2015, Vol. 36
土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5000 μm3的生物总量(包括细菌、 真菌、 放线菌和小型动物)，是活的土壤有机质部分[1]. 在土壤生态系统中，土壤微生物生物量是土壤有机质和土壤养分转化和循环的动力，并参与有机质的分解、 腐殖质的形成，调控土壤中能量和养分循环等各个生化过程，是重要的植物养分储备库[2]. 土壤可溶性有机碳、 氮是微生物生长和分解过程中的重要能量来源，在土壤生态系统碳、 氮循环过程中具有重要作用[3]. 土壤微生物生物量碳(SMBC)、 土壤微生物生物量氮(SMBN)、 可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)作为土壤活性组分指标，对土地利用方式的转变非常敏感，是土壤健康和环境变化最敏感的生命指标，对自然和人为干扰的响应快速且具有指示作用[4].
近年来，国内对土壤SMBC、 SMBN、 DOC及DON开展了较多的研究，但主要集中在森林和农田生态系统. 在森林生态系统中，研究了林分[5]、 林龄[6]、 地下根系[7]、 海拔梯度[8]等对这几种活性组分的影响； 在农田生态系统中主要集中于农田管理措施，包括施肥[9]、 耕作[10]以及秸秆还田[11]等. 关于土地利用变化对土壤MBC、 MBN、 DOC和DON的影响研究还比较少，郭芳芳等[12]研究了纳版河流域土地利用变化对土壤MBC和MBN的影响，发现自然林转变为旱地、 水稻田、 橡胶林和茶园后MBC和MBN均显著下降； 黄靖宇等[13]的研究也表明，沼泽湿地垦殖为农田后，土壤MBC、 MBN、 DOC和DON均显著降低，农田弃耕还湿则会使得这些土壤活性组分明显恢复. 但也有研究者持不同的结果，比如在广西喀斯特地区土壤MBC为稻田>林地>旱地[14]，黄土丘陵沟壑区的子午岭次生林区土壤MBC含量为农田>草本>乔木>弃耕地>灌木[15]，研究认为农田土壤施肥促进了土壤微生物的生长发育，对土壤生物活性有保护作用. 由此可以看出，土地利用方式对土壤活性碳氮组分的影响比较复杂，还需要开展更多的实验来进行研究.
缙云山位于我国西南地区的重庆市，是国家级自然保护区，保护区内土地利用方式多样. 缙云山的地带性植被为亚热带常绿阔叶林，在建国初期，随着社会的安定人口数量激增，曾进行过较大规模的垦林开荒，但自20世纪末期以来，随着经济的快速发展以及1998年长江流域洪水的暴发，引发了退耕还草(林)生态环境保护的热潮. 土地利用方式是影响农田土壤养分含量的重要因素之一，不同的土地利用方式改变着土壤原有的物质循环过程，由此对陆地生态系统碳、 氮循环产生深远的影响. 本文以缙云山为研究对象，探讨不同土地利用方式下土壤微生物生物量碳氮及可溶性有机碳氮，以期为增加土壤肥力以及合理利用土地资源提供理论依据.
1 材料与方法 1.1 研究区域概况实验区位于重庆市北碚区缙云山国家自然保护区内，以下简称缙云山. 缙云山位于重庆市区西北部，东经106°17′43″-106°24′50″，北纬29°41′08″-29°52′03″，海拔高度为350-951.5 m，土地总面积7600 hm2. 缙云山地处四川盆地平行岭谷区，属典型的亚热带温暖湿润季风气候，年平均气温13.6℃，年平均降水量1611.8 mm，年均日照1293.9 h，年平均蒸发量777.1 mm. 缙云山的地质岩层由三叠纪须家河组厚层砂岩夹薄层泥页岩和煤线组成，其土壤类型主要以山地黄壤居多，此外还有棕黄壤以及少量人为利用的水稻土. 林地表层土壤有机碳含量为22.89 g ·kg-1，全氮含量为1.67 g ·kg-1，碱解氮为171.38 mg ·kg-1，硝态氮为16.06 mg ·kg-1，铵态氮为6.13 mg ·kg-1，全磷为140.30 mg ·kg-1，有效磷为7.10 mg ·kg-1，有效硫为139.04 mg ·kg-1，速效钾为81.49 mg ·kg-1，pH值为3.95，土壤容重为1.07 g ·cm-3.
1.2 实验设计与样品采集土壤样品于2011年6月采自缙云山阳坡同一海拔高度处，土壤为酸性黄壤. 共选择林地、 坡耕地、 果园和撂荒地4种土地利用方式. ①林地，为亚热带常绿阔叶林，是当地亚热带季风气候下发育的地带性植被，主要树种为四川大头茶(Gordonia acuminata)、 白毛新木姜子(Neolitea aurata)和四川杨桐(Adinandra bockiana)； ②坡耕地，四季旱地，由亚热带常绿阔叶林开垦而来，约有60年的耕作历史，主要种植玉米、 红薯以及蚕豆等； ③果园，由亚热带常绿阔叶林开垦而来，约有60年的栽培历史，为大枣(Ziziphus jujuba Mill)和橘子(Citrus reticulata)种植园； ④撂荒地，由坡耕地弃耕撂荒而形成，弃耕历史约为14年，地面植被为生长旺盛的杂草，无灌木和乔木. 林地和撂荒地无人为活动的管理和干扰，坡耕地与果园除施加无机肥外，还施有粪肥和绿肥； 另外，坡耕地不实施秸秆还田，果园剪枝后移出做薪柴. 林地设置20 m×20 m，果园设置10 m×10 m，坡耕地及撂荒地设置5 m×5 m的样区各3个，每个样区里设置3个采样点. 利用挖剖面取样法在各采样点分层取0-10、 10-20、 20-30、 30-40、 40-50、 50-60 cm的土样，用四分法取出足够的样品. 土样采好后，马上带回实验室，除去其中的植物根系、 石块和一些可见的植物残体后，取一部分土壤鲜样充分混合后放入4℃冰箱中保存，另外一部分土样风干后研磨，分别过2 mm和0.25 mm筛.
1.3 测定项目及方法土壤MBC、 MBN的测定[16]： 称取相当于烘干土重20 g湿土，放入100 mL的小烧杯中，连同盛有60 mL左右无酒精氯仿的小烧杯(里面放入少量抗爆沸物质)一起放入真空干燥器内，真空干燥器底部加入少量水和稀碱(1 mol ·L-1 NaOH). 用真空泵抽成真空，使氯仿沸腾，并持续3 min，关闭真空干燥器的阀门，将真空干燥器放入25℃的培养箱中，保持24 h. 取出氯仿(倒回瓶中重复使用)，除尽干燥器底部的碱，再用真空泵反复抽气，直到土壤闻不到氯仿味为止. 加入一定量0.5 mol ·L-1 K2SO4溶液(1 ∶2土水比)，振荡30 min(25℃，300 r ·min-1)，然后在3000 r ·min-1下离心5 min，迅速用中速滤纸过滤，同时做未熏蒸土样对照，滤液直接采用 MultiN/C 2100分析仪(德国耶拿)进行测定. 然后用以下公式计算MBC、 MBN：
 | 图 1 不同土地利用类型下MBC、 MBN含量的剖面分布 Fig. 1 Vertical distribution of MBC and MBN contents for different land uses 图中相同小写字母表示同一土壤深度不同土地利用类型的MBC在5%水平上的差异性，相同大写字母 表示同一土地利用类型不同土壤深度的MBC在5%水平上的差异性，不同字母表示差异显著，下同 |
土壤DOC、 DON的测定： 取新鲜土样10 g置于100 mL离心管中，加入去离子水20 mL，25℃下恒温振荡30 min后离心10 min(4000 r ·min-1)，再用0.45 μm 滤膜抽滤，用MultiN/C 2100分析仪测定滤液中碳、 氮浓度，得到土壤DOC和DTN. DON的测定主要是差减法，即用总的溶解氮减去铵态氮与硝态氮之和.
采用重铬酸钾氧化法测定土壤有机碳含量[16]； 凯氏定氮法测定全氮[16]，硝态氮和铵态氮采用流动注射分析仪(FIAstar 5000)方法盒所提供的分析方法测定； 硫酸-高氯酸消解法测定全磷[16]，碳酸氢钠法测定速效磷[16]； 火焰光度法测定速效钾[16]； pHSJ-4A型酸度计测定pH，其土水比为1 ∶2[16]； 土壤有效硫采用磷酸盐-乙酸浸提-硫酸钡比浊法测定[16]； 土壤容重采用环刀(50.46 mm×50 mm)取样，105℃烘干测定[16].
2 结果与讨论 2.1 不同土地利用方式MBC、 MBN分布特征图 1反映了不同土层深度4种土地利用方式下土壤微生物生物量碳、 氮含量的变化. 从中可知，随着土壤深度的增加，MBC和MBN含量逐渐降低. 方差分析表明，林地0-10 cm土层MBC和MBN含量显著高于其它土层(P＜0.05)，撂荒地、 果园和坡耕地均为0-10 cm土层MBC含量显著高于30-60 cm土层(P＜0.05)，坡耕地和果园表现为0-10 cm土层与20-60 cm土层MBN含量差异显著(P＜0.05)，但与10-20 cm土层无显著差异； 撂荒地则为0-10 cm土层MBN含量仅与40-60 cm土层差异显著(P＜0.05)，与其余土层则无明显差异. 林地、 撂荒地、 果园和坡耕地土壤MBC含量在0-60 cm的深度内变化范围分别为135.16-609.54、 125.26-412.90、 84.45-405.08和132.84-400.13 mg ·kg-1，MBN含量的变化范围分别为9.70-22.89、 11.41-21.92、 11.09-19.90和8.71-17.86 mg ·kg-1.
对各土层不同土地利用方式土壤MBC和MBN含量进行差异显著性检验，结果表明，在0-10 cm土层，林地MBC含量显著高于撂荒地、 果园和坡耕地(P＜0.05)，而后三者间MBC含量没有显著差异； 在20-30 cm和50-60 cm土层均为果园最低(P＜0.05)，而其它3种土地利用方式间差异不显著； 在10-20、 30-40及40-50 cm土层4种土地利用方式间MBC含量均无显著差异. 除了10-20 cm土层撂荒地MBN含量显著高于林地外(P＜0.05)，其它土层不同土地利用方式间差异均不显著在0-60 cm土壤深度内，林地、 撂荒地、 坡耕地、 果园的MBC平均含量分别为271.17、 238.03、 245.28及192.28 mg ·kg-1； MBN的平均含量分别为12.40、 15.94、 12.62及14.63 mg ·kg-1. 方差分析表明，不同土地利用方式间土壤MBC与MBN平均含量均无显著差异.
凋落物的数量、 质量、 分解率以及环境因子的变化是影响表层土壤微生物生物量变化的主要原因，而营养元素在土壤中的长期积累以及细根的生产和周转是影响下层土壤微生物量的主要原因，因此即使是同一植被不同土层的微生物生物量碳氮变化也是不同的[17]. 本研究结果表明缙云山土壤微生物量碳氮含量随着土层深度的增加而降低，杨秀娟等[18]通过采集0-100 cm的新疆盐碱土及盛浩等[19]通过采集5种不同母质发育的亚热带稻田土壤，均发现MBC含量随土壤深度的加深而减少，符裕红等[7]以贵州岩溶区3种不同的典型根系地下生境类型土壤作为研究对象，发现MBC和MBN含量呈现出表层>中层>下层的特点，赵彤等[20]在黄土丘陵区也发现，不论是在草原植被区和森林植被区的阴坡还是阳坡，0-10 cm土层的MBC及MBN均高于10-30 cm土层，与本研究结果相一致. 大量研究表明，土壤有机碳和总氮是影响MBC和MBN的主要因素[19, 21]，而前期研究也表明，4种土地利用方式下土壤有机碳和总氮在0-60 cm的范围内随土壤深度的增加而降低[22]. 表层土壤由于生物归还量大，具有较高的有机质含量和养分(如N、 P、 K)含量，地下死根、 活根分泌物和脱落细胞、 作物残茬、 有机肥等新鲜有机物质较多，且表层土壤良好的土壤通气性等条件更有利于微生物的活动[23]. 而底层土壤由于太过紧实，土壤环境条件相对较差，微生物生长受到一定限制. 周焱等[24]通过研究也发现，微生物的生存环境随着土层的加深而恶化，土壤微生物呼吸值降低，说明深层土壤的碳库中活性有机碳所占比例降低，可被微生物消耗利用的少，从而导致微生物生物量呈现递减趋势.
方差分析表明，4种土地利用方式下土壤MBC与MBN均无显著差异. 撂荒地和林地地上植被生长旺盛，光合作用强烈，从而通过根系分泌或根皮脱落等为土壤微生物提供活性的碳氮来源[25]； 另外，林地和撂荒地无人类活动的干扰，地表覆盖有大量的枯枝落叶，一是为土壤微生物提供丰富的碳源和氮源，二是保持了表层土壤的水分含量，有利于微生物的生长[26]. 坡耕地MBC及MBN含量较高可能主要是由施肥造成的. 当地由于地势的原因，山高坡陡，在山腰开垦的坡耕地由于引水技术以及成本的限制等原因，无法获得水利灌溉. 为了解决坡耕地的灌溉问题，当地农民基本上在每块坡耕地的地头上都建有一个水窖来收集雨水，并把田地周边的青草以及作物收获后的秸秆等投入到水窖里面沤肥，然后再用水窖的水来浇灌坡耕地. 这种沤过绿肥的水含有丰富的养分，施入土壤后，增加了新鲜有机能源物质，使微生物迅速繁殖，活动增强. 另外，当地一直都还保留有施加粪肥的习惯，除了施加有机肥外，坡耕地化肥的施用量也是比较高的，毕明丽等[9]、 徐阳春等[27]的研究认为，施肥(单施化肥或化肥与有机肥配合施用)不仅为作物生长提供了营养，也为土壤微生物提供了大量营养，促进了土壤微生物的生长发育，从而提高了土壤微生物生物量. 果园拥有较高的土壤微生物生物量，一是果园土壤表层具有较厚的枯枝落叶层，林下草本植物生长旺盛，为土壤微生物提供了丰富的代谢底物以及良好的生长环境； 二是果园在人为管理控制下，也有施肥的习惯，为土壤微生物的生长提供了养分. 土地利用方式对土壤微生物生物量的影响是复杂的，比如在黄土高原的子午岭地区，MBC的变化趋势为农田>乔木>弃耕地，而MBN从乔木到农田基本上呈下降趋势[15]； 在东北的三江平原，湿地垦殖导致表层土壤MBC和MBN分别减少了63.8%-80.5%和56.3%-67.1%，而弃耕还湿又会使得土壤微生物生物量得到明显的恢复和升高[13]. 造成这种差异的原因，可能是由不同研究中的植被类型、 弃耕年限以及农田的管理方式不同所致.
2.2 不同土地利用方式DOC、 DON分布特征图 2可以看出，与土壤MBC、 MBN相似，不同土地利用方式下土壤DOC、 DON含量也呈现出垂直分布的特征，即随着土壤深度的增加，DOC和DON含量总体上呈逐渐降低的趋势. 林地和果园均为0-10 cm土层DOC含量最高，且显著高于其余土层(P＜0.05)； 撂荒地DOC主要分布在0-20 cm土层，在40-60 cm土层含量较低； 坡耕地土壤DOC含量的剖面分布变化比较平缓，表现为0-10 cm土层显著高于30 cm以下土层(P＜0.05)，而10 cm以下各土层间的差异不显著. 林地土壤DON含量剖面变化与DOC相似，0-10 cm土层DON含量最高，其次为20-30 cm土层，其余土层间差异不明显； 撂荒地土壤DON含量虽随土壤深度的增加而有所下降，但DON含量在整个剖面差异不显著； 果园和坡耕地土壤DON含量均为表层0-20 cm与40-60 cm差异显著(P＜0.05)，与其余土层差异不显著.
对同一土层不同土地利用方式间DOC和DON含量进行比较发现，在60 cm深度的所有土层上DOC含量均为撂荒地显著高于其他3种土地利用方式(P＜0.05)，而林地、 果园和坡耕地之间差异均不显著. DON含量在0-10 cm土层为林地显著高于其他3种土地利用方式(P＜0.05)，在40-50 cm土层为撂荒地显著高于林地(P＜0.05)，而在其余土层上4种土地利用方式间差异均不明显.
在0-60 cm土壤深度内，林地、 撂荒地、 坡耕地、 果园的DOC平均含量分别为： 59.40、 100.08、 55.23和66.83 mg ·kg-1，方差分析表明，撂荒地DOC含量显著高于林地、 坡耕地和果园(P＜0.05)，但后3种土地利用方式间差异不显著； DON平均含量分别为： 4.67、 3.21、 2.98和2.81 mg ·kg-1，方差分析表明，4种土地利用方式间并无显著性差异.
 | 图 2 不同土地利用类型下DOC、 DON含量的剖面分布 Fig. 2 Vertical distribution of DOC and DON contents for different land uses |
本研究中不同土地利用方式下DOC及DON含量均随土壤深度的增加而降低，与张宏威等[28]在山东寿光蔬菜地、 刘涛泽等[29]在喀斯特地区草丛坡地以及霍莉莉等[30]三江平原沼泽湿地、 大豆田、 水稻田的研究一致. 导致土壤可溶性碳氮由上到下逐渐降低的原因与土壤微生物生物量碳氮相似，在此不再赘述.
本研究结果表明，土地利用方式对DOC影响显著，但不同土地利用方式间DON含量差异不明显，说明DOC和DON在土壤中的迁移转化等方面存在着差异. 有研究发现，虽然DOC和DON间有一定的相关性，但相关关系相对较弱[31]，说明二者在土壤中的特性有别. 对林地土壤的可溶性物质的化学特性研究发现，含碳有机物含有的疏水基团比例高，而含氮有机化合物所含的亲水基团比例高[32]，而且土壤矿物对有机碳的结合能力大于对有机氮的结合能力[33]. 王飞等[34]研究了红壤坡地上不同土地利用方式(自然林、 草地、 农作、 油茶松和湿地松)下DOC及DON的含量，发现不同土地利用方式对坡地土壤DON含量没有显著影响，而草地土壤DOC含量显著高于其他4种土地利用方式； 黄靖宇等[13]的研究也表明，土地利用方式对土壤DOC的影响大于对DON的影响，均与本文的研究结果一致. 造成这种现象的原因可能是因为DOC的来源相对单一，植物凋落物和根系是其主要来源，而DON的来源除此之外，还与其它氮源(比如农业氮肥、 氮沉积、 固氮菌等)关系密切[13]. 撂荒地不但地表植被生长旺盛，每年因地上部分枯死而形成的枯枝落叶可为土壤提供大量的碳源，而且草本植物的根系尤其细根发达，根系的腐解转化快，从而导致撂荒地土壤DOC含量较其他土地利用方式高.
2.3 不同土地利用方式土壤MBC、 MBN、 DOC、 DON分配比例不同土层深度不同土地利用方式不仅会影响土壤MBC、 MBN、 DOC、 DON含量，也显著改变了土壤微生物生物量碳、 氮及可溶性碳、 氮在总有机碳及全氮中所占的比例. MBC/SOC的值称为土壤微生物熵，土壤微生物熵的变化反映了土壤中输入的有机质向微生物生物量碳的转化效率、 土壤中碳的损失和土壤矿物对有机质的固定[35]. 如表 1所示，微生物熵比值变化随着土壤深度的增加，林地、 果园和坡耕地土壤的微生物熵值均呈先增加后降低的趋势，但撂荒地土壤的微生物熵值则呈逐渐降低的趋势. 林地、 撂荒地、 果园和坡耕地土壤微生物熵值的变化范围分别为2.66%-4.08%、 1.24%-2.89%、 2.66%-4.26%和5.71%-8.85%. 在0-60 cm土壤深度内，土壤微生物熵平均值最高的为长期施用绿肥、 粪肥等有机肥的坡耕地(7.21%)，其次为林地(3.79%)、 果园(3.39%)、 撂荒地(2.03%). Anderson等[36]通过总结温带地区26个长期定位实验结果认为，有机肥(尤其是秸秆和绿肥)的使用会提高土壤微生物熵，这一结论在本研究中也得到了验证. 目前国内关于微生物生物量的研究中对微生物熵的指示作用已有一些报道，有研究认为，土壤微生物熵对土地利用变化的响应更加敏感，可以预示SOC的变化方向[37]，但也有研究认为，土壤微生物熵并不能指示土壤有机质含量的积累差异[38]. 通过对缙云山的研究数据分析表明，土壤微生物熵与有机碳的变化并不一致，原因可能如刘守龙等[39]的研究得出的推论： 微生物熵的变化可以作为有机碳变化的早期指标，当土壤有机碳的变化刚刚产生或未达到平衡状态时，该指标具有一定的指示作用，但当土壤有机碳达到了平衡状态后仍以有机碳总量为指标较好. 本研究中林地为亚热带常绿阔叶自然林，果园和坡耕地均为建国初期由林地垦殖而来，已有五六十年的历史，撂荒地为弃耕14 a的草地(研究表明[40]，经过13 a的恢复，撂荒草地的土壤质量可达到对照水平)，因此，4种土地利用方式土壤有机碳均已达到平衡状态，因而选择土壤有机碳指标来表征土地利用方式的影响更为恰当. 观测数据表明，缙云山不同土地利用方式对土壤有机碳具有重要影响： 在0-60 cm的土壤深度内，林地土壤有机碳含量及储量均显著高于坡耕地和果园(P＜0.05)，撂荒地土壤有机碳含量及储量显著高于坡耕地(P＜0.05)，表明林地的开垦导致土壤有机碳的损失，而坡耕地撂荒则有利于土壤有机碳的蓄积[22].
可溶性碳是有机碳中比较活跃的部分，和土壤微生物熵的变化规律相似. 总体上看，随着土壤深度的增加，林地、 果园和坡耕地土壤的DOC/SOC值均呈先增加后降低的趋势，但撂荒地土壤的DOC/SOC值则呈逐渐降低的趋势. 林地、 撂荒地、 果园和坡耕地土壤的DOC/SOC值的变化范围分别为0.4%-1.3%、 0.6%-1.11%、 0.77%-2.16%和1.22%-2.17%. 4种不同土地利用方式DOC分配比例分别为林地(1.06%)、 撂荒地(0.86%)、 果园(1.46%)、 坡耕地(1.79%)，方差分析结果差异不显著. 有学者在广西喀斯特地区的研究结果也显示DOC分配比例范围为0.98%-1.45%[16]，与本研究中的DOC分配比例相近.
不同土地利用方式下的MBN/TN比值变化具有不同的垂直分布特征，即随着土壤深度的增加，果园和坡耕地土壤的MBN/TN比值均呈先增加后降低的趋势，而林地土壤的MBN/TN比值却呈逐渐增加的趋势，撂荒地土壤的MBN/TN比值则呈逐渐降低的趋势. 林地、 撂荒地、 果园和坡耕地土壤MBN/TN比值的变化范围分别为1.37%-2.11%、 1.39%-1.99%、 1.67%-2.51%和1.5%-2.06%. 在0-60 cm土壤深度内，不同土地利用方式MBN分配比例平均值的高低顺序依次为果园(2.09%)、 坡耕地(1.82%)、 撂荒地(1.72%)、 林地(1.70%)，无显著差异.
4种土地利用方式下DON分配比例随土层深度增加变化规律也有所差异. 林地DON分配比例在整个剖面上无明显的变化规律，在20-30 cm土层达到一个最高值(0.84%)； 撂荒地、 果园和坡耕地DON分配比例随土壤深度的增加大体上呈现为先升高后降低的趋势，撂荒地在10-20 cm土层达到最大，林地和坡耕地则在20-30 cm土层达到最大. 在0-60 cm土壤深度内，不同土地利用方式DON分配比例平均值的高低顺序依次为林地(0.53%)、 坡耕地(0.43%)、 果园(0.37%)和撂荒地(0.35%)，差异不显著，吕学军等[41]研究中也有类似的结论，他认为虽然施入有机肥会增加土壤DON的含量，但同时也增加了DON的溶出量，因此有机肥的腐解虽然会产生较多的DON，但坡耕地的DON分配比例并没有显著提高.
 | 表 1 不同土地利用方式土壤活性有机质的分配比例 /% Table 1 Percentages of different active organic matters under different land uses/% |
整个土壤的微生物量碳氮比平均为8，当微生物量碳氮比值为8时，生物固化与矿化作用理应达到平衡，然而微生物吸收的有机物不仅用于构建细胞，还大量用于产能，实际观察结果表明约40%所利用的有机碳会进入生物体，其余均以二氧化碳形式释放，需将C/N结果乘以系数2.5则刚好与实际情况相符，因此C/N比值20为生物固化作用与矿化作用的实际平衡值. 当C/N值小于20时，矿化作用强于固化作用，大于20时，生物固定超过矿化作用[42]. 图 3为不同土地利用方式下3种土壤有机质组分的碳氮比，林地、 撂荒地、 果园及坡耕地的土壤有机质C/N分别为11.46、 12.11、 8.96和5.35，说明缙云山4种土地利用方式下土壤都出现了净矿化. 但相比而言，坡耕地和果园土壤有机质的矿化程度较高，而林地和撂荒地土壤有机质的矿化程度则相对较低，有利于土壤中有机质的积累. 上述4种土地利用方式下MBC/MBN分别为22.22、 12.31、 12.42和17.26，除林地生物固化与矿化作用达到平衡外，其它土地利用方式下均表现为较强的生物矿化作用. 4种土地利用方式下DOC/DON的比值较高，林地、 撂荒地、 果园和坡耕地分别为21.77、 27.56、 25.71和18.70，除坡耕地DOC/DON低于20，表现为弱的矿化作用外，其它3种土地利用方式均高于20，表现为平衡作用或弱的生物固化作用. 由图 3可以看出，不同土地利用方式下DOC/DON最高，MBC/MBN次之，SOC/TN最低，说明可溶性有机质的生物固化作用最强，而土壤总有机质的矿化作用最明显. 3种土壤有机质组分碳氮比总体上坡耕地最低，表明坡耕地土壤有机质矿化作用强于固化作用，容易导致土壤有机碳的损失，不利于土壤有机碳在土壤中的留存，因此，在以后的土地管理中，需要加强对坡耕地土壤有机质的保护和截存，实施免耕、 秸秆还田以及加大有机肥的施用等.
 | 图 3 不同土地利用方式碳氮比值变化 Fig. 3 C/N for different land uses 图中相同小写字母表示同一土壤有机质组分 C/N不同土地利用方式在5%水平上的差异性 |
(1)缙云山4种土地利用方式下，MBC、 MBN、 DOC、 DON含量均随土层深度的增加而降低，表层土更有利于土壤活性有机质的积累.
(2)在0-60 cm 的土壤深度内，土地利用方式对土壤MBC、 MBN和DON含量影响不明显； 而撂荒地土壤DOC含量显著高于其他3种土地利用方式，表明土地利用方式对土壤DOC的影响要高于对其他3种活性有机碳氮组分.
(3)在0-60 cm 土层内，坡耕地微生物熵显著高于其它3种土地利用方式，具有较强的生物活性. 但土壤微生物熵与有机碳的变化并不一致，在土壤有机碳达到平衡状态的条件下，选择土壤有机碳指标来表征土地利用方式的影响更为恰当.
(4)4种土地利用方式下土壤总有机质、 微生物生物量有机质及可溶性有机质碳氮比均为坡耕地最低，且比值都小于20，表明坡耕地土壤有机质的矿化作用较强，容易造成土壤碳的损失.
| [1] | Jenkinson D S.Determination of microbial biomass carbon and nitrogen in soil [A].In: Wilson J R (ed.).Advances in Nitrogen Cycling in Agricultural Ecosystems [M].Wallingford: CAB International, 1988.368-386. |
| [2] | Ruan H H, Zou X M, Scatena F N, et al.Asynchronous fluctuation of soil microbial biomass and plant litterfall in a tropical wet forest [J].Plant and Soil, 2004, 260 (1-2): 147-154. |
| [3] | 汪景宽, 李丛, 于树, 等.不同肥力棕壤溶解性有机碳、氮生物降解特性[J].生态学报, 2008, 28 (12): 6165-6171. |
| [4] | Magill A H, Aber J D.Dissolved organic carbon and nitrogen relationships in forest litter as affected by nitrogen deposition [J].Soil Biology and Biochemistry, 2000, 32 (5): 603-613. |
| [5] | 张彪, 高人, 杨玉盛, 等.万木林自然保护区不同林分土壤可溶性有机氮含量[J].应用生态学报, 2010, 21 (7): 1635-1640. |
| [6] | 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. |
| [7] | 符裕红, 黄宗胜, 喻理飞, 等.岩溶区根系地下生境对土壤微生物生物量的影响[J].水土保持研究, 2012, 19 (4): 91-100. |
| [8] | 丛静, 刘晓, 卢慧, 等.神农架自然保护区土壤微生物生物量碳、氮沿海拔梯度的变化及其影响因素[J].生态学杂志, 2014, 33 (12): 3381-3387. |
| [9] | 毕明丽, 宇万太, 姜子绍, 等.施肥和土壤管理对土壤微生物生物量碳、氮和群落结构的影响[J].生态学报, 2010, 30 (1): 32-42. |
| [10] | 郭晓霞, 刘景辉, 张星杰, 等.免耕对旱作燕麦田耕层土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响[J].土壤学报, 2012, 49 (3): 575-582. |
| [11] | 刘骁蒨, 涂仕华, 孙锡发, 等.秸秆还田与施肥对稻田土壤微生物生物量及固氮菌群落结构的影响[J].生态学报, 2013, 33 (17): 5210-5218. |
| [12] | 郭芳芳, 李永梅, 李朝丽, 等.纳板河流域土地利用变化对土壤有机碳及微生物生物量碳和氮的影响[J].生态学杂志, 2012, 31 (10): 2473-2478. |
| [13] | 黄靖宇, 宋长春, 宋艳宇, 等.湿地垦殖对土壤微生物量及土壤溶解有机碳、氮的影响[J].环境科学, 2008, 29 (5): 1380-1387. |
| [14] | 李新爱, 肖和艾, 吴金水, 等.喀斯特地区不同土地利用方式对土壤有机碳、全氮以及微生物生物量碳和氮的影响[J].应用生态学报, 2006, 17 (10): 1827-1831. |
| [15] | 陈小燕, 吕家珑, 张红, 等.子午岭不同植被类型土壤微生物量与有机酸含量[J].干旱地区农业研究, 2008, 26 (3): 167-170. |
| [16] | 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. |
| [17] | Tonon G, Boldrehini P, Gioacchini P.Seasonal changes in microbial nitrogen in an old broad leaf forest and in a neighbouring young plantation [J].Biology and Fertility of Soils, 2005, 41 (2): 101-108. |
| [18] | 杨秀娟, 胡玉昆, 房飞, 等.不同类型盐碱土有机碳及微生物生物量碳的垂直分布特征[J].生态学杂志, 2013, 32 (5): 1208-1214. |
| [19] | 盛浩, 周萍, 袁红, 等.亚热带不同稻田土壤微生物生物量碳的剖面分布特征[J].环境科学, 2013, 34 (4): 1576-1582. |
| [20] | 赵彤, 蒋跃利, 闫浩, 等.黄土丘陵区不同坡向对土壤微生物生物量和可溶性有机碳的影响[J].环境科学, 2013, 34 (8): 3223-3230. |
| [21] | 李胜蓝, 方晰, 项文化, 等.湘中丘陵区4种森林类型土壤微生物生物量碳氮含量[J].林业科学, 2014, 50 (5): 8-16. |
| [22] | 李鉴霖, 江长胜, 郝庆菊, 等.缙云山土地利用方式对土壤有机碳及全氮的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版), 2013, 41 (11): 137-145. |
| [23] | 张成娥, 陈小莉, 郑粉莉.子午岭林区不同环境土壤微生物生物量与肥力关系研究[J].生态学报, 1998, 18 (2): 218-222. |
| [24] | 周焱, 徐宪根, 王丰, 等.武夷山不同海拔梯度土壤微生物生物量、微生物呼吸及其商值(qMB, qCO2)[J].生态学杂志, 2009, 28 (2): 265-269. |
| [25] | Swinnen J, Van Venn J A, Merckx R.Carbon fluxes in the rhizosphere of winter wheat and spring barley with conventional versus integrated farming [J].Soil Biology and Biochemistry, 1995, 27 (6): 811-820. |
| [26] | 王晓龙, 胡锋, 李辉信, 等.红壤小流域不同土地利用方式对土壤微生物量碳氮的影响[J].农业环境科学学报, 2006, 25 (1): 143-147. |
| [27] | 徐阳春, 沈其荣, 冉炜.长期免耕与施用有机肥对土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响[J].土壤学报, 2002, 39 (1): 89-96. |
| [28] | 张宏威, 康凌云, 梁斌, 等.长期大量施肥增加设施菜田土壤可溶性有机氮淋溶风险[J].农业工程学报, 2013, 29 (21): 99-107. |
| [29] | 刘涛泽, 刘丛强, 张伟, 等.喀斯特地区坡地土壤可溶性有机碳的分布特征[J].中国环境科学, 2009, 29 (3): 248-253. |
| [30] | 霍莉莉, 邹元春, 郭佳伟, 等.垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响[J].环境科学, 2013, 34 (1): 283-287. |
| [31] | Michalzik B, Matzner E.Dynamics of dissolved organic nitrogen and carbon in a Central European Norway spruce ecosystem [J].European Journal of Soil Science, 1999, 50 (4): 579-590. |
| [32] | Qualls R G, Haines B L, Swank W T.Fluxes of dissolved organic nutrients and humic substances in a deciduous forest [J].Ecology, 1991, 72 (1): 254-266. |
| [33] | Kaier K, Zech W.Sorption of dissolved organic nitrogen by acid subsoil horizons and individual mineral phases [J].European Journal of Soil Science, 2000, 51 (3): 403-411. |
| [34] | 王飞, 王卫, 陈安磊, 等.红壤坡地不同土地利用方式下表层土壤活性碳、氮特征[J].水土保持学报, 2014, 28 (2): 215-220. |
| [35] | 骆坤, 胡荣桂, 张文菊, 等.黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应[J].环境科学, 2013, 34 (2): 676-684. |
| [36] | Anderson T H, Domsch K H.Ratios of microbial biomass carbon to total organic carbon in arable soils [J].Soil Biology and Biochemistry, 1989, 21 (4): 471-479. |
| [37] | 王小利, 苏以荣, 黄道友, 等.土地利用对亚热带红壤低山区土壤有机碳和微生物碳的影响[J].中国农业科学, 2006, 39 (4): 750-757. |
| [38] | 徐华勤, 章家恩, 冯丽芳, 等.广东省不同土地利用方式对土壤微生物量碳氮的影响[J].生态学报, 2009, 29 (8): 4112-4118. |
| [39] | 刘守龙, 苏以荣, 黄道友, 等.微生物商对亚热带地区土地利用及施肥制度的响应[J].中国农业科学, 2006, 39 (7): 1411-1418. |
| [40] | 汪青, 张平究, 孟向东.不同退耕年限对菜子湖湿地表土有机碳组分与质量的影响[J].生态学杂志, 2012, 31 (8): 2038-2043. |
| [41] | 吕学军, 刘庆, 陈印平, 等.黄河三角洲土地利用方式对土壤可溶性有机碳、氮的影响[J].农业现代化研究, 2011, 32 (4): 505-508. |
| [42] | 黄昌勇.土壤学[M].北京: 中国农业出版社, 2000.50-64. |