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博士学位论文 

Ph.D.Dissertation 

哀牢山中山湿性常绿阔叶林林冠附生物的生物固氮 

Biological Fixation of Canopy Epiphytes in Montane Moist 

Evergreen Broad-Leaved Forest in Ailao 

Mountains, SW China 

韩斌 

Han Bin 

指导教师邹晓明研究员张一平研究员沙丽清副研究员 

Directed by Prof. Zou Xiaoming 

Prof. Zhang Yiping 

Associate Prof. Sha Liqing 

中国科学院研究生院 

Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 

中国科学院西双版纳热带植物园 

Xishuangbanna Tropical Botanical Garden 

Chinese Academy of Sciences, Yunnan 

2009 年 7 月 

July, 2009 

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独创性声明 

本人郑重声明 : 所呈交的学位论文 , 是本人在导师的指导下 , 独立进行研究 

所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外 , 本论文不含任何其他个人或集体 

已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体 , 均已 

在文中以明确方式标明。本人完全意识到并承担本声明的法律结果 

学位论文作者签名 : 日期 : 

关于论文使用授权的说明 

本人完全了解中国科学院西双版纳热带植物园有关保留与使用学位论文的 

规定 , 即 : 中国科学院西双版纳热带植物园有权保留送交论文及复印件 , 允许论 

文被查阅或借阅 ; 可以公布论文的全部或部分内容 , 可以采用复制或其它手段保 

存论文。 

( 保密的论文在解密后应遵守此规定 ) 

作者签名 : 导师签名 : 日期 : 

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本研究论文由以下基金资助 : 

云南省自然科学基金项目 (200100C063M) 

云南省自然科学基金项目 (2005C0056M) 

中国科学院知识创新工程重要方向项目资助 (KSCX2-SW,123-SI3) 

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摘要 ................................................................................................................................. 1 

Abstract ............................................................................................................................ 3 

第一章引言 .................................................................................................................... 5 

1 生物固氮研究进展 ................................................................................................. 5 

1.1 生物固氮 ..................................................................................................... 6 

1.2 生物固氮主要类型 ....................................................................................... 8 

2 附生物固氮研究进展 ............................................................................................ 10 

2.1 附生物研究 ................................................................................................ 10 

2.2 附生物固氮研究进展 ...................................................................................11 

3 生物固氮研究方法的进展 ..................................................................................... 12 

4 哀牢山中山湿性常绿阔叶林中的生物固氮物种 ..................................................... 15 

5 研究思路、目的和创新点 ..................................................................................... 17 

5.1 研究思路 ................................................................................................... 17 

5.2 研究目的 ................................................................................................... 17 

5.3 创新点 ....................................................................................................... 17 

第二章研究地概况 ........................................................................................................ 18 

1 哀牢山气候、植被概况 ........................................................................................ 18 

2 哀牢山中山湿性常绿阔叶林概况 .......................................................................... 18 

3 样地概况 ............................................................................................................. 19 

第三章乙炔还原法与 

15 N 自然丰度法的方法研究 ........................................................... 21 

1 乙炔还原法研究附生物固氮 ................................................................................. 21 

1.1 乙炔还原法中色谱准备工作 ....................................................................... 21 

1.2 乙炔还原法测定附生物固氮能力的预备实验 ............................................... 27 

2 15 N 自然丰度法研究附生物固氮 ............................................................................ 40 

2.1 样品采集 .................................................................................................... 40 

2.2 15 N 自然丰度法 ........................................................................................... 41 

2.3 15 N 自然丰度法测定结果和分析 ................................................................... 42 

2.4 小结 .......................................................................................................... 43 

3 总结 .................................................................................................................... 45 

第四章哀牢山中山湿性常绿阔叶林附生物的固氮能力 ................................................... 47 

1 材料和方法 .......................................................................................................... 47 

1.1 附生物样品采集 ......................................................................................... 47 

1.2 乙炔还原法测定附生物固氮能力 ................................................................ 48 

1.3 附生物蓄水能力测定方法 ........................................................................... 49 

2 附生物样品中苔藓植物物种鉴定结果和分析 ......................................................... 50 

2.1 下层样品中苔藓植物物种鉴定结果和分析 .................................................. 50 

2.2 上层附生物中苔藓植物鉴定结果和分析 ...................................................... 52 

3 附生物固氮能力干雨季测定结果和分析 ................................................................ 54 

3.1 干季测定结果和分析 .................................................................................. 54 

3.2 雨季测定结果和分析 .................................................................................. 57 

3.3 附生物固氮能力的季节变化 ....................................................................... 59 

3.4 降水对附生物固氮能力的影响和分析 ......................................................... 61 

4 附生物含水率干雨季变化及其对固氮能力的影响 .................................................. 67 

4.1 附生物持水能力分析 .................................................................................. 68 

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4.2 附生物自然含水率 ..................................................................................... 73 

5 哀牢山中山湿性常绿阔叶林地表附生苔藓植物固氮能力 ....................................... 81 

6 讨论 .................................................................................................................... 83 

6.1 附生物固氮能力季节变化测定中样品的采集 ............................................... 83 

6.2 样品中附生苔藓植物的物种情况 ................................................................ 84 

6.3 附生物固氮能力变化范围推算 .................................................................... 85 

6.4 干雨季测定中降水对附生物固氮能力的影响 ............................................... 86 

6.5 附生物的吸水能力及含水率与固氮能力的关系 ........................................... 88 

第五章影响附生物固氮能力因素分析 ............................................................................ 90 

1 不同水分处理下附生物的固氮能力 ....................................................................... 90 

1.1 水分处理实验设计 ..................................................................................... 91 

1.2 结果和分析 ................................................................................................ 91 

2 不同黑暗处理下附生物固氮能力 .......................................................................... 97 

2.1 黑暗处理实验设计 ..................................................................................... 97 

2.2 结果和分析 ................................................................................................ 97 

3 不同寄主树种附生物固氮能力 .............................................................................. 99 

3.1 不同树种实验设计 ..................................................................................... 99 

3.2 结果和分析 ................................................................................................ 99 

4 固氮能力与附生物物种的关系 .............................................................................102 

4.1 物种和所占比重变化实验设计 ...................................................................102 

4.2 结果和分析 ...............................................................................................104 

5 固氮能力和不同样地间的关系 .............................................................................106 

6 讨论 ...................................................................................................................108 

6.1 水分对附生物固氮能力的影响 ...................................................................108 

6.2 黑暗对附生物固氮能力的影响 ...................................................................108 

6.3 附生物寄主树木、采集样地与固氮能力的关系 ..........................................109 

6.4 采集样品中物种构成变化对固氮能力的影响 .............................................. 110 

第六章讨论 ................................................................................................................. 112 

1. 附生物固氮能力研究方法的比较 .............................................................................. 112 

2. 附生物物种情况讨论 ................................................................................................ 112 

3. 附生物固氮能力的变化范围 ..................................................................................... 113 

4. 水分是影响附生物固氮能力的关键因素 .................................................................... 114 

5. 其他影响附生物固氮能力的因素 .............................................................................. 115 

6. 附生物生物固氮能力的贡献 ..................................................................................... 116 

第七章结论 ................................................................................................................. 118 

参考文献 .......................................................................................................................121 

附件哀牢山桤木根瘤固氮能力研究 ..............................................................................143 

学习期间撰写和发表文章目录 .......................................................................................153 

致谢 ..........................................................................................................................154 

vi

摘要 

摘要 

生物固氮是自然生态系统中氮的主要来源。固氮生物分为自生固氮、共生 

固氮和联合固氮三大类。 

哀牢山中山湿性常绿阔叶林森林植被主要是由壳斗科 (Fagaceae)、樟科 

(Lauraceae)、木兰科 (Magnoliaceae) 等组成 , 在哀牢山中山湿性常绿阔叶林 

林冠层中 , 存在着大量的苔藓等附生物 , 缺乏广泛分布的共生固氮高等植物。 

我们的研究目的是验证该生态系统中附生物是否存在固氮能力。我们用乙炔还 

原法对附生物是否有固氮能力进行了验证 , 发现固氮能力是广泛存在的 , 然后 

对附生物固氮能力变化范围进行了推测。 

通过预备实验 , 在建立标准曲线后 , 确定了培养瓶内加入的乙炔量以及培 

养时间等乙炔还原法测定的主要要素 , 为应用该方法测定附生物固氮能力奠定 

了实验基础。实验数据表明 , 附生物的固氮能力变化是不规律的 , 随着时间的 

变化可以在几天内出现几个高峰 , 我们选择测量一个长时间段内乙烯平均生成 

速率 , 这样能更准确地反映固氮酶的真实固氮活力。 

在干季和雨季分别对上层和下层林冠的附生物的固氮能力进行了分析。研 

究结果表明 , 附生物的固氮能力在干雨季不断变化 , 随着在林冠所处不同的高 

度而异。雨季长期的降雨和干季长期的干旱都会导致固氮能力的下降。经历长 

期干旱接近风干状态的附生物丧失固氮能力 , 但湿润后重新出现固氮能力。水 

分是影响固氮能力的关键因素。在所测试的附生物种类、不同宿主树木之间固 

氮能力无显著差异。 

本研究还应用 

15 N 自然丰度法来测定哀牢山中山湿性常绿阔叶林林冠附生 

物的固氮能力 , 分析结果表明在干季和雨季的两次测量中 , 不同样地、不同采 

样层和不同样木对 δ 15 N 值均无显著影响。研究结果显示 , 由于参照植物等原因 

应用该方法难度较大。 

根据乙炔还原法所测定的结果 , 除去干旱情况下固氮能力太低接近零 , 观 

测期内哀牢山中山湿性常绿阔叶林林冠附生物的乙烯生成速率变化范围在 

6.95×10 -7 ml/g/h-5.63×10 -5 ml/g/h 之间 , 固氮能力在 0.027-2.24 kg/ha/year 之间。 

采集的林冠附生苔藓植物样品经过物种鉴定 , 发现了 39 种苔藓植物 , 高于该地 

区已报道的物种数 37 种 , 说明样品中包含了该区大部分的附生物物种。 

1


本研究结果表明 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶林的林冠附生物具有较强的生物 

固氮能力。该发现将为今后探索亚热带森林生态系统的氮源及氮循环提供一新的 

研究途径。 

关键词 : 生物固氮附生物乙炔还原法哀牢山亚热带 

2

Abstract 

Abstract 

Biological fixation is a main resource of nitrogen in natural ecosystem. There 

are three categories of nitrogen fixing microorganisms: free-living, symbiotic, and 

symbiotic free-living nitrogen fixing microorganisms. 

Ailao Mountain National Nature Reserve (NNR) has an area of 504 km 2 , and 

contains the largest tract of natural broad-leaved forest in China. The forest is 

dominated by tree species in the families of Fagaceae, Lauraceae, and Magnoliaceae, 

and lacks any significantsymbiotic N-fixing plants. The forest canopy is covered 

with thick layers of epiphytes dominated by mosses and lichens. My objective is to 

demonstrate and quantify if the canopy epiphytes can fix nitrogen from atmosphere. 

We chose C 2 H 2 reduction and 15 N natural abundance methods to determine the 

nitrogen fixation potentials in the forest. The C 2 H 2 reduction method is commonly 

used in N 2 fixation studies due to its high precision and low costs. To reduce the 

variability of measurements, we incubated epiphyte samples for a period of 1-4 days 

to obtain realistic estimates of N 2 fixation potentials. We took measurements for 

epiphyte samples taken in both dry and wet seasons and from both top and 

sub-canopy layers. 

Nitrogen fixing potentials of canopy epiphytes varied between dry and wet 

seasons and between top and sub-canopies. Peak N 2 fixing potential occurred at the 

transition period between dry and wet seasons. N 2 fixing potential tended to be low 

near the end of each of the dry and wet season, reaching zero at the end of dry season. 

Rewetting of epiphytes can rapidly restore N 2 fixing capacity. Nitrogen fixing 

potentials did not differ between epiphyte samples, or among host tree species. 

Our 15 N data showed that epiphytes N 2 fixing rate did not differ between the 

top and sub-canopy layers, among plots, or among different sampling trees. This is in 

contrary with data from the C 2 H 2 reduction estimate probably due to the difficulties 

in selecting non-N 2 fixing reference trees. 

Nitrogen fixing potentials for the subtropical most forest in Ailao Mountains 

ranged between 0.027 kg/ha/year and 2.24 kg/ha/year, which the C 2 H 4 production 

3


rates was 6.95×10 -7 ml/g/h-5.63×10 -5 ml/g/h, and it declined to 0 when the epiphytes 

were close to air dry in the dry season. We found 39 species of mosses and lichens in 

the forest canopy, greater than 37 species recorded in literature. 

Our results indicate that the canopy epiphytes in the subtropical moist forest of 

Ailao Mountains can fix a significant amount of atmospheric nitrogen. This finding 

suggests a new nitrogen source for the forest ecosystem, thus can have profound 

impact on the studies of nitrogen cycling. 

Key words: Biological nitrogen fixation; Acetylene reduction methods; Epiphytes; 

Ailao Mountains; Subtropical 

4

第一章引言 


1 生物固氮研究进展 

氮是常见的大量营养元素之一 , 对生命过程起着决定性的作用。无论是生 

命必需的蛋白质还是核酸 , 都离不开氮的存在。氮是构成蛋白质和核酸的主要 

元素。 

氮的各种存在形态与全球三大环境问题 —— 全球变暖、臭氧层破坏和酸沉 

降息息相关 , 例如 N 2 O 在大气中的含量虽少 , 但却是引起全球变暖的主要温室 

气体之一 , 直接造成了臭氧层空洞的出现和酸雨的发生。N 2 O 也是已知的寿命 

最长的温室气体 (Wright, 1995)。NO 2 的光解是光化学烟雾形成的起始反应 , 

而光化学烟雾会促成酸雨形成 , 损害人和动物的健康 , 影响植物的正常生长。 

硝酸根和亚硝酸根是酸雨的主要成分可导致土壤酸化、水体富营养化和森林生 

态系统的氮饱和现象等 , 并由此导致土壤养分贫瘠 , 森林生产力降低 , 进而影 

响生态系统功能 ( 韩兴国等 ,1999)。 

生态系统的营养元素循环是生态系统的主要功能和过程之一。自从二十世 

纪七十年代以来 , 营养循环就被认为是生态系统结构和功能研究的三个主要过 

程之一 ( 另两个是有机生产和能量流动 )( 黄建辉和韩兴国 ,1995)。营养元素 

循环和动态平衡不仅影响生态系统的生产力 , 而且影响生态系统的连续性和稳 

定性。随着工业化的深入和人类对自然界开发的加剧 , 氮的生物地球化学循环 

也发生了显著的变化。 

近年来 , 空气污染造就了一个现代化的化学气候 , 使得大气氮沉降超过生 

态系统需求的氮 - 氮饱和 , 造成氮在生态系统中的大进大出、外来喜氮物种的入 

侵及植被结构和生物多样性的改变 (Dirkse & Van Dobben, 1989; Falkengren & 

Eriksson, 1990; Fenn et al, 1998; Hallingback, 1991; Nohrstedt, 1988; Thimonier & 

Dupouey, 1994)。 

同时气候变暖可加速生态系统的氮循环和氮从生态系统的输出 (Jenner, 

1991;Jenner & Hawker, 1993; 李毅等 ,2004; 李永庚和蒋高明 ,2003; 王修兰 

和徐师华 ,1996; 徐世晓和赵新全 ,2002)。森林的不同管理措施也能显著改变 

土壤中氮循环 , 提高氮矿化速率 (Deluca & Zouhar, 2000; Luca, et al., 2005)。森 

5


林遭砍伐后 , 氮元素容易随地表径流或者地下水 , 以硝酸根的形式结合一个带 

正电荷的阳离子被淋溶流失 , 从而造成土壤养分贫瘠 , 森林生长减速 , 生产力 

降低 (Edwin et al., 2000;Giardina & Rhoades, 2001)。而方精云 (2002) 来自地 

面植被观测、大气 O 2 和 CO 2 浓度监测等方面的研究均表明 , 大气氮沉降的增加 

可能是导致北半球高纬度陆地生态系统固定了大部分碳循环中去向不明的 CO 2 

的重要因素之一。 

目前 , 氮元素的循环研究是一个焦点 , 而人们对调控森林生态系统氮循环 

的机制还没有完全理解 , 砍伐、施肥、土地利用变化、大气氮沉降和气候变化 

等干扰对这一过程的影响机制也还不明确 (Cabrerizo et al., 2001;Fernandez et al., 

2000)。因此 , 人们越来越关注氮的循环和全球变化 , 氮的生物地球化学循环研 

究也成为全球变化的研究热点之一。 

1.1 生物固氮 

生物固氮 (Biological nitrogen fixing, 简称 BNF) 是通过生物 ( 主要是微生 

物 ) 把空气中难以被植物直接利用的游离态的氮转变为化合态氮。生物固氮是自 

然生态系统中氮的主要来源。全球生物固氮的量是巨大的。据 Galloway(1998) 

统计 , 全球每年由生物固定的氮近 2 亿吨 , 相当于地球上不同固氮途径所固定的 

总氮量的 70%。 

生物固氮的研究已有一百多年的历史。自 l974 年以来 , 已经召开了 11 次 

国际固氮大会。l980-l996 年间已召开了 7 次非豆科植物生物固氮国际会议。 

此外 , 欧洲、北美等地区性生物固氮国际会议几乎每年都有召开。 

在不同国家和地区都开展了大量生物固氮的研究。例如 :Shearer 等 (1983) 

在美国南加州 Sonoran 沙漠生态系统系统中发现生物固氮对沙漠豆科植物氮素 

收支贡献在 43-61%;Schulze 等 (1991) 在纳米比亚发现含羞草科和非含羞 

草科植物之间氮素差异主要源于固氮作用 ;Yoneyama(1993) 分别对巴西和泰 

国热带植物的固氮能力进行了研究 ;Hogberg 等 (1995) 在赞比亚和喀麦隆发 

现固氮树种在造林地中远比雨林中重要 ;Kohls(1993) 等发现加拿大 Athabasca 

新冰川撤退后的固氮树种对森林演替起到了重要影响。 

卢嘉锡等 (1999) 认为近年来随着分子生物学的迅速发展 , 生物固氮研究 

6


在国际上已取得显著进展。固氮酶高分辨率的空间结构研究阐明了其活性中心 

原子簇及其周围蛋白分子的三维结构 , 化学模拟固氮酶温和条件合成氨的研究 

已见到了曙光 ; 共生固氮的分子机理研究有重大进展 , 为提高根瘤菌的固氮效 

率和扩大宿主范围 , 特别是为粮食作物的共生固氮 , 提供了理论基础 ; 与粮食 

作物联合固氮的固氮螺菌的固氮调节机制研究已逐渐明朗 , 为构建在有氨条件 

下 , 也能固氮的基因工程菌株打下理论基础 ; 在某些作物 ( 如水稻和甘蔗等 ) 体 

内发现了内生固氮菌 , 为作物生物固氮增添了新途径 ; 不少国家 , 特别是美洲 

国家 , 大力发展粮食作物与大豆轮作 , 以减少化学氮肥用量 , 取得明显效果 

(Johnson, 1992; Karl et al., 1997; Lilbum et al., 2001; Snoeck et al., 2000; 陈文 

新 ,2004)。 

综合来看 , 目前国际上生物固氮研究的重点是固氮机理 , 自生固氮对氮输 

入的贡献 , 以及共生固氮过程中寄主和宿主间的养分分配。研究的对象基本上 

都是以土壤为载体 , 应用分子生物学技术开展研究 (Johnson, 1992;Karl et al., 

1997;Lilbum et al., 2001;Snoeck et al., 2000)。 

我国在生物固氮方面的研究开展的较早 , 并取得了一些高水平的成果 , 如 : 

1、在我国豆科植物根瘤菌和非豆科树木结瘤弗兰克氏菌的资源调查和分类 

工作 , 已坚持了 20 多年 , 摸清了我国豆科植物根瘤菌和非豆科树木结瘤弗兰克 

氏菌的种质资源 ( 陈文新 ,2004; 慈恩和高明 ,2005; 邓廷秀和刘国凡 ,1996; 

上海植物生理研究所固氮研究室共生固氮组 ,1977、1997; 王卫卫和胡正海 , 

2001; 周丽霞等 ,2003)。 

2、在花生、大豆和豆科牧草接种根瘤菌的应用研究方面 , 科研工作者做 

了大量的研究 , 并取得了明显的经济和社会效益 ( 常从云等 ,1989; 马丹丹 , 

2006; 汪木兰等 ,2003; 王卫卫等 ,2001)。 

3、在固氮分子遗传学研究方面 , 我国处于世界先进行列。中科院上海植 

物生理学研究所固氮分子生物学研究室是国际上著名的实验室。70 年代在固氮 

基因精细结构的研究上就已进入国际先进行列 ( 上海植物生理研究所固氮研究 

室共生固氮组 ,1977、1997)。 80 年代在固氮基因正调控基因 nifA 研究方面又 

有突出成果 , 并构建成不受调控的组成性表达的 nifA, 引入阴沟肠杆菌用于接 

种水稻可获增产。进入 90 年代在苜蓿根瘤菌结瘤基因的表达和调控方面 , 发现 

7


结瘤基因 nodD3 的表达不受植物类黄酮物质的启动 , 为扩大宿主范围的研究提 

供了依据 (Yu, 1993; 陈迪 ,2002; 代玉梅等 ,2004; 杜大志等 ,1989; 熊智 

等 ,2001、2003; 吴观以等 ,1995; 吴桐等 ,1994; 郑红丽等 ,2007; 朱冰等 , 

1999; 周克瑜等 ,1998)。 

4、关于固氮酶催化机理和化学模拟研究 , 我国学者于 80 年代初 , 证明在 

有 D 2 无 N 2 的条件下 , 固氮酶不能催化 HD 形成 , 对国外学者发表的不依赖 N 2 

也可形成 HD 的观点提出异议。90 年代初 , 论证了在生理条件下固氮酶每还原 

l 摩尔 N 2 所放出 H 2 的摩尔数不是 l, 不符合通常的生物固氮化学反应计量式 , 

因而提出了固氮酶双位点释放 H 2 的假说 ( 贾天会和杨丽华 ,1996; 刘国凡等 , 

1990; 龙敏南等 ,1996; 潘江等 ,1999; 王友绍和李季伦 ,2000; 王予科等 , 

1997; 吴祖洪和周国璋 ,1994; 席琳乔等 ,2007; 赵之伟 ,1995)。 

可以看出 , 国内有关生物固氮的研究主要以根瘤为研究对象展开 , 但对生 

物固氮的基础性研究较少。因此卢嘉锡、蔡启瑞等多位院士 (1999) 提出应大 

力加强生物固氮方面的基础研究。 

1.2 生物固氮主要类型 

自 1888 年荷兰学者 Beiljernck 第一次获得固氮微生物以来 , 相继发现的固氮 

生物种类愈来愈多。现已知有固氮功能的微生物在 50 个属以上 , 其种类更多。根 

据现代生物科学将不同类型的固氮生物分为自生固氮、共生固氮和联合固氮三大 

类 ( 卢嘉锡等 ,1999)。 

自生固氮菌可分为两类 , 即光合固氮与非光合固氮。已知有固氮功能的光合 

细菌与光合蓝藻达 20 多属 100 多种 , 主要分布于水田与湿润土壤中 ( 陈文新 , 

2004)。非光合固氮菌不进行光合作用 , 而利用有机物为能源进行异养固氮 ( 伯 

杰森 ,1987; 沈萍和陈向东 ,2006)。 

共生固氮类型是固氮微生物与高等或低等植物共同生活进行固氮的。这类固 

氮资源的固氮能力最高 , 固氮效能居各类固氮体系之首。共生固氮细菌的寄主植 

物种类较多 , 其中豆科寄主植物达上万种 , 经详细研究的也有百种以上 ( 慈恩和 

高明 ,2005); 另一类共生固氮资源为 Frankia 放线菌和非豆科木本植物的共生 

固氮类型。目前固氮放线菌只发现有一属 , 即 Frankia 菌属。而寄主非豆科植物 

8


固氮树种全球共有 8 科 200 多种 , 我国有 6 科 50 多种 , 主要为胡秃子科的沙棘、胡 

秃子、沙枣以及桤木、马桑与木麻黄等 ( 上海植物生理研究所固氮研究室共生固 

氮组 ,1977; 吴清平等 ,1996)。此外 , 学名为满江红 (Azolla) 的红萍为一种 

水生蕨类植物 , 其叶腔中有固氮蓝藻 ( 满江红鱼腥藻 ) 共生 ( 戴铃芬和林惠 

民 ,1990)。固氮蓝藻还和地衣或苔藓共生 , 己记载的地衣中有 5-10% 具有共生固 

氮蓝藻 (Denison, 1979; Forman, 1975)。 

联合固氮是指特定的介于共生固氮和自生固氮之间的半共生固氮类型。联 

合固氮菌普遍宿生于禾本科植物的根和根际土壤中 , 某些种类能够生活在与其 

联合植物的粘质鞘内或皮层细胞之间 , 大部分都非常紧密地附着在植物根部 , 

是固氮螺菌属、拜叶林克氏菌属、假单胞菌属、梭菌属及肠杆菌属等属中某些 

特定菌株 ( 伯杰森 ,1987; 沈萍和陈向东 ,2006)。 

我们的研究地点选择哀牢山中山湿性常绿阔叶林 , 研究方向集中在共生固 

氮 , 研究对象选择为林冠中的附生物。 

9


2 附生物固氮研究进展 

2.1 附生物研究 

林冠是森林生态系统中重要的组成部分。通过对林冠的研究 , 促进了对天 

然林生态系统中养分循环的了解 , 以及林冠受干扰或破坏对物种多样性的影响。 

林冠附生物在森林生态系统养分循环过程中的作用和影响机制是目前林冠生态 

学研究的重要内容之一 ( 刘文耀 , 2000)。 

林冠附生物是由活、死体附生维管植物和非维管植物 , 以及与之相关联的 

碎屑、微生物、无脊椎动物等组成 (Jenik, 1973)。它对生态系统的贡献可以体 

现在 :1 元素含量很高甚至高于寄主树木的叶片元素含量 (Hofstede, 1993);2 

增加了林冠物理表面积 , 促进干、湿沉降 (Loven, 1984;Reiner & Olson, 1984); 

3 具有固氮能力 (Bentley & Carpenter, 1980、1984); 4 在森林生态系统的养分 

循环中不可或缺 (Edward & Grobb, 1977; Nadkarni, 1989)。 

在我国温带和热带山区的山地森林中 , 附生物十分发达 ( 吴征镒 ,1980)。 

对森林中附生的苔藓、地衣、蕨类植物 , 一些学者做了很多分类鉴定工作 ( 高 

谦 ,1994、1997; 吴兆洪和秦仁昌 ,1991; 赵继鼎 ,1982)。曹同、郭水良等对 

附生物的群落特征、蓄水能力、生物量等进行了初步研究 ( 艾尼瓦尔 • 吐米尔等 , 

2003; 艾尼瓦尔 • 吐米尔和阿不都拉 • 阿巴斯 ,2002; 曹同等 ,1994、1995; 陈 

健斌等 ,1999; 郭水良和曹同 ,1999、2000、2000; 蔺菲等 ,2007; 徐晟种等 , 

2006; 叶吉等 ,2004)。 

我国学者对亚热带森林生态系统进行了深入的研究 , 但多以维管植物作为 

研究对象。现有的对亚热带附生物的研究多为定性研究 , 定量研究很少。有学 

者对广东和贵州亚热带森林生态系统中附生苔藓植物的物种和群落特征进行了 

报道 (Li & Piippo, 1994; 刘冰等 ,2006; 刘蔚秋等 ,2007)。在哀牢山森林生 

态系统 , 徐海清等对附生物中地衣、苔藓和生物多样性和生物量进行了报道 (Liu 

et al., 2000、2002; 李苏等 ,2007; 徐海清 ,2005; 徐海清和刘文耀 ,2005)。 

徐成东和陆树刚 (2006、2007) 对附生蕨类植物的区系地理和物种多样性进行 

了报道。 

10


2.2 附生物固氮研究进展 

在附生物较为丰富的地区或群落 , 附生物固氮能力对于其他生物的正常生 

长及维持系统的稳定 , 乃至整个系统的生物地球化学循环都具有重要意义 

(Brown, 1982; Nadkarni, 1984)。 

近年来在温带和热带森林生态系统中已经发现附生物具有固氮能力。在北 

欧和北美森林生态系统中缺乏广泛分布的共生固氮植物。以前北温带森林的氮 

固定能力被认为是非常有限的 , 估计为 0.5 kg/ha/yr, 但 Deluca 等 (2004) 发现 

这些森林生态系统每年有机氮的聚集速率为 3 kg/ha/yr。他们研究了一个在北欧 

森林中分布普遍的藻青菌 (Nostoc sp.) 和苔藓的共生固氮系统 , 发现其固氮能 

力就达到了 1.5-2.0 kg/ha/yr, 表明其对森林生态系统的氮固定具有重要贡献。 

Stewart 等 (1992) 和 Schmidt 等 (1998) 在巴西、澳大利亚等六个地点对 

热带森林中附生物进行研究发现都具有一定的固氮能力。Carpenter(1992) 在哥斯 

达黎加雨林中发现附生物固氮能力为 0.1 kg/ha/year。Forman(1975) 在哥伦比亚 

发现一种叶附生植物固氮能力为 1.5-8 kg/ha/year。Sheridan(1991) 在拉美的云雾 

林中发现苔藓植物的固氮能力为 4 kg/ha/year。 

目前对亚热带森林中附生物固氮的研究未见报道。国内对林冠附生物的固氮 

能力研究尚未开展。 

11


3 生物固氮研究方法的进展 

在生物固氮研究中 , 最经典的测定技术是凯氏定氮法。其后 , 同位素示踪 

法出现 , 采用 

15 N 示踪法测定固氮量比凯氏法的灵敏度提高 1000 倍。1966 年 

应用乙炔还原法测定固氮酶活性 , 这一革新把生物固氮研究推向了一个新阶段。 

其灵敏度比 

15 N 示踪法还要高 1000 倍 , 而且方法简单、速度快。 15 N 自然丰度 

法则是最近几年开始兴起的一种稳定性同位素技术。当前 , 稳定性同位素技术 

被认为是最准确的测定方法。 

1. 氮累计法 

在生物固氮早期研究中成功运用过 , 但准确率较低。通过测定生态系统中 

氮的输入和输出以及累积量来测定固氮速率。 

2. 15 N 示踪法 

该方法是用塑料袋先将植物封住 , 抽出里面的空气 , 导入高丰度的 

15 N 2 。 

经过一段时间取出样本 , 用凯氏定氮法消化 , 蒸馏。用 Hg 2+ 或 CuSO 4 作催化剂 , 

把 

15 N 2 转化为 

15 NH + 4 。在高真空中用次溴酸盐将 

导入质谱计中进行分析 ( 林代炎等 ,2006; 王百群等 ,1999)。 

3. 同位素稀释质谱法 

15 + 

NH 4 转化为 

15 N 2 。然后直接 

同位素稀释质谱法 (IDMS) 是通过同位素丰度的精确质谱测量和所加入稀 

释剂的准确称量 , 求得待测样品中某元素的绝对量 , 有效地把元素的化学分析 

转变为同位素测量 ( 陈明 ,1997; 李先海 ,1998; 席琳乔等 ,2007)。 

4. 乙炔还原法 

Dilworth(1966) 以及 Schollhorn 和 Burris(1967) 发现乙炔和 N 2 具有类似的 

接受 e 还原成乙烯的能力 , 固氮酶可以使乙炔还原为另一种气体 - 乙烯。1968 

年 Hardy 等人用这种方法详尽对自生固氮菌、固氮酶提取液、大豆根瘤以及生 

物圈作了测定。到 1970 年 , 乙炔还原法测定活性已成为国际上生物固氮研究中 

常用的测定技术 (Nalini, 1981; 伯杰森 , 1987)。 

该方法是将待测材料置于容器中 , 注满乙炔。反应一定时间后 , 用气相色 

谱仪测定乙烯的生成量 , 以单位时间内一定量样品所产生的乙烯量来表示固氮 

酶活性。此法速度快 , 灵敏度高 , 而且最大优点是可以快速、直接确认固氮能 

力存在与否 (Deluca et al.,2004;Hogberg, 1986; 伯杰森 , 1987)。 

12


5. 

15 N 自然丰度法 

自 Andre 确定用大气中 

15 N 丰度作为 

15 N 的标准自然丰度以来 , 通过固氮 

植物和非固氮植物利用有效氮源的不同而形成的植物 

15 N 丰度的差异来测定生 

物固氮量 , 已逐渐成为一种广泛应用的定量研究生物固氮的手段 , 即 

15 N 自然 

丰度法 ( 15 N natural abundance)(Gebauer & Schulze, 1991;Hogerg & Alexander, 

1995;Kramer et al., 2003;Robertson et al., 2001; 曹亚澄等 ,1995; 杜丽娟等 , 

1996; 苏波等 ,1999)。 

目前在生物固氮研究中 , 稳定性同位素 

15 N 被认为是最有效而实用的工具。 

15 N 示踪法的灵敏度比常规凯氏定氮法高 1000 倍 , 不需校正因子。但其缺点是 : 

1 15 N 的价格较昂贵 , 需用较为复杂的质谱仪测定 ;2 测定的手续较繁琐 , 不 

易准确定量 ;3 其灵敏度较乙炔还原法低 1000 倍。 

同位素稀释质谱法具有同位素质谱测量的高精度和化学计量的高准确度。 

但其缺点非常明显 :1 需要浓缩同位素、成本高 ;2 样品制备复杂 , 花费时间 , 

易受沾污 ;3 受参照植物影响较大。 

15 N 自然丰度法是目前国际上在生态系统物质循环研究中日益受到重视的 

一种方法 , 可用于估算固氮植物的生物固氮比例。该方法的精度和稀释法接近 , 

成本低廉 , 重现性好 , 但其缺点是结果受参照植物选择、同位素的分馏作用的 

影响较大。因此 , 15 N 自然丰度法多应用于测定树木园、农业系统和农林复合 

系统中固氮植物的生物固氮量 , 但在天然生态系统中应用 

15 N 自然丰度法 , 难 

度较大 (Doughton et al., 1992; Vitousek et al., 1989; Yoneyama, 1984; 杜丽娟等 , 

1996; 周克瑜等 ,1998)。随着同位素技术越来越成熟 , 精度越来越高 , 该方法 

会有更广阔的前景 (Gebauer & Schulze, 1991;Hogerg & Alexander, 1995;Kramer 

et al., 2003;Robertson et al., 2001)。 

乙炔还原法灵敏度高 , 比 

15 N 示踪法高 1000 倍 , 而且方法简单、速度快。 

可进行生物固氮各方面的研究 , 如自生固氮菌、细胞或酶的提取液、豆科或非 

豆科根瘤、藻类、禾本科植物根际联合固氮等 , 但其结果受培养瓶内注入乙炔 

量的选择、培养时间的选择、培养瓶内压强变化等因素的影响较大 (Barkmann 

& Schwintzer, 1998;Billings et al., 2003;Hogberg, 1986;Michihiko et al., 1983; 

魏刚等 ,1995; 中国科学院南京土壤研究所微生物室 ,1985)。它是一种以瞬间 

13


测定为指标的固氮作用测定方法 , 同时可以迅速判断样品是否具有固氮能力 

(Billings et al., 2003;Hogberg,1986;Michihiko et al., 1983)。 

本研究将比较研究乙炔还原法和 

15 N 自然丰度法后进行选择 , 作为测定附 

生物固氮能力的常用方法。 

14


4 哀牢山中山湿性常绿阔叶林中的生物固氮物种 

哀牢山中山湿性常绿阔叶林森林植被主要是由壳斗科 (Fagaceae)、樟科 

(Lauraceae)、木兰科 (Magnoliaceae) 等组成。桤木在次生林中有所分布 , 但 

并不是整个森林群落的优势种 ( 中国科学院昆明分院生态研究室 ,1983; 中国 

科学院昆明生态研究所 ,1998; 甘建民等 ,1995)。没有报道表明该森林具有大 

量前文提到的豆科植物及表 1.1 所示的常见的具有共生固氮能力的高等植物类 

群。 

哀牢山中山湿性常绿阔叶林的附生物丰富 , 包含了苔藓、地衣、蕨类等多 

种成分 ( 徐海清和刘文耀 ,2005)。已有研究表明地衣的固氮能力是广泛存在的 , 

甚至在沙漠和北极等极端生境下固氮能力仍然存在 (Thomas & Corinna, 1995; 

Thomas & Olafsen, 1995)。近来有学者提出蓝绿菌与苔藓的共生固氮系统也是广 

泛存在于群落系统中的 (Brown, 1982;Marko et al., 2002;Palmqvist et al., 1998), 

而且有报道在南美热带森林中 , 林冠的附生物具有固氮能力 (Brandrud, 1995; 

Evans & Johansen, 1999)。 Deluca 等 (2004) 也报道了北欧森林附生物有可观的 

固氮能力。 

因此 , 我们假设在哀牢山中山湿性常绿阔叶林的氮输入中 , 非种子固氮植 

物 , 主要是附生物在森林的固氮中起到了重要作用。 

属 

Genus 

表 1.1 常见共生固氮树种 ( 引自 Bond, 1983) 

Ta ble 1.1 Genera of plants in which some species form symbiotic nitrogen-fixing 

relationship with Actionormete fungi (Modified from Bond, 1983) 

种 

Species 

地点 

Present Distribution 

存在根瘤树种 

Number of Speies 

bearing Nodules 

Casuarina 45 Austrlia,tropical Asia,Pacific islands 24 

Myrica 35 Many tropical, subtropical, and temperate 

regions 

Alnus 35 Europe,Siberia,N.America, China, Japan, 

Andes 

26 

39 

15


Dryas 4 Arctic, mountains of north temperate zone 3 

Cenocarpus 20 West and Southwest US, Mexico 4 

Purshia 2 N. America 2 

Chamacbatia 2 California 1 

Comania 5 Southwest US, Mexico 1 

Rubus 250 Many regions, especially north temperate 2 

Conara 15 Mediterranean, Japan, China, New 

16 

Zealand, Chile, Mexico 

Colletia 17 Temperate and subtropical America 3 

Discaria 10 America, New Zealand, Australia 5 

Trevea 6 Andes 2 

Talguenea 1 Chile 1 

Kentrothamnus 2 Bolivia, Argentina 1 

Ceanothus 55 N. America 31 

Elaeagnus 45 Asia, Europe, N. America 28 

Hippophae 3 Europe, temperate Asia to Kamachatka, 

Japan, Himalaya 

1 

Shepherdia 3 N. America 2 

Datisca 2 Mediterranean to Himalaya and 

central Asia, southwest US 

2 

16


5 研究思路、目的和创新点 

5.1 研究思路 

本研究地点设在哀牢山。在哀牢山亚热带中山湿性常绿阔叶林林冠层中 , 

存在着大量的苔藓等附生物。当前没有报道表明该地区有广泛存在的固氮物种。 

本研究假设在哀牢山中山湿性常绿阔叶林中的附生物广泛存在生物固氮能力 , 

并将对此进行验证。 

本研究将根据乙炔还原法测试附生物是否具有固氮能力 , 然后测定得到干 

季和雨季内附生物乙烯生成速率的变化范围 , 从而对附生物固氮能力的变化范 

围做出推断。 

5.2 研究目的 

本研究目的旨在验证哀牢山中山湿性常绿阔叶林林冠附生物是否广泛存在 

固氮能力。并对固氮能力变化范围做出推断 , 同时对影响固氮能力的因素进行 

初步分析。 

5.3 创新点 

目前对林冠附生物的固氮研究主要在南美热带和欧洲温带森林生态系统中 

开展 , 本研究将首次对亚热带常绿阔叶林的附生物固氮能力进行验证。如果发 

现其广泛存在固氮能力 , 那么将会为研究亚热带森林生态系统的氮循环提供一 

新的思考角度。 

17


第二章研究地概况 

1 哀牢山气候、植被概况 

哀牢山地处东亚的热带边缘 , 属于云贵高原、横断山地和青藏高原的结合 

部 , 是云南的热带向亚热带发展的过渡地带。其山体上部分布着目前我国面积 

最大、保存最完整的亚热带山地湿性常绿阔叶林 , 是青藏高原东缘生态样带研 

究不可替代和得天独厚的理想场所。 

哀牢山地理位置在东经 100°54-101°30, 北纬 23°36-24°44 之间 , 海拔 

2080-3200 米。由于山体相对高差大 , 气候垂直分布明显 , 从山麓至山顶依次着 

南亚热带、中亚热带、北亚热带、暖温带、温带、寒温带气候。独特的山地气 

候使植被具有明显垂直分布。西南坡垂直分布由阿墨江河谷开始 : 海拔 1100~ 

1800 米为思茅松林及季风常绿阔叶林带 ,1800-2200 米为云南松林及半湿性常 

绿阔叶林带 ,2200-2800 米为中山湿性常绿阔叶林带 ,2800 米以上为山顶常绿 

阔叶矮曲林及灌丛带。东北坡植被垂直系列从元江河谷起 : 海拔 500-1000 米为 

干热河谷植被带 ,1000-2400 米为云南松林及半湿性常绿阔叶林带 ,2300-2900 

米为中山湿性常绿阔叶林 ,2900 米以上为山顶常绿阔叶矮曲林及灌丛带。监测、 

研究和保护该类型森林生态系统对全球变化、生物多样性保护和可持续发展等 

生态学的前沿性科学问题具有重要意义 ( 吴征镒 ,1983; 吴征镒等 ,1987)。 

2 哀牢山中山湿性常绿阔叶林概况 

哀牢山中山湿性常绿阔叶林面积为 34483 公顷 , 是目前我国亚热带常绿阔 

叶林保存面积最大的保护区之一。本研究地点位于哀牢山国家级自然保护区核 

心区的徐家坝地区 , 地理位置为 24 ° 32′ N,101 ° 01′ E, 海拔 2476 m。根据中国 

科学院哀牢山生态站的观测资料 , 年平均降雨量达 1931 mm, 年均温度为 

11.3 ° C, 最热月 (7 月份 ) 平均温度是 15.6 ° C, 最冷月 (1 月份 ) 平均温度低至 5.4 ° C。 

全年分为明显的干湿两季 , 雨季 5 月至 10 月份 , 干季 11 月至翌年 4 月份 , 年 

平均相对湿度 86%, 全年无霜期 180 d, 表现出终年温凉潮湿的气候特点 (Liu et 

al., 2000) 。 

18

第二章研究地概况 

徐家坝地区森林主要由木果石栋 ( Lithocarpus xylocarpus ) 、腾冲拷 

(Castanopsis wattii), 景东石栋 (Lithocarpus chintungensis), 滇木荷 (Schima 

noronhae)、绿叶润楠 (Machilus viridis)、舟柄茶 (Hartia sinensis)、红花木 

莲 (Manglietia insignis) 等组成。乔木层高 20-25 m, 胸径 30-50 cm。林相完整 , 

林冠郁闭 , 胸径大于 5 cm 的林木密度为 1100 株 / ha。树干及林冠层附生植物密 

布。林下灌木层以箭竹 (Sinarundinaria nitida) 为主 , 层盖度 60%-70%。草本 

层主要由滇西瘤足藏 (Plagiogyria communis)、细梗苔草 (Carex teinogyna) 

等组成。地表枯枝落叶层厚度在 5 cm 左右 , 林地土壤为山地黄壤。附生植物以 

苔藓和蕨类植物为主要组成成分 , 布满在较大的树干、树杈和树枝上 , 形成奇 

特的森林景观 (Liu et al., 2002; 中国科学院昆明生态研究所 ,1998)。 

徐海清等研究发现 , 该区附生植物种类和生物量较为丰富 ,1 公顷样地中附 

生物生物量就达 10.68 t。收集到附生植物 69 种 , 其中维管束植物 32 种 , 苔藓植 

物 37 种。在生物量中 , 苔藓和蕨类所占比例达到了 62.62% 和 11.53%。 

附生苔藓植物非常丰富 , 主要优势种类包括东亚鞭苔 (Bazzania praerupta)、 

小叶鞭苔 (Bazzania ovistiputa)、树平藓 (Homaliodendron flabellatum)、刺果 

藓 (Symphyodon perrottetii) 等。林冠上层主要为附生维管束植物 , 而下层主要 

以附生苔藓植物为主。虽然少数附生植物只出现于个别宿主上 , 但多数附生植物 

与宿主种类之间的相关性不明显。 

棕鳞瓦韦 (Lepisorus scolopendrium)、拟书带蕨 (Vittaria flexuosoides)、 

柔毛水龙骨 (Polypodiodes amoena var.pilosa) 等为附生蕨类植物中的主要优势 

种。附生种子植物中 , 黄杨叶芒毛苣苔 (Aeschynanthus buxifolius)、长叶粗筒 

苣苔 (Briggsia longifolia)、白花树萝卜 (Agapetes mannii) 等为主要优势种。 

地衣在树干中分布较少。在 0-2 m 树干上仅发现附生地衣 5 种 ,1 公顷样地中 

附生地衣生物量仅为 0.13 t, 且多分布在 15 m 以上的侧枝上 ( 李苏等 ,2007; 徐 

海清 ,2005; 徐海清和刘文耀 ,2005)。 

3 样地概况 

本研究设立了 8 块 20 m×20 m 的观察样地。陈建会等 (2006) 对样地情况 

进行了报道 :8 块样地中 ,4 块在坡底 ,4 块在坡上部 , 坡度约 20°。林木密度 

19


为 2728 株 /ha, 乔木层树木平均胸径 12 cm, 群落高 25 m, 群落乔木胸高断面 

积为 56.4 m 2 /ha。优势种主要有景东石栎 (Lithocarpus chintungensis)、薄叶马 

银花 (Rhododendron leptothrium)、云南越桔 (Vaccinium duclouxii)、木果石 

栎 (Lithocarpus xylocarpus)、腾冲栲 (Castanopsis wattii)、滇木荷 (Schima 

noronhae), 还有舟柄茶 (Hartia sinensis)、红花木莲 (Manglietia insignis)、 

绿叶润楠 (Machilus viridis)、南亚枇杷 (Eriobtrya bengalensis)、绿背石栎 

(Lithocarpus hipovirides)、大花八角 (Illiccium macranthum) 等 , 林下主要以 

箭竹 (Sinarundinaria nitida) 为主。土壤类型为山地黄棕壤 , 酸性 ,pH 值 ≤5。 

20


15 N 自然丰度法的方法研究 


15 

N 自然丰度法的方法研究 

本研究的主要目的是验证哀牢山中山湿性常绿阔叶林中附生物是否广泛存 

在固氮能力 , 并对其固氮能力进行推算。乙炔还原法能够快速、直接的判断样 

品是否具有固氮能力 , 是目前较为通用的研究生物固氮的方法 , 而 

15 N 自然丰 

度法精度较高 , 可以用于测定固氮植物的生物固氮量 , 因此本研究拟选择这两 

种方法来研究附生物的固氮能力。 

1 乙炔还原法研究附生物固氮 

目前在附生物固氮能力测定研究中 ,Stewart 等 (1992)、Schmidt 等 (1998) 

和 Deluca 等 (2004) 在热带和温带森林尝试用乙炔还原法对附生物固氮能力进 

行了初步研究 , 但在相关论文中对实验细节描述极为简略。我们在 2005 年 6 月 

至 2005 年 11 月在查阅大量相关研究文献后 , 在版纳植物园、昆明植物所专家 

以及其他单位专家帮助下 , 通过大量预备实验 , 建立和完善了乙炔还原法测定 

附生物固氮能力的实验基础。本节就乙炔还原法测定附生物固氮能力的前期准 

备工作进行了论述 , 以期为后来研究提供借鉴。 

1.1 乙炔还原法中色谱准备工作 

1.1.1 气相色谱的定量分析方法 

气相色谱 (Gas Chromatography, 简称 GC) 是最有效和应用最广泛的色谱分 

析技术。气相色谱可以进行定性和定量分析。定性分析主要是确定样品中的主 

要成分 , 不对具体数量进行分析。 

色谱定量分析的依据是被测物质的量与它在色谱图上的峰面积 ( 或峰高 ) 

成正比。数据处理软件 ( 工作站 ) 可以给出包括峰高和峰面积在内的多种色谱 

数据。因为峰高比峰面积更容易受分析条件波动的影响 , 且峰高标准曲线的线 

性范围也较峰面积的窄 , 因此 , 通常情况是采用峰面积进行定量分析。我们结 

合实验要求选择标准曲线法作为定量分析的方法。 

标准曲线法 : 将被测组分的标准物质配制成不同浓度的标准溶液 , 经色谱 

分析后制作一条标准曲线 , 即物质浓度与其峰面积 ( 或峰高 ) 的关系曲线。根 

21


据样品中待测组分的色谱峰面积 ( 或峰高 ), 从标准曲线上查得相应的浓度。标 

准曲线的斜率与物质的性质和检测器的特性相关 , 相当于待测组分的校正因子 

(Denison et al., 1983; 傅若农 ,2008; 孙传经 ,1979)。 

1.1.2 色谱定量分析中标准曲线的建立和检验 

气相色谱中标准曲线的建立是色谱测定的基础 , 非常复杂 , 需要多次重复 , 

配制待测物质不同比例 , 以确定待测物质含量和峰面积的关系。 

1.1.2.1 标准曲线的建立 

根据外标法的要求 , 加入了已知的不同比例的乙烯和乙炔。通过 GC 测定 

后 , 得到了乙烯和乙炔峰面积和含量关系的标准曲线。下面将以其中部分比例 

的测定结果进行说明。 

分别在 300ml 密闭培养瓶中加入不同比例的乙烯和乙炔高纯气体 ( 气体纯 

度均达到 99.99%), 比如 1:1(2 或 2.5ml 乙烯和 2 或 2.5ml 乙炔 ,),2:8(2ml 

乙烯和 8ml 乙炔 ),3:7(3ml 乙烯和 7ml 乙炔 ) 等。然后从瓶中抽样进行 GC 

分析。 

实验发现 , 乙烯和乙炔峰的保留时间 (Retention time) 不同 , 乙烯峰在前 , 

乙烯的保留时间基本在 1.1 分钟左右。乙炔峰在后 , 乙炔比较容易辨认 , 在 1.5 

分钟左右。 

根据两种气体的峰面积 , 计算气体含量 , 发现符合加入的比例 ( 已知比例 )。 

比如 , 在培养瓶中加入 1ml 乙烯和 1ml 乙炔 , 比例为 1:1, 根据气相色谱图的 

峰面积计算乙烯 : 乙炔 =2.01109:2.05612, 接近 1:1 的比例。 

同样的加入 3ml 乙烯和 7ml 乙炔 , 比例为 3:7, 色谱分析为 3.07358:7.26830, 

符合 3:7 的比例。 

表 3.1 是部分针对加入的比例的测定前后的数值比较 , 排除人工加样的误 

差 ,GC 测得的比例符合加入的比例。通过多次重复后 , 建立了乙烯和乙炔峰 

面积和含量关系的标准曲线。据此可以方便的计算出培养瓶内乙烯、乙炔的含 

量。 

22



加入乙烯和乙炔数量和 

比例 

Injected gas ratio 

(C 2 H 4 : C 2 H 2 ) 

表 3.1 乙烯和乙炔的加入比例和测得比例 

Table 3.1 Ratios of C 2 H 4 :C 2 H 2 gas-volume as determined by GC 

乙烯值 (ml/300ml) 

C 2 H 4 Volume 

乙炔值 (ml/300ml) 

C 2 H 2 Volume 

GC 测得比例 ( C 2 H 4 : 

C 2 H 2 ) 

Volume ratio(C 2 H 4 : 

C 2 H 2 ) 

1:1(2ml:2ml) 2.01109 2.05612 0.9781 

1:1(2.5ml:2.5ml) 2.48358 2.67581 0.92816 

2:8(2ml:8ml) 1.97523 7.7533 0.25476 

3:7(3ml:7ml) 3.07358 7.2683 0.422875 

1.1.2.2 实验过程中对标准曲线的检验 

在实验过程中 , 乙炔峰比较容易辨认。因为乙炔在反应过程中是足量的 , 

含量明显高于乙烯或者其他成分。确定乙烯峰是关键。 

在实验中得到的 GC 图中 , 已认定的乙烯峰前还有几个面积很小的峰 , 为 

了进一步确认哪个是乙烯峰。于是在一个装入样品的密封瓶 A( 体积为 5ml) 

中 , 先抽样通过 GC 测定其乙烯和乙炔含量 , 然后将 1ml 高纯乙烯加入密封瓶 

B(300ml), 再抽取 B 瓶中的 1ml 气体加入 A 中 , 然后第二次从 A 瓶中抽样进 

行 GC 测定。 

理论上讲 ,A 瓶中本来的乙烯含量 , 在 10 -2 ml/300ml 左右 ,B 瓶中乙烯含 

量为 1ml/300ml, 从 B 瓶中抽取 1ml 气体加入 A 瓶后 ,A 瓶乙烯含量急剧增加 , 

肯定出现一个很大的峰。据此可确定 GC 图中的乙烯峰。 

图 3.1 为 A 瓶中乙烯和乙炔含量 GC 图。图 3.2 为加入 B 瓶 1ml 气体后乙 

烯和乙炔的含量 GC 图。 

23


图 3.1 A 瓶中本来乙烯和乙炔含量 GC 图 

Figure 3.1 GC output of C 2 H 4 and C 2 H 2 

24



图 3.2 加入来自 B 瓶中 1ml 气体后 A 瓶 GC 图 

Figure 3.2 GC output after injucted with 1ml gas from B 

25


1.1.3 小结 

1.1.3.1 气相色谱的应用 

本实验研究对象为生物的固氮能力 , 测定物为气体 , 灵敏度要求较高 , 因 

此本研究选择气相色谱作为测定仪器。GC 可以在很短的分析时间内获得准确 

的分析结果 , 而且分离度和检测灵敏度比液相色谱高 ( 詹益兴 ,1983; 商登喜 , 

1989)。对于具有挥发性的天然复杂样品以及需要高检测灵敏度的样品 ,GC 是 

最佳选择 ( 傅若农 ,2008)。 

1.1.3.2 标准曲线法的优点和检验 

在气相色谱的定量分析方法中 , 本实验选择标准曲线法的优点为 : 

(1) 分离效率高 , 分析速度快。附生物的活性随时间不断变化 , 测定不同时间 

点必须迅速完成测定 , 试验中该方法测定每个样品需要 5 分钟左右 , 每次采集 

样品在每个测量点能很快完成 GC 测试。 

(2) 样品用量少和检测灵敏度高。例如气体样品用量为 1ml, 液体样品用量为 

0.1ml, 固体样品用量几 μg。用适当的检测器能检测出含量在百万分之十几至十 

亿分之几的杂质。本实验的测定结果乙烯变化速率数量级在 10 -2 ml, 气体进样 

在 0.05ml, 因此对精度要求比较高。 

(3) 操作简便。绘制好标准工作曲线后 , 可直接从标准工作曲线上读出含量 , 

本研究的实验样品数量达数百个 , 在建立了标准曲线后 , 测定工作就可便捷展 

开。 

(4) 外标法是目前广泛应用的气相色谱方法 , 国外学者选择乙炔还原法测定固 

氮生物的固氮能力时 , 多选择外标法的标准曲线法。Denison 等 (1983) 对大豆根 

瘤固氮能力测定 ,Škrdleta 等 (1979) 对土壤中固氮酶的乙炔还原法测定固氮能力 

以及 Salah(2009) 研究苜蓿固氮酶时都选择外标法中的标准曲线法。 

经过多次预实验建立标准曲线后 , 从图 3.1 和 3.2 中可以看出 , 在把 1ml 

气体加入 A 瓶 ( 编号为 112) 时 , 虽然加入后极大改变了瓶内压强 , 会对测得 

乙烯和乙炔含量的数值准确性产生影响 , 但这个问题没有对乙烯和乙炔的保留 

时间产生影响 , 乙烯和乙炔保留时间仍然在 1.1 和 1.5 分钟左右。 

26



该实验设计说明 , 即使操作中改变了培养瓶内压强 , 也不会对乙烯和乙炔 

的保留时间产生影响 , 其保留时间是稳定的。 

虽然乙炔还原法中测定结果受瓶内压强变化影响较大 (Minchin, 1985; 伯 

杰森 ,1987; 顾俭本等 , 1980), 但实验结果说明保留时间最主要与色谱仪的仪 

器条件有关。这样保证了我们可以确定乙烯和乙炔的峰 , 从而依据标准曲线计 

算气体含量。 

1.2 乙炔还原法测定附生物固氮能力的预备实验 

本研究选择以哀牢山作为研究地 ,GC 测定样品固氮能力则在昆明。那就 

意味着采集的样品要从哀牢山带回昆明 , 中间经历了 1-2 天。附生物是否能保 

持稳定的活力 ? 固氮能力是否会随着附生物活力下降而发生变化 ? 为了验证以 

上两个问题 , 我们依据前人的工作开展了预备试验。 

1.2.1 实验设计 

附生物能否在一定时间内保持相对不变的活力 ? 我们在样地摘取样品后应 

用碱吸收法测定了附生物的呼吸。 

目前在研究生物结皮、根瘤等固氮活力时 , 加入乙炔量一般为容积的 10%, 

培养瓶在几十毫升左右 , 样品加入量在零点几克或几克左右 (Belnap, 2002; 

Carpente, 1992; Hartley & Schlsinger, 2002)。 

由于附生物固氮能力研究开展较少 , 而且附生物表面积大 , 本实验为了探 

测附生物的固氮活力 , 因此选用的培养瓶体积和加入样品的量均大于以往研究。 

我们同时对加入乙炔的量进一步进行了分析 , 以确定最适合的加入量 , 并对乙 

烯生成速率连续观察 , 确定附生物的培养时间。 

1.2.1.1 附生物呼吸测定实验设计 

在 8 块样地内随机选择 8 棵样木 , 在 0、1.3、1.5 m 处各设置 20 cm×20 cm 

的小样方采集附生物 , 将其混合。然后挑选 6 个尺寸约 10 cm×10 cm, 厚约 1 cm 

的附生物 ( 干重约 5 g) 分别装入密封袋中 , 带回中科院哀牢山生态站实验室。 

室温通风下 , 准确吸取 20 毫升 1N NaOH 至 50 毫升的塑料瓶中 , 将塑料瓶放置 

27


到密封袋中 , 密封 , 再装入另一个密封袋中以确保密封。24 小时后 , 将塑料瓶 

取出 , 并放入另一个同样装有 20 毫升 1N NaOH 的 50 毫升的塑料瓶。从取出的 

塑料瓶中准确吸取 5 毫升碱吸收液至 50 毫升三角瓶中 , 加 1-2 毫升 2N BaCl 2 , 

三滴 0.5 % 酚酞指示剂 , 用 0.4N 的标准 HCl 滴定至终点 ( 红色至无色 )。 

之后每隔 24 小时进行一次测定。即分别在 24,48,72,96,120,144, 

168 小时进行呼吸测定。 

1.2.1.2 加入不同乙炔量对乙烯生成速率影响的实验设计 

2005 年 11 月 , 在 8 块样地内选择 32 棵样木。在 0、1.3、1.5 m 处各设置 

20 cm×20 cm 的小样方采集附生物 , 来自同一样地的样品混合 , 并按照约 20 cm× 

20 cm 的尺寸挑选出 4 个样品 , 放入 4 个 300 ml 培养瓶 , 分别加入 10、15、25、 

30 ml 乙炔 , 共 32 个样品。于室温和自然光照下 , 分别在 5、12、23 h 抽样进 

行 GC 测定。测得的乙烯量除以培养时间得到不同时间的乙烯平均生成速率。 

同时将每块样地内剩余的样品充分混合。再按照约 20 cm× 20 cm 的尺寸挑 

选 1 个样品 , 共 8 个样品 , 放入 8 个 300 ml 培养瓶 , 于室温和自然光照下 , 加 

入 25 ml 乙炔培养 24 小时后 , 在 40、48、64 小时测定乙烯生成量 , 以观察培 

养 1 天后 ,40 小时内的乙烯生成速率。 

1.2.1.3 雨季附生物固氮能力连续观察的实验设计 

2006 年 6 月 , 将采自 4 块样地下层的 16 份样品混合后 , 随机选择 6 个尺 

寸在 20 cm×20cm 的样品 , 连续测定了 0、24、48 小时的乙烯累积量。 

1.2.2 结果和分析 

1.2.2.1 离开寄主树木后附生物呼吸速率 

图 3.3 是每隔 24 小时的测定结果 ,Y 轴表示的是每 24 小时内呼吸累积产 

生的二氧化碳所消耗的盐酸量。盐酸浓度为 0.4N。 

方差分析显示 , 附生物呼吸速率不同时间 F=36.97> 临界值 2.37, 说明不同 

时间的呼吸速率显著不同。 

28

乙烯生成速率 (ml/g/h) 

C2H4 production rates 

CO2 生成速率 (mol/cm2/h) 

CO2 production rates(mol/cm2/h) 



9.40E-07 

9.30E-07 

9.20E-07 

9.10E-07 

9.00E-07 

8.90E-07 

8.80E-07 

8.70E-07 

0 50 100 150 200 

时间 (h) 

Time(h) 

图 3.3 附生物离开树木后呼吸变化 

Figure 3.3 Retention time of respiration for epiphyte stored in container 

1.2.2.2 加入不同乙炔量后乙烯生成速率 

从图 3.4 看出 , 在 a-h 的 8 个样品中 , 加入不同量的乙炔后 , 乙烯的生成速 

率不同时刻都不相同 , 尤其以加入 25ml 乙炔后变化最为明显。 

8.00E-07 

7.00E-07 

6.00E-07 

5.00E-07 

4.00E-07 

3.00E-07 

2.00E-07 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

1.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 

时间 (h) 

23h 

Time(h) 

29








1.40E-06 

1.20E-06 

1.00E-06 

8.00E-07 

6.00E-07 

4.00E-07 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

2.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

7.00E-07 

6.00E-07 

5.00E-07 

4.00E-07 

3.00E-07 

2.00E-07 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

1.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

1.40E-06 

1.20E-06 

1.00E-06 

8.00E-07 

6.00E-07 

4.00E-07 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

2.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

30









2.50E-06 

2.00E-06 

1.50E-06 

1.00E-06 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

5.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

1.40E-06 

1.20E-06 

1.00E-06 

8.00E-07 

6.00E-07 

4.00E-07 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

2.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

1.80E-06 

1.60E-06 

1.40E-06 

1.20E-06 

1.00E-06 

8.00E-07 

6.00E-07 

4.00E-07 

2.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

31






1.60E-06 

1.40E-06 

1.20E-06 

1.00E-06 

8.00E-07 

6.00E-07 

300-10 

300-15 

300-25 

300-30 

4.00E-07 

2.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

图 3.4 8 组样品加入不同量乙炔后乙烯生成速率 ( 字母 a-h, 代表 8 组样品 ) 

Figure 3.4 C 2 H 4 production rate with different levels of of C 2 H 2 at 

varying incubation time(a-h, showing eight groups of samples) 

用 8 组样品在不同时刻和不同乙炔加入量的平均乙烯生成速率做图 , 观察 

加入 4 种不同量级乙炔后平均乙烯变化趋势图 ( 图 3.5)。同时用 SPSS 对 8 组 

样品进行统计分析。 

1.20E-06 

1.00E-06 

8.00E-07 

6.00E-07 

4.00E-07 

300-10 

300-15 

300-30 

300-25 

2.00E-07 

0.00E+00 

5h 12h 23h 

时间 (h) 

Time(h) 

图 3.5 加入不同量乙炔后乙烯平均生成速率 

Figure 3.5 Average rate of C 2 H 4 production with different levels of C 2 H 2 

at varying incubation time 

32



对所有数据进行方差分析 (ANOVA), 并利用 Duncan test 比较不同处理间的差 

异情况 , 处理和时间效应为协变量的二元协方差分析 (two-way ANOVA), 数据分 

析利用 SPSS 11.0 统计分析软件 ( 表 3.2)。 

统计分析显示各种处理和时间的影响极显著 (P

C2H4 acumulation amount 


2.50E-04 

乙烯聚积量 (ml/g) 

Average C2H4 production rates 

2.00E-04 

1.50E-04 

1.00E-04 

5.00E-05 

0.00E+00 

16 24 40 

时间 (h) 

Time(h) 

图 3.6 加入 25ml 乙炔样品培养 24 小时后乙烯累积量变化 

Figure 3.6 Cumulative C 2 H 4 concerntation after 24h incubation in bottles added with25 ml C 2 H 2 

可以看出 , 在培养 24 小时后 , 乙烯累积量有一个先平缓后急剧增加的过程。 

在前 24 小时乙烯累积速率增速缓慢 , 而后 24 小时明显加快。 

将乙烯累积量除以培养时间 , 得到单位时间内的乙烯平均生成速率 , 如图 

3.7。 

6.00E-06 

乙烯生成平均速率 (ml/g/h) 

5.00E-06 

4.00E-06 

3.00E-06 

2.00E-06 

1.00E-06 

0.00E+00 

16 24 40 

时间 (h) 

Time(h) 

图 3.7 培养 24 小时后乙烯平均生成速率 (ml/g/h) 

Figure 3.7 Average rate of C 2 H 4 production after 24 hours incubation 

培养 24 小时后 , 乙烯平均生成速率最大值为 40 小时内平均速率 =1.59×10 -6 

ml/g/h, 最小值为 24 小时内平均速率 =1.2×10 -6 ml/g/h。高于之前测定的结果 , 

34




即图 3.5 中测得的 23 小时内平均速率 1.02×10 -6 ml/g/h。 

在培养 24 小时后 , 乙烯生成速率有个先下降后升高的过程 ,24 小时内乙 

烯平均生成速率低于 16 小时内平均生成速率 , 说明 40-48 小时内乙烯生成速率 

有所下降 ; 而在 40 小时内平均速率最高 , 说明 48 小时到 64 小时内乙烯生成速 

率有升高 , 而且高于 24-40 小时内的平均速率。 

将乙烯生成速率作为指标进行方差分析 , 不同时刻作为因素 ,F=0.15< 临 

界值 3.40, 说明不同时刻乙烯速率变化不显著。 

在雨季 , 对 0-24 小时内和 24-48 小时内乙烯生成速率 , 进行了比较 ( 图 

3.8)。第二天平均乙烯生成速率明显高于第一天 , 比如 5 号样品 , 为前一天乙 

烯平均生成速率的 3 倍 , 最高为 2 号样品 , 第二天乙烯平均生成速率甚至达到 

了第一天的上百倍。这说明第二天附生物的固氮能力相比第一天仍有提高。 

1.00E-08 

第一天 First day 

第二天 Second day 

1.00E-07 

平均乙烯生成速率 (ml/g/h) 

1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

1 2 3 4 5 6 

样品 

Samples 

图 3.8 第一天和第二天平均乙烯生成速率比较 

Figure 3.8 Variation in C 2 H 4 production rate between first and second 

day under laboratory incubation 

方差分析显示 , 在不同天之间 ,F=77.76> 临界值 4.96, 说明前后两天平均 

乙烯生成速率差异明显。雨季前后两天乙烯生成速率差异显著可能是因为雨季 

35


样品湿润 , 长时间水分刺激导致附生物固氮能力下降 , 但附生物能逐渐适应水 

分刺激并恢复固氮能力。 

1.2.3 小结 

1.2.3.1 附生物呼吸速率变化 

Issa 等 (2003) 发现即使在离体失水保存 3 天后 , 蓝藻仍然有较强的维持新陈 

代谢的潜能。固氮酶对氧敏感。Rober 和 Postgate (1980) 以及 Susan 等 (1981) 认为 , 

通过菌体强烈呼吸作用 , 使氧气浓度迅速下降 , 造成胞内无氧环境 , 有利于固氮 

酶合成 ( 王丽和赵静娟 ,1994)。蒋跃林等 (2006) 发现二氧化碳浓度升高有助于 

大豆根瘤的生物量和固氮能力的增加。可见保持较强的呼吸能力有助于固氮酶的 

固氮能力的维持。 

本研究测定了 168 小时内附生物的呼吸速率。从测定结果可以看出附生物 

呼吸速率在 144 小时内 (6-7 天 ) 均保持较强水平 , 并且到 168 小时 ( 第 7 天 ) 

时平均呼吸速率仍高于前 72 小时内的水平。 

本研究的样品从采集到送到实验室测定一般需要 1-2 天时间 , 而对附生物呼 

吸速率的测定结果表明其在离开树木后仍能保持较强活性 , 直至附生物离开树木 

后第 6 天左右其呼吸速率才开始下降 , 但仍能保持较高的数值。因此 , 样品的采 

集和运输过程并不会对附生物的活性造成影响 , 带回昆明进行分析时附生物应该 

依然保持了较高的固氮能力。 

1.2.3.2 培养瓶内加入乙炔量的选择 

在乙炔还原法中 , 培养瓶内乙炔加入量的不同会对结果产生明显影响。伯 

杰森 (1987) 发现拜叶克氏菌 ( A.beijeriinckii spp) 的乙炔还原活性随着乙炔加入 

量的升高而增加 , 直至乙炔加入量占瓶体积的 10%, 而巴氏梭菌 (Clostridium 

pastenriau) 在乙炔加入量大于培养瓶体积 25% 时 , 其生长被抑制。顾俭本等 

(1980) 测定大豆根瘤时 , 发现乙炔的最适加入量为培养瓶体积的 10%, 当该 

比例上升至 20-30% 时 , 对酶活性产生明显的抑制作用。Minchin 等 (1985) 将 

白三叶草和豌豆根瘤注入 10%C 2 H 2 , 乙炔还原的乙烯量明显下降。可见 , 乙炔 

36



必须足量 , 但过量的乙炔浓度又会抑制乙炔还原过程。 

本研究发现 , 在 300ml 培养瓶中 , 加入 25 毫升乙炔的样品乙烯产生较快 , 

变化趋势最为明显。目前乙炔还原法研究多采用加入培养瓶体积 10% 比例的乙 

炔 , 本研究测定附生物固氮能力的培养瓶体积为 300 ml, 从测定结果来看 , 对 

比加入 30ml 乙炔的样品 , 一是其乙烯生成速率没有加入 25ml 高 , 二是其出现 

了经过 12 小时后速率变缓逐渐下降 , 有可能是乙炔过量延缓了乙烯的生成。因 

此 , 我们选择在 300ml 培养瓶中加入 25ml 乙炔作为附生物固氮能力测定的加入 

量。 

1.2.3.3 附生物培养时间的选择 

从已知文献看 , 固氮酶的活性或者说固氮能力是随时间不断变化的 , 而且 

不规律变化。很多研究发现 , 样品放入培养瓶后 , 固氮能力在 48 小时甚至更长 

时间内都能保持较高水平 , 甚至会随着时间延后逐渐增加。 

新楠 (2006) 发现羊草 (Aneurolepidium chinensis) 和冰草 (Agropyron 

mongolicum Keng) 根际固氮菌固氮能力随着培养时间增加逐渐增加 , 在 72 小 

时达到最高点 ( 图 3.9)。季天委 (2003) 发现 5 种水稻的联合固氮菌乙烯累积 

量在 60 小时内持续增加。 

图 3.9 不同培养时间与固氮能力的关系 

Figure 3.9 Relation between culture time and fixing nitrogen ability 

(Modified from Xin Nan, 2006) 

37


刘国凡等 (1991) 发现刺槐 (Robinia pseudoacacia L.) 根瘤固氮能力 , 吴 

晓丽等 (1994) 发现杨梅 (Myrica rubra) 根瘤固氮能力 , 都在一天内不规律变化 , 

并且中间可出现几个高峰。王军辉等 (2004) 发现桤木 (A. cremastogyne Burk.) 

幼苗根瘤在 30 小时内固氮能力在 30 小时内出现 5 次高峰 , 在 15 点出现的高峰 

数值和第二天 9 点左右高峰值接近。 

那么附生物的固氮能力是否也是如此变化呢 ? 

从本实验结果看 , 在总体趋势上 , 在 300ml 容器内加入 25ml 乙炔 ,12 小 

时内乙烯生成平均速率是 5 小时内乙烯生成平均速率的 2 倍多 ; 样品在放入培 

养瓶后培养一天后 ,40 小时内乙烯生成速率出现了几个高峰。 

说明附生物的固氮能力变化并不是匀速变化 , 也不是一直增加或减少 , 而 

是在一段时间内不规律的变化。样品放入培养瓶后 , 乙烯生成速率在一天内会 

出现几个高峰 ,24 小时后乙烯生成速率仍有增高 , 不论干季还是雨季 , 连续几 

天内都能保持较高的乙烯生成速率。 

目前 , 在选用乙炔还原法测定根瘤或固氮酶等固氮能力时 , 一般方法是 , 

将样品放入培养瓶后 , 用塞子密封。然后抽取一定量空气 , 然后加入等量的乙 

炔 , 培养 24-48 甚至 72 小时后 , 抽样测定乙烯生成量。这样一是可以得到较长 

时间内的平均乙烯生成速率 , 更为准确 , 二是可以增加瓶内的乙烯累积量 , 尽 

可能保证探测到乙烯的生成 , 避免乙烯含量过低而导致仪器无法探测到 (Deluca 

et al., 2004; Formn, 1975; 马丹丹 ,2006; 田宏 ,2004; 新楠 ,2006; 郑红丽等 , 

2007)。 

我们的实验同样说明对附生物固氮能力的测定采用这一方法也是较为合理 

的。 

从样品固氮能力分析可以看出 , 附生物固氮能力的变化并非匀速变化 , 选 

择某个时刻测量其固氮速率是很困难 , 也是很不准确的。应该选择一个较长时 

间段 , 测量其乙烯累积量 , 然后以该时段内的平均乙烯生成速率来表示平均固 

氮能力较为合理。所以在本研究在测定样品的固氮速率时 , 选择在培养 24 小时 

后 , 测定其乙烯累积量再除以培养时间 , 以所得到的平均乙烯生成速率来代表 

附生物在一段时间内的平均固氮速率 , 更为合理和准确。 

总之 , 附生物不论在干季还是雨季 , 离开寄主树木后 , 在 2-4 天内固氮能 

38



力都保持在一个较高水平上 , 这样就为我们采样然后带回昆明分析提供了科学 

依据。而且其固氮速率并不是匀速不变或者线性增加或减少 , 而是在一天或几 

天内出现几个或更多的高峰。因此 , 我们选择其在 24 小时内的平均乙烯生成速 

率来表示其固氮能力。 

39


2 15 N 自然丰度法研究附生物固氮 

15 N 自然丰度法可以直接测定样品内累积的 

15 N 来对固氮能力进行计算 , 但 

其成本高、受参照物和分馏作用影响大。因此 , 本研究选用 

15 N 自然丰度法在 

部分月份测定了附生物的 δ 15 N 值。采样时间干季为 2006 年 4 月份 , 雨季为 2006 

年 8 月份。 

2.1 样品采集 

在每个样地内 , 选择景东石栎 (Lithocarpus chintungensis) 和云南越桔 

(Vaccinium duclouxii) 各两棵。这两个树种均为样地内优势树种 , 且前者为哀 

牢山中山湿性常绿阔叶林的优势树种 , 而后者为该区亚层优势树种 ( 何永涛等 , 

2000、2003)。 

针对每棵样木 , 分上下层采集附生物样品 , 下层为树干 0-5m 间 , 上层以主干 

开始出现主要分叉处为起点。 

在树干 0、1.3、1.5 m 处各设置一个 20 cm×20 cm 的小样方采集下层样品。 

上层采样则在树干出现主要分枝后 , 在主侧枝上设置一个面积为 400 cm 2 的小 

样方 , 在确保安全的情况下 , 然后结合人能攀登的最高高度 , 每隔一米随机选 

取一个较大的分枝 , 每个树枝取样面积约 10 cm×10 cm 或 5 cm×20 cm, 然后合 

成一个 400 cm 2 的样方。采样时小心剥取附生物 , 尽量不损害附生物的组织。 

将样品放入密封袋内保存。 

非固氮的参照植物 , 分别选取了箭竹 (Sinarundinaria nitida)、玉山竹 

(Y.niitakayamensis(Hayata)Keng f.)、水竹 (Phyllostachys heteroclada Oliver) 

和方竹 (Chimonobambusa quadrangularis(Fenzi) Makino)。 

样品带回昆明后 , 将来自下层 0、1.3、1.5m 高度处的 3 个 20 cm×20 cm 的附生 

物混合后 , 从中挑选尺寸约 20cm×20 cm 的附生物作为一个样品。上层同样如此。 

参照植物样品均选用植物的叶 , 苔藓则选用植物全体 (Bentley & Carpenter, 1984; 

Doughton et al., 1992;Hietz, 1997; 周克瑜等 ,1998)。分别在 06 年 4 月和 8 月进行 

一次。 

40



2.2 15 N 自然丰度法 

大气中氮气自然丰度值一般是 0.363 原子 %, 被认为是 15 N 标准自然丰度。通 

常以样品中的 15 N 与标准自然丰度 ( 大气 15 N 丰度 ) 的千分差 δ 15 N 表示其相对丰度 , 

大气的 δ 15 N 为零。 

在计算固氮植物的固氮百分率 (%N dfa ) 时 , 所采用的公式如下式所示 : 

%N dfa =(δ 15 N ref -δ 15 N s )/(δ 15 N ref -δ 15 N n ) 

其中 δ 15 N ref 为非固氮参照植物 ( 生长在同一生境上的植物 ) 的 15 N 丰度 ,δ 15 N s 

为固氮植物的 15 N 丰度 ,δ 15 N n 为生长于无氮培养基质上的已知固氮植物的 15 N 丰 

度。 

固氮量 =%N dfa × 附生物全氮含量 × 附生物生物量。 

具体步骤 : 将样品在 70℃ 下烘干 48h, 然后过 0.5mm 筛 , 放入密封袋等待 

同位素分析。 

全氮测定使用凯氏微量法 , 同位素分析采用质谱仪 MAT251 进行 ( 图 3.10)。 

方差分析均在 P


材料收集 

Sample collection 

干物质 

Dry substance 

C、O、N、S 

组分分离 

Fraction 

Ddisintegration 

真空密封 

Seal in vacuum 

消化或皂化处理 

Digestion treatment 

燃烧 

Combustion 

气体纯化分离 

Gas purification 

2.3 15 N 自然丰度法测定结果和分析 

质谱分析 

Spectrometer 

analysis 

图 3.10 测定有机物质中同位素的程序 

Fig.3.10 Procedures for determining isotope of organic 

matter 

2.3.1 干季测定结果和分析 

以上下层的 δ 15 N 值为指标 , 上下层和不同样木为因素 , 进行方差分析显示 , 

不同样木之间 ,F=1.87< 临界值 1.90, 差异不显著 ; 同样不同层之间差异同样也 

不显著。可见 , 不同样木和不同层对附生物的 δ 15 N 值没有显著影响 

以上下层的 δ 15 N 值为指标 , 上下层和不同样地为因素 , 进行方差分析显示 , 

42



不同样地的 F 值 1.53 小于临界值 2.32, 说明不同样地间差异不显著 ; 同样 , 不同层 

之间差异也不显著 , 不同层和不同样地交互作用不显著。说明不同层和不同样地 

对附生物 δ 15 N 值影响不显著。 

2.3.2 雨季测定结果和分析 

以上下层的 δ 15 N 值为指标 , 上下层和不同样木为因素 , 进行方差分析显示 , 

不同样木之间 ,F=2.12< 临界值 2.17, 差异不显著 ; 不同层之间差异同样也不显 

著。可见 , 不同样木和不同层对附生物的 δ 15 N 值没有显著影响。 

以上下层的 δ 15 N 值为指标 , 上下层和不同样地为因素 , 进行方差分析显示 , 

不同样地的 F 值 2.38 小于临界值 2.69, 说明不同样地间差异不显著 ; 同样 , 不同层 

之间差异也不显著 , 不同层和不同样地交互作用不显著。说明不同层和不同样地 

对附生物 δ 15 N 值影响不显著 

2.3.3 参照植物的测定结果和分析 

选择的四种非固氮参照植物的 δ 15 N 值分别为 -1.02‰、-0.29‰、2.36‰ 和 

0.71‰。 

固氮植物和非固氮参照植物的 δ 15 N 值之差合理范围为 3-5 δ 15 N 值 , 选用的 

非固氮参照植物的 δ 15 N 值变化范围最大不应超过 19%(Rennie et al., 1976; 

Shearer & Kohl, 1986; 曹亚澄等 ,1995)。而本实验发现附生物的平均 δ 15 N 值 

-1.87‰ 和四种非固氮参照植物的差值大部分明显不在该合理范围内 , 只有一种 

参照植物水竹 (Phyllostachys heteroclada Oliver) 的 δ 15 N 值 2.36‰ 在该范围内 , 

而且四种参照植物之间 δ 15 N 值变化差异过大 , 超出了合理范围。因此这四种植 

物不适合作为参照植物。 

2.4 小结 

在干季和雨季的两次测量中 , 不同样地、不同采样层和不同样木对 δ 15 N 值 

均无显著影响。 

这可能是由于附生物的固氮能力在不同月份不断变化 , 虽然某个时期某些 

个体固氮能力高或者低于其他个体 , 但经过一个较长时间 

15 N 累计逐渐趋于没 

43


有显著差异。 

另一个原因则可能是植物体内 15 N 的分馏作用。在植物体内 15 N 差异是由于内 

循环的分馏 ( 15 N 趋向降低 ) 作用 , 越后生长的器官其 15 N 丰度越低。所以在选择 

样品时要挑选生长比较成熟的个体。虽然苔藓等附生植物 , 没有根、茎、叶的分 

化 , 但有些种类有发达的内部传导水分的系统 ( 吴鹏程 ,1998; 张萍等 ,2005), 

而这些系统同时有可能影响了 15 N 的分馏 , 减弱了植物体内的 15 N 差异。 

利用 

15 N 自然丰度法估计固氮植物生物固氮比例 , 对参比植物的要求较高 , 

一般要求参比植物与固氮植物有相似的物候特征、根系分布特征和形态特征 , 

并且参比植物需利用与固氮植物相似的土壤氮源 ( 如侧重于铵态氮或硝态氮 ), 

否则会产生很大误差。为了减少测量结果的误差 , 必须从符合参照植物条件的 

植物中比较选择出多种非固氮植物 , 而且这几种非固氮植物之间 δ 15 N 值的差异 

以及它们与待测固氮植物的 δ 15 N 值差异都不能过大 , 然后进一步取多种参照植 

物计算结果的平均值来估算固氮植物的生物固氮比例 (Yoneyama,1984; 杜丽娟 

等 ,1996; 周克瑜等 ,1998)。 

在我们的样地中 , 只有竹类植物上面没有生长附生物 , 而竹类植物 δ 15 N 测 

定结果表明 , 选择的四种参照植物之间 

15 N 值变化范围超出了合理范围 , 选择 

竹类作为参照植物是不合适的。而且只有一种竹类植物水竹 (Phyllostachys 

heteroclada Oliver) 的 δ 15 N 数值与附生物的 δ 15 N 差值在合理范围内 , 显然没有 

重复 , 无法推算附生物的生物固氮比例。 

44



3 总结 

15 N 自然丰度法中 , 参照植物的选择、植物分馏等因素会极大影响结果。 

在选用该方法计算固氮能力时 , 必须选择多种参考固氮植物和非固氮植物 , 进 

行对比 , 然后参照其他方法结果 , 加以选择。 

15 N 自然丰度法假定固氮植物和参照植物的非固氮氮源的 δ 15 N 丰度相同 , 但 

在热带、亚热带森林生态系统中 , 由于土壤有机氮富集和凋落物等因素 , 使得不 

同的参照植物有不同的获取氮源的途径 , 从而导致不同植物利用氮源 δ 15 N 丰度的 

差异性增大 , 因此在这些森林生态系统中应用该方法难度较大 (Hgberg, 1990; 

何道波等 ,2004; 苏波等 ,1999)。 

本研究中 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶林中附生物分布广泛 , 符合参照植物 

选择标准的非固氮参照植物很少。只有竹类植物上没有附生物 , 而测定竹类 δ 15 N 

值发现 , 几种竹类之间 δ 15 N 值差异很大 , 而且不在合理范围内 , 其作为参照植 

物也是不合理的。因此 , 本研究选用 

15 N 自然丰度法作为附生物生物固氮能力 

的测定方法 , 其可操作性较差。 

本研究选用乙炔还原法的优点为 : 

(1) 乙炔还原法是一种间接测定方法 , 测得结果为瞬间的数值 , 可以便捷、 

准确的判断固氮能力存在与否。 

(2) 乙炔还原法可以离体测定也可以整株活体连续测定或原位测定 , 为样 

品从寄主树木剥离后带回实验室分析提供了可行性。 

(3) 苔藓、地衣等附生物固氮能力低于已知的根瘤固氮能力近百倍甚至更 

低 (Carpenter, 1992; Deluca et al., 2004; Mullin & Dobritsa, l996), 因此对测定方 

法提出了更高的要求 , 乙炔还原法灵敏度高 , 可以精确地探测到固氮能力的存 

在。 

(4) 生物的固氮能力是不断变化的 , 乙炔还原法是一种间接、瞬间测定固 

氮能力的方法。目前国外有学者利用该方法探测了附生物是否存在固氮能力 , 

并在某一时间测定一次或在几个月份测定几次然后对固氮能力变化范围进行了 

估测 (Deluca et al., 2004; Forman, 1975; Stewart et al., 1992)。这就为我们分析附 

生物固氮能力变化规律并推算固氮能力数值范围 , 以及不同因素对固氮能力的 

影响提供了可能。 

45


总之 , 相比而言 , 乙炔还原法较为成熟 , 操作简便可行。我们的研究目的 

是验证附生物是否具有固氮能力 , 乙炔还原法可以迅速进行判断。而且该方法 

便于分析各种因素处理下固氮能力的瞬息变化 , 这就为我们分析附生物固氮能 

力的变化范围和影响因素提供了可能。因此本研究最后选择乙炔还原法作为附 

生物固氮能力的测定方法。 

同时 , 标准曲线的建立以及预备实验对注入乙炔量的选择、培养时间的选 

择以及培养瓶内压强变化等影响因素的研究 , 为应用乙炔还原法开展附生物固 

氮能力的测定奠定了基础。 

46

第四章哀牢山中山湿性常绿阔叶林附生物的固氮能力 


哀牢山站地处西南季风气候区 , 年平均温度 11.0℃, 最热月 (7 月 ) 温度 

为 15.3℃, 最冷月 (1 月 ) 温度为 5.0℃,≥10℃ 积温为 3420℃。年平均降水量 

1931.1 mm, 干、雨季节分明 , 干季 (11-4 月 ) 降水一般占年降水约 15%, 雨 

季 (5-10 月 ) 占 85%。年平均相对湿度为 83%, 在一年中月平均相对湿度 ≥90% 

的月份有 4-6 个月 ,≥80% 的月份达 7-9 个月。年日照时数为 1239 h。哀牢山站 

的气候特征是长冬 (5 个月 ) 无夏 , 春秋 (7 个月 ) 相连 , 即气候温凉 , 水湿资 

源丰富。 

在哀牢山亚热带中山湿性常绿阔叶林中 , 相比温度 , 降雨量变化更为显著。 

本研究将对样品进行物种鉴定验证是否包含了该区内较多的附生物物种。然 

后进一步探测固氮能力在不同树种样木的上下层附生物中是否广泛存在。同时分 

析来自不同样木、不同高度和不同月份附生物固氮能力是否有差异 , 并对影响固 

氮能力的因素进一步进行讨论。最后根据乙烯生成速率对附生物固氮能力的变化 

范围做出推测。 

1 材料和方法 

1.1 附生物样品采集 

在每个样地内 , 选择景东石栎 (Lithocarpus chintungensis) 和云南越桔 

(Vaccinium duclouxii) 各两棵。这两个树种除了是样地内优势树种外 , 前者为 

哀牢山中山湿性常绿阔叶林的优势树种 , 而后者为该区亚层优势树种 ( 何永涛等 , 

2000、2003), 样木 DBH 均在 30cm 以上。 

针对每棵样木 , 采集附生物样品时 , 我们分上下两层 , 下层为 0-5m 树干 , 

上层为树干上开始出现主要分叉为起点。 

在 0、1.3、1.5 m 树干处各设置一个 20 cm×20 cm 的小样方采集下层样品。 

树木上层 , 在树干出现主要分枝后 , 在主侧枝上设置一个面积为 400 cm 2 的小 

样方 , 在确保安全的情况下 , 然后结合人能攀登的最高高度 , 每隔一米随机选 

取一个较大的分枝 , 每个树枝取样面积约 10 cm×10 cm 或 5 cm×20 cm, 然后合 

成一个 400 cm 2 的样方。采样时小心剥取附生物 , 尽量不损害附生物的组织。 

47


将样品放入密封袋内保存。 

地衣在我们的采样层中出现较少 , 徐海清 (2005) 报道在哀牢山中山湿性 

常绿阔叶林中 , 地衣生物量为 0.21 t / ha, 而且在 20-22 m 高度所占生物量比例 

最高 , 但也仅占 2.69%。本研究未做采集和分析。 

样品带回昆明后 , 将下层的 3 个 400 cm 2 样方的附生物样品充分混合 , 然后选 

择面积约 400 cm 2 尺寸样品加入培养瓶中。同样将上层的样品充分混合 , 选择面 

积约 400 cm 2 尺寸样品加入培养瓶 , 采用乙炔还原法测定乙烯生成速率。在干季 , 

样品鲜重约 5-15 g, 雨季约 20-30 g。自然光照 , 实验室温度调节为接近当月截止 

GC 测试时哀牢山台站观测的平均温度。 

我们将首先选择 8 块样地内的 32 棵样木采集附生物样品 (2005 年 11 月 ) 来验 

证附生物固氮能力是否广泛存在 , 并确定不同样地和不同样木间附生物样品乙烯 

生成速率无显著差异。为了保证样品采集能在同一时间内尽快完成 , 特别是在雨 

季持续降雨采样操作难度大 , 耗费时间长 , 在通过物种鉴定确认 16 棵样木已经包 

含该区大多数物种后 , 在后来的分析工作中 , 我们选择其中的 4 块样地 16 棵样木 

来采集附生物样品。 

1.2 乙炔还原法测定附生物固氮能力 

用注射器从 300ml 培养瓶上部空间中抽出 25ml 空气并注入 25ml 乙炔。放 

置一定时间之后 , 抽取培养瓶内气体用气相色谱仪测定培养瓶中的乙烯浓度 , 

待气相色谱仪基线走稳后 , 抽样测定 , 读数 3 次取平均值。根据测得乙烯浓度 

除以样品重量和培养时间计算出附生物的乙炔还原活力 , 单位为 :ml 乙烯 /g 附 

生物 /h。理论上还原乙炔为乙烯与还原氮气为氨的比例为 3:1, 由此可以计算 

附生物的固氮能力 (ArreseIgor et al., 1993; Evans et al., 2000; Gerard et al., 1977; 

Lucas & Anthnoy, 1998; Yowhan, 2001)。 

GC 测定在中科院昆明植物研究所植化国家重点实验室分析测试中心完成 , 

气相色谱仪采用安捷伦 6890。HP-AL/S 石英毛细管柱 (30 mm×0.53 mm×15 

µm); 柱温 ,120℃ 定温 ; 柱流量为 6 ml/min, 进样口温度 160℃; 氢火焰检 

测器温度 250℃; 载气为高纯氮气 , 氢气流量 40 ml/min, 空气流量 300 ml/min。 

根据理想气体状态方程 :PV=nRT, 可以计算出测试状态下已知体积气体的 

48


摩尔数。 

由 PV=nRT, R 为常数 , 得出 ,P1V1/n1T1=P0V0/n0T0; 

进一步转化得到 n1/n0=P1V1T0/P0V0T1, 就可以将测试状态下乙烯气体的体积 

转化为物质的量 - 摩尔数。 

其中 ,P 表示压强 ,V 表示气体体积 ,n 为物质的量 - 摩尔数 ,T 为绝对温度 , 

0 为标准状态 ,1 为测试时候的状态。标准状态下 ,1 摩尔气体为 22.4 L。 

换算固氮酶还原乙炔中氮素量的理论比值 VC2H2∶VN2=3:1, 氮气分子量 28。 

样品在放入培养瓶前测定鲜重 , 乙炔还原法实验结束后烘干测定干重。同 

时对样品中苔藓物种进行鉴定。 

1.3 附生物蓄水能力测定方法 

在 4 块样地 16 棵样木上采集上下层两层的样品 , 共 32 份 , 然后分别将来自同 

一层的样品充分混合 , 在上下层各挑选 4 个尺寸在 20 cm×20 cm 的样品。然后用 

室内浸泡法测定附生物的持水量及其吸水速度。 

首先 , 对所采集的苔藓、地衣进行风干并每天称其重量。 

然后将称重后的样品原状放入尼龙网 , 再将装有样品的尼龙网置入盛有清水 

的容器中 , 水面略高于尼龙网的上沿。将苔藓浸入水中后 , 开始时每隔 30 min 将 

尼龙网取出 , 静置 5 min 左右 , 至不滴水为止 , 迅速称湿重并记录。待浸泡 2 h 后 , 

每隔 2 h 将尼龙网取出称重 , 称重方法如上。待浸泡 10 h 后 , 一直到浸泡 20 h 时再 

取出称重。每次从浸泡容器中取出称重所得的湿重与其风干重差值 , 即为浸泡不 

同时间时的持水量 , 该差值与浸水时间的比值即为的吸水速率测定值。我们分别 

用持水量与干重的百分比 - 持水率 (%), 吸水速率 (g 水 /h/g 样品干重 ) 来表 

示。 

同时 , 在干雨季采集的样品测定前后分别称量干重和湿重。 

49


2 附生物样品中苔藓植物物种鉴定结果和分析 

在采集附生物样品时 , 采样方法借鉴了生物多样性的采样方法。为了确认进 

行固氮能力测定的样品中已经包含了较多的附生物物种 , 我们对其物种情况进行 

了鉴定。 

按照前文所述 ,2006 年 3 月我们在 8 块样地中选择 4 块样地 , 也就是 16 棵样木 

采集了上下层的附生物样品 , 共 32 份。 

在采用乙炔还原法测定样品乙烯生成速率后 , 对其进行物种的鉴定。 

物种鉴定结果中 , 除了一个苔藓种类只鉴定到属 , 即细疣胞藓属 (Clastobryella 

tenella Fleisch.), 其余都鉴定到了种或亚种 , 比如多枝毛柄藓刺齿亚种 

(Calyptrochaea romasa (Fleisch.) B. C. Tan & H. Robins subsp. spinosa (Nog.) B. 

C. Tan & P. J. Lin)。 

2.1 下层样品中苔藓植物物种鉴定结果和分析 

在下层样品中 , 共发现 18 个物种 , 分属 14 个属。 

在不同属中 , 树平藓属 (Homaliodendron)、鞭苔属 (Bazzania)、羽苔属 

(Plagiochila) 出现次数最多 , 分别出现 11 次、10 次、6 次。 

从种来看 , 刀叶树平藓 (Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch.)、 

白边鞭苔 (Bazzania oshimensis (Steph.) Horik.) 和白叶鞭苔 (Bazzania albifolia 

Horik.) 出现次数最高 , 分别为 8 次、6 次和 4 次。 

花叶湿地藓 (Hyophila rosea Williams)、多枝毛柄藓刺齿亚种 (Calyptrochaea 

romasa (Fleisch.) B. C. Tan & H. Robins subsp. spinosa (Nog.) B. C. Tan & P. J. 

Lin) 等 6 个物种分属 6 个属 , 只在一个宿主的下层中发现 ( 表 4.1)。 

50


表 4.1 下层苔藓物种和频度 

Figure 3.1 Species and frequency of moss in sub-canopy layer 

种类 

Species 

频率 (%) 

Frequency 

宿主数量 

Host trees 

刀叶树平藓 

50 8 

Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch. 

西南树平藓 

12.5 2 

Homaliodendron montagneanum (C. Muell.) Fleisch. 

树平藓 

6.25 1 

Homaliodendron flabellate (Sm.) Fleish. 

白边鞭苔 

37.5 6 

Bazzania oshimensis (Steph.) Horik. 

白叶鞭苔 

25 4 

Bazzania albifolia Horik. 

羽枝羽苔 

25 4 

Plagiochila fruticosa Mitt. 

尼泊尔羽苔 

12.5 2 

Plagiochila nepalensis (Spreng) Lehm. & Lindenb. 

大凤尾藓 

18.75 3 

Fissidens nobilis Griff. 

波叶拟平藓 

12.5 2 

Neckeropsis crinita (Griff.) Fleisch. 

大羽藓 

Thuidium cymbifolium (Dozy & Molk.) Dozy & 12.5 2 

Molk. 

南方小锦藓 

12.5 2 

Brotherella henonii (Duby) Fleisch. 

网藓 

12.5 2 

Syrrhopodon gardneri (Hook.) Schwaegr. 

花叶湿地藓 

6.25 1 

Hyophila rosea Williams 

尖毛细羽藓 

6.25 1 

Cyrto-hypnum fusctum (Besch.) Wu, Crosby & He 

尖叶美喙藓 

6.25 1 

Eurhynchium eustegium (Besch.)Dix. 

皱萼苔 

6.25 1 

Ptychanthus striatus (Lehm. & Lindenb.) Nees 

耳平藓 

6.25 1 

Calyptothecium philippinense Broth. 

多枝毛柄藓刺齿亚种 

Calyptrochaea romasa (Fleisch.) B. C. Tan & H. 

Robins subsp. spinosa (Nog.) B. C. Tan & P. J. Lin 

6.25 1 

51


2.2 上层附生物中苔藓植物鉴定结果和分析 

在上层样品中 , 共发现 27 个物种 , 分属 22 个属。 

在不同属中 , 羽苔属 (Plagiochila)、树平藓属 (Homaliodendron) 和细疣 

胞藓属 (Clastobryella tenella Fleisch) 出现次数最多 , 分别为 13 次 ,10 次、和 

4 次。 

在不同种中 , 刀叶树平藓 (Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch.)、 

羽枝羽苔 (Plagiochila fruticosa Mitt.)、弯叶细鳞苔 (Lejeunea curviloba Steph.)、 

细疣胞藓属一种 ( Clastobryella tenella Fleisch. )、疏叶羽苔 ( Plagiochila 

secretifolia Mitt.) 出现次数最多 , 分别为 8 次、6 次、4 次、4 次、4 次。 

尼泊尔羽苔 (Plagiochila nepalensis(Spreng)Lehm. Et Lindenb.)、台湾绿锯 

藓 (Duthiella formosana Nog.)、白边鞭苔 (Bazzania oshimensis (Steph.) Horik.) 

等有 17 种共 14 属仅在一棵样木的上层中出现 ( 表 4.2)。 

表 4.2 上层苔藓物种和频度 

Figure 4.2 Species and frequency of moss in upper canopy layer 

种类 

Species 

羽枝羽苔 

频率 (%) 

Frequency 

宿主数量 

Amount of host 

Plagiochila fruticosa Mitt. 37.5 6 

疏叶羽苔 

Plagiochila secretifolia Mitt. 25 4 


Plagiochila nepalensis(Spreng)Lehm. Et 

Lindenb. 

狭叶羽苔 

trees 

6.25 1 

Plagiochila trabeculata Steph. 6.25 1 

卵叶羽苔 

Plagiochila ovalifolia Mitt. 6.25 1 


Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch. 50 8 

细疣胞藓属一种 

Clastobryella tenella Fleisch. 25 4 

弯叶细鳞苔 

Lejeunea curviloba Steph. 25 4 

扭尖松萝藓 

Papillaria feae Fleisch. 12.5 2 

52


东亚拟平藓 

Neckeropsis calcicola Nog. 12.5 2 

大羽藓 

Thuidium cymbifolium (Doz.et Molk.) Doz. et 

Molk. 

小扭叶藓 

12.5 2 

Trachypus humilis Lindb. 12.5 2 

小蔓藓 

Meteoriella soluta (Mitt.) Okam. 12.5 2 

台湾绿锯藓 

Duthiella formosana Nog. 6.25 1 

白边鞭苔 

Bazzania oshimensis (Steph.) Horik. 12.5 1 

弯叶小锦藓 

Brotherella falcata (Dozy et Molk.) Fleisch. 12.5 1 

波叶金枝藓 

Trismegistia undulata (Broth. et Yas.) 6.25 1 

弯叶刺枝藓 

Wijkia deflexifolia (Ren. et Card.) Crum. 6.25 1 

灰羽藓 

Thuidium pristocalyx (C. Muell.) Jaeg. 6.25 1 

多枝剪叶苔 

Herbertus ramosus (Steph.) Mill. 6.25 1 

爪哇剪叶苔 

1 

Herbertus javanicus (Steph.) Mill. 6.25 

刺果藓 

Symphyodon perrottetii Mont. 6.25 

曲尾藓 

Dicranum scoparium Hedw. 6.25 1 

橙色锦藓 

Sematophyllum phoeniceum (C. Muell.) Fleisch. 6.25 1 

皱萼苔 

Ptychanthus striatus (Lehm. Et Lindenb.) Nees 6.25 1 

云南平藓 

Neckera yunnanensis Enroth. 6.25 1 

兜叶藓 

Horikawaea nitida Nog. 6.25 1 

1 

53


3 附生物固氮能力干雨季测定结果和分析 

我们采集附生物样品 , 选用乙炔还原法在干季和雨季进行测定 , 验证附生 

物固氮能力是否广泛存在 , 并通过得到的结果推测附生物固氮能力变化的范围。 

3.1 干季测定结果和分析 

在干季 , 我们选择 2005 年 11 月份 ,2006 年 1 月、2 月和 3 月进行了测定。 

2005 年 11 月份 

采集得到 8 块样地内 32 棵样木上下两层共 64 个样品。以乙烯生成速率为 

指标 , 不同样木 (32 棵树 ) 和不同层 ( 上下层 ) 作为因素 , 进行两因素方差分 

析。 

32 棵样木之间乙烯生成速率无显著差异 ,F=0.98< 临界值 1.84; 上下层乙 

烯生成速率有显著差异 ,F=4.96> 临界值 4.17。说明不同样木对乙烯生成速率 

无明显影响 , 而不同采样层对其有明显影响。 

将乙烯生成速率作为指标 , 不同样地和不同层作为因素 , 进行方差分析。 

方差分析显示 , 在不同样地间 ,F=0.66< 临界值 2.32, 不同样地之间乙烯 

生成速率差别不显著。在不同采样层 ( 上下层 ) 之间 ,F=4.74> 临界值 4.07, 

乙烯生成速率差别显著。不同样地和不同采样层交互作用 ,F=0.71< 临界值 

2.32, 交互作用不显著。 

说明不同样地对乙烯生成速率无显著作用 , 不同采样层对乙烯生成速率有 

显著影响。不同样地和不同采样层无交互作用。 

将 64 个样品按照不同样地 , 分成 8 组进行分析。从图 4.1 中看出 , 除去 4 

号样地 , 其他样地上层样品的乙烯生成速率都高于下层。 

54

不同样地上下层乙烯生成速率 (ml/g/h) 

Average C2H4 production rates in 

different layers at 8 plots 


上层 Upper canopy layer 

下层 Sub-canopy layer 

1.00E-08 

1.00E-07 

1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

1 2 3 4 5 6 7 8 

样地 

Plots 

图 4.1 2005 年 11 月 8 块样地不同层平均乙烯生成速率 

Figure 4.1 Average rates of C 2 H 4 production by plots and andcanopy layers(November,2005) 

2006 年 1 月 

2006 年 1 月采集样品时 , 发现其极其干燥 , 附生物器官颜色发黄 , 类似风 

干状态 , 无法测得乙烯的生成。而浸泡水后 , 迅速颜色变绿 , 并探测到了乙烯 

的生成。 

附生物干燥是因为从 2005 年底到 2006 年 1 月 , 哀牢山地区未出现降雨 , 

附生物长期处于干燥状态 , 已接近风干。 

2006 年 2 月 

我们在 2006 年 1 月份采样后 , 发现附生物样品无法测到乙烯的生成 , 而在 

2 月份样品仍然只有极少部分测到了乙烯的生成。而同期 , 哀牢山地区春季遭 

遇大旱 ,1-2 月份只有 2 月份有 2mm 左右的降水 , 降水过少 , 附生物过于干燥 , 

影响了其固氮能力。 

在 2006 年 2 月份 , 因为样品的乙烯生成量过小 , 采集样品后 , 加大装入样 

品的重量 , 增加培养时间 , 希望增大乙烯的生成量 , 来增加能探测到乙烯生成 

的可能性。但同时要保证瓶内附生物样品的体积所占比例不能过大 , 防止对乙 

烯生成产生影响 ( 樊蕙 ,1995)。 

实验得到了 4 棵样木的上下层乙烯生成速率 , 上层平均为 5.06×10 -8 ml/g/h, 

下层平均为 4.77×10 -8 ml/g/h。远小于 11 月份的数值。其他 28 棵样木的乙烯生 

成速率都接近零因为数值过小而无法探测。 

55


2006 年 3 月 

从 2005 年 11 月份的结果来看 , 在不同样地间、不同样木间不存在明显差 

异。由于在较短时间内完成 8 块样地 32 棵样木上层的采集难度较大 , 为了减少 

采样时间 , 缩短附生物离开样木后的留滞时间 , 保证数据有效性 , 我们根据 11 

月份的采样结果 , 从 8 块样地中随机挑选了 4 块 , 以后按照 4 块样地采集样品。 

物种鉴定结果也说明已经包含了较多的物种。 

2006 年 3 月选择 4 块样地 16 棵样木 , 得到上下层 32 个附生物样品。将乙 

烯生成速率作为指标 , 不同样木和不同层作为因素 , 进行方差分析。 

方差分析显示 , 不同样木 ,F=0.83< 临界值 2.40, 不同样木之间乙烯生成 

速率无明显差异 ; 上下层 ,F=0.0029< 临界值 4.54, 上下层之间乙烯生成速率 

无明显差异。 

说明 3 月份采集的来自 16 棵样木的样品 , 不同样木对乙烯生成速率无明显 

影响 , 符合 11 月份 8 块样地内 32 棵样木之间乙烯生成速率无明显差异的结论。 

而不同采样层对附生物乙烯生成速率无明显影响。 

按照不同样地 , 将样品分成 4 组 , 以乙烯生成速率为变量 , 不同样地和不 

同采样层作为因素 , 进行方差分析。 

方差分析显示 , 不同样地 ,F=1.70< 临界值 3.01, 不同样地之间乙烯生成 

速率无明显差异 ; 不同层 ,F=0.00038< 临界值 4.26, 上下层之间乙烯生成速率 

无明显差异 ; 不同层和不同样地之间交互作用 ,F=2.40< 临界值 3.01。 

说明不同样地对乙烯生成速率无明显影响 , 不同采样层对附生物乙烯生成 

速率无明显影响 , 而且两者之间交互作用不显著。 

取每块样地上下层乙烯生成速率的平均值 , 从图 4.2 可以看出 ,4 块样地上 

下层附生物乙烯平均生成速率在数值上差别不大 , 没有像 2005 年 11 月份那样 

数值相差较大 , 而且上下层之间大小不一 , 两块样地上层高于下层 , 两块样地 

下层又高于上层。 

56

不同样地上下层乙烯平均生成速率 

Average rate of C2H4 

production in different layers 

at 4 plots 


上层 Upper canopy layers 

下层 Sub-canopy layers 

1.00E-07 

1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

1 2 3 4 

样地 

Plots 

图 4.2 2006 年 3 月 4 样地上下层乙烯平均生成速率 

Figure 4.2 Average rates of C 2 H 4 production in 4 plots(March, 2006) 

3.2 雨季测定结果和分析 

分别在 2006 年 6 月、10 月进行了测定。在随机选择的 4 块样地 16 棵样木 

分上下层采样。并在 2006 年 8 月采集了下层样品。 

2006 年 6 月 

以乙烯生成速率为指标 , 不同样木和不同采样层为因素 , 将 4 块样地得到 

的 16 样木的上下层 32 个样品乙烯生成速率进行方差分析。 

方差分析显示 , 在不同样木 ,F=1.55< 临界值 2.40, 不同样木对乙烯生成 

速率无显著影响 ; 在不同采样层 ,F=1.67< 临界值 4.54。说明不同样木和不同 

采样层均对乙烯生成速率无显著影响。 

将不同样木按照样地不同 , 分成 4 组 , 以乙烯生成速率为变量 , 不同样地 

和不同采样层作为因素 , 进行方差分析。 

方差分析结果显示 , 不同样地 ,F=1.32< 临界值 3.01, 不同样地乙烯生成 

速率无显著影响 ; 不同层 ,F=1.30< 临界值 4.26, 不同层间乙烯生成速率无明 

显差别。说明不同样地和不同层对乙烯生成速率无显著影响。不同样地和不同 

层交互作用不显著。 

从数值上看 ,4 块样地上下层平均乙烯生成速率大小不一。有两块样地上 

层高于下层 , 有两块低于下层 ( 图 4.3)。 

57


Average speed of C2H4 generation in 

different layers at 4 plots 




1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

1 2 3 4 

样地 

Plots 

图 4.3 2006 年 6 月 4 样地上下层乙烯平均生成速率 

Figure 4.3 Average rates of C 2 H 4 production in 4 plots(June,2006) 

2006 年 8 月 

由于 8 月份持续降雨 , 上层样品很难采集 , 我们采集了下层样品进行了分 

析。在 4 块样地内得到了 16 棵样木的 16 个样品。 

以乙烯生成速率为指标 , 按照不同样地将样品分成 4 组 , 方差分析显示 , 

不同样地 ,F=1.971938< 临界值 3.490295, 不同样地对乙烯生成速率无显著影 

响。 

对比 6 月份下层数值 ,8 月份测得乙烯生成速率数值 , 最大值 3.88×10 -5 

ml/g/h, 最小值 1.06×10 -6 ml/g/h, 平均值为 1.31×10 -5 ml/g/h, 低于 6 月份下层平 

均值 2.73×10 -5 ml/g/h。 

2006 年 10 月 

在 10 月份 , 配合天气条件和人工因素 , 采集了 4 块样地内的 16 样木的上 

下层 32 个样品。 

方差分析显示 , 在不同样木 ,F=0.956636< 临界值 2.483726, 不同样木对 

乙烯生成速率无显著影响 ; 在不同采样层 ,F=14.1706> 临界值 4.60011。说明 

不同样木均对乙烯生成速率无显著影响 ; 不同采样层对乙烯生成速率有显著影 

响。 

58

不同样地上下层乙烯平均生成速率 

Average rates of C2H4 

production in different layers 

at 4 plots 


将不同样木按照样地不同 , 分成 4 组 , 以乙烯生成速率为变量 , 不同样地 

和不同采样层作为因素 , 进行方差分析。 

方差分析结果 , 不同样地 ,F=0.275292< 临界值 3.008787, 不同样地乙烯 

生成速率无显著影响 ; 不同层 ,F=11.21585> 临界值 4.259677, 不同层间乙烯 

生成速率有明显差别。说明不同样地对乙烯生成速率无显著影响 , 不同采样层 

对乙烯速率有显著影响。不同样地和不同层交互作用不显著。 

从图 4.4 可以看出 , 在 4 块样地内 , 下层附生物乙烯平均生成速率均高于 

上层。 



1.00E-07 

1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

1 2 3 4 

样地 

Plots 

图 4.4 2006 年 10 月上下层乙烯平均生成速率 

Figure 4.4 Average rates of C 2 H 4 production between canopy layers and among plots 

(October,2006) 

3.3 附生物固氮能力的季节变化 

表 4.12 记录了观测期内当月的附生物上下层的平均乙烯生成速率。 

2006 年 1 月份由于样品接近风干状态 , 无法探测到乙烯生成 , 其数值认为 

接近于 0。2 月份数值有所升高 , 但在全年中仍处于最低的水平。上层乙烯生成 

速率最高值出现在 6 月份 , 约为 2.11×10 -5 ml/g/h; 除去 1 月份的接近 0 值 , 最 

低值出现在 2 月份 , 约为 5.06×10 -8 ml/g/h; 下层最高值出现在 10 月份 , 为 

5.63×10 -5 ml/g/h; 除去 1 月份的接近 0 值 , 最低值同样出现在 2 月份 , 约为 

4.77×10 -8 ml/g/h。 

59


干季 

Dry 

season 

雨季 

Wet 

season 

表 4.12 不同月份上下层乙烯生成速率 (* 空缺 ,2005.11-2006.10) 

Table 4.12 Average rates of C 2 H 4 production in two canopy layers. 

月份 

Months 

*The date of samples from above layer is absent in August. 

上层乙烯生成速率 (ml/g/h) 

Average rate of C 2 H 4 production 

in upper canopy layer 

下层乙烯生成速率 (ml/g/h) 

Average rate of C 2 H 4 production 

in sub-canopy layer 

11 5.58×10 -6 6.95×10 -7 

1 0 0 

2 5.06×10 -8 4.77×10 -8 

3 1.13×10 -6 1.14×10 -6 

平均值 

Average 

1.69×10 -6 4.71×10 -7 

6 2.11×10 -5 2.65×10 -5 

8 * 1.31×10 -5 

10 2.52×10 -6 5.63×10 -5 

平均值 

Average 

1.18×10 -5 4.18×10 -5 

前文提到在进行 15 N 自然丰度测定的同时 , 测定附生物的氮含量 , 雨季的样 

品氮含量基本都高于干季 ( 图 4.5)。从数值来看 , 雨季对比干季 , 附生物氮含 

量增加约 0.08%。生物量按照徐海清等的研究结果 10.55 t/ha( 除去地衣 ), 那么干 

季至雨季的这段时间内 , 每公顷样地内附生物增加的氮约 8.64 kg。 

根据乙烯还原法测得的结果 ( 表 4.12), 如果取 3 月份上层 1.13×10 -6 ml/g/h 代 

表 4-8 月份内的平均固氮速率来推测 4-8 月份内固氮能力最低值 , 则苔藓植物固定 

氮约为 0.03 kg/ha/year; 如果取 6 月份下层的固氮活力 2.65×10 -5 ml/g/h 来推测 4-8 月 

份内的固氮能力最高值 , 则苔藓植物固定氮约为 0.70 kg/ha/year。 

因此在 2006 年 4 月至 8 月的 4 个月时间内 , 附生物固定氮约为 0.01-0.23 kg, 

约占氮积累量的 0.2%-4.2%。 

60

氮含量 (%) 

N content 


干季 Dry season 

雨季 Wet season 

2.5 

2 

1.5 

1 

0.5 

0 

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 

样品 

(Samples) 

图 4.5 干季 (2006.4) 和雨季 (2006.8) 氮含量 

Figure 4.5 Nitrogen contents of epiphytes in dry season (April, 2006) and 

wet season (August, 2006) 

3.4 降水对附生物固氮能力的影响和分析 

由于缺乏输导和蒸发系统 , 没有真正的根等形态学特征使苔藓等难以很好 

地控制其体内的水分含量 , 极易失去水分 , 因而附生物体内的含水量随环境中 

的湿度而变化 , 而水分是影响生物固氮能力的关键因子 (Hokkanen, 2006; Smith, 

1982; 吴楠 ,2007; 余新晓等 ,2002)。 

图 4.6 为附生物采集月份的当月温度和降水数据。数据来自哀牢山亚热带 

森林生态系统研究站观测数据。 

61

平均气温 (℃) 

Average temperature 

降水量 (mm) 

Rainfall 


18 

16 

14 

降水量 rainfall 

月均温 Temperature 

300 

250 

12 

200 

10 

8 

6 

4 

2 

150 

100 

50 

0 

11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 

月份 

Months 

图 4.6 2005 年 11 月 -2006 年 12 各月平均温度和降雨量 

Figure 4.6 Average monthly temperature and rainfall 

(November, 2005 – December, 2006) 

0 

可以看出 , 观测期内月降水量变化极为显著 ,2006 年 1-3 月份的降雨量总 

和还没有 6 月份一个月数量多。最高值出现在 6 月份 , 接近 200 mm, 最干旱 

的月份为 1 月份 , 无降水 , 为 0。雨季月份降水量远远高于干季月份。同样干 

季和雨季温度变化差别显著 , 最低出现在 1 月 , 为 7℃ 左右 , 雨季升高 , 最高 

出现在 8 月份 , 约 16℃ 左右。 

整理不同月份的上下层附生物平均乙烯速率 , 得到图 4.7。 

62




average C2H4 generation speeds 


1.00E-08 


1.00E-07 

1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

11 1 2 3 6 10 

月份 

Months 

1.00E-08 


1.00E-07 

1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

11 1 2 3 6 8 10 

月份 

Months 

图 4.7 不同月份上下层乙烯平均生成速率 (1 月数据接近 0,2005.11-2006.10) 

Figure 4.7 Seasonal variations of C 2 H 4 production rates in two canopy layers(2005.11-2006.10) 

通过对温度、降水和上下层乙烯生成速率进行相关性分析 , 在下层 , 月平 

均温度和乙烯生成速率相关系数为 0.3303, 月降水量和乙烯生成速率相关系数 

为 0.46, 均大于临界值 0.20( 见相关系数临界值表 )。可见 , 下层附生物乙烯生 

成速率与降水量和温度都有密切的相关性 , 降水量与乙烯生成速率的相关性更 

为密切 (p






结果如图 4.8 和 4.9。 

下层附生物乙烯生成速率和月平均温度、降雨量采用多项式函数拟合后 , 

函数方程非常复杂 , 说明下层附生物乙烯生成速率和温度、降水量的回归关系 

非常复杂。 

2.50E-04 

2.00E-04 

1.50E-04 

1.00E-04 

5.00E-05 

0.00E+00 

-5.00E-05 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 

温度 (℃) 

Temperature 

图 4.8 下层附生物乙烯生成速率与温度 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.8 Temperature and C 2 H 4 production rates of epiphytes in sub-canopy layer 

(2005.11-2006.10) 

2.50E-04 

2.00E-04 

1.50E-04 

1.00E-04 

5.00E-05 

0.00E+00 

-5.00E-05 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 

降雨量 (mm) 

Rainfall 

图 4.9 下层附生物乙烯生成速率与降水量 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.9 Rainfall and C 2 H 4 production rates of epiphytes in sub-canopy layer 

(2005.11-2006.10) 

在上层 , 月平均温度和乙烯生成速率相关系数为 0.39, 月降水量和乙烯生成 

64




速率相关系数为 0.39, 均大于临界值 0.20( 相关系数临界值表 )。可见 , 上层附 

生物乙烯生成速率与降水量和温度都有密切的相关性 , 温度与乙烯生成速率的 

相关性略为密切 (p




9.00E-05 

8.00E-05 

7.00E-05 

6.00E-05 

5.00E-05 

4.00E-05 

3.00E-05 

2.00E-05 

1.00E-05 

0.00E+00 

-1.00E-05 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 


Rainfall 

图 4.11 上层附生物乙烯生成速率与降水 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.10 Rainfall and C 2 H 4 production rates of epiphytes in upper canopy layer 

(2005.11-2006.10) 

66


4 附生物含水率干雨季变化及其对固氮能力的影响 

苔藓植物是随水变化的植物 , 水分是影响附生物固氮能力的关键因素 (Jani, 

2005), 也是激活附生物固氮能力的最关键因子 (Belnap,2002)。 

从前面分析可以看出 , 在影响附生物固氮能力的诸多因素中 , 水分起到了至 

关重要的作用。在遭遇干旱的 2006 年 1、2 月份 , 接近风干的附生物固氮活力丧失 

或接近于零 , 而浸水后又恢复了固氮活力。而且水分能帮助附生物提高固氮能力 

抵制黑暗的影响。从干季进入雨季后 , 固氮能力显著上升。而 10 月份上层附生物 

固氮速率却又下降 , 可能长期湿润导致了固氮活力的下降。 

这些都与附生物的蓄水能力密切相关 , 因此我们对附生物的吸水能力和自然 

含水率进行了初步分析。 

苔藓植物在森林生态系统中 , 不仅是生物多样性的重要组成部分 , 还在物质 

循环中起着重要作用 , 影响森林植被的水分平衡。它在环境监测、水土保持、水 

源涵养等方面都具有较大作用。当前研究林下苔藓储量及其持水特性就成为森林 

生态系统研究中的重要内容。 

国外许多学者在不同区域对多种森林类型下的苔藓特性作了研究 , 在苔藓 

植物涵养水源作用等方面取得了一定成果 , 近年来 , 国内也进行了了大量研究 , 

黄礼隆 (1994) 通过试验研究得到 , 川西亚高山暗针叶林林下苔藓吸水率为 

587%, 刘世荣 (2001) 研究发现岷江冷杉原始林的苔藓最大持水量比砍伐后形 

成的其他森林类型大 2.3-17.2 倍。有学者研究了不同海拔高度森林中苔藓植物 

的生态学作用 (Beasley, 1985;Seth, 1998; Wiersum, 1983; 白学良等 ,l998; 张 

元明等 ,2001)。但针对林冠层的附生物的水分涵养能力研究较少。 

林冠对大气降水进行了第 1 次分配 , 然后分为树干茎流、穿透雨及树冠截 

留。关于林冠截留方面的研究 , 当前对热带雨林开展的较多 , 并且取得了一些 

有意义的研究结果 , 但是关于常绿阔叶林林冠截留的报道较少 , 巩合德、甘建 

民等对哀牢山常绿阔叶林的林冠截留特征进行了分析研究 (Masukata et al., 

1990;Schellekens et al., 2000; 甘健民等 ,1999; 李昌华等 ,1997; 张一平等 , 

2004)。 

附生物生长于林冠层中 , 不能直接利用根系从土壤吸起水分 , 所以附生物特 

别是苔藓植物形成特殊的吸水机理以适应环境 , 以为机体提供所必需的水分。苔 

67


藓植物体表具有密集能吸水的毛状结构 , 因而能从空气中直接吸取水分。另据研 

究 , 苔藓植物的叶枯萎后并不脱离茎干 , 而是成层状依附于植株体 , 这些枯叶中 

含有较多吸水能力强的死细胞 , 能从空气中吸取水分 (Solomon,1999)。 

附生物整体在林冠形成一个密集的截留界面 , 云雾经过林冠上空时 , 遇到 

附生物密集的吸水表面时 , 被附生物吸收而得以保留 , 云雾水一部分作为水滴 

降到地面 , 另一部分储藏在附生物中在适当的时候有释放出来 , 增加空气的湿 

度。由于附生物其巨大的生物量而对保持水分有巨大作用。如在哥斯达黎加附 

生物每年截留的云雾水可达 1840 mm, 在 Colombia 此截留量可达 2754 mm 

(Jarvis, 2000; Nadkarni, 2002) 

哀牢山分布着目前我国面积最大、保存最完整的亚热带山地湿性常绿阔叶 

林 ( 吴征镒 ,1983), 林内附生物丰富 ,1 公顷样地内乔木林冠上有附生物 10.68 t, 

其生物量数值高于乌干达山地常绿阔叶林和哥斯达黎加中西部低山湿性常绿阔 

叶林中调查到的附生生物量 (Pentecost, 1998; Vance & Nadkarni, 1990; 徐海清 , 

2005; 徐海清和刘文耀 ,2005)。因此对其林冠层附生物的蓄水能力进行研究 

具有重要意义。巩合德等对该地研究发现 , 有些胸径和冠幅较大的树木 , 含有 

较大分枝角度和较多附生物 , 树干茎流量反而更小 ( 巩合德等 ,2008)。 

4.1 附生物持水能力分析 

在 4 块样地 16 棵样木上采集上下层两层的样品 , 共 32 份 , 然后分别将来自同 

一层的样品充分混合 , 在上下层各挑选 4 个尺寸在 20 cm×20 cm 的样品。然后用 

室内浸泡法测定附生物的持水量及其吸水速度。 

首先 , 对所采集的苔藓、地衣进行风干并每天称其重量。 

然后将称重后的样品原状放入尼龙网 , 再将装有样品的尼龙网置入盛有清水 

的容器中 , 水面略高于尼龙网的上沿。将苔藓浸入水中后 , 开始时每隔 30 min 将 

尼龙网取出 , 静置 5 min 左右 , 至不滴水为止 , 迅速称湿重并记录。待浸泡 2 h 后 , 

每隔 2 h 将尼龙网取出称重 , 称重方法如上。待浸泡 10 h 后 , 一直到浸泡 20 h 时再 

取出称重。每次从浸泡容器中取出称重所得的湿重与其风干重差值 , 即为浸泡不 

同时间时的持水量 , 该差值与浸水时间的比值即为的吸水速率测定值。我们分别 

用持水量与干重的百分比 - 持水率 (%), 吸水速率 (g 水 /h/g 样品干重 ) 来表 

68

重量 (g) 

Weight 


示。 

4.1.1 附生物风干干重变化结果和分析 

从图 4.12 可以看出 , 苔藓、地衣等持水能力强 , 能在较长时间内保持一定的 

湿润状态 , 我们将样品放在通风处 , 每天称重 , 直至重量无明显变化。 

苔藓样品大概在两周后重量不再出现变化 , 接近风干状态 , 地衣样品一般在 

10 天左右重量不再出现变化。 

苔藓 Moss 

地衣 Lichen 

5 

4.5 

4 

3.5 

3 

2.5 

2 

1.5 

1 

0.5 

0 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 

时间 (days) 

Time 

图 4.12 苔藓和地衣重量变化 

Figure 4.12 Weight of Moss and lichens eveyr day 

4.1.2 持水率变化结果和分析 

从图 4.13 可以看出 , 苔藓和地衣浸泡水后 , 持水率显著增加 , 前 3 个小时持 

水率增加最为迅速 , 然后增加速率减缓。苔藓持水率高于地衣。 

在浸泡 0.5 小时后 , 苔藓和地衣持水重量就分别达到了本身干重的约 6.8 倍和 

3.1 倍。而后 , 他们不断吸水 , 但出现饱和的时间不同 , 苔藓吸水的持续时间较 

地衣更长 , 持水率也更高。 

苔藓的最大持水率为 987.58%, 即可以吸收约本身风干重 10 倍的水分 , 约在 

28 小时达到最高 , 其可以在 28 小时内持续吸水 ; 

69

持水率 (%) 

Absorption water rate 


地衣的最大持水率为 385.49%, 即可以吸收约本身风干重量 4 倍的水分 , 约在 

24 小时达到最高 , 其可以在 24 小时内持续吸水。 

苔藓 Moss 

地衣 Lichen 

1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

0 

0 5 10 15 20 25 30 35 

时间 (hour) 

Time 

图 4.13 附生物持水率 

Figure 4.13 Absorption rates of epiphytes 

苔藓的最大持水率约为地衣最大持水率的 2.56 倍。分别在 28 小时和 24 小时达 

到最高持水率。 

张洪江等在长江库区的研究结果表明林下苔藓层能在 10 小时内保持吸水 

能力 , 我们的结果说明在 10 小时后 , 苔藓和地衣仍然有吸水能力 , 只是持水率 

在缓慢提升。按照苔藓可以吸收 10 倍重量的水分 , 地衣可以吸收 4 倍重量的水 

分 , 按照徐海清的统计结果 , 苔藓的生物量为 6.69×10 3 kg/ha, 地衣为 0.13×10 3 kg 

/ha, 则苔藓和地衣的最大持水量为 67.42×10 3 kg/ha, 高于川西原始针叶林的 

林下苔藓层风干后最大持水量为 37.62×10 3 kg/ha, 也高于我国贺兰山区直叶灰 

藓的饱和吸水量最大 , 为 692.3 kg/ha, 东北长白山森林生态系统中饱和蓄水量达 

24560-28560 kg/ha( 白学良等 ,1998; 曹同等 ,1995; 林波等 ,2002)。 

4.1.3 吸水速率结果和分析 

从图 4.14 可以看出 , 苔藓和地衣的吸水速率都是开始时达到最高 , 然后逐渐 

下降 , 苔藓的吸水速率一直高于地衣。 

70

吸水速率 (%) 

Absorption water speed 


苔藓 Moss 

地衣 Lichen 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

0 5 10 15 20 25 30 35 

时间 (hour) 

Time 

图 4.14 苔藓和地衣吸水速率 

Figure 4.14 Absorption water speeds of moss and lichen 

5 个小时内变化较为明显 , 速率迅速从最高值较低 , 然后开始趋于平缓。 

附生物从风干接触水后 , 迅速吸水 , 随着个体含水量逐渐饱和 , 吸水速率逐渐下 

降。苔藓吸水速率均高于地衣的吸水速率 , 苔藓最高吸水速率约为地衣最高吸水 

速率的 2.16 倍。在 32 小时内 , 苔藓的吸水速率为地衣吸水速率的 2.56 倍 ( 表 4.14)。 

4.1.4 上下层附生物吸水能力比较结果和分析 

将来自不同采样层的附生物分为两组讨论 , 地衣因为多生长在我们的采样上 

层 , 所以不做分层讨论。 

4.1.4.1 上下层持水率比较 

从图 4.15 可以看出 , 采样下层的苔藓其吸水能力高于上层 , 最大持水率高于 

上层 , 上下两层的苔藓均在 28 小时左右达到最大持水率 , 也就是不再吸水。 

从具体数值看 , 上层持水率低于下层 , 上层最大持水率为 905.13%, 约能吸 

收本身风干重量 9 倍左右的水分 ; 下层最大持水率为 1105.96%, 约能吸收自身风 

干重量 11 倍左右的水分。下层最大持水率约为上层最大持水率的 1.22 倍。 

从 24-28 小时 , 持水率发生的变化非常微小 , 基本接近最大持水率。上下层 

苔藓都在 28 小时达到最大持水率。 

71

吸水速率 (%) 

Absorption water speed 

持水率 (%) 

Absorption water rate 




1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

0 

0 5 10 15 20 25 30 35 

时间 (hour) 

Time 

图 4.15 上下层苔藓持水率 

Table 4.15 Absorption water rates of moss in different layer 

4.1.4.2 上下层吸水速率比较 

对上下层样品的吸水速率进行方差分析 , 不同组间 ,F=0.16< 临界值 2.12, 

不同组间差异不显著 , 说明不同采样层吸水速率无明显差异。 

从吸水速率来看 , 下层吸水速率在前 0.5 小时就高于上层 , 然后迅速下降 , 

从 10 小时开始 , 下降较为平缓 ( 图 4.16)。 



18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

0 5 10 15 20 25 30 35 

时间 (hour) 

Time 

图 4.16 上下层苔藓吸水速率 

Table 4.16 Absorption water speeds of moss in different layer 

从具体数值分析 , 下层最高吸水速率为上层最高吸水速率的 1.31 倍 , 经过 32 

72


小时后 , 下层吸水速率仍然高于上层 , 约为上层的 1.22 倍。 

4.1.6 持水率和浸泡时间关系 

对不同种类的样品 , 将其浸泡时间和持水率进行拟合 , 得到的方程式如下 , 

拟合结果都为对数函数为最佳。其中 ,y 为持水率 ,x 为浸泡时间 ( 表 4.13)。 

表 4.13 持水率和浸泡时间方程式 

Table 4.13 Equation of water absorption rates and marinated time 

类别 

方程式 

Kinds 

Equation 

苔藓 

y = 61.201Ln(x) + 818.11 

Moss 

地衣 

y = 15.194Ln(x) + 341.99 

Lichen 

上层苔藓 

y = 57.51Ln(x) + 744.84 

Moss in top canopy layer 

下层苔藓 

Moss in sub-canopy layer y = 66.5Ln(x) + 923.3 

4.2 附生物自然含水率 

苔藓植物因面积大 , 生物量高 , 蓄水能力强而影响森林生态系统的功能 , 可 

以缓冲生境的剧烈变化 , 增强生态系统的稳定性 , 同时由于缺乏输导和蒸发系 

统 , 没有真正的根等形态学特征使苔藓难以很好地控制其体内的水分含量 , 极易 

失去水分 , 因而植物体内的含水量随环境中的湿度而变化 (Hokkanen, 2006; 

Smith, 1982; 余新晓等 ,2002)。 

我们在对样品采用乙炔还原法测定乙烯生成时 , 先称重样品的鲜重 , 固氮 

能力测定完成后烘干测得干重。 

4.2.1 含水率月变化结果和分析 

2005 年 11 月 

在 11 月份 , 方差分析显示 , 不同样木之间 ,F=0.63< 临界值 1.82, 不同层 

间 F=33.78> 临界值 4.16。可见上下两层附生物含水率有明显差异 ; 层内不同样 

73


木无显著差异说明我们的采样范围和样本数量有效。 

以含水率为指标 , 不同样地和不同层为因素 , 方差分析显示 , 不同样地之 

间 ,F=0.693899< 临界值 2.21, 可见不同样地之间含水率差异不显著。不同样 

地和不同采样层之间交互作用不显著。 

2006 年 2 月 

2006 年春季 , 该地区大旱 ,1 月份无降水 ,2 月份只有 2.4mm 的降水 , 上 

下两层样品都已经接近风干状态。 

2006 年 3 月 

3 月份开始 , 降雨逐渐增多 , 采样样地改为 4 块 , 共 16 棵样木。 

不同样木和不同层对含水率的影响的方差分析结果显示 , 同 11 月份相同 , 

不同样木之间的附生物含水率无显著差异 , 说明我们的采样范围和样本数量有 

效 ; 但不同的是 , 不同采样层的附生物的含水率没有显著差异。 

以含水率为指标 , 不同样地和不同层为因素 , 方差分析显示 , 不同样地之 

间 ,F=2.51< 临界值 3.01, 可见不同样地之间含水率差异不显著。但不同样地 

和不同采样层之间交互作用显著。 

2006 年 6 月 

6 月份进入了雨季 , 降雨量达到测量期内的最高值 , 同时附生物的自然含 

水率同样也在上下层都达到了最大值。 

方差分析显示 , 上下两层的自然含水率差异显著。不同样木间差异不显著。 

在不同样地间 , 含水率差异显著 ; 在不同层之间 , 差异显著 ; 不同样地和 

不同层交换作用显著。 

2006 年 10 月 

方差分析表明 , 上下两层的含水率差异显著 , 不同样木间差异不显著。 

不同样地、不同采样层对含水率的方差分析表明 , 不同样地间含水率差异 

不显著 , 不同采样层含水率差异显著 , 不同样地和不同采样层的交互作用不显 

著。 

74


表 4.14 不同月份上下层附生物含水率 

Figure 4.14 Water contents in different layers 

月份 

Months 

上层附生物含水率 (%) 

Water content of upper 

下层附生物含水率 (%) 

Water content of 

差异 

Difference 

canopy layers samples sub-canopy layers samples 

11 40.22 25.69 显著 

2 11.25 13.00 不显著 

3 42.22 39.47 不显著 

6 80.63 85.00 显著 

8 * 77.58 

10 70.44 43.59 显著 

表 4.14 为不同月份附生物在不同采样层的含水率 , 差异显著性分析来自前 

面的结果。附生物含水率不管上下层最高值都出现在 2006 年的 6 月份 , 上层达 

到了 80.63%, 下层为 85.00%, 最低出现在 2 月份 , 上层为 11.25%, 下层为 13.00%。 

上层的最高含水率约为最低值的 7.17 倍左右 , 下层最高含水率约为最低值的 

6.54 倍。在干季的 2、3 月份上下层附生物的吸水率差异不显著 , 其他的 11 月、 

6、10 月份差异显著。 

在干季 ,11 月份下层附生物含水率平均值低于上层 , 上下层附生物含水率 

的比值为测量期内的最低值 , 约为 0.57:1。方差分析上下层样品含水率差异显 

著。 

2 月份上下两层附生物含水率数值都有所下降 , 下层数值略高于上层 , 上 

下层附生物含水率的比值为 0.87:1。上下层附生物含水率差异不显著。 

3 月份 , 随着降雨量从 2 月份极少的几毫米开始增加 , 上下两层的附生物 

含水率都明显升高 , 上层附生物含水率上升为 2 月数值的 375.32%, 下层附生 

物上升为 2 月数值的 303.63%。上下层附生物含水率的比值为 1.07:1。上下层 

附生物含水率差异不显著。 

进入雨季 ,6 月份 , 上层和下层附生物的含水率都达到最高值。下层数值 

高于上层 , 上下层附生物含水率的比值为 0.87:1。上下层附生物含水率差异显 

著。 

从 8 月份数据分析 , 下层附生物的含水率已经开始下降 , 下降为 6 月份的 

91.27%,10 月份含水率减少为 43.59%, 下降为 6 月份数值的 51.29%。所以 8 

75

Water content 

Rainfall 


月份上层附生物含水率可能也低于 6 月份数值。 

10 月份的数值值得注意的是 , 虽然上下层含水率都有所下降 , 相比 6 月份 

数值 , 上层下降为其 87.36%, 而下层下降为 51.29%, 同时上层与下层附生物 

含水率的比值在这个月也达到最高 , 为 1.62:1。上下层附生物含水率差异显著。 

在整个测量期内 , 只有 3 月份和 10 月份 , 上层附生物含水率高于下层 , 而 

3 月份则是该地区刚刚从大旱中迎来持续升高的降雨。3 月份降雨量开始增加 , 

有 23.8 mm, 但林冠上层截留了大部分的降雨 , 很少有雨水能进入林冠下层 , 

所以上层附生物比下层附生物吸收了更多的水分。而 10 月份是雨季转为干季的 

交接月份 , 降雨频度和量级开始减少 , 林冠上层仍然截留了更多的水分 , 上层 

附生物可能也吸收了更多的水分。可见 , 附生物的含水率与降水量密切相关。 

下面将进一步对此进行分析。 

4.2.2 降雨量对含水率影响的结果和分析 

从图 4.17 可以看出 , 附生物含水率随降雨量的变化而不断变化 , 含水率的 

最高点和最低点与降雨量的最大值、最小值出现在相同月份。 

上层含水率 Water content of upper canopy layer 

降雨量 Rainfall 

含水率 (%) 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

11 2 3 6 10 

时间 (Months) 

Time 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 


76

Water content 

Rainfall 


下层含水率 Water cnontent of sub-canopy layer 

降雨量 Rainfall 

含水率 (%) 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

11 2 3 6 8 10 

时间 (Months) 

Time 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 


图 4.17 附生物含水率与降雨量 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.17 Water contents of epiphytes and rainfall(November, 2005-October, 2006) 

在降雨量最高的 6 月份 , 含水率同样上下层都达到测定期内的最高值 ; 在 

降雨量最低的 2 月份 , 含水率上下层都降到了测定期内的最低值 ; 而考虑到 1 

月份甚至没有降雨 , 附生物的含水率应该会更低。 

上层附生物含水率与降雨量的相关系数为 0.85, 下层附生物含水率与降雨 

量的相关系数为 0.71, 可见上下层的附生物含水率都与降雨量密切相关。而且 

上层附生物含水率与降雨量的关系更密切。 

图 4.18、4.19 为上层和下层附生物含水率与降雨量的回归分析图。 

在上层 , 附生物含水率与降雨量的函数关系拟合最佳为多项式函数 , 方程 

式 : 

Y = -1×10 -8 x 4 + 5×10 -6 x 3 - 0.0004x 2 + 0.0056x + 0.46。R 2 = 0.8692 

在下层 , 附生物含水率与降雨量的函数关系拟合最佳为多项式函数 , 方程 

式 : 

Y = -9×10 -9 x 4 + 4×10 -6 x 3 - 0.0005x 2 + 0.0243x + 0.0747。R 2 = 0.8692 

77

含水率 (%) 

Water content 

含水率 (%) 

Water content 


1 

y = -1E-08x 4 + 5E-06x 3 - 0.0004x 2 + 0.0056x + 0.46 

R 2 = 0.8692 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 

-0.2 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 


Rainfall 

图 4.18 上层附生物含水率和降雨量相关性 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.18 Analysis of correlation between water content and rainfall in upper canopy layer 

(November, 2005-October, 2006) 

1 

0.9 

0.8 

y = -9E-09x 4 + 4E-06x 3 - 0.0005x 2 + 0.0243x + 0.0747 

R 2 = 0.7221 

0.7 

0.6 

0.5 

0.4 

0.3 

0.2 

0.1 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 


Rainfall 

图 4.19 下层附生物含水率和降雨量相关性 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.19 Analysis of correlation between water content and rainfall in sub-canopy layer 

(November, 2005-October, 2006) 

78


4.2.3 含水率对固氮速率影响的结果和分析 

在整个观测期内 ,2006 年 1、2 月份大部分样品接近风干 , 无法检测到乙 

烯生成 , 而湿润后都检测到了乙烯的生成 , 乙烯生成速率与含水率明显有着密 

切关系。其余月份 , 在 2005 年 11 月份下层、2006 年 3 月份的下层乙烯生成速 

率和含水率关系密切 , 在 2006 年 10 月份上下层乙烯生成速率均与含水率密切 

相关 , 其余月份和上下层的乙烯生成速率与含水率均无密切关系。 

图 4.20 和图 4.21 为上下层附生物的平均含水率与平均乙烯生成速率。 

随着干季进入雨季 , 上下层的附生物其含水率均有所上升 , 乙烯生成速率 

也明显高于干季。 

在上层 , 附生物平均含水率最高出现在 2006 年 6 月份 , 约 80.63%, 乙烯 

生成速率也为观测期内的最高值 ; 其次为 2006 年 10 月份 , 平均含水率约 

70.44%, 但其乙烯生成速率却比 6 月份下降近 10 倍 , 接近 3 月份水平 , 低于 

2005 年 11 月份水平 ; 最低为 1 月份 , 样品接近风干 , 而同时也无法检测到固 

氮能力。 

在下层 , 附生物平均含水率最高出现在 2006 年 6 月份 , 约 85.00%, 而其 

乙烯生成速率并不是最高 , 而是经过 6 月份、8 月、10 月的含水率 (85.00%、 

77.58%、43.59%) 持续下降 , 在 10 月份含水率最低时 , 乙烯平均生成速率却 

达到最高值 ( 分别为 2.65×10 -5 ml/g/h、1.31×10 -5 ml/g/h、5.63×10 -5 ml/g/h)。 

同时 , 在含水率接近的 2005 年 11 月份、2006 年 3 月份和 10 月份 , 含水 

率分别为 25.69%、39.47%、43.59%, 而乙烯生成速率数值却有明显差异 , 分别 

为 6.95×10 -7 、1.14×10 -6 和 5.63×10 -5 ml/g/h,2006 年 10 月份数值明显高于 2005 

年 11 月份和 2006 年 3 月份数值 , 也高于 6 月份数值 2.65×10 -5 ml/g/h。 

79

含水率 (%) 

Water content 



含水率 (%) 

Water content 




含水率 Water content 

乙烯生成速率 C2H4 production rates 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

11 1 2 3 6 10 

月份 

Months 

2.50E-05 

2.00E-05 

1.50E-05 

1.00E-05 

5.00E-06 

0.00E+00 

图 4.20 上层附生物含水率与乙烯生成速率 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.20 Water content and C 2 H 4 porduction rates in upper canopy layers(November, 

2005-October, 2006) 

含水率 Water content 

乙烯生成速率 C2H4 production rates 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

11 1 2 3 6 8 10 

月份 

Months 

6.00E-05 

5.00E-05 

4.00E-05 

3.00E-05 

2.00E-05 

1.00E-05 

0.00E+00 

图 4.21 下层附生物含水率与乙烯生成速率 (2005.11-2006.10) 

Figure 4.21 Water content and C 2 H 4 porduction rates in sub-canopy layer(November, 

2005-October, 2006) 

80


5 哀牢山中山湿性常绿阔叶林地表附生苔藓植物固氮能力 

在样地内的地表上 , 生长着少量苔藓和其他植物。我们在干季和雨季进行 

了测量。在所研究的 8 块样地中 , 随机选取两块样地按对角线设置 5 个 1 m×1 m 

的小样方 , 每个小样方在四个角各剥取地表表面积为 20 cm×20 cm 的附生物种 , 

装入密封袋 , 作为 1 个样品 , 这样每个样地共 5 个附生物样品。采用乙炔还原法 

测定固氮能力。分别在 2006 年 4 月和 6 月进行一次。 

在 4 月份 , 地表苔藓植物的乙烯平均生成速率约为 4.85×10 -6 ml/g/h, 高于 

日期接近的 3 月份林冠下层附生物的乙烯平均生成速率约 1.14×10 -6 ml/g/h。但 

其生物量约为 98.10 kg/ha, 远低于徐海清等报道的林冠附生物生物量 10.68 t/ha。 

在 6 月份 , 地表苔藓植物的乙烯平均生成速率约为 7.05×10 -5 ml/g/h, 高于 

同期下层平均乙烯生成速率约 2.65×10 -5 ml/g/h, 同时高于林冠附生物观测期内 

的最高值 , 即 10 月下层附生物的乙烯平均生成速率 5.63×10 -5 ml/g/h。但其生物 

量较 4 月份更低 , 约为 61.25 kg/ha。表 4.15 记录了两次采集的样品中苔藓植物 

的物种。 

地表附生苔藓植物更容易从土壤层中吸取养分和水分 , 可能会具有更高的 

固氮能力。但其生物量偏少 , 所以不做过多讨论。 

81


表 4.15 地表生长苔藓植物物种 (2006 年 4 月和 2006 年 6 月 ) 

Table 4.15 Moss Species living in ground(April and June in 2006) 

物种 

Species 

拉丁名 

Latin name 

4 月刀叶树平藓 Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch. 

扭尖松萝藓 Papillaria feae Fleisch. 

皱萼苔 Ptychanthus striatus (Lehm. Et Lindenb.) Nees 

弯叶细鳞苔 Lejeunea curviloba Steph. 

裂叶羽苔 Plagiochila furcifolia Mitt. 

小扭叶藓 Trachypus humilis Lindb. 

云南平藓 Neckera yunnanensis Enroth. 

小蔓藓 Meteoriella soluta (Mitt.) Okam. 

东亚拟平藓 Neckeropsis calcicola Nog. 

兜叶藓 Horikawaea nitida Nog. 

6 月大凤尾藓 Fissidens nobilis Griff. 

树平藓 Homaliodendron flabellate (Sm.) Fleish. 

南方小锦藓 Brotherella henonii (Duby) Fleisch. 

刀叶树平藓 Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch. 

白叶鞭苔 Bazzania albifolia Horik. 

大羽藓 Thuidium cymbifolium (Dozy & Molk.) 

西南树平藓 Homaliodendron montagneanum (C. Muell.) Fleisch. 

羽枝羽苔 Plagiochila fruticosa Mitt. 

82


6 讨论 

6.1 附生物固氮能力季节变化测定中样品的采集 

研究附生物的物种 , 一般将调查的样木分两类 : 一类是胸径 ≥20.0 cm 的较大 

径级样木 , 分别在样木的 0 m,1.3 m,1.5 m, 林冠层的第一分枝处和主侧枝上各 

设置一个面积为 400 cm 2 (20 cm x20 cm 或 10 cm x40 cm) 的铁丝网小样方。另一 

类是对于胸径在 20 cm 以下的小径级样木 , 在同样的位置设置网格 (Vellak& Paal, 

1999; 曹同 ,2000)。 

目前对附生物的采样多采用人工攀爬或伐树取样 , 但由于伐树可行性较小 , 

所以大多数研究以爬树采样为主。对附生物生物量的研究多采用分树干和树枝 

采样。对树干分段采样 , 树枝采样时由于人工攀爬对树木损坏较大 , 而且由于 

树枝承受能力有限 , 操作人员危险性较大 , 所以多采用在树干上升一段高度内 

随机选取树枝采样。我们测定附生物的固氮能力借鉴了生物量和生物多样性研 

究的方法 , 采样时也分树干和树枝采样 , 树枝采样主要是指 5-15 m 的树木上 

层 ( 曹同 ,1994; 郭水良和曹同 ,2000; 徐海清 ,2005; 徐海清和刘文耀 ,2005)。 

根据徐海清和刘文耀 (2005) 的结论 , 附生物的种类和宿主的关系不密切 , 

除了极少数物种只在个别样木出现 , 大多数附生物物种在大部分样木上都有出 

现 , 而且在 8 棵胸径 30 cm 以上的样木中就发现了绝大部分的附生物物种。同时 

发现附生物的生物量和物种在不同高度有所不同。而不同高度生境中湿度、光照 

等环境因素的变化也会影响固氮能力。 

因此我们在每块样地中选择景东石栎 (Lithocarpus chintungensis) 和云南越 

桔 (Vaccinium duclouxii) 各两棵作为我们的研究对象 , 采样时分上下层采样。 

为了包括尽可能多的物种 , 样木胸径都在 30 cm 以上。这两个树种除了是样地内 

优势树种外 , 还分别是哀牢山中山湿性常绿阔叶林乔木层和乔木亚层的优势树种 

( 何永涛等 ,2000、2003)。 

我们研究目标是确认附生物是否有固氮能力 , 研究附生物的固氮能力目前开 

展研究中多以选择某个物种为研究对象 , 在某一个日期测定固氮能力 (Deluca et 

al.,2004;Peter et al., 2002), 但哀牢山中山湿性常绿阔叶林中附生物种类丰富 , 

在单个样木上附生苔藓植物的物种范围为 8-27 个 , 附生维管束植物为 0-17 个 ( 徐 

83


海清 ,2005; 徐海清和刘文耀 ,2005)。 

生物固氮是个系统的研究课题 , 我们选择可能包含多个物种的附生物混合 

样品测定附生物的平均固氮能力来探索其固氮特性 , 提供其可以固氮的证据。 

同时 , 混合样品包含了物种的固氮能力或高或低的多种生活状态 , 更能真实反 

映附生物整体的固氮能力。 

同时期望可以为以后更细化的工作 , 比如针对单个物种的固氮能力及其与 

环境因子响应机制研究 , 附生物中固氮微生物的资源调查 , 附生物中存在的固 

氮系统中固氮酶的反应机制等等 , 提供依据和数据支持 , 便于深入研究附生物 

的生态特性和功能。 

6.2 样品中附生苔藓植物的物种情况 

在 16 棵样木的上下两层共 32 份样品中 , 上层得到 27 个物种 , 分属 22 个 

属 , 下层为 18 个物种 , 分属 14 个属。 

其中上下两层共有种有 6 个 , 为刀叶树平藓 (Homaliodendron scalpellifolium 

(Mitt. ) Fleisch.), 羽枝羽苔 (Plagiochila fruticosa Mitt.), 白边鞭苔 (Bazzania 

oshimensis (Steph. ) Horik.), 大羽藓 (Thuidium cymbifolium (Doz.et Molk. ) Doz. et 

Molk.), 尼泊尔羽苔 (Plagiochila nepalensis(Spreng)Lehm. Et Lindenb.), 皱 

萼苔 (Ptychanthus striatus (Lehm. Et Lindenb.) Nees )。 

共有属有 7 个 , 分别为树平藓属 (Homaliodendron)、羽苔属 (Plagiochila)、 

鞭苔属 (Bazzania)、拟平藓属 (Neckeropsis)、小锦藓属 (Brotherella)、 

羽藓属 (Thuidium) 和皱萼苔属 (Ptychanthus)。 

因此 ,32 份样品中 , 总共包含了 29 个属 ,39 个物种。这一结果高于徐海 

清调查的 80 株样木结果 , 其共收集到附生苔藓植物 37 种 , 分属 24 个属。这可 

能是因为我们是挑选附生物组成 20 cm×20 cm 的尺寸范围 , 而生物多样性是研 

究寄主树木上只在 20 cm×20 cm 取样框范围内的附生物。 

说明在选择 16 棵样木的情况下 , 我们选择进行固氮能力测定的附生物样品 

中 , 苔藓生物多样性已经比较丰富 , 物种总数接近该地区已报道的发现物种数。 

而同时物种鉴定也发现 , 有 1 棵样木上下层总共只只包括 2 种苔藓植物 , 有 6 

棵样木下层只有 1 种苔藓植物 , 而上层只有 1 棵样木只有 1 个苔藓植物物种。上层 

84


物种鉴定中发现了更多的物种 , 并且出现的属也更多。 

6.3 附生物固氮能力变化范围推算 

林冠附生物因为生长高度、环境等不同气候特征也不同 , 哀牢山常绿阔叶 

林中 , 一天内最高和最低温度差值可达 12℃, 而且风力、树表温等在不同高度、 

不同时间也不断变化 ( 张一平等 ,2001、2003), 因此完全模拟附生物其不同 

的自然生长状态并准确测定固氮能力是非常困难的。 

乙炔还原法可以测定样品的瞬间固氮能力 , 目前对附生物固氮能力的报道 , 

多为根据乙炔还原法测定结果的最大值和最小值对固氮能力的数值范围进行估 

算 (Deluca et al., 2004; Forman, 1975; Sheridan, 1991)。同样我们根据乙炔还原 

法测定的哀牢山中山湿性常绿阔叶林附生物固氮能力的最高值和最低值 , 推算 

附生物的固氮能力的变化范围。 

压强和温度取哀牢山 2005 年和 2006 年两年的平均值 , 生物量按照徐海清 

等的研究结果 10.55 t/ha( 除去地衣的生物量 ), 以观测期内的最低值 ( 除去无 

法观测到的 1 月份 ),2 月份的下层附生物平均乙烯生成速率约 4.77×10 -8 ml/g/h 

来推算全年的固氮能力 , 固氮数值约在 0.0019 kg/ha/year。当然 2 月份如此低的 

固氮活力是因为遭遇了大旱 , 大旱之前的 11 月份和之后的 3 月份的固氮活力都 

上升了十倍 , 有的甚至百倍以上。 

因此以除去 2 月份外的乙烯生成速率数值最低月份 , 也就是 11 月份下层数 

值 6.95×10 -7 ml/g/h 来作为全年平均乙烯生成速率 ( 可能的最低值 ) 来推算全年 

固氮能力更为合理 , 结果为全年的固氮数值为 0.027 kg/ha/year。 

而雨季的每个月的数值都在 11 月份下层该数值的数十倍甚至百倍 , 以观测 

期内的最高值 ,10 月份下层附生物乙烯生成速率约 5.63×10 -5 ml/g/h 来作为全年 

平均乙烯生成速率 ( 可能的最高值 ) 来推算全年的固氮能力 , 固氮数值约为 2.24 

kg/ha/year。如果以整个观测期的上下层平均值约 9.56×10 -6 ml/g/h 来推算全年的 

固氮能力 , 固氮数值约 0.38 kg/ha/year。 

根据干季和雨季测定的乙烯生成速率变化范围 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶 

林林冠附生物固氮能力在 0.027-2.24 kg/ha/year。本研究采集的样品最高来自 

10-15 m 高度 , 而处于更高高度的附生物由于光照充分 , 可能比低处的附生物具 

85


有更高的固氮能力 , 因此附生物的固氮能力有可能会超出该范围的最大值。 

6.4 干雨季测定中降水对附生物固氮能力的影响 

第一 , 水分配给量不同可能是导致不同月份的附生物固氮能力不同的一个原 

因。巩合德等 (2008) 和甘建民等 (1999) 研究发现 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶 

林中 , 林冠截留率随降水量增大而减少 , 总降雨量大于 3.7 mm 时才观测到林内 

穿透雨和树干茎流 , 因此在雨季降水丰富时 , 林冠下层仍能得到充足水分 , 而在 

干季 , 降水量小 , 大部分的降水被上层拦截。 

首先 ,2006 年 6 月进入雨季后 , 上下层附生物固氮能力都明显上升 , 雨季 

的平均固氮能力高于干季。 

其次 , 在我们的干季测定中 ,2006 年 1 月份附生物样品基本都无法测得乙 

烯生成 , 而 2006 年春季哀牢山地区持续干旱 ,2006 年 1-2 月份总降雨量仅为 

2.4 mm。2 月份预实验中 , 采集的样品大部分仍无法检测到固氮能力 ( 或者固 

氮能力已经低到仪器无法检测到乙烯生成 )。即使测定到了乙烯的生成 , 数值也 

非常小 , 远低于同样处于干季的 11 月份和 3 月份的数值。 

同时 , 相比 2 月份数值 ,3 月份采集的样品都测得了乙烯的生成 , 而且数 

值明显上升。在经历了 1-2 月份的干旱后 ,3 月份有 23.8 mm 降水 , 这可能是 

附生物固氮能力激活的主要原因。 

第二 , 干雨季的采样数据方差分析表明 , 附生物的固氮能力 - 以测定的乙烯 

生成速率为指标 , 在不同样木、不同样地间无明显差异 , 但在上下层之间有的 

月份出现了差异。 

从上下层数值对比看 , 干季测定中 ,2005 年 11 月、2006 年 2 月上层乙烯 

生成速率均高于下层 , 但 3 月份乙烯生成速率上层低于下层 ; 雨季的两次测定 , 

6 月和 10 月份数据中 , 下层乙烯生成速率都高于上层。 

附生物采样分为上下层采集 , 上层为主干上的主要分支开始的位置 , 一般 

在 10-15 m, 下层为 0-2 m 内 , 上下两层在通风、郁闭度、温度和湿度等方面 

具有一定差别。比如在湿度方面 , 当降水较小时 , 树干径流和穿透雨极少 , 上 

下两层附生物生境的湿度和本身的含水量就会产生区别 , 例如在 2005 年 11 月 

份上层的平均乙烯生成速率就高于下层 , 上下层附生物乙烯生成速率有明显差 

86


异。 

而 2006 年 3 月份不同采样层之间乙烯产生速率差别不显著 , 可能是 11 月 

份处于雨季刚结束 ,3 月份已经处于明显的干季 , 上下层附生物的生境温度、 

湿度等越来越趋于一致。 

在雨季 ,2006 年 6 月乙烯生成速率在不同采样层、不同样地和不同样木之 

间均无差异。而与 2005 年 11 月份一样 , 在 2006 年 10 月份 , 也就是雨季和干 

季开始交替的时候 , 上下层附生物乙烯速率又开始出现明显差异。 

第三 , 相比温度 , 水分对附生物固氮能力的影响更大 , 而且长期湿润会造成 

附生物固氮能力的下降。 

苔藓植物一般可以在 50 ℃ 以下的温度范围内生长 , 一些山地苔藓植物在 

适当的水分和光照条件下 , 当温度降到 -9℃ 时 , 仍可进行固氮作用。苔藓植物较 

之水分具有更强的适应极端温度的能力 (Alain et al., 2004; Zechmeister et al., 

2003)。 

附生物是随水变化的植物 , 水分是影响附生物固氮活性的关键因素 (Jani, 

2005)。采样时发现 , 干燥时呈黄褐色的苔藓附生物 , 在喷洒少量水后 , 叶片能 

够迅速吸水展开 , 整个植株体瞬间呈现鲜绿色或黄绿色。06 年 1 月、2 月的样 

品都接近风干状态 , 大部分样品自然状态下无法检测到乙烯的生成 , 但加水浸 

泡后都检测到了乙烯的生成。说明水分是激活附生物固氮作用最关键的控制因 

子。这一现象与吴楠 (2007) 在新疆对沙漠生物结皮固氮能力研究发现 , 接近风 

干的生物结皮未检测出乙烯生成结果一致。 

同时有研究表明 , 干旱和湿润交替刺激会促使固氮生物产生新的异性胞和抗 

旱蛋白 , 合成新的固氮酶 , 刺激固氮活性升高。但长期干旱和长期湿润都会不同 

程度的降低生物的固氮活性 (Belnap,2002;Mullmeaux,1983; 钟泽璞等 ,1992)。 

在干季 , 上层最高值出现在 2005 年 11 月份 , 其次为 2006 年 3 月份 ; 下层最高 

值出现在 2006 年 3 月份 , 其次为 2005 年 11 月。 

在雨季 , 上层最高值出现在 2006 年 6 月。下层最高值出现在 2006 年 10 月。 

在 2006 年 6、8 和 10 月份 , 月均温分别为 15.4 ℃、16.0℃、12.7 ℃, 

降水量分别为 188.5 mm、146.9 mm、146.9 mm, 而上下两层附生物的乙烯生成 

速率均有一个先降低后升高的过程。8 月份和 10 月份的降水量相同 ,8 月份月 

87


均温高于 10 月份 , 但在下层样品中 ,8 月份下层附生物的乙烯生成速率却是三 

个月份中最低的 , 分别约为 6 月份水平的二分之一和 10 月份水平的四分之一 ; 

而在上层样品中 ,6 月份数值达到了 10 月份数值的 10 倍左右。 

6 月份树木附生物的乙烯生成速率高可能一方面是因为雨水充足 , 另一方面 

是因为干季干沉降所造成的养分积累。充足的水分和养分供应能增加附生物的乙 

烯生成速率。8 月份下层和 10 月份上层乙烯生成速率又有所下降 , 可能是因为林 

冠可利用养分减少 , 同时雨季持续降雨附生物长期湿润也可能造成了固氮活性的 

下降。 

6.5 附生物的吸水能力及含水率与固氮能力的关系 

苔藓植物是由水生转为陆生生活的过渡型植物类群 , 苔藓植物在长期的进 

化过程中特化出两种完全不同的适应水分的方式。许多苔藓植物的外部毛细管 

数量较大且易变化 , 毛细管系统由许多途径形成 , 例如叶片间的空隙、叶茎之 

间的缝隙、假根之间的缝隙等。有些植物也能在体内形成毛细管系统 , 如泥炭藓 

( Sphagnum) 的非光合作用细胞。此外 , 大量的水分也可储存于毯状藓丛植物 

之间的空隙中 , 也有一些苔藓植物的种具有良好的内部传导水分的系统 ( 吴鹏 

程 ,1998; 张萍等 ,2005)。 

因此苔藓植物具有较强的吸水能力 , 研究发现苔藓的最大可以吸收约本身风 

干重 10 倍的水分 , 而且可以在 28 小时内持续吸水 ; 同时研究也发现 , 地衣也具有 

一定的吸水能力 , 最大可以吸收约本身风干重量 4 倍的水分 , 可以在 24 小时内持 

续吸水。 

下层附生物的最大持水率高于上层 , 吸水速率也高于上层 , 说明其吸水能力 

更强。相对于上层附生物 , 下层附生物只能依靠穿透雨和树干径流来吸收水分 , 

特别是在干季 , 降雨量很小甚至无降雨 , 大部分或全部降雨被林冠上层截留 , 下 

层的附生物只能得到很少或根本得不到水分 , 所以在这种环境下 , 也许其做出了 

组织结构或其他方面的调整增强吸水能力 , 来适应这种环境。 

从干季进入雨季时 , 随着降雨量的增加 , 附生物含水率逐渐上升 , 能够激 

活附生物固氮能力并有助于固氮能力的升高 ; 在雨季 , 附生物含水率最高时 , 

乙烯生成速率反而并没有达到最高值 , 而当含水率出现下降时 , 乙烯生成速率 

88


反而升高并达到最高值。2006 年 10 月份样品的上下层附生物含水率分别为 

70.44% 和 43.59%, 但固氮能力上层比下层低 20 倍以上 , 相比上层附生物 , 下 

层附生物更容易摆脱长期湿润的状态 , 从而固氮能力得以提高。 

可见适当范围内含水率的升高附生物固氮能力的提高 , 但长期湿润 , 含水 

率长期都处于较高水平 , 反而造成乙烯生成速率有下降的趋势 , 在含水率出现 

明显下降后固氮能力才又开始有所升高。说明干湿交替刺激能促进固氮能力的 

提高。 

89


第五章影响附生物固氮能力因素分析 

影响生物固氮能力的因素很多。王业勤等 (1981、1982、1987) 发现鱼腥藻 

固氮酶活性对光敏感 , 高温下固氮酶活性增加。陈因等 (1990) 发现 , 温度和水 

分对固氮酶固氮有抑制作用。Fay (1976) 和 Gallon 等 (1981) 发现氧气充分对固氮 

酶活性有抑制作用。丁洪等 (1998) 发现土壤中矿质营养元素的存在形态、含量 

和配比的不同均会影响到植株的生长、耐性、根瘤数、根瘤的干重以及固氮酶 

活性植物生境中的矿质元素。有研究发现高浓度的重金属能引起根瘤菌和豆科 

植物的共生固氮质粒丢失 , 同时会影响到植物根系发育和营养元素的吸收 , 这 

样就会对结瘤和固氮产生限制 (Gill, 1988; Jha, 1995; Schat, 1991)。其他比如 

二氧化碳浓度、土壤类型、pH 值等也会对固氮酶活性产生影响 ( 王南 ,1998; 

邹小鲁 & 蔡克强 ,1995)。低温会减少光合速率 , 从而减少可利用的 ATP 和还 

原剂储备 , 使得生物的固氮能力均明显降低。Belnap (2002) 和吴楠 (2007) 等发现 , 

在生物结皮固氮能力的季节动态变化中 , 冬季固氮率较低 ; 在对水生蕨类植物 

固氮能力研究中也有类似结论 , 经过低温处理后的满江红 (Azolla imbricata)、卡 

洲满江红 (Azolla caroliniana)、蕨状满江红 (Azolla filiculoides) 的固氮能力均显著 

下降。适当温度范围内 , 生物固氮率随温度升高而增加 , 理想温度在 20-30℃ 之 

间。 

从干雨季附生物固氮能力变化中可以看出 , 固氮能力与降水有密切关系 , 

那么水分如何影响附生物的固氮能力 , 影响固氮能力的其他因素有哪些呢 ? 我 

们下面将对此进行进一步分析。 

1 不同水分处理下附生物的固氮能力 

张洪江等发现苔藓植物在 10 小时内都能保持较强的吸水能力 , 给其充分的水 

分 , 它能不断的吸水 ( 张洪江等 ,2003; 刘世荣等 ,2001)。我们设计如下实验 , 

分析水分对附生物固氮能力的影响 , 固氮能力测定仍选择乙炔还原法 , 样品采集 

同前面干雨季采样。根据已有研究结果选择哀牢山中山湿性常绿阔叶林中苔藓植 

物主要优势种之一 -- 树平藓 (Homaliodendron flabellatum) 为采样对象 , 然后将样 

品充分混合 , 然后分别做如下处理。所有样品在干季无降水时采集 , 以保证附生 

90


物湿润程度相同 , 因为不同的湿润程度可能会导致即使同一个物种 , 但固氮能力 

会大不相同。 

1.1 水分处理实验设计 

A: 模拟风干样品 -- 将新鲜附生物置于屋内通风处 , 每天称重 , 直至第 16 天 

重量无明显变化后放入培养瓶 , 加入乙炔测定乙烯生成速率 , 发现无乙烯生成。 

然后将样品用纱网包起来 , 约 1 cm 厚 , 表面积约 400 cm 2 , 放入 5000 ml 平底烧杯 , 

然后向烧杯中加水 , 直至水淹过纱网 , 然后立即将纱网取出 , 悬空沥水直至不滴 

水 , 然后将纱网中样品装入培养瓶中 , 加入乙炔测定乙烯的生成。 

B: 自然状态样品 -- 将新鲜附生物装入培养瓶中 , 加入乙炔测定乙烯的生成。 

C: 浸水样品 -- 将新鲜附生物用纱网包起来 , 厚度约 1 cm, 表面积约 400 cm 2 , 

然后放入 5000 ml 平底烧杯 , 然后向烧杯中加水 , 直至水淹过纱网厚度 , 然后立 

即将纱网取出 , 沥干直至不滴水。然后将样品放入培养瓶 , 加入乙炔测定乙烯的 

生成。 

D: 浸泡 2 小时样品 -- 将新鲜附生物用纱网包起来放入烧杯平摊铺在容器底 

部 , 厚度约 1 cm, 表面积约 400 cm 2 , 然后放入 5000 ml 平底烧杯 , 然后向烧杯中 

加水 , 直至水淹过纱网厚度 , 浸泡 2 小时。然后将纱网取出 , 沥干直至不滴水。 

然后将样品放入培养瓶 , 加入乙炔测定乙烯的生成。 

E: 处理同 D 处理 , 但浸泡时间增加为 12 小时。然后将纱网取出 , 沥干直至 

不滴水。然后将样品放入培养瓶 , 加入乙炔测定乙烯的生成。 

分别在 2.5 小时、19 小时、25 小时抽样进行了测定。每种处理重复 3 次。室温 

控制在 15℃。 

1.2 结果和分析 

1.2.1 风干样品和自然状态样品 

风干样品浸水后 , 颜色立即由暗黄色变为绿色 , 叶片等器官逐渐伸展 , 样品 

变得郁郁葱葱。 

培养 2.5 小时后抽样利用 GC 测定 , 测到了乙烯的生成 , 但速率仍低于自然状 

态样品 , 约为自然状态样品乙烯生成速率的 24.4%, 但经过 19 小时后 , 风干样品 

91






乙烯平均生成速率急剧增加 , 反超自然状态样品 , 达到同期自然状态样品乙烯生 

成速率的 6.17 倍左右 , 时间往后推移 , 在 25 小时时仍观测到风干状态的样品乙烯 

生成速率继续增加 , 仍高于自然状态的样品 ( 图 5.1)。 

3.50E-05 

3.00E-05 

风干 Air-dry samples 

自然样品 Natural samples 

2.50E-05 

2.00E-05 

1.50E-05 

1.00E-05 

5.00E-06 

0.00E+00 

2.5 时间 (h) 19 25 

Time 

图 5.1 风干附生物样品和自然状态下附生物样品乙烯平均生成速率 

Figure 5.1 C 2 H 4 average production rates of air-dry samples and natural samples 

1.2.2 浸水样品和自然状态样品 

1.00E-04 

9.00E-05 

8.00E-05 

湿润样品 wetted samples 


7.00E-05 

6.00E-05 

5.00E-05 

4.00E-05 

3.00E-05 

2.00E-05 

1.00E-05 

0.00E+00 

2.5 时间 (h) 19 25 

Time 

图 5.2 湿润附生物样品和自然状态下附生物样品乙烯平均生成速率 

Figure 5.2 C 2 H 4 average production rates of wetted samples and natural samples 

相比自然状态下的样品 , 浸水后立刻取出的湿润样品乙烯生成速率明显高于 

92




自然状态下附生物的乙烯生成速率。培养 2.5 小时后 , 湿润样品的乙烯平均生成 

速率就达到了自然状态样品的约 13.4 倍左右。随后的两次测定 , 其乙烯生成速率 

均在后者的 77.9 和 40.8 倍左右 ( 图 5.2)。 

1.2.3 浸泡 2 小时样品和自然状态样品 

浸泡在水中 2 小时的样品 , 乙烯生成速率明显升高。第一次测定时数值约为 

自然状态下的样品数值的 37.4 倍。随后的两次测定 , 数值继续增加 , 约为自然状 

态样品的数值的 34.5 和 16.9 倍 ( 图 5.3)。 

浸泡 2 小时 Soaked in water 2 hours 


2.50E-04 

2.00E-04 

1.50E-04 

1.00E-04 

5.00E-05 

0.00E+00 

2.5 19 25 

时间 (h) 

Time 

图 5.3 浸泡 2 小时附生物样品和自然状态下附生物样品乙烯平均生成速率 

Figure 5.3 C 2 H 4 average production rates of samples soaked in water for 2 hours 

and natural samples 

1.2.4 浸泡 12 小时样品和自然状态样品 

同浸泡 2 小时的附生物样品类似 , 第一次测定 , 浸泡 12 小时样品乙烯生成速 

率约为自然状态样品的 116.4 倍。但之后的两个时间点测定 , 发现其数值显著下 

降 ,19、25 小时测定时数值下降为同期自然状态样品的 93.9 和 43.9 倍 ( 图 5.4)。 

93



乙烯生成速率 (mg/g/h) 





3.00E-04 

2.50E-04 

2.00E-04 

1.50E-04 

1.00E-04 

5.00E-05 

0.00E+00 

2.5 19 25 

时间 (h) 

Time 

图 5.4 浸泡 12 小时附生物样品和自然状态下附生物样品乙烯平均生成速率 

Figure 5.4 C 2 H 4 average production rates of samples soaked in water 

for 12 hours and natural samples 

1.2.5 不同浸泡时间的样品比较 

从图 5.5 可以看出 , 样品湿润后乙烯生成速率有明显升高 , 但不同浸泡时间 

下的样品其固氮能力有明显不同。自然状态样品乙烯生成速率是先降低然后升 

高 , 浸泡 12 小时的样品的乙烯生成速率是最高的 , 随着时间推移 , 固氮活力逐渐 

下降 ,19 小时时下降为 2.5 小时速率的 54.6%, 到 25 小时下降为 43.8%。浸泡 2 小时 

样品同样也是持续下降 , 而湿润样品则是先升高后降低。 

湿润样品 Wetted samples 




3.00E-04 

2.50E-04 

2.00E-04 

1.50E-04 

1.00E-04 

5.00E-05 

0.00E+00 

2.5 19 25 

时间 (h) 

Time 

图 5.5 不同浸泡时间附生物样品乙烯平均生成速率 

Figure 5.5 C 2 H 4 average production rates in relationship with pretreatment time soaked in water 

94


以乙烯生成速率为指标 , 不同处理和不同时刻为因素 , 方差分析显示 , 在不 

同处理之间 ,F=5.06 大于临界值 3.01, 说明不同处理对乙烯生成速率影响显著 , 

不同时间之间 ,F=3.17 小于临界值 3.40, 说明不同时间对乙烯生成速率无显著影 

响。不同处理和不同时间之间交互作用 ,F=2.74 大于临界值 2.51, 说明不同处理 

和不同时间之间交互作用显著。加水处理的样品平均乙烯生成速率高于自然状态 

下样品。 

可见 , 样品在浸水湿润后 , 一开始含水量增加 , 促进了固氮活力的提升 , 但 

随着时间推移 , 湿润、浸泡 2 小时和浸泡 12 小时的样品都出现逐渐下降的趋势 , 

可能长时间浸泡 , 反而造成了固氮活力的下降。 

1.2.6 不同湿润程度的附生物样品继续培养比较 

结合最初的 2.5 小时、19 小时内的平均速率 , 继续观察浸泡 2 小时和 12 小时的 

样品 , 对比第二天、第三天的每天平均乙烯生成速率 , 发现在前 19 小时数值大小 

有明显差异 , 浸泡 12 小时的样品乙烯生成速率明显高于浸泡 2 小时的样品 ( 图 

5.6)。 

随着时间推移 , 在前二天 , 两种样品乙烯生成速率都显著下降。浸泡 2 小时 

样品的乙烯平均生成速率分别下降为 2.5 小时和 19 小时水平的 11.1%、17.8%; 浸 

泡 12 小时样品则分别下降为 6.0% 和 10.9%。 

在第三天 , 两种样品乙烯生成速率变化趋势发生明显变化 , 浸泡 2 小时样品 

的乙烯平均生成速率开始升高 , 并达到最高 , 约为 2.5 小时数值的 1.33 倍。而浸泡 

12 小时的样品其乙烯平均生成速率继续下降 , 但下降趋势减缓 , 约为第二天乙烯 

平均生成速率的 92.0%。 

可见 , 浸泡 2 小时的附生物较早的对水分变化做出了调整 , 固氮能力开始升 

高。而浸泡 12 小时的附生物 , 也逐渐对水分变化做出调整 , 但可能需要更长的时 

间来恢复固氮能力。 

95

乙烯平均生成速率 (ml/g/h) 



1.60E-04 

1.40E-04 

1.20E-04 

1.00E-04 

8.00E-05 

6.00E-05 

浸泡 2 小时 Soaked in 

water 2 hours 

浸泡 12 小时 Soaked in 

water 12 hours 

4.00E-05 

2.00E-05 

0.00E+00 

2.5h 19h 第 2 天第 3 天 

时刻 

Time 

图 5.6 不同湿润程度附生物样品乙烯平均生成速率 

Figure 5.6 Changes in C 2 H 4 production rates for samples soaked in water for 2 and 12 hours 

2.5 为 2.5 小时内 ,19 为 19 小时内 ;2 为第二天内 ;3 为第三天 . 2.5- The 2.5 hour;19- The 19 hours; 

2- The second day;3- The third day. 

96


2 不同黑暗处理下附生物固氮能力 

已有报道表明 , 黑暗条件能抑制固氮酶的合成 , 黑暗处理 4 小时后 , 酶的合 

成几乎完全停止。同时研究发现 , 固氮酶能适应于光暗周期的改变 , 固氮能力随 

光暗周期而升降。而在暗处固氮能力下降的速度又取决于多种因素 , 比如温度变 

化、黑暗前光照的强度和碳源的提供状况等等 (Bottomley et al., 1977; Fay, 1976; 

Gallon, 1981; 王业勤 ,1987)。可见 , 生物固氮酶的活性受黑暗影响 , 但具体 

影响因素必须考虑到黑暗之前的光照 , 温度、呼吸强度等等。 

2.1 黑暗处理实验设计 

采集 16 棵样木上下层附生物后混合。所有样品在干季无降水时采集 , 以保证 

附生物湿润程度相同。 

处理一 , 我们选择厚度约 1 cm, 表面积约 400 cm 2 样品放入培养瓶后 , 注入 

乙炔 , 用黑色胶袋包裹 , 置于屋内阴暗处 , 屋内温度保持在 15℃。 

处理二 , 将样品用纱网包起来放入烧杯平摊铺在容器底部 , 厚度约 1 cm, 表 

面积约 400 cm 2 , 然后放入 5000 ml 平底烧杯 , 然后向烧杯中加水 , 直至水淹过纱 

网厚度 , 浸泡 2 小时。然后将纱网取出 , 沥干直至不滴水。然后将样品放入培养 

瓶 , 加入乙炔 , 外部用黑色胶袋包裹 , 置于屋内阴暗处 , 屋内温度保持在 15℃。 

每种处理重复 3 次 , 共 4 个样品。 


第一种处理中 , 转入黑暗后 , 大部分样品 24 小时内未检测到乙烯的生成 , 

有的直到 48 小时左右才检测到乙烯的生成。可能在进入黑暗后的短时间内 , 虽 

然固氮酶继续合成 , 但无法检测到乙烯生成 (Mullmeaux,1983; 王业勤 ,1987)。 

我们选用一个较长时间段内的乙烯累积量除以累计时间来表示其固氮能力 , 其 

在黑暗中 24 小时后 , 乙烯生成速率逐渐升高 ( 图 5.7)。 

而第二种处理 , 将样品在水中充分浸泡 2 小时后放入黑暗中 , 发现乙烯生成 

速率并没有像前一种处理那样无法检测到乙烯的生成 , 而是保持了较高的水平 , 

并且大部分在 24 小时后才有所下降 ( 图 5.8)。 

97


C2H4 procution rates 


C2H4 procution rates 


1.00E-05 

9.00E-06 

8.00E-06 

7.00E-06 

6.00E-06 

5.00E-06 

4.00E-06 

3.00E-06 

2.00E-06 

1.00E-06 

0.00E+00 

24 26.5 48 

时间 (h) 

Time 

图 5.7 黑暗中 4 个样品乙烯生成速率 

Figure 5.7 C 2 H 4 production rates of 4 samples placed in dark environment 

6.00E-05 

5.00E-05 

4.00E-05 

3.00E-05 

2.00E-05 

1.00E-05 

0.00E+00 

4 20 24 27 48 

时间 (h) 

Time 

图 5.8 黑暗中湿润样品乙烯平均生成速率 

Figure 5.8 C 2 H 4 production rates of samples soaked in water for 2 hours before 

placing in dark environment 

98


3 不同寄主树种附生物固氮能力 

徐海清等研究发现 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶林中 , 除了个别物种只在一 

些树种出现外 , 多数附生植物与寄主树木种类之间的相关性不明显 ( 徐海清 , 

2005; 徐海清和刘文耀 ,2005)。那么寄主树木的种类对附生物的固氮活性是 

否有影响呢 ? 我们就此进行了分析。 

3.1 不同树种实验设计 

在干季和雨季 , 我们采样时 , 附生物的寄主树木为景东石栎和云南越桔两 

种树种。在前面第四章的干雨季乙烯生成速率分析中 , 已经发现不同样木间无 

明显差异 , 我们将样木按照树种 , 分成两组。 

另外 , 在 2006 年 12 月份 , 我们选择了哀牢山中山湿性常绿阔叶林中的 6 

个优势树种 , 采集附生物进行固氮能力的研究。这 6 个树种分别为 : 木果石栎 

(Lithocarpus xylocarpus) 、腾冲拷 (Castanopsis wattii), 景东石栎 (Lithocarpus 

chintungensis)、滇木荷 (Schima noronhae)、舟柄茶 (Hartia sinensis)、红花木莲 

(Manglietia insignis)。每个树种选择 4 棵样木 , 胸径均在 30 cm 以上。采集方法 

同前面的景东石栋和云南越桔。 


3.2.1 景东石栎 (Lithocarpus chintungensis) 和云南越桔 (Vaccinium duclouxii) 

之间附生物固氮能力的比较 

景东石栋和云南越桔两个树种间乙烯生成速率方差分析差异显著性分析如 

表 5.1。在干季和雨季的测定中 , 在选择的两个树种间 , 附生物固氮能力无显著 

差异。从数值上来看 , 除了在 2005 年 11 月份下层景东石栎的平均乙烯生成速 

率小于云南越桔 , 其余的月份 , 不管在上层还是下层 , 来自景东石栎的样品的 

乙烯生成速率均高于来自云南越桔的样品。 

99


表 5.1 景东石栎 (Lithocarpus chintungensis) 和云南越桔 (Vaccinium duclouxii) 之间 

乙烯生成速率比较 (2005.11-2006.10) 

Table 5.1 Comparison of C 2 H 4 production rates between Lithocarpus chintungensis 

and Vaccinium duclouxii(2005.11-2006.10) 

月份 

Months 

景东石栎乙烯生成速率 

平均值 (ml/g/h) 

Average C 2 H 4 production rate of 

Lithocarpus chintungensis 

云南越桔乙烯生成速率平 

均值 (ml/g/h) 


Vaccinium duclouxii 

差异 

Difference 

11 上层 

Top canopy 

layer 

下层 

Sub-canopy 

layer 

3 上层 

Top canopy 

layer 

下层 

Sub-canopy 

layer 

6 上层 

Top canopy 

layer 

下层 

Sub-canopy 

layer 

10 上层 

Top Canopy 

layer 

下层 

Sub-canopy 

layer 

9.96E-06 7.16E-07 不显著 

6.40E-07 1.51E-06 不显著 

8.67E-05 6.51E-05 不显著 

1.38E-06 9.01E-07 不显著 

3.02E-05 1.19E-05 不显著 

2.69E-05 2.62E-05 不显著 

3.41E-06 1.62E-06 不显著 

7.29E-05 3.96E-05 不显著 

3.2.2 多树种间附生物固氮能力比较 

在 6 个树种中 , 平均乙烯生成速率最高为来自木果石栎的附生物样品 , 最 

低为滇木荷的附生物样品。 

方差分析显示 , 不同树种间乙烯生成速率差异不显著 , 也就是说不同树种 

对附生物固氮能力无显著影响。可见 , 在不同树种间 , 附生物乙烯生成速率均 

无显著差异 , 不同树种对附生物固氮能力无显著影响。 

100

平均乙烯生成速率 (ml/g/h) 



1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

舟柄茶滇木荷木果石栎景东石栎红花木莲腾冲栲 

树种 

Tree species 

图 5.9 不同树种间乙烯平均生成速率 (2006 年 12 月 ) 

Figure 5.9 Average C 2 H 4 production rates among different trees species(December,2006) 

101


4 固氮能力与附生物物种的关系 

本研究采集的样品 , 是包含了不同物种 , 以及物种的不同比例的混合体。那 

么物种数量变化和物种所占比例变化 , 也就是说由单一的物种变为多个物种并存 

或者物种在样品中所占比例改变是否会影响固氮能力 ? 我们随机选择该区已报 

道的并在我们采集样品中出现频率较高的物种对此进行了模拟分析。 

4.1 物种和所占比重变化实验设计 

4.1.1 不同物种对固氮能力影响实验设计 

表 5.2 单一物种和混合物种 

Table 5.2 Single species and mixed species 

初始物种 

Original species 

白叶鞭苔 

Bazzania albifolia Horik. 

白边鞭苔 

Bazzania oshimensis (Steph.) 

Horik. 


Plagiochila nepalensis (Spreng) 

Lehm. & Lindenb. 

羽枝羽苔 

Plagiochila fruticosa Mitt. 

对照组中添加物种处理 

Species addition 

1 网藓 

2 


网藓 


膜蕨 

Hymenophyllum 

1 1 种蕨类 

2 两种蕨类 

3 膜蕨 

4 

Hymenophyllum 

花叶湿地藓 

Hyophila rosea Williams 

南方小锦藓 

Brotherella henonii (Duby) Fleisch. 



西南树平藓 

Homaliodendron montagneanum (C. Muell.) Fleisch. 



实验设计中各组样品物种如表 5.2。我们选取四个物种 , 分别为白叶鞭苔 

102


(Bazzania albifolia Horik.), 白边鞭苔 (Bazzania oshimensis (Steph.) Horik.), 

尼泊尔羽苔 (Plagiochila nepalensis (Spreng) Lehm. & Lindenb.), 羽枝羽苔 

(Plagiochila fruticosa Mitt.)。然后每种样品做两种处理 , 第一种处理不添加其 

他物种 ; 第二种处理添加其他物种 ,, 然后用乙炔还原法测定 24 小时内乙烯平均 

生成速率。每个样品尺寸在 20 cm×20 cm 左右 , 鲜重在 5-10 g 左右。 

4.1.2 物种比重变化实验设计 

为了进一步研究附生物物种与附生物固氮能力的关系 , 我们做了如下实验。 

选择样品中的附生物优势苔藓物种 -- 白边鞭苔 (Bazzania oshimensis (Steph.) 

Horik.) 为例 , 设计 5 组样品 , 一组为只有白边鞭苔 , 作为对照 , 其余组则分别 

包含了其他不同物种 , 白边鞭苔所占比重不断下降。每组尺寸在 20 cm×20 cm 

左右 , 鲜重在 5-10 g 左右。 

所有样品在干季无降水时采集 , 以保证附生物湿润程度相同。将同一物种样 

品挑出后 , 然后将其混合 , 然后根据要求加入不同的组中。 

第二组至第五组的样品其物种数及白边鞭苔所占比重如表 5.3 所示。 

组 

Groups 

表 5.3 不同样品内物种数和白边鞭苔 (Bazzania oshimensis (Steph.) Horik.) 比例 

Table 5.3 Species amounts and proportion ofBazzania oshimensis (Steph.) Horik. 

物种 

Species 

in different samples 

物种数 

Species number 

比重 (%) 

Proportion 

1 白边鞭苔 Bazzania oshimensis (Steph.) Horik. 1 100 

2 白边鞭苔 Bazzania oshimensis (Steph.) Horik. 

3 85 

2 种蕨类 


1 种蕨类 


膜蕨 Hymenophyllum 


花叶湿地藓 Hyophila rosea Williams 

南方小锦藓 Brotherella henonii (Duby) Fleisch. 

2 70 

2 65 

3 45 

103

比重 (%) 

Proportion 


C2h4 procution rates 



24 小时内各组样品的平均乙烯生成速率如图 5.10。随着白边鞭苔所占比重的 

下降 , 乙烯生成速率并没有下降 , 五组样品中最高值出现在白边鞭苔比重为 70% 

时 , 而当其比重下降到最低 45% 时 , 乙烯生成速率并没有降到最低 , 其数值处于 

五组样品中的第二最高值。 

120 

比重 (%) Proportion 

物种数 Species amount 

乙烯生成速率 (ml/g/h) C2H4 production rates 

2.50E-06 

100 

80 

2.00E-06 

1.50E-06 

60 

40 

20 

1.00E-06 

5.00E-07 

0 

1 2 3 4 5 

不同组 

Different groups 

0.00E+00 

图 5.10 含有不同比重白边鞭苔 (Bazzania oshimensis (Steph.) Horik.) 的 

附生物样品乙烯生成速率 

Figure 5.10 C 2 H 4 production rate of samples with different proportions of 

Bazzania oshimensis (Steph.) Horik. 

对单一种和添加物种的两种处理乙烯生成速率方差进行分析发现 , 在不同添 

加物种处理间 ,F=0.66< 临界值 5.32, 不同处理间乙烯生成速率无明显差异 ; 不 

同种之间 ,F=0.76< 临界值 3.44, 不同种 ( 不管是单一种还是混合了多种物种 ) 

之间乙烯生成速率无明显差异 (P


在哀牢山中山湿性常绿阔叶林的附生物中 , 附生物总是以苔藓、地衣、种 

子植物、蕨类等以及植物和动物的死亡或腐败的个体等等共同生长在一起的形 

式出现。可能有些物种并不能自身固氮 , 或者其没有形成共生固氮的体系 , 所 

以物种增加 , 反而导致了整体的乙烯生成速率的下降 ; 或者有些本来固氮的物 

种已经死亡 , 丧失了固氮能力。也有可能有些物种处于衰老阶段或者由于外部 

条件影响了固氮酶活性 , 同样也导致了整体的乙烯生成速率的下降。这些可能 

是出现物种数及比例增加而导致样品整体固氮能力下降的原因 , 也就是为什么 

会出现负相关。但总体固氮能力与物种及其所占比例变化关系不密切。 

105


5 固氮能力和不同样地间的关系 

在 2005 年 11 月 , 我们选择了 8 块样地 , 每块样地选择了 4 棵样木 , 采集 

上下层样品分析乙烯生成速率后发现 , 在不同样地、不同样木间无显著差异。 

后来为了保证能在同一天内采集到来自同一样地上下层的样品 , 随机选择了其 

中的 4 块样地 , 在随后的工作中 , 发现在 4 块样地间无显著差异 ,( 表 5.4, 方 

差分析表格在此不一一列出 )。 

4 块样地可以分为两组 , 一组为山坡下 , 较为平缓 , 树木密集 , 郁闭度更 

高 ; 另一组为坡上 , 地势较陡 , 较为开阔 , 斜坡坡度在 20° 左右。 

表 5.4 坡底和坡顶附生物之间乙烯生成速率比较 (2005.11-2006.10) 

Table 5.4 Average C 2 H 4 production rates between the samples in upper and lower slope plots 

(November,2005-October,2006) 

11 上层 

月份 

Months 

Upper canopy 

layer 

下层 

Sub-canopy layer 

3 上层 

Upper canopy 

layer 

下层 


6 上层 

Upper canopy 

layer 

下层 


8 下层 


10 上层 

Upper canopy 

layer 

下层 


坡底附生物乙烯生成速 

率平均值 (ml/g/h) 

Average C 2 H 4 production rate 

of samples in upper slope plots 

坡顶附生物乙烯生成速 

率平均值 (ml/g/h) 


samples in lower slope plots 

差异 

Difference 

3.44E-06 7.41E-06 不显著 

8.09E-07 6.67E-07 不显著 

1.35E-06 9.21E-07 不显著 

1.47E-06 8.05E-07 不显著 

2.54E-05 1.67E-05 不显著 

3.01E-05 2.44E-05 不显著 

1.26E-05 1.36E-05 不显著 

2.99E-06 2.03E-06 不显著 

4.89E-05 6.36E-05 不显著 

106

乙烯平均生成速率 (ml/g/h) 

Average C2H4 procution rates 


从图 5.11 可以看出 , 在上层 , 除了 2005 年 11 月份 , 其他月份坡底样木上 

层附生物乙烯生成速率均略高于坡顶样木上层附生物。 

在下层 , 除了 2006 年 10 月份 , 其他月份坡底样木下层附生物乙烯生成速 

率均高于坡顶样木下层附生物。 

坡底上层 Top canopy layer in lower slope plot 

坡顶上层 Top canopy layer in upper slope plot 

坡底下层 Sub-canopy layer in lower slope plot 

坡顶下层 Sub-canopy layer in upper slope plot 

1.00E-08 

1.00E-07 

1.00E-06 

1.00E-05 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

11 3 

月份 

6 10 

(Months) 

图 5.11 不同月份坡底和坡顶样木附生物乙烯平均生成速率 (2005.11-2006.10) 

Figure 5.11 Average C 2 H 4 production rates of samples in upper and lower slope plots 

(November,2005-October,2006) 

107


6 讨论 

6.1 水分对附生物固氮能力的影响 

干旱和湿润交替刺激会促使固氮生物产生新的异性胞和抗旱蛋白 , 合成新的 

固氮酶 , 刺激固氮活性升高。但长期干旱和长期湿润都会不同程度的降低生物的 

固氮活性 ( 钟泽璞等 ,1992;Belnap,2002;Mullmeaux,1983)。 

通过对不同样品的风干和加水处理发现 , 风干后的样品 , 浸水后 , 在较短时 

间内就激活了固氮能力 , 并逐渐升高 , 在几小时内就与自然状态下的固氮能力持 

平 , 然后继续升高达到更高的水平。不同湿润程度样品的平均乙烯生成速率均明 

显高于自然状态样品同期水平。 

但在长时间水分刺激的情况下 , 附生物固氮能力在经历最初的较高数值后 , 

会在一段较长时间内持续下降 , 而之后 , 其固氮能力又会出现反弹 , 可能是附生 

物对外部的水分胁迫产生相应的适应后固氮酶做出的反应。面对程度较弱的水分 

胁迫 , 附生物的固氮能力更容易恢复 , 甚至激发出更高的能力。 

这也就解释了为什么在 2006 年 8 月份 , 下层附生物的乙烯生成速率低于 6、10 

月份 ; 在 2006 年 10 月份 , 上层附生物的乙烯生成速率远低于下层 , 低于 6 月份上 

层数值 , 接近于 2005 年 11 月份上层的数值 , 可能雨季长期降雨 , 附生物特别是处 

于林冠上层中的附生物长期处于充足水分中 , 可能降低了固氮酶的活性 , 固氮能 

力下降。 

6.2 黑暗对附生物固氮能力的影响 

黑暗抑制了固氮酶固氮作用所需的能量供应。在黑暗的条件下 , 植物得不 

到光能 , 不能合成碳水化合物 , 而且还消耗了贮藏物质 , 这样 , 供给固氮酶的碳 

源和能量就逐步减少以至没有。从而导致固氮酶固氮能力降低 , 无法检测到乙 

烯的生成 , 最后停止产生乙烯 (Ching, 1975; Virtane, 1945; 黄文芳 , 1982)。 

黄文芳等 (1982) 发现三种热带豆科牧草根瘤置于黑暗后固氮能力逐渐下 

降 , 在 2 天就降至为零。所以样品在置于黑暗中固氮能力开始阶段特别低 , 甚 

至无法检测到乙烯。但后来并没有继续降低反而逐渐升高。 

王业勤等 (1987) 研究发现 , 在黑暗处理下的鱼腥藻 , 固氮能力并没有下降 , 

108


甚至在 9 小时后仍保持了较高的活力 , 是由于固氮酶与氧气含量成反比 , 黑暗 

中呼吸消耗了氧气 , 从而促进了固氮酶的固氮能力。 

同时水分能促进固氮酶的呼吸活性、ATP 的产生以及相关的一些酶如蔗糖 

合成酶的活性 , 能促进其对碳短缺、氧气限制和氮素积累的反馈调节 , 从而促 

进固氮能力 (Serra, 1998、2002;Wu, 1999; 梁建生 ,1998)。 

因此浸泡后的样品置入黑暗环境后 , 乙烯生成速率没有出现下降的趋势 , 

而是保持了较高的水平 ,20 小时后才开始出现下降的情况 , 同样可能是因为样 

品长期湿润的原因导致。 

在黑暗中 , 一开始附生物固氮能力下降甚至丧失 , 但附生物能对黑暗做出反 

馈调节 , 并逐渐恢复固氮能力 , 而水分能帮助附生物削弱黑暗对其固氮能力的抑 

制作用。但长时间处于湿润情况下附生物固氮能力又会有所下降。 

因此 , 在哀牢山中山湿性常绿阔叶林中 , 夜间或者光照很弱时 , 附生物的固 

氮能力可能会下降 , 适当水分刺激能帮助其恢复固氮能力 ; 而在郁闭度很高、光 

照很不充分的环境中 , 附生物的固氮能力也能对长时间光照不足或黑暗做出相应 

的适应和反馈。 

6.3 附生物寄主树木、采集样地与固氮能力的关系 

大多数苔藓和蕨类植物本身不能固氮 , 而是存在着与藻类等的共生固氮系 

统。比如鱼腥藻与满江红共生固氮 , 生物结皮中的蓝藻和地衣共生固氮等 

(Aranibar et al., 2003; Belnap, 2002; Hartley et al., 2002; Zaady et al., 1998; 戴林 

芬 ,1990; 吴楠 ,2007)。在哀牢山中山湿性常绿阔叶林中 , 可能也广泛存在着 

附生苔藓植物、蕨类等和藻类的共生固氮系统 , 因此附生物的固氮能力是广泛存 

在的 , 其大小更主要是与生存环境的内外影响因子有关 , 而与寄主树木的树种情 

况无关。 

在下层 , 干季内 ,2005 年 11 月份和 2006 年 3 月份 , 坡底样木的附生物乙 

烯生成速率均高于坡顶样木附生物 ; 雨季 ,2006 年 6 月份坡底样木的附生物乙 

烯生成速率高于坡顶 ,8 月份坡底样木和坡顶样木附生物乙烯生成速率接近 , 

坡顶样木数值略高 , 到了 10 月份 , 坡顶样木数值高于坡底。 

不管坡底还是坡顶 , 林冠上层环境中的湿度、温度、郁闭度等接近。而坡 

109


顶样地中下层较为开阔 , 与坡底样地环境状况有一定差别 , 所以上层附生物的 

固氮能力在坡底和坡顶大小差别不大。 

而在下层 , 更为阴暗、潮湿的环境可能更有利于附生物的生长。从干季到 

雨季开始的 6 月份 , 坡底样木的附生物乙烯生成速率均高于坡顶。但随着雨季 

来临 , 持续的降雨 , 造成附生物长期处于湿润状态 , 固氮能力有所下降。而坡 

顶样木由于样地内较为开阔 , 空气流动性好 , 有助于水分的蒸发 , 同时比坡底 

更有利于阳光的照射 , 从而帮助样品从过分湿润的状态中恢复。 

6.4 采集样品中物种构成变化对固氮能力的影响 

哀牢山湿性常绿阔叶林中附生物种类丰富 , 已发现的附生物种类高于在印 

度 , 墨西哥、哥伦比亚等热带雨林搜集到的数量 (Annaselvam & Parthasarathy, 

2001;Freiberg,1996;Hietz,1997;Wolf,1993)。徐海清等对哀牢山中山湿性 

常绿阔叶林的附生物研究发现 , 在大多数宿主树木上具有较多的附生植物共有 

种。而且在胸径 30 cm 以上的 8 棵样木上 , 就可以采集到大部分的附生物种类 ( 徐 

海清 ,2005; 徐海清和刘文耀 ,2005)。物种鉴定说明在我们采集的上下两层的 

32 份样品中 , 来自 16 棵样木的附生物种类中 , 苔藓种类数量超过了徐海清等报道 

的 37 种。说明我们采集的样品包含了该地区大部分的附生苔藓植物种类。 

附生物包括了活、死体附生维管植物和非维管植物 , 以及与之相关联的碎 

屑、微生物、无脊椎动物、真菌等 ( 徐海清和刘文耀 ,2005)。我们采集的单份 

样品 , 其实是聚集了多种物种的混合样品 , 里面包含了多种苔藓、蕨类等 , 将 

研究目标集中在附生物整体 , 以混合样品为研究对象 , 探测其平均固氮能力 , 

可以更直接、便利的说明附生物对整个森林生态系统的固氮贡献。 

而且在研究附生物整体固氮能力时 , 采集混合样品测定数值能更贴近于附 

生物的各种真实生活状态 , 反映其整体固氮能力。因为影响附生物固氮能力的 

因素非常多。就同一物种而言 , 不同生长发育阶段生物固氮能力会有差别 (Cha 

& Lee, 1996; 刘国凡等 ,1990), 不同温度、水分等因素都会影响生物的固氮能 

力。 

在我们采集的混合样品中 , 不同样品之间包含了不同物种 , 而且不同物种 

所占比例也不断变化。分析发现物种及所占比例变化对乙烯生成速率无显著影 

110


响。说明采集样品能比较准确的反映附生物整体的固氮能力。 

在哀牢山中山湿性常绿阔叶林的附生物中 , 可能也存在附生物与藻类等的 

共生固氮系统。在研究附生物固氮能力时 , 以混合样品取代单个物种为研究对 

象 , 能包含更多的物种以及物种的多种生活状态 , 有助于反映附生物的真实固 

氮能力。 

同时 , 在 2006 年 3 月份采集样品测定固氮能力后 , 物种鉴定发现有的样品 

中只有一种苔藓植物 , 而这些样品都检测到了固氮能力的存在。这些苔藓物种 

为 : 白叶鞭苔 (Bazzania albifolia Horik.)、白边鞭苔 (Bazzania oshimensis (Steph.) 

Horik.)、尼泊尔羽苔 (Plagiochila nepalensis (Spreng) Lehm. & Lindenb.)、羽枝 

羽苔 (Plagiochila fruticosa Mitt.)、耳平藓 (Calyptothecium philippinense Broth.)、 

大羽藓 (Thuidium cymbifolium (Dozy & Molk..) Dozy & Molk.)、刀叶树平藓 

( Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch. )、细疣胞藓属一种 

(Clastobryella tenella Fleisch.)。 

111


第六章讨论 

1. 附生物固氮能力研究方法的比较 

稳定性同位素技术是现代生态学研究中的一门新兴技术 , 我们选用 

15 N 自 

然丰度法对附生物的固氮能力进行了比较研究。在干季和雨季的两次测量中 , 

来自不同样地、不同采样层和不同样木的附生物样品 δ 15 N 值无显著差异 , 说明 

虽然由于生长阶段、周围环境因素等不同在某一时期附生物个体之间固氮能力 

可能存在差异 , 但在较长时间段内 , 其固氮能力趋于一致。 

应用该方法推算附生物固氮能力时 , 参照植物选择较为困难 , 因为在哀牢 

山森林生态系统中 , 附生物分布广泛 , 而分析无附生物生长的竹类植物的 δ 15 N 

值 , 发现将其作为参照植物也是不合理的。参照物选择困难、分馏等因素使得 

应用该方法在哀牢山森林生态系统中来计算附生物固氮能力的难度较大。 

乙炔还原法是当前测定生物固氮的常用方法 , 目前开展的附生物生物固氮 

研究中对实验细节描述极为简略。附生物表面积大 , 所需的培养瓶体积和加入 

样品的量均大于以往研究 , 本研究根据乙炔还原法运用于根瘤、固氮酶等研究 

方面的案例 , 详细研究了如何运用乙炔还原法测定附生物的固氮能力。 

标准曲线的建立为测定附生物乙烯生成速率奠定了基础。预备试验结果表 

明 , 加入乙炔的量必须适量 , 过量乙炔反而减缓甚至导致乙烯生成。同时研究 

发现 , 附生物的呼吸速率和固氮能力是不断变化的 , 会在几天内连续出现几个 

高峰并保持较高的水平 , 这就为我们对附生物离体后测定固氮能力提供了科学 

依据。为了更准确的反映附生物的固氮能力 , 选择在较长一段时间内的平均乙 

烯生成速率来表示其固氮能力更为科学、合理。 

本研究采用乙炔还原法迅速、便捷的观测了附生物的固氮能力变化。除去 

特别干旱的 2006 年 1、2 月份 , 样品接近风干无法检测到乙烯的生成 , 其余月 

份采集样品均发现了乙烯的生成。而且在干季和雨季测定中 , 发现乙烯生成速 

率在不同高度、不同月份等数值不断变化 , 由此应用乙炔还原法进一步分析了 

影响附生物固氮能力的因素。 

2. 附生物物种情况讨论 

目前开展的附生物固氮研究中 , 多为选择单个物种分析其固氮能力 

(Brandrud, 1995; Deluca et al., 2004; Evans & Johansen, 1999; Forman, 1975), 而 

112


哀牢山中山湿性常绿阔叶林中 , 附生物物种和生物量十分丰富 , 甚至高于一些 

热带地区森林 , 例如在单株寄主树木上附生物种类就多达 30 多种 ( 徐海清和刘 

文耀 ,2005)。 

我们参照生物多样性的采样方法采集混合样品 , 希望可以包含该地区大部 

分的附生物种类并验证固氮能力广泛存在。同时 , 混合样品包含了物种的固氮 

能力或高或低的多种生活状态 , 更能真实反映附生物整体的固氮能力。 

徐海清等 ( 徐海清和刘文耀 ,2005) 发现在该森林中 , 高度不同 , 附生物 

的生物量和物种也不同 ; 同时附生物生长高度不同 , 湿度、光照等环境因素也 

会有所不同 , 也会影响固氮能力。因此分上下两层采样 , 除了可以包含较多的 

物种外 , 还可以获得更为准确、详实的固氮能力变化范围。 

在对测试固氮能力的 32 份附生物样品 (2006 年 3 月份 , 来自 16 棵样木 ) 

进行物种鉴定发现 , 上层得到 27 个物种 , 分属 22 个属 , 下层为 18 个物种 , 分 

属 14 个属。总共包含了 29 个属 ,39 个物种。 

这一结果高于徐海清所调查的 80 株样木结果 , 其共收集到附生苔藓植物 

37 种 , 分属 24 个属。这可能是因为我们是挑选附生物组成 20 cm×20 cm 的尺 

寸范围 , 而生物多样性是研究寄主树木上只在 20 cm×20 cm 取样框范围内的 

附生物。 

3. 附生物固氮能力的变化范围 

近年来国外有学者尝试用乙炔还原法对附生物固氮能力进行测定 , 但介绍 

极为简略 ; 而且乙炔还原法是一种瞬间测定方法 , 测得结果都为单位时间内的 

固氮能力 , 所以一般都为测定一次或几次 , 然后根据测定的结果最大值和最小 

值 , 推断附生物较长时间内比如一年内的固氮能力的范围 (Brandrud, 1995; 

Deluca et al., 2004; Evans & Johansen, 1999; Forman, 1975)。 

我们通过乙炔还原法长期测定得到了干雨季内附生物固氮能力的可能变化 

范围。 

在观测期内除去 2006 年 1、2 月份遭遇干旱 ,1 月份样品接近风干无法检 

测到乙烯生成 ,2 月份只有少数样品检测到乙烯生成 , 其他月份采集的样品都 

检测到了乙烯的生成。 

在干季 ,2005 年 11 月和 2006 年 1 月期间 , 由于干旱 , 附生物固氮能力急 

113


剧下降 ,1 月数值接近于 0。2006 年 2 月份有所升高 , 但数值远低于 2005 年 11 

月份水平 , 随着降雨量逐渐增加 ,3 月份数值继续升高 , 但同样低于 2005 年 11 

月份 , 在干季 , 上下两层变化趋势基本相同。数值比较接近。固氮能力的变化 

与降雨量的变化一致。 

进入雨季后 , 降雨充沛。下层附生物生成乙烯速率明显升高。在下层 ,2006 

年 6 月份过后 , 在 8 月份出现一个下降 , 然后在 10 月份又开始升高 , 并达到最 

高值 ; 在上层 ,6 月份相比 3 月份有明显升高 , 但 10 月份数值又急剧下降 , 低 

于 2005 年 11 月份水平。可能长期湿润导致了固氮能力的下降。 

上层附生物的固氮能力 , 以乙烯生成速率表示 , 最高值出现在 6 月份 , 约 

为 2.11×10 -5 ml/g/h; 除去 1 月份的接近 0 值 , 最低值出现在 2 月份 , 约为 5.06×10 -8 

ml/g/h。 

下层最高值出现在 10 月份 , 为 5.63×10 -5 ml/g/h; 除去 1 月份的接近 0 值 , 

最低值出现在 2 月份 , 约为 4.77×10 -8 ml/g/h, 其次为 11 月 , 约 6.95×10 -7 ml/g/h。 

根据干季和雨季测定的乙烯生成速率变化范围 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶 

林林冠附生物固氮能力在 0.027-2.24 kg/ha/year。与其他森林研究结果相比 , 低 

于 Forman(1975) 在哥伦比亚发现一种叶附生植物固氮能力为 1.5-8 kg/ha/year, 

略低于 Sheridan(1991) 在拉美的云雾林中发现苔藓植物的固氮能力约为 4 

kg/ha/year, 接近 Deluca 等 (2004) 发现北欧森林中一种广泛存在的附生植物其 

固氮能力约 1.5-2 kg/ha/year, 高于 Carpenter(1992) 在哥斯达黎加雨林中发现附 

生物固氮能力约为 0.1 kg/ha/year。可见 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶林中附生物 

的固氮能力不容小视。 

4. 水分是影响附生物固氮能力的关键因素 

在附生物固氮能力干雨季变化中发现 , 水分是影响附生物固氮能力的关键 

因素。 

2006 年 1 月、2 月的样品都接近风干状态 , 大部分样品自然状态下无法检 

测到乙烯的生成 , 但加水浸泡后都检测到了乙烯的生成。在温度接近的 2006 年 

6、8 和 10 月份 , 而上下两层附生物的乙烯生成速率均有一个先降低后升高的 

过程。8 月份值最低 , 在 10 月份达到最高。而这三个月份的降水量分别为 188.5 

mm、146.9 mm、146.9 mm。8 月份和 10 月份的降水量相同 ,8 月份月均温高 

114


于 10 月份 , 但 8 月份下层附生物的乙烯生成速率却是最低的。 

随着雨季长期降雨 , 附生物固氮能力在 2006 年 6 月份后有所下降。在下层 , 

8 月份能力低于 6 月份 , 数值接近干季 2006 年 3 月份 , 高于 2005 年 11 月水平 , 

而后在 10 月份又达到观测期内最高值。而在上层 , 附生物固氮能力在 10 月份 

则继续下降 , 低于 2005 年 11 月水平 , 高于 2006 年 3 月水平。 

从含水率来看 , 随着降雨量的增加附生物含水率逐渐上升 , 乙烯生成速率 

也逐渐上升。但随着进入雨季含水率长期保持在较高水平 , 附生物的乙烯生成 

速率反而出现了下降。而随着含水率下降乙烯生成速率出现反弹甚至达到更高 

的水平。比如 2006 年 10 月份样品的上下层附生物含水率分别为 70.4% 和 43.6%, 

而下层附生物平均乙烯生成速率却是上层速率的约 22.4 倍。上层附生物比之前 

的 6 月份数值明显降低。而相比上层附生物 , 下层附生物由于率先摆脱了长期 

湿润的状态 , 从而固氮能力得以提升 , 高于 6、8 月份数值 , 达到整个观测期内 

的最高值。 

雨季乙烯生成速率平均值高于干季平均值。可能是因为随着降雨量逐渐增 

加 , 下层开始能得到足够的水分 , 从而固氮能力被激发。但长期湿润反而会抑 

制固氮能力 , 而附生物能对不利环境因素做出调整。 

进一步对不同湿润程度和浸泡时间附生物的固氮能力比较发现 , 水分能明 

显促进附生物固氮能力的提高 , 而在长时间水分刺激的情况下 , 附生物固氮能 

力在经历最初的较高数值后 , 会在一段较长时间内持续下降 , 而之后 , 其固氮 

能力又会出现反弹 , 可能是附生物对外部的水分胁迫产生相应的适应后固氮酶 

做出的反应。面对程度较弱的水分胁迫 , 附生物的固氮能力更容易恢复 , 甚至 

激发出更高的能力。 

5. 其他影响附生物固氮能力的因素 

附生物样品置于黑暗中固氮能力开始阶段特别低 , 甚至无法检测到乙烯 , 

而经历一段时间后附生物对此做出适应 , 固氮能力升高。而水分能帮助附生物 

抵制黑暗对其固氮能力的抑制。 

上层附生物由于在不同坡位湿度、温度、郁闭度等区别不大而固氮能力差 

别不大。而在下层 , 更为阴暗、潮湿的环境可能更有利于附生物的生长 , 但当 

雨季持续降雨时 , 坡顶下层的附生物由于林内较为开阔、通风 , 光照充分而更 

容易恢复固氮能力。 

115


选择该区域内的 6 个优势树种 , 在不同树种间 , 附生物乙烯生成速率差异 

不显著。同时发现在采集的样品内 , 附生物物种构成、比重变化对固氮活性无 

显著影响 , 说明在附生物中可能存在与藻类等的共生固氮系统。同时表明因为 

个体不同发育阶段、环境因子不同都会影响固氮能力的高低 , 采集混合样能更 

准确的反映附生物整体的固氮能力。 

6. 附生物生物固氮能力的贡献 

林冠附生物指生长于林冠 , 无根与土壤或寄主相连的植物及其残体。主要包 

括地衣类、苔藓类、维管植物 ( 种子植物、蕨类 )、植物残体及腐殖质、真菌类、 

藻类等 (Nadkarni, 1984)。林冠附生物是生物多样性的重要组成部分 , 由于其特 

殊的生理生态学特性 , 在多种生态系统中起着不可忽视的重要作用 , 是构成生态 

系统的重要成分之一。 

在附生物较为丰富的地区或群落 , 附生物固氮能力对于其他生物的正常生 

长及维持系统的稳定 , 乃至整个系统的生物地球化学循环都具有重要意义 

(Brown, 1982; Nadkarni, 1984)。 

甘建民等 (1999) 等报道该区内大气降雨和穿透雨是养分输入的主要形式 , 

其中氮输入量分别为 14.18 kg/ha/year 和 6.10 kg/ha/year, 另外树干径流氮输入 

量为 0.022 kg/ha/year。在本研究中 , 由乙烯生成速率大小推断附生物固氮能力 

范围在 0.027-2.24 kg/ha/year, 已经超过树干径流的氮输入量 , 低于穿透雨和大 

气降雨的氮输入量。 

Hofstede(1993) 提出附生物由于其丰富的生物量 , 本身就构成了一个巨大 

的营养库。与以往对该区优势植物的氮元素研究相比 ( 中国科学院昆明生态研 

究所 ,1998), 本研究中 , 在 2006 年 4 月和 2006 年 8 月分别测定附生物氮含量。 

两次测定的氮含量平均值为 1.82%, 高于该区 7 种优势树种叶、枝、干和根的 

氮含量 ; 略低于灌木层优势种箭竹的叶的氮含量 , 高于其其他器官的氮含量 ; 

高于草本层中优势种滇西瘤足蕨的地上和地下部分的氮含量。附生物生物量按 

照徐海清等的计算结果 , 那么附生物本身氮贮量约 194.38 kg/ha。约为乔木层植 

物氮贮量的 14.00%, 约为灌木层植物氮贮量的 4.96 倍 , 草本层植物的 11.87 倍。 

2006 年 8 月对比 4 月 , 附生物氮含量增加约 0.08%。生物量按照徐海清等 

的研究结果 10.55 t/ha( 除去地衣 ), 那么 4 月至 8 月的 4 个月内 , 每公顷样地 

内附生物个体本身增加的氮约 8.64 kg 氮 , 由此估算氮年积累量可达约 25.92 

116


kg。约为乔木层植物氮年积累量的 43.83%, 灌木层植物的 14.09 倍 , 草本层植 

物的 23.78 倍。 

根据乙烯还原法测得的结果 ( 表 4.12), 如果取 3 月份上层 1.13×10 -6 ml/g/h 代 

表 4-8 月份内的平均固氮速率来推测 4-8 月份内固氮能力最低值 , 则苔藓植物固定 

氮约为 0.03 kg/ha/year; 如果取 6 月份下层的固氮活力 2.65×10 -5 ml/g/h 来推测 4-8 月 

份内的固氮能力最高值 , 则苔藓植物固定氮约为 0.70 kg/ha/year。 

因此在 2006 年 4 月至 8 月的 4 个月时间内 , 附生物通过生物固氮固定氮约 

为 0.01-0.23 kg, 约占氮积累量的 0.2%-4.2%。 

可见 , 哀牢山中山湿性常绿阔叶林中附生物的生物固氮能力不可低估 , 其 

在氮元素的生物地球化学循环中的作用不容忽视。 

117


第七章结论 

目前对林冠附生物的固氮研究主要在南美的热带雨林中开展 (Carpenter, 

1992; Forman, 1975; Sheridan, 1991), Deluca 等 (2004) 报道了北欧森林中存在 

具有固氮能力的附生物 , 在亚热带森林生态系统中开展研究较少。哀牢山亚热 

带中山湿性常绿阔叶林中附生物物种丰富 , 生物量也很大 ( 徐海清和刘文耀 , 

2005), 在该森林中对附生物的固氮能力的研究 , 尚属首次。 

1. 乙炔还原法是研究附生物固氮能力较为适宜的方法。 

乙炔还原法可以迅速、直接的判断附生物是否具有固氮能力 , 同时其是一 

种瞬间测定方法 , 这就为我们分析不同因素对附生物固氮能力的影响提供了基 

础。相比 

15 N 自然丰度法由于参照物选择、分馏等限制因素影响而应用困难 , 

乙炔还原法操作更为简便 , 更便于满足固氮能力变化规律等研究的实验设计。 

目前对附生物固氮研究开展较少 , 实验描述极为简略 , 本研究对乙炔还原 

法测定附生物固氮能力的实验设计进行了预实验和讨论 , 为开展其固氮能力研 

究奠定了基础 , 希望为今后类似研究提供借鉴。研究发现 , 在利用该法测定附 

生物固氮能力时 , 必须根据样品状况、研究目的等具体情况 , 对标准曲线法的 

选择、标准曲线的建立、最佳注入乙炔量和培养时间的选择等进行具体分析。 

2. 本研究假设在该地区广泛存在的附生物具有固氮能力。选择区内的优 

势树种分上下层采集样品应用乙炔还原法进行了验证 , 研究发现附生物的固氮 

能力广泛存在 , 而且不容小视。附生物在氮元素的生物地球化学循环中发挥着 

重要作用。 

研究表明 , 附生物的固氮能力是广泛存在的 , 附生物乙烯生成速率变化范 

围在 6.95×10 -7 ml/g/h-5.63×10 -5 ml/g/h( 除去特别干旱的 2006 年 1、2 月份 ), 

据此推算附生物固氮能力在 0.027-2.24 kg/ha/year。以整个观测期的上下层平均 

值约 9.56×10 -6 ml/g/h 来推算全年的固氮能力 , 固氮数值约 0.38 kg/ha/year。 

该结果与北欧温带森林附生物固氮能力接近 , 高于哥斯达黎加雨林研究结 

果 , 低于拉美云雾林研究结果。 

与该区的大气降雨、穿透雨和树干径流氮输入量相比 , 高于树干径流氮输 

入量约 0.022 kg/ha/year, 低于大气降雨和穿透雨约 6.10 kg/ha/year 和 14.18 

kg/ha/year。 

118

第七章结论 

在 2006 年 4 月至 8 月的 4 个月时间内 , 附生物固定氮约占通过氮含量计 

算得出的这段时间内氮积累量的 0.2%-4.2%。而附生物本身的氮贮量和氮年积 

累量明显高于该区内的草本层和灌木层植物数倍甚至 10 倍以上 , 与乔木层植物 

相比 , 分别占其 14.00% 和 43.83%。附生物在氮元素的生物地球化学循环中发 

挥着重要作用。 

寄主树木树种变化、附生物物种构成、比重变化对固氮活性无显著影响 , 

说明在附生物中可能存在与藻类等的共生固氮系统 , 附生物固氮能力更多的是 

受内外环境因素的影响。 

3. 水分是影响附生物固氮能力的关键因素。 

水分能激活接近风干状态下附生物 (2006 年 1、2 月份 ) 的固氮能力。干 

旱交替刺激能显著提高固氮能力。 

从干季进入雨季后 , 附生物固氮能力显著上升 , 雨季平均固氮能力高于干 

季。同时在不同生长高度 , 由于降雨分配、光照等原因 , 固氮能力有所差异 , 

而在雨季 , 长时间湿润反而会造成附生物固氮能力的下降 , 率先摆脱长期湿润 

状态的附生物将更早的恢复固氮能力。 

4. 附生物固氮能力能对水分、黑暗等环境因素胁迫做出反馈调节。 

附生物可以在 20 几个小时内持续吸收自身 10 倍左右重量的水分。适当水 

分刺激能促进固氮能力的提高 , 但长时间浸泡反而导致固氮能力的下降 , 而持 

续一段时间后附生物能对水分胁迫做出反馈调节 , 固氮能力逐渐升高。 

在长时间黑暗状态下附生物在最初检测不到固氮能力 , 然后其固氮能力逐 

渐升高。同时适当水分刺激能帮助附生物抵制黑暗对其固氮能力的抑制。 

因此 , 在哀牢山中山湿性常绿阔叶林中 , 附生物固氮能力能对长时间光照不 

足、黑暗或长期湿润等做出相应的适应和调节。 

5. 物种鉴定结果进一步验证了附生物固氮能力广泛存在。 

选择 16 棵样木 (DBH 超过 30cm) 采集得到的附生物样品中 , 已经包含了 

该区内大部分的附生物物种。而这些样品都检测到了乙烯的生成。上层具有更 

多的附生物种类。 

同时发现有的样品中只有一种苔藓植物 , 而这些样品都检测到了固氮能力 

的存在。这些苔藓物种为 : 白叶鞭苔 (Bazzania albifolia Horik.)、白边鞭苔 

119


(Bazzania oshimensis (Steph.) Horik. )、尼泊尔羽苔 (Plagiochila nepalensis 

(Spreng) Lehm. & Lindenb.)、羽枝羽苔 (Plagiochila fruticosa Mitt.)、刀叶树平藓 

(Homaliodendron scalpellifolium (Mitt.) Fleisch.)、大羽藓 (Thuidium cymbifolium 

(Dozy & Molk..) Dozy & Molk.) 、耳平藓 (Calyptothecium philippinense Broth.) 

和细疣胞藓属一种 (Clastobryella tenella Fleisch.)。前六种都为该区内的优势附 

生苔藓植物物种。 

本研究在哀牢山亚热带中山湿性常绿阔叶林中首次证明林冠附生物具有生 

物固氮能力。这一发现对今后研究我国亚热带森林生态系统功能和氮循环提供 

了一新的思考角度。 

在哀牢山中山湿性常绿阔叶林中 , 桤木在次生林中也有所分布。因此附件 

对桤木干季和雨季不同发育阶段根瘤固氮能力进行了测定 , 并讨论了在云南推 

广利用桤木的方式。 

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附件哀牢山桤木根瘤固氮能力研究 


自上世纪八十年代以来 , 木本固氮植物 ( 包括木本豆科与非豆科植物 ) 的研 

究在世界范围内引起广泛关注。目前 , 国内外已有关于豆科固氮树种及根瘤菌 

研究的较全面详细的资料和报道 , 在此不再赘述 ( 陈文新 ,2004; 韩素芬和周 

湘泉 ,1990; 韩素芬 ,1995、1996; 黄维南等 ,1984、1985)。在自然界 , 有 

8 科 24 属 200 多种非豆科木本双子叶植物与固氮放线菌 Frankia 共生形成根瘤 

固氮 , 而针对非豆科固氮树种的研究目前也是科学领域的一个热点 (Mullin & 

Dobritsa, l996; 刘国凡等 ,1990)。 

桤木 (Alnus nepalensis), 又名旱冬瓜、尼泊尔桤木 , 是桦木科桤木属的落 

叶乔木 , 在中国主要分布于云南、四川西南部、西藏东南部、贵州和广西西部。 

在云南分布很广 , 除南部低海拔地区外 , 几乎遍及全省各地 ( 西南林学院和云南 

省林业厅 ,1990; 薛纪如和姜汉桥 ,1988; 云南省林业科学研究所 ,1985)。 

桤木生长迅速 , 木材用途广泛 , 可改善土壤肥力 , 促进生态恢复 , 其中桤木 

的固氮能力是其对生态系统做出的最重要的贡献 (Akkermans, 1981; Alegre, 

1996; Atta, 1996; Baker, 1984; Binkley, 1983), 同时桤木等固氮树种在夏威夷火 

山和阿拉斯加冰退等受干扰森林生态系统演化中 , 正是由于提供了充足的氮以 

持续改变氮供给、生产量和植被的组成 , 并因此改变了演替的轨迹 , 而这些都 

是与根部根瘤与 Frankia 菌共生 , 形成较强的固氮能力密切相关 (Bormann, 1979; 

Fastie, 1995; Vitousek, 1987)。 

刀耕火种下的轮歇农业是东南亚许多山地民族的主要耕作方式 , 也是其对 

当地森林生态系统的一种主要干扰方式。在东南亚国家 , 桤木长期以来都作为 

休耕树种种植于休闲地上 (Bartlett, 1992; Chaudhry et al., 1996; Dhyani & 

Tripathi, 1999)。云南众多的少数民族也普遍种植桤木 , 并与农作物轮作 , 是 

当地休闲地轮歇的一种重要经营方式。据云南省林业调查发现 , 桤木林一般是 

在常绿阔叶林遭砍烧破坏后形成的一种次生类型 , 多分布在山坡中部、下部及 

背沟湿润地段 , 特别常见于常绿阔叶林林缘的撩荒地上 (Guo & Padoch, 1995; 

Guo et al., 1997; 郭辉军 ,1993; 赵磊 ,1991)。 

国内有学者从桤木根瘤和内生菌形态学、根瘤生物量和基因多样性 , 以及苗 

圃内种植幼苗根瘤固氮能力等角度进行了研究 , 但有关天然林中桤木次生林对生 

143


态系统最重要的贡献 -- 固氮能力的研究 , 目前还没有相关报道 ( 代玉梅等 ,2004; 

吴晓丽 ,1992; 吴祖洪和周国璋 ,1994; 赵之伟 ,1996; 赵之伟和赵志坚 ,1995; 

赵之伟等 ,1995)。为此 , 我们选择云南哀牢山国家自然保护区中形成的桤木次 

生林 , 初步研究其固氮能力 , 可以做为哀牢山中山湿性常绿阔叶林附生物固氮能 

力研究的补充 , 同时也是希望为无论是休闲地还是次生林推广种植桤木提供依 

据。 

在哀牢山中山湿性常绿阔叶林中 , 树种组成主要由木果石栋 (Lithocarpus 

xylocarpus)、腾冲拷 (Castanopsiswattii), 景东石栋 (Lithocarpus chintungensis), 

滇木荷 (Schima noronhae)、绿叶润楠 (Machilus viridis)、舟柄茶 (Hartia sinensis)、 

红花木莲 (Manglietia insignis) 等组成 , 没有发现有豆科固氮木本植物作为优势 

树种出现。而贾风勤 (2005) 研究发现 , 哀牢山保护区内的景东县有丰富的豆科 

固氮树种及其根瘤菌资源 , 固氮树种达到 77 种。 

1 根瘤样品的采集和固氮能力测定方法 

1.1 样地概况 

桤木生长在次生林中 , 在未受干扰的成熟林中极为罕见。在哀牢山徐家坝 

地区西北角有一片集中的桤木林 , 面积 0.98 km 2 左右 ( 中国科学院昆明生态研 

究所 ,1998)。乔木基本以桤木 (Alnus nepalensis) 和马缨花 (Rhododendron 

delavayi) 为主 , 灌木种类均杂于草本层中 , 主要种类为玉山竹 (Y.niitakayamensis 

(Hayata)Keng f.)、黄蔍 (Rubus obcordatus) 和芒种花 (Hypericum patulum)。 

草本层种类有毛蕨菜 (Pteridium adenophorum)、白果草莓 (Fragaria nilgeerensis) 

和西南委陵菜 (Potentilla fulgens) 为主。 

1.2 样品采集 

在一公顷样地中选取桤木 15 棵 , 将每棵桤木长有根瘤的侧根全部挖出露出 

土面 , 取下上面生长的全部根瘤 , 分别在干季 (2006 年 4 月 ) 和雨季 (2006 年 

10 月 ) 采集一次。按照生长发育的不同阶段分类装入培养瓶 , 每份样品鲜重约 

5g 左右。 

1.3 乙炔还原法对哀牢山桤木根瘤样品的处理和固氮能力测定 

根据上述方法 , 采样时将根瘤小心挖出至露出土表 , 将根瘤带土和生长的 

根装入密封袋返回实验室。在实验室中 , 刷去根瘤表面的泥土 , 按照其不同生 

144


长发育阶段将根瘤分为老瘤、壮瘤和幼瘤 3 组 , 称取根瘤样品重量。然后在 3 

组内取各个年龄段的混合样品分别放入 300ml 培养瓶 , 并用橡胶隔膜或反口橡 

皮塞塞紧密封等待分析。测定方法同附生物。 

145


2 根瘤特性与固氮能力 

2.1 根瘤特征 

桤木根瘤是由直径约 2 mm 的颗粒形瘤瓣聚生的珊瑚状。根瘤簇为多年生。 

根据根瘤的颜色、表皮和分枝特征 , 可以粗略地分成三种瘤龄 , 即 : 幼瘤 - 色稍 

浅 , 表皮嫩而光滑 , 分校长 1 cm 左右 , 常位于紧密型或松散型瘤簇的梢部 , 或 

为年幼的小瘤簇 ; 老瘤 - 色深暗 , 带褐色 , 皮粗糙并有较多节状斑痕突起 , 分校 

长 2 cm 左右 , 常处于松散型瘤簇分枝的中、下部位 ; 壮瘤则居幼、老瘤之间。 

附图 1.1 

桤木根瘤 

Attached Figure 1.1 Nodules of Alnus nepalensis 

瘤瓣的衰败多从基部开始 , 呈纵向皱缩、干瘪或腐烂。根瘤的不同瘤龄 , 

表示它们的发育阶段和相对成熟度 , 在每株根系上生长着各个发育期的根瘤。 

根瘤的分布 , 从调查的十余株桤木看出 , 就其范围基本上都集中在基茎附近 

不太粗的侧根上 , 就其深度主要在地表附近 lOcm 左右土层 , 这部分根瘤大约占 

根瘤总量的 70% 左右。在 0-10 cm,10 cm-20 cm 和 20 cm 以上 3 种不同径级的样木 

根瘤中 3 种发育期的根瘤都存在。同一株桤木根系上 , 常有不同瘤龄的根瘤并存 

( 附图 1.1)。 

2.2 不同瘤龄根瘤所占比重 

146

比例 (100%) 

Proportion 


在干季 , 壮瘤所占比例最高 , 约为 46.16%, 其次为老化根瘤 , 为 29.31%, 

幼瘤所占比例最低 , 为 24.53%。到了雨季 , 比例最高仍然为壮瘤 , 约为 54.13%, 

其次为老瘤 , 约 33.53%, 最低为幼瘤 12.33%( 附图 1.2)。 

老瘤 Old nodule 壮瘤 Mature nodule 幼瘤 Young nodule 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

4 10 

时间 (month) 

Time 

附图 1.2 不同瘤龄根瘤所占比例 (2006 年 4 月和 10 月 ) 

Attached Figure 1.2 Proportion of old, mature, and young nodules(April and October, 2006) 

2.3 不同瘤龄根瘤固氮活力比较 

在干季 , 不同年龄段的根瘤固氮活力不同 , 老瘤最低 , 壮瘤最高 , 老瘤固氮 

活力为 1.97×10 -4 ml C 2 H 4 /g/h, 仅为壮瘤固氮活力的 1.15%, 幼瘤固氮活力的 

1.30%。而壮瘤和幼瘤的固氮活力比较接近 , 幼瘤固氮能力约为壮瘤的 88.38%( 附 

表 1.1)。 

附表 1.1 干季、雨季不同瘤龄根瘤的固氮能力 

Attached Table 1.1 Nitrogen fixing potential of different age nodules in dry and wet season 

瘤龄 

Age 

老 

Old 

壮 

Mature 

幼 

Young 

直径 (cm) 

Diameter 

色泽 

Color 

干季 

Dry season 

固氮活力 (ml C 2 H 4 /g/h) 

Nitrogen fixing potential 

雨季 

Wet season 

比率 

Ratio 

0.6-0.8 黑褐 0.00020 4.685E-05 4.23 

0.3-0.6 黄褐 0.017 0.0017 10.28 

乙烯生成速率 



瘤固氮活力约为 4.65×10 -5 ml C 2 H 4 /g/h, 仅为壮瘤固氮活力的 27.96%, 幼瘤固氮活 

力的 32.66%。壮瘤固氮能力略高于幼瘤 , 幼瘤固氮能力约为壮瘤的 85.57%( 附 

图 1.3)。 

1.00E-05 

老瘤 Old nodule 壮瘤 Mature nodule 幼瘤 Young nodule 

1.00E-04 

1.00E-03 

1.00E-02 

1.00E-01 

1.00E+00 

4 10 

时间 (month) 

Time 

附图 1.3 干季和雨季根瘤固氮活力比较 

Attached Figure 1.3 Nitrogen fixing potential between dry season and wet season 

2.4 桤木固氮能力分析 

附表 1.2 干季、雨季不同瘤龄根瘤的固氮能力 

Attached Table 1.2 Nitrogen fixing potential and proportion of old, mature and young nodules 

瘤龄 

Age 

所占比例 (%) 

Proportion 

固氮活力 (mol C 2 H 4 /g/h) 

Nitrogen fixing potential 

干季 

Dry season 

雨季 

Wet season 

干季 

Dry season 

雨季 

Wet season 

老 

Old 

壮 

Mature 

幼 

Young 

29.31 33.53 8.35×10 -9 1.98×10 -9 

46.16 54.13 7.25×10 -7 7.10×10 -8 

24.53 12.33 6.41×10 -7 6.08×10 -8 

根据不同瘤龄根瘤的乙烯生成速率和其各自所占总瘤重比例 , 得出其固氮 

能力 ( 附表 1.2)。 

148


3 讨论 

3.1 桤木根瘤固氮能力 

植物的不同生长阶段会影响生物固氮作用。如大豆、花生、木豆 , 通过生物 

固氮固定的氮素中 90% 在生殖阶段中进行 , 而 10% 在营养生长过程中进行。有研 

究发现固氮根瘤在不同发育阶段其根瘤固氮能力也具有明显差异 (Cha & Lee, 

1996; 刘国凡等 ,1990; 王军辉等 ,2004; 吴清平等 ,1996; 吴晓丽 ,1992)。 

因此 , 采集根瘤样品分析固氮能力时 , 我们采集了各种发育阶段的根瘤 , 

以便分析其不同生长发育阶段的根瘤的固氮能力。 

在两次测定中 , 成年根瘤 ( 包括壮瘤和老瘤 ) 所占比例在 70% 以上。壮瘤所 

占比例最高 , 而且雨季高于干季 , 雨季比干季上升 17.27%; 老瘤其次 , 同时雨季 

比干季上升 14.41%; 

而幼瘤所占比例较少 , 而且雨季比干季降低 49.72%。可见 , 随着树木的不断 

生长 , 不同年龄阶段的根瘤也在逐渐变化 , 幼瘤可能成长为壮瘤甚至老化瘤 , 而 

部分壮瘤可能已经老化称为老瘤。 

与附生物相比 , 附生物在测量期内最高值为 10 月份下层乙烯生成速率约 

5.63×10 -5 ml C 2 H 4 /g/h, 而根瘤最低值出现在老瘤的雨季数值 ,4.65×10 -5 ml 

C 2 H 4 /g/h, 其余不同瘤龄和季节的数据均在附生物的数倍甚至百倍以上。 

对比干季和雨季根瘤的固氮能力可以发现 , 在雨季 , 不同生长阶段的根瘤 

固氮活力都下降。壮瘤固氮能力干季为雨季的 10.28 倍 , 幼瘤为 10.62 倍 ; 而老 

瘤下降倍数比较少 , 干季为雨季的 4.23 倍。雨季长期持续降雨 , 前文曾经提到 

长期的浸泡会导致固氮酶活性的下降甚至丧失 , 此处可能是雨季的长时间浸泡 

造成了根瘤固氮酶的固氮能力的下降 ( 附图 1.3)。 

3.2 桤木的固氮贡献和推广利用 

有研究表明 , 由于自然环境因子变化多端 , 长期自然选择和人工选择的结 

果使桤木产生了丰富的变异 , 桤木的固氮能力随着种植环境变化而变化 ( 陈益 

泰等 ,1999; 贺超英和陈益泰 ,2002)。Binley 等 (1992) 提出桤木根瘤的固 

氮能力为 5-10 µmol C 2 H 4 /g/h,Zacarías 等 (2004) 发现 7 种根瘤菌的固氮能力 

在 0.3-6 µmol C 2 H 4 /g/h。 

与国内其他地区比较 , 在干季 , 哀牢山桤木根瘤的乙烯生成速率约 1.2×10 -2 

149


ml/g/h, 固氮能力约为 0.49 µmol C 2 H 4 /g/h, 略高于浙北桤木 0.009-0.24 µmol 

C 2 H 4 /g/h, 低于四川桤木 0.64-3.91 µmol C 2 H 4 /g/h( 吴晓丽 ,1992; 吴祖洪和周 

国璋 ,1994)。而雨季 , 根瘤的乙烯生成速率约 1.1×10 -3 ml/g/h,, 固氮能力约 

0.047µmol C 2 H 4 /g/h, 则远低于上述四川桤木数值 , 和浙江桤木的数值接近。 

根据统计 , 云南省较好立地条件下桤木生长约 2083 棵 , 而在一般立地条件 

下 ,7 年生人工林平均树高 13 米、平均胸径 11 厘米 ;20 年生平均高 20 米 , 平 

均胸径 23 厘米 , 每公顷仅 800-1000 株 , 木材蓄积量 250-300 立方米 ( 赵磊 , 

1991)。可见 , 云南省种植桤木有很大的潜力。 

桤木属的不同树种间根瘤生物量和固氮能力也有明显差别。有报道生长于 

加拿大的 5 年生 Alnus rubra 森林根瘤量为每公顷 130 kg, 我国东北 3 年生毛赤 

杨 Alnus hirsuta 根瘤量为每公顷 436 kg(David & Aubrey, 1975; David et al., 

2004; 黄家彬等 ,1991; 杨思何等 ,1985)。潘燕等 (2008 年 ) 调查四川亚热 

带退耕还林区内 1-7 年生桤木根瘤生物量 , 发现根瘤生物量在 2.59-132.14 g/ 

株 , 王金锡等 (2004 年 ) 和朱万辉等 (2002 年 ) 调查发现 , 四川 4 年生台湾桤 

木林分 , 根瘤生物量每年增加为 6.9 g/ 株。 

因此 , 应该重视对桤木根瘤固氮能力的研究 , 选择固氮能力强、生长迅速 

的树种推广种植。以哀牢山桤木为例 , 假设每公顷内种植 2000 棵桤木 , 根瘤平 

均生物量在 50 g/ 株 , 每公顷根瘤量为 100 kg。以干季哀牢山桤木的根瘤固氮能 

力 0.49 µmol C 2 H 4 /g/h 为平均固氮速率 , 以此推算桤木在一年内 (300 天 ) 固定 

的氮大约在 3.3 kg, 如果成熟后根瘤量达到 200 kg 左右 , 则年固氮量可达到 6 kg 

左右 , 可见其固氮能力还是非常可观的。 

桤木是云南省主要的造林树种之一 , 特别是在当前国家实施的天然林保护工 

程中 , 其在造林中的地位更加突出 , 大多数县区都把桤木列为天然林保护工程实 

施中主要的阔叶混交树种。 

据初步统计 , 云南省有桤木纯林 20 余万公顷 , 蓄积量 4200 万立方米 , 如将混 

交林统计在内 , 分布面积约为 30 余万公顷 , 成林面积仅次于云南松、栋类、思茅 

松、冷衫 , 位居第五位 ( 赵磊 ,1991)。但是目前桤木的林分状况却非常令人担 

忧。由于长期的剃光头采伐方式和伐优留劣 , 干形通直高大的植株被大量伐去 , 

留下发育不良的植株 , 致使林分质量退化相当严重 , 树干歪扭、分枝低下的现象 

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非常普遍。此处提出桤木的种植利用方式 , 希望可以为桤木的推广提供参考。 

3.2.1 桤木防护林的开发利用 

结合我国其他地区的成功经验 , 可以采用以下几种模式 : 

a. 江河防护林。 

云南境内河流、湖泊密布 , 径流面积在 100 平方公里以上的河流 908 条 , 分属 

长江 ( 金沙江 )、珠江、红河、澜沧江、怒江和依洛瓦底江六大水系。但洪旱灾 

害频繁 , 水土流失严重。桤木的速生性和根瘤固氮能力在江河防护中起突出作用 , 

可在江河防护林中广泛推广种植桤木。 

b. 牧区防护林 

桤木种植可以改良土壤和提供饲料等 , 能够发挥多重效益。由于桤木在云南 

境内特别是滇西、滇中广泛分布 , 而滇西、滇中正是云南河流和牧区集中的地区 , 

因此可以大力推广应用。 

c. 桤木防火林 ( 林带 ) 的开发利用 

调查发现桤木天然林具有阻火功能 , 在火险等级极高的条件下 , 可成功阻止 

高强度的林火蔓延 ( 刘爱荣等 ,1996)。人工的防火林带从育苗到发挥功能要经 

过十多年时间 , 而桤木适应性广、生长迅速 , 可以在人工防火林中培育种植 , 具 

有很大的现实意义和经济价值。 

3.2.2 粮林间作 

在田间栽种桤木既能固氮保肥、又能不断砍伐枝条以作薪柴。发展桤木 , 

可解决农村四料 ( 木料、肥料、燃料、饲料 )、改善生态环境、对促进农业生产 

起着十分重要的作用。 

3.2.3 退耕还林中作为不良立地的先峰树种 

桤木依靠根瘤和固氮菌共生体的固氮作用 , 增强其抗逆性和萌蘖力 , 能在 

贫氮土壤、瘠薄荒坡、严重侵蚀地、采矿搅动地等作为先峰树种繁茂生长。因 

此 , 可在剧烈面蚀、沟蚀以致崩塌 , 地表为薄层半风化覆盖 , 植被稀少的中山 

地带 , 采取云南松与桤木混交等造林模式。 

3.2.4 用材林中的伴生树种 

桤木作为固氮树种的引入 , 可增进氮素的生物富集、促进主林木生长和区 

域土壤肥力的改善。因此 , 也可推广作为用材林的伴生树种 , 且桤木可迅速成 

151


材 , 同样可作为经济用材或薪炭林。 

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学习期间撰写和发表文章目录 

学习期间撰写和发表文章目录 

1. 韩斌 , 邹晓明 , 陈爱国 . 山地社区土地资源可持续管理评估研究 . 生态学 

报 ,2004,24(12),2915-2919. 

2. 韩斌 , 李笠等 . 生态友好的滇池流域国土资源综合开发模式研究 . 中国人 

口 · 资源与环境 ,2008,18(1),191-194. 

3. 韩斌 , 邹晓明等 . 浅谈生物固氮研究现状及展望 . 山西农业科学 , 已接受 . 

4. 韩斌 , 邹晓明等。国外以社区为基础的自然资源管理进展 . 广东农业科学 , 已 

接受 . 

5. 巩合德 , 杨国平 , 张一平 , 刘玉洪 , 郑征 , 沙丽清 , 甘建民 , 韩斌 .2006. 哀牢山亚 

热带常绿阔叶林叶面积指数测定研究 . 中国生态学会 2006 学术年会论文 

荟萃 . 

6. 韩斌 , 邹晓明等 . 哀牢山中山湿性常绿阔叶林附生物固氮能力研究 . 自然科学 

进展 , 审稿中 . 

7. Han Bin, Zou Xiao-ming. Nitrogen fixation ability of epiphytes in 

Ailao Mountain cloud forests, Yunnan, China. Submitted to 

Protoplasma. 

8.Han Bin, Zou Xiao-ming. Varying nitrogen fixation ability and 

influence factors of epiphytes in Ailao Mountain, Yunnan, China. 

In writing. 

153


致谢 

时光如梭 , 转眼间在版纳植物园的学习生活就要告一段落了。这里的一草 

一木见证了我的青春。这一段生活将使我永生难忘 ! 

在研究生期间有太多人需要感谢。首先要感谢导师邹晓明研究员 , 邹老师 

不仅在学习上悉心指导 , 督促我独立思考 , 培养我独立工作的能力 , 在生活上 

也给予了无微不至的关心 , 使我在不断提高自己的知识水平和工作能力的同时 , 

也明白了更多做人的道理。 

感谢张一平老师、沙丽清老师、刘文耀老师、朱华老师、曹敏老师对我的 

的博士论文设计提出了宝贵的意见和指导。感谢陈爱国老师、付永能老师和李 

斌老师对我学习和生活上的指导和帮助 , 感谢郭辉军老师、殷寿华老师、唐建 

维等老师的关怀和指导 , 感谢园管理部门和人事处的李宏伟老师、周双云老师、 

陈志云老师、杨秀华老师、邹定秀老师、陈亚玲老师耐心细致的工作 , 感谢土 

壤生态组的冯志立、杨效东、付昀等老师的帮助 , 感谢曾经帮助过我的版纳植 

物园的所有老师。 

感谢中国科学院昆明植物研究所植物化学和西部植物资源持续利用国家 

重点实验室的丁靖凯老师、余珍老师和梁惠玲老师对我实验工作的指导和帮助。 

感谢上海师范大学的曹同老师帮助鉴定标本 , 感谢中科院南京土壤所的孙国庆 

老师帮助分析 

15 N。没有你们的帮助 , 我无法开展工作 , 完成博士论文。 

特别感谢哀牢山台站的各位老师和工作人员 , 感谢刘玉洪老师对野外工作 

的支持和生活的关心 , 感谢杨国平老师、甘建民老师给予的指导和帮助 , 感谢 

杨文争师傅协助我完成野外实验 , 感谢巩合德、李新德、罗世昌、鲁志云等提 

供的帮助 , 你们就像我的家人一样 , 难忘在哀牢山的美好时光 ! 

感谢几位师兄 ( 姐 ) 窦军霞、施济普、尹利伟、张教林、相辉、高雷在各 

方面给予很多的关心和帮助 ; 感谢我的同学陈帆、龚志莲、窦剑、何云玲、孔 

维静、类延宝、刘冬梅、李宗善、林露湘、刘文俊、苏志龙、宋富强、王秋艳、 

王博弈、王永峰、杨礼攀等 ; 还有我的师弟 ( 妹 ) 陈建会、李郎、马文章、房 

秋兰、徐文静、赵燕、齐丹卉、罗银玲、付坚、晏雨鸿、王如玲、郑丽、徐磊、 

于洋、栗忠飞等 , 他们与我一起渡过了一段美好的时光。再次对所有关心和帮 

助过我的同学们表示衷心的感谢 ! 

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致谢 

与支持 ! 

怀念赵崇奖师兄 , 感谢他对我的无私帮助 , 虽然他已经永远的离开了我们。 

最后还要感谢我的妻子和家人 , 他们一直陪伴着我 , 感谢他们对我的关爱 

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