio.2014.03.006
    [3] Smith S W, Woodin S J, Pakeman R J, et al. Root traits predict decomposition across a landscape-scale grazing experiment[J]. New Phytologist, 2014, 203(3):851-862. doi:  10.1111/nph.12845
    [4] 郭剑芬, 杨玉盛, 陈光水, 等.森林凋落物分解研究进展[J].林业科学, 2006, 42(4): 93-100. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykx200604017

    Guo J F, Yang Y S, Chen G S, et al. A review on litter decomposition in forest ecosystem[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(4):93-100. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykx200604017
    [5] Yeong K L, Reynolds G, Hill J K. Leaf litter decomposition rates in degraded and fragmented tropical rain forests of Borneo[J]. Biotropica, 2016, 48(4):443-452. doi:  10.1111/btp.12319
    [6] Wachendorf C, Potthoff M, Ludwig B, et al. Effects of addition of maize litter and earthworms on C mineralization and aggregate formation in single and mixed soils differing in soil organic carbon and clay content[J]. Pedobiologia-International Journal of Soil Biology, 2014, 57(3):161-169. http://cn.bing.com/academic/profile?id=1682d7da4356a16602a8e6d957fed78d&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [7] 赵晶晶, 牛晓燕, 程宇琪, 等.我国森林凋落物分解研究进展[J].内蒙古林业科技, 2017, 43(3):43-46. doi:  10.3969/j.issn.1007-4066.2017.03.011

    Zhao J J, Niu X Y, Cheng Y Q, et al. Research progress on forest litter decomposition in China[J]. Inner Mongolia Forestry Science and Technology, 2017, 43(3):43-46. doi:  10.3969/j.issn.1007-4066.2017.03.011
    [8] Lajtha K, Townsend K L, Kramer M G, et al. Changes to particulate versus mineral-associated soil carbon after 50 years of litter manipulation in forest and prairie experimental ecosystems[J]. Biogeochemistry, 2014, 119(1-3):341-360. doi:  10.1007/s10533-014-9970-5
    [9] Xu S, Liu L L, Sayer E J. Variability of above-ground litter inputs alters soil physicochemical and biological processes: a meta-analysis of litterfall-manipulation experiments[J]. Biogeosciences, 2013, 10(11): 7423-7433. doi:  10.5194/bg-10-7423-2013
    [10] 王晓峰, 汪思龙, 张伟东.杉木凋落物对土壤有机碳分解及微生物生物量碳的影响[J].应用生态学报, 2013, 24(9):2393-2398. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201309001

    Wang X F, Wang S L, Zhang W D. Effect of Chinese fir litter on soil organic carbon decomposition and microbial biomass carbon[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(9):2393-2398. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201309001
    [11] Decaёns T, Mariani L, Lavelle P. Soil surface macrofaunal communities associated with earthworm casts in grasslands of the Eastern Plains of Colombia[J]. Applied Soil Ecology, 1999, 13(1):87-100. doi:  10.1016/S0929-1393(99)00024-4
    [12] Eriksen-Hamel N S, Whalen J K. Impacts of earthworms on soil nutrients and plant growth in soybean and maize agroecosystems[J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 2007, 120(2/4):442-448. http://cn.bing.com/academic/profile?id=976f3fa5d2ef74b27579abd1ca2c626a&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [13] 李辉信, 胡锋, 沈其荣, 等.接种蚯蚓对秸秆还田土壤碳、氮动态和作物产量的影响[J].应用生态学报, 2002, 13(12):1637-1641. doi:  10.3321/j.issn:1001-9332.2002.12.028

    Li H X, Hu F, Shen Q R, et al. Effect of earthworm inoculation on soil carbon and nitrogen dynamics and on crop yield with application of corn residues[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002, 13(12): 1637-1641. doi:  10.3321/j.issn:1001-9332.2002.12.028
    [14] Brown G G, Barois I, Lavelle P. Regulation of soil organic matter dynamics and microbial activity in the drilosphere and the role of interactions with other edaphic functional domains[J]. European Journal of Soil Biology, 2000, 36(3-4):177-198. doi:  10.1016/S1164-5563(00)01062-1
    [15] 于建光, 李辉信, 陈小云, 等.秸秆施用及蚯蚓活动对土壤活性有机碳的影响[J].应用生态学报, 2007, 18(4):818-824. doi:  10.3321/j.issn:1001-9332.2007.04.019

    Yu J G, Li H X, Chen X Y, et al. Effects of straw application and earthworm inoculation on soil labile organic carbon[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(4):818-824. doi:  10.3321/j.issn:1001-9332.2007.04.019
    [16] Lubbers I M, Pulleman M M, Groenigen J W V. Can earthworms simultaneously enhance decomposition and stabilization of plant residue carbon[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2017, 105:12-24. doi:  10.1016/j.soilbio.2016.11.008
    [17] Julia S, Guh S, Reinhard L, et al. The effect of macro-invertebrates and plant litter of different quality on the release of N from litter to plant on alpine pastureland[J]. Biology & Fertility of Soils, 2008, 44(5):783-790. http://cn.bing.com/academic/profile?id=b3bff686cdeb48e15edf7bccb1486192&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [18] Butenschoen O, Marhan S, Langel R, et al. Carbon and nitrogen mobilisation by earthworms of different functional groups as affected by soil sand content[J]. Pedobiologia, 2009, 52(4):263-272. doi:  10.1016/j.pedobi.2008.11.001
    [19] 张宝贵, 李贵桐, 申天寿.威廉环毛蚯蚓对土壤微生物量及活性的影响[J].生态学报, 2000, 20(1):168-172. doi:  10.3321/j.issn:1000-0933.2000.01.029

    Zhang B G, Li G T, Shen T S. Influence of the earthworm Pheretima guillelmi on soil microbial biomass and activity[J]. Acta Ecologica Sinica, 2000, 20(1):168-172. doi:  10.3321/j.issn:1000-0933.2000.01.029
    [20] 于建光, 胡锋, 李辉信, 等.接种蚯蚓对加入不同植物残体土壤微生物特性的影响[J].土壤, 2012, 44(4):588-595. doi:  10.3969/j.issn.0253-9829.2012.04.010

    Yu J G, Hu F, Li H X, et al. Earthworm effects on microbial characteristics in different soils under different plant debris inputs[J]. Soils, 2012, 44(4):588-595. doi:  10.3969/j.issn.0253-9829.2012.04.010
    [21] Groffman P M, Fahey T J, Fisk M C, et al. Earthworms increase soil microbial biomass carrying capacity and nitrogen retention in northern hardwood forests[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2015, 87:51-58. http://cn.bing.com/academic/profile?id=13df111c3012b588ffa0482d94300c8a&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [22] 焦加国, 朱玲, 李辉信, 等.蚯蚓活动和秸秆施用方式对土壤生物学性质的动态影响[J].水土保持学报, 2012, 26(1):209-213. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trqsystbcxb201201043

    Jiao J G, Zhu L, Li H X, et al. Dynamic effects of soil biological properties under earthworm inoculation and organic matter application[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2012, 26(1):209-213. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trqsystbcxb201201043
    [23] 袁新田, 朱玲, 焦加国, 等.施用玉米秸秆和接种蚯蚓后几种土壤活性有机碳的动态变化[J].生态学报, 2010, 30(19): 5264-5271. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201019017

    Yuan X T, Zhu L, Jiao J G, et al. Effects of earthworm and maize stalk application on the dynamic variation of soil active organic carbon[J]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(19): 5264-5271. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201019017
    [24] 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, 2000.

    Lu R K. Methods for analysis of soil agrochemistry[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.
    [25] 杨凯, 朱教君, 张金鑫, 等.不同林龄落叶松人工林土壤微生物生物量碳氮的季节变化[J].生态学报, 2009, 29(10): 5500-5507. doi:  10.3321/j.issn:1000-0933.2009.10.039

    Yang K, Zhu J J, Zhang J X, et al. Seasona dynamics of soil microbial biomass C and N in two larch plantation forests with different ages in Northeastern China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(10):5500-5507. doi:  10.3321/j.issn:1000-0933.2009.10.039
    [26] 徐一兰, 唐海明, 肖小平, 等.长期施肥对双季稻田土壤微生物学特性的影响[J].生态学报, 2016, 36(18):5847-5855. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201618023

    Xu Y L, Tang H M, Xiao X P, et al. Effects of different long-term fertilization regimes on the soil microbiological properties of apaddy field[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(18):5847-5855. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201618023
    [27] Salmon S. Earthworm excreta (mucus and urine) affect the distribution of springtails in forest soils[J]. Biology and Fertility of Soils, 2001, 34(5):304-310. doi:  10.1007/s003740100407
    [28] García-Montero L G, Valverde-Asenjo I, Grande-Ortíz M A, et al. Impact of earthworm casts on soil pH and calcium carbonate in black truffle burns[J]. Agroforestry Systems, 2013, 87(4):815-826. doi:  10.1007/s10457-013-9598-9
    [29] Wen B, Liu Y, Hu X Y, et al. Effect of earthworms (Eisenia fetida) on the fractionation and bioavailability of rare earth elements in nine Chinese soils[J]. Chemosphere, 2006, 63(7):1179-1186. doi:  10.1016/j.chemosphere.2005.09.002
    [30] 彭琳, 王晓君, 黄从德, 等.凋落物输入改变对慈竹林土壤有机碳的影响[J].水土保持通报, 2014, 34(1):129-132. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stbctb201401025

    Peng L, Wang X J, Huang C D, et al. Effect of litter input change on soil organic carbon in Dendrocalamus affinnis forest[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2014, 34(1):129-132. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stbctb201401025
    [31] 王霞, 胡锋, 李辉信, 等.秸秆不同还田方式下蚯蚓对旱作稻田土壤碳、氮的影响[J].生态环境学报, 2003, 12(4):462-466. doi:  10.3969/j.issn.1674-5906.2003.04.022

    Wang X, Hu F, Li H X, et al. Effects of earthworm on soil C, N on upland-rice soil under different manipulations of corn straw[J]. Ecology and Environment, 2003, 12(4):462-466. doi:  10.3969/j.issn.1674-5906.2003.04.022
    [32] Knowles M E, Ross D S, Görres J H. Effect of the endogeic earthworm Aporrectodea tuberculata, on aggregation and carbon redistribution in uninvaded forest soil columns[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2016, 100:192-200. doi:  10.1016/j.soilbio.2016.06.016
    [33] 窦森, 李凯, 关松.土壤团聚体中有机质研究进展[J].土壤学报, 2011, 48(2): 412-418. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trxb201102024

    Dou S, Li K, Guan S. A review on organic matter in soil aggregates[J]. Acta Pedologica Snica, 2011, 48(2): 412-418. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trxb201102024
    [34] 马芬, 裴广廷, 马红亮, 等.凋落物中水溶性有机物和残渣对亚热带森林土壤氮素转化的影响[J].应用生态学报, 2016, 27(9):2761-2770. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201609005

    Ma F, Pei G Y, Ma H L, et al. Effects of water-soluble organic matter and residue of litter on nitrogen transformation in subtropical forest soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(9):2761-2770. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201609005
    [35] 邓华平, 王光军, 耿赓.樟树人工林土壤氮矿化对改变凋落物输入的响应[J].北京林业大学学报, 2010, 32(3):47-51. http://j.bjfu.edu.cn/article/id/9378

    Deng H P, Wang G J, Geng G. Response of nitrogen mineralization to litter addition and exclusion in soils of Cinnamomum camphora plantation[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2010, 32(3):47-51. http://j.bjfu.edu.cn/article/id/9378
    [36] 葛晓敏, 陈晓东, 唐罗忠, 等.添加凋落物对杨树人工林土壤氮、磷矿化的影响初探[J].水土保持学报, 2013, 27(3):189-193. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trqsystbcxb201303037

    Ge X M, Chen X D, Tang L Z, et al. Preliminary study on the effects of litter addition on nitrogen and phosphorus mineralization of soil in poplar plantations[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(3):189-193. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trqsystbcxb201303037
    [37] Taylor L A, Arthur M A, Yanai R D. Forest floor microbial biomass across a northern hardwood successional sequence[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1999, 31(3):431-439. doi:  10.1016/S0038-0717(98)00148-5
    [38] Aghababaei F, Raiesi F, Hosseinpur A. The combined effects of earthworms and arbuscular mycorrhizal fungi on microbial biomass and enzyme activities in a calcareous soil spiked with cadmium[J]. Applied Soil Ecology, 2014, 75(1):33-42. http://cn.bing.com/academic/profile?id=3ca68880eaf4018318498f2514d82d01&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [39] Batdinishi J, Dennis P. Earthworms as the vectors of actinomycetes antagonistic to litter decomposer fungi[J]. Applied Soil Ecology, 2009, 43(1):1-10. doi:  10.1016/j.apsoil.2009.06.001
  • [1] 肖瑞晗, 满秀玲, 丁令智.  坡位对寒温带天然樟子松林土壤微生物生物量碳氮的影响 . 北京林业大学学报, 2020, 42(2): 31-39. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190309
    [2] 连玉珍, 曹丽花, 刘合满, 杨红.  色季拉山西坡表层土壤有机碳的小尺度空间分布特征 . 北京林业大学学报, 2020, 42(): 70-79. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190481
    [3] 魏安琪, 魏天兴, 刘海燕, 王莎.  黄土区刺槐和油松人工林土壤微生物PLFA分析 . 北京林业大学学报, 2019, 41(4): 88-98. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180287
    [4] 胡海清, 罗斯生, 罗碧珍, 魏书精, 王振师, 吴泽鹏.  林火干扰对广东省杉木林土壤有机碳及其组分的影响 . 北京林业大学学报, 2019, 41(12): 108-118. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190179
    [5] 哈文秀, 周金星, 庞丹波, 关颖慧, 崔明.  岩溶区不同恢复方式下土壤有机碳组分及酶活性研究 . 北京林业大学学报, 2019, 41(2): 1-11. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180184
    [6] 李惋瑾, 王若水, 肖辉杰, 王百田, 张克斌, 刘青青, 郭冰寒.  鲜海带生物酶解有机液肥对沙木蓼生长和土壤理化性质的影响 . 北京林业大学学报, 2018, 40(7): 62-72. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170269
    [7] 李伟克, 刘晓东, 牛树奎, 李炳怡, 刘冠宏, 褚艳琴.  火烧对河北平泉油松林土壤微生物量的影响 . 北京林业大学学报, 2017, 39(10): 70-77. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160420
    [8] 周鑫, 姜航, 孙金兵, 崔晓阳.  地形因子和物理保护对张广才岭次生林土壤有机碳密度的影响 . 北京林业大学学报, 2016, 38(4): 94-106. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150417
    [9] 汪金松, 赵秀海, 张春雨, 李化山, 王娜, 赵博.  模拟氮沉降对油松林土壤有机碳和全氮的影响 . 北京林业大学学报, 2016, 38(10): 88-94. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140294
    [10] 王玲, 赵广亮, 黄金.  嫁接不同文冠果品种根际土壤的微生物生物量及酶活性 . 北京林业大学学报, 2015, 37(8): 69-75. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150013
    [11] 范瑞英, 杨小燕, 王恩姮, 邹莉, 陈祥伟.  黑土区水土保持林对表层土壤微生物群落碳代谢多样性的影响 . 北京林业大学学报, 2014, 36(1): 41-47.
    [12] 张鑫, 耿玉清, 徐明, 刘丽香, 林茂.  鄱阳湖湖滨湿地土壤酶活性及影响因素 . 北京林业大学学报, 2014, 36(1): 34-40.
    [13] 黄小辉, 冯大兰, 朱恒星, 耿养会, 陈道静.  三峡库区马尾松林土壤有机碳的组成及含量 . 北京林业大学学报, 2014, 36(2): 38-43.
    [14] 田松岩, 刘延坤, 沃晓棠, 李云红, 陈瑶.  小兴安岭3 种原始红松林的土壤有机碳研究 . 北京林业大学学报, 2014, 36(5): 33-38. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2014.05.015
    [15] 满秀玲, 刘斌, 李奕.  小兴安岭草本泥炭沼泽土壤有机碳、氮和磷分布特征 . 北京林业大学学报, 2010, 32(6): 48-53.
    [16] 徐秋芳, 姜培坤, 王奇赞, 陆贻通.  绿肥对集约经营毛竹林土壤微生物特性的影响 . 北京林业大学学报, 2009, 31(6): 43-48.
    [17] 涂成龙, 刘丛强, 武永锋, 王毅.  应用δ13C值探讨林地土壤有机碳的分异 . 北京林业大学学报, 2008, 30(5): 1-6.
    [18] 孙月琴, 胡海英, 范丙友, 欧阳杰, 熊丹, 金莹, 郝晨, 石娟, 王莉, 刘美芹, 张玲, 胡晓丹, 隋金玲, 李艳华, 姚娜, 孙青, 王丰俊, 雷庆哲, 贺窑青, 刘丽, 周章义, 曲红, 陈佳, 乔海莉, 李在留, 程堂仁, 段旭良, 李莉, 尹伟伦, 赵亚美, 陈发菊, 周燕, 陈晓阳, 李云, 张德权, 尹伟伦, 张志毅, 王建中, 路端正, 骆有庆, 田呈明, 郭锐, 陆海, 沈昕, 张艳霞, 阎伟, 冯秀兰, 骆有庆, 李凤兰, 武彦文, 郑彩霞, 续九如, 张香, 康向阳, 孙爱东, 冯菁, 胡晓丹, 阎晓磊, 郝俊, 胡德夫, 梁宏伟, 骆有庆, 骆有庆, 马钦彦, 王晓东, 安新民, 郑永唐, 武海卫, 卢存福, 姜金仲, 沈繁宜, 梁华军, 高述民, 吴晓成, 孙爱东, 李忠秋, 王华芳, 蒋湘宁, 史玲玲, 王百田, 赵蕾, 郭晓萍, 邹坤, 谢磊, 张志翔, 严晓素, 李凯, 尹伟伦, 王华芳, 王晓楠, 王玉兵, 吴坚, 王瑛, 高荣孚, 冯仲科, 骈瑞琪, 冯晓峰, 王冬梅, 赵兵, 温秀凤3, 于京民2, 刘玉军, 崔彬彬
    , 王建中, 刘艳, 林善枝, 王玉春, 孙建华, 丁霞, 张庆, 沈应柏, 李凤兰, 王民中, 陶凤杰, 呼晓姝, 李镇宇, 杨伟光, 陈卫平, 张兴杰, 刘玉军, 汪植, 蒋平, 付瑞海, 马建海, 赵新丽.  新疆天然胡杨林土壤微生物多样性的研究 . 北京林业大学学报, 2007, 29(5): 127-131.
    [19] 王兰珍, 韦艳葵, 吴丽娟, 耿玉清, 李国雷, 王旭, 刘鹏举, 方升佐, 任强, 段文霞, 李雪华, 汪杭军1, 李生宇, 薛康, 党文杰, 周传艳, 赵铁珍, 刘剑锋, 张冬梅, 王立海, HUALi_zhong, 李义良, 朱小龙, 崔同林, 余新晓, 周亮, 周宇飞, 宋永明, 刘勇, 方陆明, 高岚, 杨娅, 雷加强, JIANGXi_dian, 周国逸, 韩士杰, 李振基, 苏晓华, 尹光彩, 何茜, 李建章, 朱波, 黎明, 阎秀峰, 刘勇, 杨慧敏, 玲, HEXiu_bin, 喻理飞, 沈熙环, 孙向阳, 宗文君, 鹿振友, 周国逸, 徐扬, 唐小明, 虞木奎, 李吉跃, 王春林, 徐新文, 赖志华, 张冰玉, 王清文, 王新杰, 刘锐, 程云清, 柯水发, 3, 国庆, 王伟宏, 陈实, 周晓梅, , 温亚利, 茹广欣, 郭蓓, 陈培金, 宋爱琴, 李丙文, 张志毅, 孙阁, 陈峻崎, 齐涛, 李晓兰, 李俊清, 长山, 张可栋, 周玉平, 刘志明, 王建林, 蒋德明, 王晓静, 王旭, 唐旭利, 姚永刚, 宋湛谦, 陈放, 赵双荣, 王春林, 关少华, 闫俊华, 杨伟伟, 郑凌峰.  人工柳杉林生物量及其土壤碳动态分析 . 北京林业大学学报, 2007, 29(2): 55-59.
    [20] 张秀新, 梁善庆, 金莹杉, 李春义, 周海宾, 邢韶华, 崔丽娟, 尹增芳, 张仁军, 林娅, 李昌晓, 张玉兰, 刘杏娥, 吴淑芳, 陈圆, 张颖, 李云开, 王超, 林勇明, 赵铁珍, 孙阁, 王蕾, 王春梅, 任云卯, 谭健晖, 王戈, 张运春, 闫德千, 周繇, 黄华国, 王以红, 樊汝汶, 杨培岭, 马履一, 翟明普, 余养伦, 刘国经, 周荣伍, 杨远芬, 张明, 罗建举, 张曼胤, 吴普特, 刘艳红, 钟章成, 洪滔, 王莲英, 温亚利, 马钦彦, 张桥英, 于俊林, 刘青林, 张志强, 江泽慧, 徐秋芳, 高岚, 江泽慧, 赵勃, 田英杰, 柯水发, 殷际松, 邵彬, 王希群, 王小青, 安玉涛, 刘俊昌, 张本刚, 周国模, 杨海军, 周国逸, 汪晓峰, 张晓丽, 崔国发, 王玉涛, 费本华, 罗鹏, 何春光, 陈学政, 于文吉, 吴承祯, 冯浩, 何松云, 康峰峰, 李敏, 刘爱青, 任树梅, 温亚利, 蔡玲, 高贤明, 费本华, 马润国, 骆有庆, 洪伟, 邬奇峰, 王九中, 魏晓华, 徐昕, 徐克学, 赵景刚, 田平, 胡喜生, 任海青, 赵焕勋, 朱高浦, 吴宁, 吴家森, 林斌, 赵弟行, 安树杰, 郑万建, 李永祥, 卢俊峰, 宋萍, 范海兰.  种植绿肥对板栗林土壤养分和生物学性质的影响 . 北京林业大学学报, 2007, 29(3): 120-123.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-19
  • 修回日期:  2018-05-07
  • 刊出日期:  2018-06-01

接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
    基金项目:

    国家自然科学基金项目 31340022

    作者简介:

    陈平。主要研究方向:森林生态学。Email: 877098608@qq.com地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者: 赵秀海,博士,教授。主要研究方向:森林生态学。Email: zhaoxh@bjfu.edu.com 地址:同上
  • 中图分类号: S714.3; S791.254

摘要: 目的森林凋落物在森林地上和地下养分传输过程中发挥着不可替代的作用, 大型土壤动物蚯蚓可以通过取食、消化、排泄、掘穴等活动影响凋落物的分解, 从而对土壤养分和微生物产生影响。本文研究了凋落物添加和威廉环毛蚓接种对油松人工林土壤pH、有机碳(SOC)、全氮(STN)、微生物生物量碳(SMBC)、微生物熵(qMB)的影响。方法本研究通过室内培养实验设置4种处理:(1)对照(S); (2)添加油松叶凋落物(SP); (3)接种蚯蚓(SE); (4)接种蚯蚓+油松凋落物(SPE)4种处理, 分别在培养后第7、14、21、28、42、56天进行土壤样品取样。结果结果表明:在整个培养期, SE处理下土壤pH均比同期S处理高, 但没有达到显著水平(P>0.05);SPE处理土壤pH均比同期S处理高, 但没有达到显著水平(P>0.05);无论是否添加叶凋落物, 在各个培养期接种蚯蚓都对SOC和STN无显著影响(P>0.05)。到培养结束时, SE处理使SMBC和qMB分别降低了10.8%和10.9%;在各个取样期, SP处理土壤的SMBC和qMB较对照处理有显著提高(P < 0.05), 到培养结束时, SP处理使SMBC和qMB分别升高了52.3%和33.6%;在各个取样期, SPE处理和SP处理土壤的SMBC和qMB差异显著, 到培养结束时, 与SP处理相比, SPE处理使SMBC和qMB分别升高了19.5%和19.3%(P < 0.05)。结论本研究表明, 添加凋落物可以提高土壤有机碳向微生物量碳的转化效率, 且在凋落物中添加蚯蚓可进一步促进这种作用。

English Abstract

陈平, 赵博, 杨璐, 赵秀海, 张春雨, 闫子超. 接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
引用本文: 陈平, 赵博, 杨璐, 赵秀海, 张春雨, 闫子超. 接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
Chen Ping, Zhao Bo, Yang Lu, Zhao Xiuhai, Zhang Chunyu, Yan Zichao. Effects of earthworm and litter application on soil nutrients and soil microbial biomass and activities in Pinus tabuliformis plantation[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
Citation: Chen Ping, Zhao Bo, Yang Lu, Zhao Xiuhai, Zhang Chunyu, Yan Zichao. Effects of earthworm and litter application on soil nutrients and soil microbial biomass and activities in Pinus tabuliformis plantation[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
  • 森林凋落物,也称枯落物或有机碎屑,是林木生长发育过程中新陈代谢的产物[1]。凋落物分解是森林生态系统中物质循环和能量流动的重要途径[2];分解过程从凋落物降落到林地表面时开始,包括淋溶作用,土壤动物对凋落物的破碎作用,以及土壤动物与微生物对凋落物的吞食消化作用[3]。以上这些过程决定了凋落物分解的速率和森林土壤的肥力[4]。研究表明,气候因子、凋落物性质和生物因子是影响凋落物养分归还的重要因素[5]。另外,土壤生物是凋落物分解及养分归还的驱动者,在凋落物养分归还过程中发挥着举足轻重的作用[6]

    森林凋落物是生态系统养分循环过程中的关键环节,其在维持森林土壤生产力、土壤养分的形成、土壤微生物生物量和活性等方面具有不可替代的作用[7]。Lajtha等[8]在美国威斯康辛州的落叶混交林中开展了为期50年的凋落物去除和加倍实验,结果表明,去除凋落物使实验地土壤中碳含量降低了55%,而凋落物加倍使实验地土壤碳含量提高了27%;Xu等[9]通过荟萃分析法分析了1950—2013年间440篇凋落物去除和添加对土壤养分影响的研究,发现凋落物是植物养分转化到土壤中的重要媒介,土壤全氮和碳氮比随着凋落物的输入而增加;凋落物分解可以通过增加土壤微生物可利用底物的数量,来提高微生物的数量和活性。王晓峰等[10]通过同位素示踪技术研究发现,添加杉木(Cunninghamia lanceolata)凋落物使土壤表层土壤微生物生物量碳增加了22%,且增加的微生物生物量很大一部分来源于土壤。

    蚯蚓作为大型土壤生物,被称为“生态系统的工程师”,在凋落物分解中具有重要地位,其通过取食、消化、排泄、分泌黏液和掘穴等活动影响凋落物进入土壤[11]。国内外学者研究表明,接种蚯蚓会对土壤肥力和土壤理化性质产生明显作用[12-13]。不同学者研究的结果不尽相同,Brown等[14]研究发现,蚯蚓通过吞食破碎凋落物使其变为小的有机化合物和矿质营养,并将其与土壤混合,从而促进凋落物在土壤中的分解,提高土壤中有机碳含量。于建光等[15]在稻(Oryza sativa)麦(Triticum aestivum)轮作系统中接种蚯蚓和添加秸秆的实验中发现蚯蚓会对土壤有机碳产生影响。Lubbers等[16]研究发现,蚯蚓生命活动会消耗环境中的有机质,从而减少土壤中有机碳的含量,降低土壤肥力。Julia等[17]通过在始成土中添加越橘(Vaccinium gaultheroides)凋落物的研究表明,粉正蚓(Lumbricus rubellus)能将难以分解的有机态氮转变成容易被植物直接利用的有效氮,并以新陈代谢的形式归还到土壤中,从而提高土壤中全氮含量。然而Butenschoen等[18]通过不同种类蚯蚓的室内培养实验发现,蚯蚓对土壤氮矿化的作用受到土壤种类和凋落物性质的影响。蚯蚓在土壤中的生命活动可以改善土壤微生境(pH、湿度、有机碳)来影响土壤微生物生物量、活性、群落组成和功能,不同学者的研究结果存在一定差异。张宝贵等[19]研究发现威廉环毛蚓(Pheretima guillelmi)显著降低了土壤中的微生物生物量。于建光等[20]通过在土壤中接种威廉环毛蚓的研究发现,蚯蚓并未对土壤微生物生物量碳产生显著影响。Groffman等[21]研究发现粉正蚓和陆正蚓(Lumbricus terrestris)可以显著提高土壤中微生物的数量和活性,微生物熵(qMB)是土壤微生物生物量碳与土壤有机碳的比值,其是评价土壤中稳态养分转化为速效养分的重要指标。

    油松(Pinus tabuliformis)是我国暖温带森林的主要建群种,是太岳山地区最主要的造林树种。凋落物作为土壤和植物之间养分流通的载体,是森林生态系统养分循环的关键步骤,凋落物分解的快慢直接影响土壤肥力的高低,该地区油松林中每年的凋落物量高达3.07t/(hm2·a)。然而蚯蚓对土壤养分和微生物影响的研究在国内仍然相对薄弱。所以本文探究了蚯蚓和凋落物添加条件下:(1)土壤pH和土壤养分(土壤有机碳和全氮)的变化规律;(2)土壤微生物生物量碳和微生物熵的变化规律。以便于正确评价蚯蚓、凋落物在太岳山油松人工林土壤养分循环中的作用,为该地区油松凋落物管理提供理论依据。

    • 实验所用土壤采自山西太岳山灵空山林场(112°01′~112°15′E, 36°31′~36°43′N)的油松人工林林下,取样深度为0~10cm,鲜土取样后风干过筛(2mm)。土壤类型为褐土,其pH为8.18,有机碳为14.53g/kg,全氮为1.31g/kg。实验所用凋落物为当年落下的新鲜油松凋落物,自然风干后经粉碎机磨碎过2mm筛,其有机碳为534.6g/kg,全氮为8.7g/kg。实验的威廉环毛蚓均为带有生殖环的成年蚯蚓个体,用手拣法采集于当地油松人工林林下。

    • 本实验采用室内培养实验,将实验材料放在20℃恒温培养箱中进行避光培养。调节并维持土壤湿度至40%,每隔6d采用重量法保持容器内土壤的湿度。共设置4个处理,每个重复装250g过2mm筛的风干土样,分别为不施加油松凋落物不接种蚯蚓(S)、添加油松凋落物(SP)、接种蚯蚓(SE)、接种蚯蚓+油松凋落物(SPE),设置6个采样期,每个处理的每个采样期设置3个重复, 共计72个微环境,圆柱形玻璃容器容积为750cm3(直径×高=11cm× 10cm)。施加凋落物的处理在土层表面均匀铺撒5g过2mm筛的风干油松凋落物[20]。接种蚯蚓的处理,先将所需蚯蚓洗净,然后将其放入铺有吸水纸的周转箱内黑暗培养24h,进行“清肠处理”,将“清肠处理”后的蚯蚓用吸水纸擦净。具体接种方法为:用天平称取驯化好并擦净的成年蚯蚓3条(3.5±0.3)g,由于本实验需要对蚯蚓进行培养,所以只能称取蚯蚓的鲜质量,来进行生物量的确定。将称量好的蚯蚓放入编好号码的实验用容器内,然后向容器内加入250g事先处理好的培养用土,再调节每个培养微环境中土壤的湿度,对于施加凋落物的处理,再在土壤表面均匀铺洒5g事先处理好的凋落物。为防止蚯蚓逃逸,容器顶部用钻孔的盖子封住。每罐接种事先驯化好的3条成年蚯蚓,总质量为(3.5±0.3)g。分别在培养的第7、14、21、28、42、56天进行土壤样品采样[20]

    • 每次取样从每种处理中随机取出3个重复,直接将S处理的土壤混匀分成两部分;对于接种蚯蚓或凋落物的处理,先将蚯蚓和凋落物去除[22],然后将土壤混匀,并分成两部分,一部分将其风干用于测定土壤理化性质,另一部分放在自封袋中保存于4 ℃冰箱中用于测定土壤微生物生物量碳(SMBC)。对于接种蚯蚓的处理,将蚯蚓挑出后,按培养前的方法清除肠内物质并称重[23]。凋落物有机碳和全氮含量用元素分析仪(PE2400)测定,土壤pH采用水土比(5:1)电位法测定(Sartorius PB-10),土壤有机碳采用重铬酸钾氧化滴定法测定,土壤全氮采用凯氏定氮法测定(FOSS 8400)[24]。土壤微生物生物量碳采用氯仿熏蒸浸提法测定,将浸提液置于Multi C 3100 TOC分析仪中进行测定,微生物生物量碳SMBC=Ec/0.38,式中:Ec为熏蒸和未熏蒸浸提液中土壤有机碳的差值,0.38为校正系数[25]。微生物熵qMB=(SMBC/SOC)×100%,式中:SMBC为土壤中微生物生物量碳的含量,SOC为土壤有机碳含量[26]

    • 运用SPSS对初始数据进行整理,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和邓肯法(Duncan)进行方差分析和多重比较(α=0.05),对不同处理下土壤pH、土壤有机碳、全氮、SMBC,以及qMB的显著性进行分析。利用SigmaPlot12.5进行作图。

    • 在实验的第1周,2个处理的蚯蚓生物量都有所增长(表 1),SE和SPE处理生物量分别增长了6.8%和20.2%。但随着培养时间的增加,SE和SPE处理的蚯蚓生物量逐渐降低。SE处理的蚯蚓生物量下降较快,到培养结束时(8周)与接种蚯蚓时相比降低了38.6%,且在培养第4周以后活性较差。SPE处理蚯蚓生物量降低趋势比较缓慢,到培养结束时与接种蚯蚓时相比降低了6.7%。在整个培养期,SE处理蚯蚓生物量均值为2.79g,SPE处理蚯蚓生物量均值为3.77g。

      表 1  不同处理蚯蚓生物量的变化(平均值±标准差)

      Table 1.  Dynamics of earthworm biomass under different treatments (mean±sd)

      g
      实验处理
      Treatment
      蚯蚓生物量Earthworm biomass
      第1周
      First week
      第2周
      Second week
      第3周
      Third week
      第4周
      Fourth week
      第6周
      Sixth week
      第8周
      Eighth week
      平均值
      Mean
      SE +(0.23±0.02) -(0.46±1.01) -(0.26±0.07) -(0.66±0.63) -(0.90±0.31) -(1.32±1.16) 2.79±0.52
      SPE +(0.70±0.03) +(0.63±0.13) +(0.51±0.82) +(0.43±0.23) +(0.20±0.19) -(0.22±0.38) 3.77±0.36
    • 在整个培养期,S和SP处理土壤pH值变化不大;SE处理和SPE处理土壤pH值分别升高了0.03个单位和0.07个单位(表 2)。在整个培养期,S、SP、SE和SPE处理的土壤pH值差异不显著(P>0.05)。SE和SPE处理中,蚯蚓能使土壤pH值升高,但与S处理相比没有达到显著水平(P>0.05)。在整个培养期,S、SP、SE、SPE处理pH平均值分别为8.18、8.19、8.22、8.26,各个处理的pH平均值差异不显著(P>0.05)。

      表 2  不同处理土壤pH值的变化(平均值±标准差)

      Table 2.  Dynamics of soil pH under different treatments (mean±sd)

      实验处理Treatment 土壤pH值Soil pH value
      第1周
      First week
      第2周
      Second week
      第3周
      Third week
      第4周
      Fourth week
      第6周
      Sixth week
      第8周
      Eighth week
      平均值
      Mean
      S 8.17±0.11a 8.19±0.09a 8.18±0.03a 8.17±0.03a 8.19±0.01a 8.19±0.01a 8.18±0.01a
      SP 8.18±0.10a 8.20±0.01a 8.20±0.02a 8.19±0.01a 8.20±0.02a 8.19±0.04a 8.19±0.01a
      SE 8.19±0.04a 8.20±0.02a 8.23±0.05a 8.22±0.05a 8.23±0.04a 8.23±0.06a 8.22±0.02a
      SPE 8.19±0.06a 8.23±0.05a 8.25±0.06a 8.25±0.03a 8.30±0.11a 8.35±0.04a 8.26±0.06a
      注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤pH值差异显著(P < 0.05)。S.不施加油松凋落物不接种蚯蚓;SP.添加油松凋落物;SE.接种蚯蚓;SPE.接种蚯蚓+油松凋落物。下同。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in pH value between different treatments (P < 0.05). S, soil without earthworms and Pinus tabuliformis litter; SP, soil only with Pinus tabuliformis litter; SE, soil only with earthworms; SPE, soil with earthworms and Pinus tabuliformis litter. The same below.
    • 在整个培养期,S、SP、SE、SPE处理的SOC平均值分别为14.59、15.19、14.55、15.23g/kg(表 3),各个处理SOC平均值差异不显著(P>0.05)。在培养的前3周,各个处理的SOC含量差异不显著(P>0.05);从第4周开始,SP处理和SPE处理的SOC含量显著高于S处理(P < 0.05);到培养结束时,SP处理SOC较同期S处理提高了13.9%,SPE处理SOC较同期S处理提高了14.4%。在各个取样期,S处理与SE处理中SOC含量差异不显著(P>0.05);在各个取样期,SP处理与SPE处理中SOC含量差异不显著(P>0.05)。

      表 3  不同处理土壤有机碳的变化(平均值±标准差)

      Table 3.  Dynamics of soil organic carbon under different treatments (mean±sd)

      g·kg-1
      试验处理Treatment 土壤有机碳Soil organic carbon
      第1周
      First week
      第2周
      Second week
      第3周
      Third week
      第4周
      Fourth week
      第6周
      Sixth week
      第8周
      Eighth week
      平均值
      Mean
      S 14.58±0.12a 14.52±0.04a 14.52±0.05a 14.54±0.01a 14.53±0.03a 14.54±0.01a 14.59±0.02a
      SP 14.60±0.29a 14.66±0.06a 14.69±0.02a 14.96±0.05b 15.70±0.05b 16.55±0.08b 15.19±0.78a
      SE 14.56±0.03a 14.53±0.69a 14.56±0.14a 14.57±0.02a 14.53±0.03a 14.54±0.01a 14.55±0.02a
      SPE 14.59±0.21a 14.68±0.02a 14.73±0.05a 14.98±0.01b 15.73±0.04b 16.64±0.13b 15.23±0.02a
      注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤有机碳值差异显著(P < 0.05)。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in SOC value among different treatments (P < 0.05).

      整个培养期,S、SP、SE、SPE处理的土壤全氮(STN)平均值分别为1.31、1.35、1.32、1.36g/kg (表 4),各个处理STN平均值差异不显著(P>0.05)。前6周各个处理STN差异不显著(P>0.05),到培养的第8周,SP处理和SPE处理STN含量显著高于S处理(P < 0.05)。到培养结束时,SP处理STN较同期S处理提高了8.4%,SPE处理STN较同期S处理提高了9.2%;在各个取样期,S处理与SE处理中STN含量差异不显著(P>0.05),SP处理与SPE处理中STN含量差异不显著(P>0.05)。

      表 4  不同处理土壤全氮的变化(平均值±标准差)

      Table 4.  Dynamics of soil total nitrogen under different treatments (mean±sd)

      g·kg-1
      试验处理Treatment 土壤全氮Soil total nitrogen
      第1周
      First week
      第2周
      Second week
      第3周
      Third week
      第4周
      Fourth week
      第6周
      Sixth week
      第8周
      Eighth week
      平均数
      Mean
      S 1.31±0.06a 1.32±0.05a 1.32±0.05a 1.32±0.07a 1.33±0.05a 1.31±0.02a 1.31±0.01a
      SP 1.32±0.04a 1.33±0.03a 1.34±0.04a 1.36±0.06a 1.38±0.07a 1.42±0.03b 1.35±0.04a
      SE 1.32±0.03a 1.33±0.09a 1.34±0.07a 1.34±0.03a 1.34±0.07a 1.35±0.02a 1.32±0.04a
      SPE 1.32±0.08a 1.33±0.06a 1.35±0.03a 1.36±0.02a 1.39±0.04a 1.43±0.02b 1.36±0.04a
      注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤全氮值差异显著(P < 0.05)。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in STN value among different treatments (P < 0.05).
    • 经过8周的培养,不同处理SMBC含量变化范围为173.9~363.6mg/kg(图 1)。对各个取样期进行方差分析表明,SP和SPE处理能显著提高土壤SMBC含量(P < 0.05);SP和SPE处理SMBC差异显著(P < 0.05);SE处理能显著降低SMBC(P < 0.05);到培养结束时,SP处理SMBC较同期S处理提高了52.3%, SPE处理SMBC较同期S处理提高了82.1%,SPE处理SMBC较同期SP处理提高了19.5%,SE处理SMBC较同期S处理降低了10.8%。整个培养期,S、SP、SE、SPE处理SMBC平均值分别为215.67、284.93、222.09、349.28mg/kg(表 5),S和SE处理SMBC均值差异不显著(P>0.05),SP处理和SPE处理SMBC均值显著高于S处理(P < 0.05)SMBC。

      图  1  不同处理土壤微生物生物量碳的动态变化

      Figure 1.  Dynamics of SMBC under different treatments

      表 5  不同处理土壤微生物生物量和微生物熵均值(平均值±标准差)

      Table 5.  Different treatment mean of SMBC and qMB(mean±sd)

      处理
      Treatment
      土壤微生物生物量碳
      SMBC/(mg·kg -1)
      微生物熵
      qMB/%
      S 215.67±28.96a 1.48±0.20a
      SP 284.93±6.80b 1.88±0.06b
      SE 222.09±46.25a 1.54±0.33a
      SPE 349.28±11.65c 2.30±0.09c
      注:表中同一列不同小写字母代表不同处理下土壤微生物生物量碳、微生物熵差异显著(P < 0.05)。Notes: different lowercase letters indicate significant difference in SMBC and qMB among different treatments (P < 0.05).

      在4种处理中,qMB的变化范围为1.20%~2.37%(图 2)。在各个取样期,SP处理的qMB较S处理有显著提高(P < 0.05);SPE处理的qMB较S处理有显著提高(P < 0.05);SPE处理的qMB较SP处理有显著提高(P < 0.05);SE处理的qMB含量与S处理相比差异不显著(第2周除外)(P>0.05);到培养结束时,SP处理qMB较同期S处理提高了33.6%,SPE处理qMB较同期S处理提高了59.9%,SPE处理qMB较同期SP处理提高了19.3%,SE处理qMB较同期S处理降低了10.9%。整个培养期,S、SP、SE、SPE处理qMB平均值分别为1.48%、1.88%、1.54%、2.30%(表 5),S和SE处理qMB均值差异不显著(P>0.05),SP处理和SPE处理qMB均值显著高于S处理(P < 0.05)qMB。

      图  2  不同处理微生物熵的动态变化

      Figure 2.  Dynamics of qMB under different treatments

    • 研究表明,在土壤中单独接种蚯蚓能使土壤的pH值升高,但没有达到显著水平;在土壤中添加油松凋落物对土壤pH值无影响;既接种蚯蚓又添加凋落物能使土壤的pH值升高,但同样未达到显著水平。前人研究发现,凋落物中盐基含量对土壤pH的变化具有重要作用,在凋落物分解以及微生物繁殖过程中,土壤的盐基饱和度会产生一定程度的变化,盐基含量高的凋落物会使土壤pH有一定程度的提高。本文研究发现,凋落物并未对土壤pH产生影响,可能是由于本研究处于无渗透的封闭环境中,实验过程中盐基离子并无淋溶损失。本研究表明,蚯蚓可以通过其排泄物分泌氮素类物质,从而使土壤pH值升高[27],蚯蚓还可以通过其钙腺分泌碳酸钙类物质使土壤pH值升高[28]。Wen等[29]研究蚯蚓对中国9种不同土壤理化性质的影响时发现,蚯蚓能显著提高土壤的pH值,提高程度达到了0.2~1.1个单位,与本研究的结果存在一定的差异,这可能是与蚯蚓种类、凋落物类型以及实验时间长短等因素有关。

    • 经过连续8周的动态培养,本研究表明,蚯蚓未对SOC产生显著影响这与于建光等[15]的研究结果一致。蚯蚓虽然会吞食大量有机物质和土壤,但蚯蚓的同化效率较低,绝大部分被吞食的有机物质又会以蚯蚓粪的形式归还到土壤中,蚯蚓粪具有较强的抗分解能力,所以蚯蚓并未使SOC含量降低。而Lubbers等[16]通过微环境实验研究表明,在一个密闭的环境里,蚯蚓生命活动会消耗大量有机质,并使环境中的土壤有机碳减少与本实验研究结果相反,这可能与添加的凋落物类型、蚯蚓种类、实验时间长短等因素有关。研究表明,在土壤中添加凋落物后会增加SOC,这与袁新田等[23]的研究结果一致,这可能是由于凋落物可以通过促进土壤中大于2mm团聚体的形成来增加SOC;凋落物输入还可以引起“激发效应”从而改变土壤中碳的周转速率,促进土壤中碳的增加。这与彭琳等[30]的研究结果一致。分析6次采样结果发现,在土壤中添加凋落物会增加STN,无论是否添加凋落物,蚯蚓都未对土壤全氮产生显著影响,表明蚯蚓对STN含量的影响远小于油松凋落物对STN含量的影响。这与王霞等[31]的研究结果一致,其通过为期2年的旱作水稻小区实验发现,在混施秸秆和表施秸秆条件下,STN不会因为蚯蚓对土壤和有机物质的取食而升高或降低,这可能与蚯蚓能促进土壤中团聚体形成有关。Knowles等[32]通过室内微环境培养蚯蚓实验研究表明,与对照相比,在培养的第4个月,蚯蚓处理土壤中大团聚体数量增加了67%。土壤团聚体是土壤的重要组成部分,对土壤有机质的稳定具有重要作用[33],蚯蚓使土壤团聚体数量增多,从而维持了微环境中碳库的稳定,土壤中碳素的稳定也就维持了土壤中氮素的稳定。本研究发现,添加油松凋落物会增加STN,这与马芬等[34]的研究结果一致。这可能是由于添加凋落物分解向土壤中释放养分,进而改变了STN含量,凋落物也可以通过改变土壤微生物的数量和结构来改变STN[35]。葛晓敏等[36]也得出了类似的结论。

    • 土壤微生物生物量碳占土壤有机碳的比例只为1%~3%,但土壤微生物是森林生态系统物质循环和能量流动过程中的关键环节,其在土壤有机物质的转化过程中发挥着关键作用,在维持生态系统持续健康发展过程中扮演着重要的角色[37],qMB是土壤微生物生物量碳与土壤有机碳的比值,其是评价土壤肥力和土壤质量的重要指标,是稳态养分转变为速效养分的催化剂。本研究中SE处理使SMBC的含量逐渐降低,到培养结束时,单独添加蚯蚓使SMBC降低了10.8%。在本研究期间,SE处理培养3周后,蚯蚓的活性较低,这可能是由于环境中缺少蚯蚓和微生物生存必要的能量,从而导致SE处理SMBC含量逐渐降低。Aghababaei等[38]也得出了相似的结论,其在为期60d的蚯蚓室内培养中发现,蚯蚓使SMBC的含量降低了4%。在土壤中添加凋落物,为土壤微生物的生存和繁殖提供了充足的营养和能量,从而使土壤微生物量增加。本研究也得出了类似的结论,研究发现,添加油松凋落物使SMBC提高了52.3%,这与王晓峰等[10]的研究结果一致。蚯蚓生命活动会向周围环境中分泌黏液,为微生物生存和繁殖提供了良好的生存空间,同时蚯蚓活动也可以提高土壤的养分供应能力,从而使环境中微生物的数量增加。本实验中,SP和SPE处理使SMBC显著升高,且表现为SPE>SP。这与于建光等[20]的研究结果一致。Groffman等[21]对美国纽约硬木林的研究发现,蚯蚓会显著提高林下土壤SMBC的含量与本研究的结果一致。本实验所用威廉腔环毛蚓具有上食下居的特点,其排泄物中富含大量的微生物,其通过取食消化等生命活动使土壤和植物残体混合,为微生物生存提供了良好的环境条件,从而增加了土壤中微生物的生物量[39]。本研究中,SE处理qMB降低,SP和SPE处理qMB升高。这表明接种蚯蚓和添加凋落物能显著提高有机碳向SMBC的转化效率,而仅接种蚯蚓处理降低了SOC向SMBC的转化效率。

    • 添加油松凋落物使土壤有机碳、全氮、SMBC和qMB显著提高;在培养期内,接种蚯蚓未对SOC和STN含量产生显著影响。接种蚯蚓和添加凋落物使SMBC和qMB显著升高,这表明蚯蚓能通过改变SMBC,提高SOC向SMBC的转化效率,进而增加土壤中可以直接被植物吸收利用的速效养分,这对提高土壤生产力具有重要作用,进而影响森林生态系统碳循环进程。本研究中发现接种蚯蚓和添加凋落物会使土壤中有机碳、全氮以及微生物量碳提高,但提高的有机碳、全氮以及微生物量碳的来源并未确定,所以今后应该利用13C、15N示踪技术来确定以上指标的来源,进而揭示蚯蚓和凋落物对土壤影响的机理。

参考文献 (39)

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