三江平原沼澤濕地墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)影響研究

宮超，宋長春，譚穩(wěn)穩(wěn)，張加雙

1. 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130102；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

三江平原沼澤濕地墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)影響研究

宮超1, 2，宋長春1，譚穩(wěn)穩(wěn)1，張加雙1

1. 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130102；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

摘要：沼澤濕地墾殖對全球碳循環(huán)有重要影響，可以對全球氣候系統(tǒng)產(chǎn)生反饋調(diào)節(jié)作用。土壤微生物學(xué)指標(biāo)是反映不同土地利用方式最敏感的指示因子，可以在早期反映土壤有機(jī)碳的變化情況。以我國三江平原典型沼澤濕地、濕地墾殖為水田（15 a）和旱田（25 a）3種土地利用方式為研究對象，開展了沼澤濕地墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)變化影響研究。結(jié)果表明，沼澤濕地墾殖為水田和旱田后土壤有機(jī)碳、全氮含量顯著降低（P=0.001），其中有機(jī)碳平均降低了31.50%、51.38%，全氮降低了49.81%、63.88%，旱田減少量顯著高于水田，墾殖后全氮損失量高于有機(jī)碳引起土壤質(zhì)量的下降。濕地開墾后土壤微生物量碳和土壤基礎(chǔ)呼吸顯著降低（P<0.001），土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分可利用性下降，微生物活性降低，但開墾后二者在0～10和10～20 cm土層間的差異變?nèi)酰晃⑸镬乜傮w表現(xiàn)為降低趨勢，旱田和沼澤濕地0～10 cm土層差異不顯著（P=0.728），10～20 cm土層差異顯著（P=0.005），反映出農(nóng)田土壤活性有機(jī)碳分配比例的降低；濕地墾殖后，水田土壤呼吸商（qCO2）升高，而旱田qCO2值顯著降低（P=0.003），說明微生物在不同土地利用方式下對底物基質(zhì)碳源利用策略發(fā)生改變；經(jīng)回歸分析發(fā)現(xiàn)，qCO2和土壤有機(jī)碳、全氮含量呈顯著正相關(guān)，表明微生物對基質(zhì)碳利用率隨土壤質(zhì)量的改善而降低。

關(guān)鍵詞：沼澤濕地；土壤有機(jī)碳；微生物量碳；土壤呼吸商；三江平原；墾殖

引用格式：宮超，宋長春，譚穩(wěn)穩(wěn)，張加雙. 三江平原沼澤濕地墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)影響研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(6): 972-977.

GONG Chao, SONG Changchun, TAN Wenwen, ZHANG Jiashuang. Effects of Marshland Reclamation on Soil Microbial Properties in the Sanjiang Plain, Northeast China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(6): 972-977.

濕地生態(tài)系統(tǒng)僅占全球陸地表面積的4%～6%，卻儲(chǔ)存了高達(dá)全球土壤碳庫1/3的有機(jī)碳，其微弱變化都會(huì)影響大氣中溫室氣體濃度，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮不可替代的作用（Roehm，2005；Gorham，1991）。濕地由于低溫、厭氧（常年或季節(jié)性積水）及相對養(yǎng)分匱乏的條件造成土壤有機(jī)碳的大量積累，極易對外界環(huán)境改變產(chǎn)生反饋效應(yīng)，加速或減緩全球變暖進(jìn)程，濕地土壤碳庫穩(wěn)定性及其影響因子研究越來越受到重視（Aerts等，2006；Moore等，2007）。土地利用方式、人為管理措施以及環(huán)境因子的變化將對土壤在全球碳循環(huán)中源/匯功能產(chǎn)生重要影響，全球環(huán)境變化是自然因素和人為活動(dòng)共同作用的結(jié)果，而由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的陸地生態(tài)系統(tǒng)土地利用方式改變比任何其他的全球變化內(nèi)容都要強(qiáng)烈和深遠(yuǎn)（Sanneke和Peter，2013）。沼澤濕地的開墾過程，使?jié)竦刂脖皇艿絿?yán)重破壞，土壤環(huán)境受到劇烈擾動(dòng)，導(dǎo)致大量碳排放到大氣中，將加速全球變暖趨勢，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能顯著下降（宋長春等，2004；王麗麗等，2009）。土壤有機(jī)碳在微生物作用下，其穩(wěn)定性與養(yǎng)分循環(huán)過程及其可利用性密切相關(guān)，已有研究表明微生物學(xué)性質(zhì)對外部環(huán)境條件變化尤其敏感，是有機(jī)碳變化的重要指示因子。其中，微生物量碳可以快速有效的反映土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分可利用性的變化，微生物熵（微生物量碳/總有機(jī)碳）反映了土壤有機(jī)質(zhì)向微生物量碳的轉(zhuǎn)化情況，是評(píng)價(jià)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)和質(zhì)量的有效指標(biāo)（Lagomarsino等，2009），土壤呼吸商（qCO2）可以用來評(píng)價(jià)土壤微生物利用有機(jī)碳的效率及土壤受干擾程度（Wardle和Ghani，1995）。以上各指標(biāo)是土壤質(zhì)量變化的敏感性指標(biāo)，可以在早期預(yù)測土壤有機(jī)碳的變化趨勢，在評(píng)價(jià)土地利用方式對土壤碳周轉(zhuǎn)及其穩(wěn)定性影響因素研究中有重要應(yīng)用（周焱等，2009；張金波等，2006）。目前，土地利用方式改變引起的土壤碳收支動(dòng)態(tài)變化、有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的微生物學(xué)作用機(jī)制仍需加以研究，在合理有效利用土地資源同時(shí)，適當(dāng)通過人為措施來增加土壤固碳潛力，以減緩全球變暖效應(yīng)。濕地生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)大氣中溫室氣體濃度、涵養(yǎng)水源等方面起著不可替代的作用，但長期以來，尤其在我國東北地區(qū)，濕地墾殖現(xiàn)象嚴(yán)重，造成濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的明顯降低，包括土壤碳蓄積及養(yǎng)分的維持，對全球碳循環(huán)過程產(chǎn)生不可忽視的影響（Miras等，2014）。

三江平原是我國面積最大、沼澤濕地分布最集中的地區(qū)，也是近半個(gè)多世紀(jì)以來沼澤濕地被大面積開墾為農(nóng)田的區(qū)域（Zhang等，2007；宋開山等，2008）。濕地墾殖后植物種類組成和土壤微生物群落組成及結(jié)構(gòu)，土壤溫濕度和理化性質(zhì)上的差異，將對土壤微生物學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生很大影響，影響土壤碳庫穩(wěn)定性及其周轉(zhuǎn)（Luo等，2013；宋長春等，2005a）。以往的研究中，已大量開展沼澤濕地墾殖對溫室氣體排放、土壤水熱條件變化與碳、氮?jiǎng)討B(tài)變化的影響研究等（宋長春等，2005b；張金波等，2006；郝慶菊等，2007，2005），但有關(guān)濕地墾殖后對土壤微生物學(xué)性質(zhì)的影響還未見報(bào)道，這對土壤碳庫穩(wěn)定性影響機(jī)理研究產(chǎn)生一定的不確定性。本研究通過對三江平原沼澤濕地墾殖前后土壤微生物學(xué)性質(zhì)變化的對比研究，明確沼澤濕地墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)的影響及其原因，探討該地區(qū)濕地開墾對土壤碳周轉(zhuǎn)的微生物學(xué)作用機(jī)制，為全球氣候變暖背景下土壤碳庫穩(wěn)定性及固碳潛力變化預(yù)測研究提供參考。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于中國科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站（47°35′N，133°31′E，56 m a.s.l.），該區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫2.5 ℃，1月平均氣溫-21 ℃，7月平均氣溫22 ℃左右，無霜期125 d左右，年降水量550～600 mm，多集中于7、8月；主要濕地類型為常年積水型毛苔草（Carex lasiocapa）沼澤和季節(jié)性積水小葉章（Calamagrostis angustifolia）沼澤化草甸；植被類型以草本植物為主，主要有毛苔草、漂筏苔草（Carex pseudocuraica）、烏拉苔草（Crex meyeriana）、小葉章等；土壤類型為草甸沼澤土、腐殖質(zhì)沼澤土、泥炭沼澤土、潛育白漿土和草甸白漿土。

表1　不同土地利用方式土壤的部分理化性質(zhì)Table 1 Soil chemical and physical properties of different land use types

1.2土壤樣品采集與處理

在研究區(qū)域內(nèi)選擇沼澤濕地、沼澤濕地墾殖為水田和旱田3種土地利用方式的樣地各一塊，沼澤濕地優(yōu)勢物種為小葉章，土壤類型為草甸沼澤土；水田種植水稻（Oryza sativa），旱田種植大豆（Glycine max），采樣時(shí)距離濕地開墾后15、25年。土壤樣品采集于2013年9月下旬，按照“S”型在每塊樣地選擇7個(gè)采樣點(diǎn)，每兩個(gè)樣點(diǎn)間距不低于5 m，采樣深度為0～10和10～20 cm兩層，去除枯枝落葉層后用內(nèi)徑5 cm的土鉆隨機(jī)采取3個(gè)土柱，混合后得到一個(gè)樣點(diǎn)的樣品。所有樣點(diǎn)取得的土樣采好后帶回實(shí)驗(yàn)室，將同層土樣完全混合后分成兩部分，一部分過2 mm篩后放入冰箱中4 ℃保存，以測定土壤基礎(chǔ)呼吸、微生物量碳；另一部分自然風(fēng)干后過0.25 mm篩，測定土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量和pH值。

1.3土壤樣品分析方法

土壤基礎(chǔ)呼吸測定：取20 g（干土重）鮮土平鋪于500 mL培養(yǎng)瓶中，調(diào)節(jié)其含水量為60%田間持水量，在20 ℃下培養(yǎng)48 h，產(chǎn)生的CO2量作為土壤基礎(chǔ)呼吸。CO2產(chǎn)生量在12 h內(nèi)用HP4890氣象色譜測定。土壤微生物量碳（MBC）采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法，計(jì)算公式為：MBC=EC(熏蒸土壤-未熏蒸土壤)/0.38，微生物商=MBC/土壤總有機(jī)碳，土壤呼吸熵（qCO2）為土壤基礎(chǔ)呼吸與MBC的比值。土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定，全氮采用凱氏定氮儀法，全磷采用鉬銻抗比色法，pH值采用無CO2水浸提（1∶2.5）電位計(jì)法（魯如坤，2000）。本研究中的土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

1.4數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)采用SPSS16.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析處理，采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較沼澤濕地墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)變化的影響，文中圖通過Origin 8.5獲得。

2　結(jié)果與分析

2.1濕地墾殖對土壤有機(jī)碳和全氮含量的影響

沼澤濕地墾殖后土壤有機(jī)碳和全氮含量均表現(xiàn)出明顯降低的特點(diǎn)，墾殖前后土壤碳、氮含量分別位于37.61～95.64、1.76～6.26 g·kg-1之間，0～10 cm土層高于下層10～20 cm，具體表現(xiàn)為旱田<水田<濕地（表1）。濕地開墾為水田、旱田后有機(jī)碳含量平均降低了31.50%、51.38%，氮含量則降低了49.81%、63.88%，旱田土壤碳、氮損失量高于水田，且氮素相對損失量高于碳損失量。其中，0～10 cm土層有機(jī)碳含量分別降低了39.40%、57.72%，10～20 cm土層則減少了19.86%、42.07%，相應(yīng)的土壤氮含量在0～10 cm土層降低了53.99%、67.41%，10～20 cm降低了43.90%、58.69%（表1）。0～10 cm土層碳、氮減少量均高于平均值，而下層10～20 cm土層減少量要低于平均值，0～10 cm土層受外界環(huán)境條件變化擾動(dòng)較大。濕地開墾為農(nóng)田后，由于氮素的損失量相對高于碳，使得土壤C/N比值顯著升高（P<0.001），而水田和旱田間差異不顯著（P=0.528，表1）。墾殖后C/N比值的升高，表明濕地墾殖為農(nóng)田后土壤質(zhì)量的下降。

2.2濕地墾殖對土壤微生物量碳（MBC）和微生物熵影響

微生物量碳僅占土壤有機(jī)碳很小一部分，與土壤碳、氮循環(huán)密切相關(guān)，也是有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化的敏感性指標(biāo)，本研究中墾殖前后MBC和微生物熵變化如圖1中a、b所示，表現(xiàn)出相似的變化特點(diǎn)。由圖1a可知，MBC在開墾后顯著降低（P<0.001），而水田和旱田間無顯著差異（P=0.269）；水田和旱田0～10 cm土層MBC開墾后分別減少了63.25%和61.14%，10～20 cm土層則減少了68.98%和56.12%，都以水田減少最多；濕地和水田0～10 cm土層MBC均大于10～20 cm土層（P<0.001，P=0.038），而旱田差異不顯著（P=0.498）。微生物熵是MBC占土壤總有機(jī)碳的比例，反映了輸入的土壤有機(jī)質(zhì)向MBC的轉(zhuǎn)化情況，是土地利用方式改變引起土壤總有機(jī)碳變化的前期敏感指標(biāo)。濕地開墾前后不同土層間微生物熵變化情況如圖1b所示，也表現(xiàn)出降低的趨勢。沼澤濕地和旱田0～10 cm土層微生物熵（2.75%和2.62%）差異不顯著（P=0.728），但是顯著高于水田（1.66%，P<0.001）；10～20 cm土層中沼澤濕地土微生物熵最大（3.35%），分別是水田和旱田的2.32和1.42倍，三者間差異顯著（P=0.005），開墾后水田土壤微生物熵顯著降低，活性有機(jī)碳分配顯著減少。

圖1　墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)變化影響Fig. 1 Effects of reclamation on soil microbial properties (mean ± SE, n=3)

2.3濕地墾殖對土壤基礎(chǔ)呼吸和呼吸商（qCO2）影響

土壤基礎(chǔ)呼吸是微生物活性的重要指標(biāo)，反映了土壤碳代謝活動(dòng)強(qiáng)弱，是有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)強(qiáng)度的重要表征。濕地開墾后土壤基礎(chǔ)呼吸顯著降低，由開墾前的2.28 mg·kg-1·h-1降為開墾后的0.81和0.44 mg·kg-1·h-1（以CO2-C計(jì)），具體表現(xiàn)為旱田<水田<濕地（圖1c）。沼澤濕地0～10和10～20 cm土層基礎(chǔ)呼吸差異顯著（P<0.001），而水田、旱田間差異不顯著（P=0.304，0.941）。qCO2是用來評(píng)價(jià)土壤微生物利用有機(jī)碳效率的重要指標(biāo)，qCO2值越高，表明微生物對底物碳源利用率越低，利于土壤碳排放；反之，則說明有機(jī)質(zhì)在周轉(zhuǎn)過程中，多數(shù)用于構(gòu)建微生物體。本研究中，0～10和10～20 cm土層qCO2值分別位于0.42～0.89、0.44～1.08 mg·g-1·h-1之間，最大值均出現(xiàn)在水田中，表明水田土壤微生物對碳源利用率較低（圖1d）。旱田qCO2值顯著低于濕地和水田（P=0.003），微生物對底物碳源的利用率相對較高；濕地和水田0～10 cm土層qCO2值差異不顯著（P=0.732），而水田10～20 cm土層qCO2值顯著高于濕地和旱田（P=0.010）。

2.4土壤呼吸商（qCO2）和土壤有機(jī)碳、全氮的關(guān)系

若不考慮土地利用方式和不同層次的差異，對qCO2和土壤有機(jī)碳、全氮進(jìn)行回歸分析表明（圖2），它們之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，r2分別為0.565 和0.575，由此可以知道，土壤呼吸商不僅受有機(jī)碳含量的影響還與土壤氮含量有關(guān)，也就是說土壤養(yǎng)分狀況也是影響有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的重要因素。

3　討論

3.1濕地墾殖對土壤碳、氮的影響

沼澤濕地開墾是影響大氣中溫室氣體濃度變化的重要原因之一，尤其是北方自然生態(tài)系統(tǒng)地表積累了大量的有機(jī)質(zhì)，對環(huán)境條件改變表現(xiàn)出較高的敏感性（Moore等，2007）。本研究中，濕地開墾為水田（15 a）和旱田（25 a）后，碳、氮含量明顯降低，與王麗麗等（2009）的研究結(jié)果一致，這與土壤水熱條件、植被覆蓋物差異以及人為因素的影響（如土地翻耕、農(nóng)作物收割等）有關(guān)（Post等，2001；陳廣生和田漢勤，2007）。宋長春等（2005b）研究表明，沼澤濕地墾殖后，土壤溫度有升高趨勢，開墾初期微生物呼吸通量變大，加速了有機(jī)碳的損失；楊利瓊等（2013）的研究結(jié)果也表明，開墾降低了濕地的碳吸收能力，導(dǎo)致更多的碳參與到生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程釋放于大氣中。土壤耕翻過程，尤其是深耕，有機(jī)碳含量較高的表土與碳含量較低的下層土發(fā)生層次改變的同時(shí)，嚴(yán)重減少了土壤團(tuán)聚體的物理保護(hù)作用，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性降低，更容易被微生物分解損失掉（Poeplau等，2011）。表層0～10 cm減少量均要高于10～20 cm土層，是由于開墾后上層土水熱條件適宜，且作物殘?bào)w、植物根系等多集中于土表，微生物活性較強(qiáng)引起土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)加快，造成土壤碳及養(yǎng)分的大量損失（Chapman等，2012）；旱田碳、氮減少量多于水田，水熱因素差異是重要影響原因之外，旱田通常也會(huì)經(jīng)歷較多的干-濕交替現(xiàn)象，加速了有機(jī)質(zhì)礦化過程。另外，開墾時(shí)間越長，土壤碳、氮損失量也越多，最終趨于穩(wěn)定，濕地復(fù)墾則有利于碳氮的積累（張金波和宋長春，2004）。Post和Kwon（2000）研究結(jié)果表明，自然植被轉(zhuǎn)為農(nóng)田后表層20 cm有機(jī)碳在耕作30～50年后損失量高達(dá)50%，本研究結(jié)果也在該范圍內(nèi)，說明自然生態(tài)系統(tǒng)開墾后土壤生態(tài)服務(wù)功能降低是一共性特點(diǎn)。

圖2　qCO2與有機(jī)碳、全氮的關(guān)系Fig. 2 Relationship between qCO2and soil organic C, total N

3.2濕地墾殖對土壤MBC和微生物熵的影響

土壤MBC和微生物熵是土地利用方式變化最敏感的指示因子，是評(píng)估人為因素對土壤生物地球化學(xué)循環(huán)過程影響的重要途徑。濕地開墾為農(nóng)田后MBC含量顯著降低，由開墾前的2399.82 mg·kg-1降到開墾后的818.55 mg·kg-1（水田）和981.98 mg·kg-1（旱田），MBC減少量要比有機(jī)碳變化更為敏感，這與霍莉莉（2013）的研究結(jié)果一致。嚴(yán)登華等（2010）對灤河流域不同土地利用方式下土壤MBC進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)河灘地土壤MBC含量顯著高于農(nóng)田。濕地植被生物量豐富，土壤有機(jī)質(zhì)來源充足，而在轉(zhuǎn)化為農(nóng)田后，由于耕作措施、植物殘?bào)w的移除導(dǎo)致可利用基質(zhì)的減少是土壤MBC降低的重要原因。張金波等（2006）研究表明，沼澤濕地開墾為旱田1～3年，土壤微生物量碳迅速下降，之后變化趨于平緩，15～20年之后下降到最低點(diǎn)300 mg·kg-1左右，黃靖宇等（2008）研究結(jié)果也表明沼澤濕地墾殖后土壤活性碳組分的顯著降低。濕地開墾后，土壤微生物量碳與總有機(jī)碳降低趨勢的差異，使墾殖前后土壤微生物熵發(fā)生明顯改變，與MBC變化特點(diǎn)基本一致。本研究中沼澤濕地土壤微生物熵最高，并且下層土高于上層土，主要是因?yàn)橄聦油劣袡C(jī)碳含量顯著低于上層土。墾殖后微生物熵顯著降低，是由于開墾后土壤微生物量碳顯著降低引起。有研究表明，濕地開墾后土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性降低，大量碳被排放到大氣中的同時(shí)，活性有機(jī)碳可利用性下降，使微生物量碳在總有機(jī)碳中的分配比例降低，從而引起土壤微生物熵的降低（張金波等，2006）。濕地墾殖后不同土壤碳庫中碳分配的差異將顯著影響土壤-大氣間的碳交換過程，對全球氣候系統(tǒng)產(chǎn)生反饋調(diào)節(jié)作用。

3.3濕地墾殖對土壤基礎(chǔ)呼吸和qCO2的影響

沼澤濕地墾殖為水田和旱田后土壤基礎(chǔ)呼吸顯著下降，僅占開墾前的46.24%和24.51%，與以往研究結(jié)果相同。土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度與植被凈初級(jí)生產(chǎn)力表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，濕地植物生物量豐富，而墾殖后大量生物量碳被移除生態(tài)系統(tǒng)，是基礎(chǔ)呼吸減弱的重要原因（周焱等，2009；Raich和Schlesinger，1992）。同時(shí)，沼澤濕地墾殖后土壤質(zhì)量的下降和微生物易利用碳源的缺乏，以及土壤微生物活性及多樣性降低，也將引起土壤基礎(chǔ)呼吸的下降（Wang和Wang，2011）。qCO2是反映土壤質(zhì)量變化及微生物對底物碳利用效率的重要指標(biāo)，微生物生理脅迫、物理擾動(dòng)、養(yǎng)分可利用性改變等都會(huì)引起墾殖前后qCO2的變化（Daniel和Kate，2014；Dilly和Munch，1996）。由圖2可知，qCO2與有機(jī)碳、全氮含量正相關(guān)，說明在碳源、養(yǎng)分（N）供應(yīng)充足情況下，微生物對底物能源物質(zhì)利用率降低，這與張偉東等（2009）的研究結(jié)果一致。濕地墾殖后土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成改變，相對于K-策略微生物來說，R-策略微生物將更多的能量用于繁殖個(gè)體，對底物碳源利用率較低（Courtney等，2015）。旱田土壤基礎(chǔ)呼吸顯著降低導(dǎo)致其土壤呼吸商值最小，加之有機(jī)碳含量最低，導(dǎo)致微生物對底物基質(zhì)碳源利用率發(fā)生變化，反映出微生物在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)機(jī)制有所差異。同時(shí)，濕地墾殖前后土壤pH值的差異也會(huì)影響微生物群落結(jié)構(gòu)及其組成，影響微生物對底物碳源的利用效率，進(jìn)而作用于土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)過程。已有研究表明，濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量要顯著高于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，但Wiesmeier等（2014）對德國東南部土壤固碳潛力進(jìn)行了估算，得出該地區(qū)農(nóng)田土壤碳飽和情況僅為50%左右，意味著農(nóng)田土壤還可以儲(chǔ)存大量額外的有機(jī)碳；Poeplau和Don（2015）也認(rèn)為，農(nóng)田土壤是重要的、巨大的潛在全球碳匯，在地-氣碳循環(huán)過程中發(fā)揮重要作用。三江平原地處我國中高緯度地區(qū)，陸地碳匯作用不容忽視，隨著大面積的開墾，農(nóng)田面積大面積增加，采用合理的管理措施維持/提高產(chǎn)量的同時(shí)增加農(nóng)田土壤固碳量，將對減緩全球變暖效應(yīng)發(fā)揮不可忽視的作用。

4　結(jié)論

三江平原沼澤濕地墾殖可以顯著影響土壤生態(tài)過程，對土壤碳、氮和微生物學(xué)性質(zhì)變化產(chǎn)生明顯影響。濕地墾殖后，土壤碳、氮含量顯著降低，但碳/氮比值升高，土壤質(zhì)量下降；水田和旱田0～10 cm土層碳、氮減少量顯著高于10～20 cm土層，上層土更易受到外界環(huán)境條件變化的擾動(dòng)。土壤活性有機(jī)碳是微生物活動(dòng)的重要能量來源，濕地墾殖后活性有機(jī)碳分配減少，微生物活性下降，是土壤基礎(chǔ)呼吸和微生物熵降低的重要原因；墾殖前后土壤呼吸商的變化表明土壤環(huán)境條件改變引起微生物對底物碳利用效率的差異，微生物在不同土地利用方式下對基質(zhì)碳利用策略/途徑發(fā)生了改變，影響土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)。明確沼澤濕地墾殖對土壤微生物學(xué)性質(zhì)變化的影響，對于準(zhǔn)確理解土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的微生物學(xué)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，土壤有機(jī)碳庫穩(wěn)定性及其影響因子研究具有重要意義。

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Effects of Marshland Reclamation on Soil Microbial Properties in the Sanjiang Plain, Northeast China

GONG Chao1, 2, SONG Changchun1*, TAN Wenwen1, ZHANG Jiashuang1
1. Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Abstract:Reclamation of marshland to farmland has great effects on global carbon cycling and inducing feedbacks to global climate change. Soil microbial properties are the most sensitive and indicative factors of land use changes that can reflect the dynamics of soil organic carbon (SOC) in the early stage. This study took the typical marsh wetland, wetland reclamation to paddy field (15 a) and soybean field (25 a) as the objectives to research the effects of reclamation on the soil microbial properties in the Sanjiang Plain, Northeast China. The results showed that the contents of SOC and total nitrogen (TN) were significantly decreased after marshland reclamation (P<0.001). The average SOC content was reduced by 31.50%, 51.38% and 49.81%, 63.88% of TN, respectively. The reduction of soybean field was higher than that of paddy field and the high TN reduction relative to SOC induced the decrease of soil quality. The soil microbial biomass carbon (MBC) and basal soil respiration (BR) were also significantly decreased (P<0.001), the availability of SOC and nutrients decreased and caused the decline of the microbial activity. Meanwhile, the differences of MBC and BR between 0～10 cm and 10～20 cm soil layers weakened and the heterogeneity decreased after reclamation. The microbial quotient showed a decreasing trend and the difference in 0～10 cm soil layer of soybean field and wetland was not significant (P=0.728), while that of 10～20 cm was significantly different (P=0.005), reflecting the decrease of soil labile organic allocation after reclamation. The soil metabolic quotient (qCO2) of paddy field increased and that of soybean field significantly decreased (P=0.003) indicating the varied microbial carbon use efficiency of different land use types. The qCO2had significantly positive correlations with SOC and TN by regression analysis, suggesting that the substrate use efficiency of soil microbes decreased with the improvement of soil nutrients condition. This study manifests that the soil biogeochemical cycling will be greatly influenced by the changed microbial properties.

Key words:marshland; SOC; microbial biomass carbon; soil metabolic quotient; Sanjiang Plain; reclamation

收稿日期：2015-04-02

作者簡介：宮超（1984年生），男，博士研究生，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)與全球變化。E-mail: gongchao105@163.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（41401106）；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA05050508）

中圖分類號(hào)：X142; S154.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5906（2015）06-0972-06

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.06.010