32.生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性_吴家森.pdf

第 29 卷 第 20 期 农 业 工 程 学 报 Vol 29 No 20 2013 年 10 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Oct 2013 111 生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性 吴家森 1 2 张金池1 钱进芳3 黄坚钦3 1 南京林业大学森林资源与环境学院 南京 210037 2 浙江农林大学浙江省森林生态系统碳循环与 固碳减排重点实验室 临安 311300 3 浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室培育基地 临安 311300 摘 要 山核桃 Carya cathayensis 是中国特有的高档干果和木本油料树种 但高强度经营导致林地土壤性质的改 变 为了解生草对土壤的修复效果 在山核桃主产区设置了紫云英 Astragalus sinicus 油菜 Brassica campestris 黑麦草 Lolium perenne 和免耕 4 种处理 对土壤有机碳及微生物功能多样性进行分析 结果表明 不同生草栽培 后 山核桃林地土壤总有机碳 total organic carbon TOC 质量分数显著增加 与免耕相比 种植油菜 黑麦草 紫云英 4 a 后土壤 TOC 分别提高了 23 12 26 61 和 24 74 增加的组分以羰基碳为主 但并未改变土壤碳库 的稳定性 同时也显著提高了林地土壤微生物量碳 microbial biomass carbon MBC 和水溶性有机碳 water soluble organic carbon WSOC 的质量分数 MBC 增加了 138 61 159 68 WSOC 提高了 56 24 69 47 3 种生草 的土壤微生物活性 average well color development AWCD 显著高于免耕 微生物多样性指数 Shannon index H 和均匀度指数 evenness index E 则表现为油菜 紫云英处理显著高于免耕 研究表明 生草栽培能有效提高林地 土壤 TOC 质量分数和微生物功能多样性 为山核桃林地土壤修复和科学管理提供参考 关键词 土壤 有机碳 微生物学 山核桃 生草 水溶性有机碳 微生物量碳 微生物功能多样性 doi 10 3969 j issn 1002 6819 2013 20 016 中图分类号 S714 8 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2013 20 0111 07 吴家森 张金池 钱进芳 等 生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性 J 农业工程学报 2013 29 20 111 117 Wu Jiasen Zhang Jinchi Qian Jinfang et al Intercropping grasses improve soil organic carbon content and microbial community functional diversities in Chinese hickory stands J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2013 29 20 111 117 in Chinese with English abstract 0 引 言 山核桃 Carya cathayensis Sarg 是中国特有的 高档干果和木本油料树种 主要分布在浙皖交界的 天目山系 1 2011 年 山核桃林栽培面积 89 3 104 hm2 经济效益达 45 000 元 hm2 2 但在生产过 程中 为了果实采摘方便 大量施用草甘膦除草剂 林下灌木 杂草消失殆尽 原有的山核桃复层林转 变为单层林 从而使土壤裸露 水土流失严重 林 地土壤受到中度至剧烈侵蚀 侵蚀模数在 1 157 3 887 t km2 a 3 人为经营 26 a 后 A 层土壤有机 碳质量分数明显下降 4 造成林地生态环境日益恶 化 影响了山核桃产业的可持续发展 果园生草是一种优良的可持续发展土壤管理 收稿日期 2013 06 08 修订日期 2013 09 05 基金项目 国家自然科学基金项目 No 41201323 浙江省重点科技 创新团队果品产业创新团队 No 2009R50033 作者简介 吴家森 1972 男 浙江庆元人 教授级高级工程师 从事研究方向为森林土壤学 南京 南京林业大学 森林资源与环境学院 210037 Email jswu 通信作者 张金池 1962 男 山东安丘人 博士 教授 从事 研究方向为水土保持与林业生态工程 南京 南京林业大学森林资源与 环境学院 210037 Email zhang8811 模式 已在苹果园 葡萄园 桃园 梨园 李园及 杨梅园等推广应用 果园生草能有效提高土壤有机 碳质量分数 改良土壤物理结构 增强土壤养分供 给能力 显著提高土壤微生物数量和酶活性 在改 善果园小气候 减少土壤流失 降低果园气温和土 壤温度的极端数值等方面具有较好的效果 5 10 同 时还具有较强的固碳能力 11 土壤有机碳及其动态平衡是评价土壤肥力和 土地持续利用的主要指标之一 其数量和分布反映 了地表植物群落的空间分布 时间上的演替和人为 干扰 12 土壤微生物作为土壤物质循环和生化过程 的主要参与者与调节者 它在植物凋落物的归还 养分循环 土壤理化性质的改善中均起着十分重要 的作用 能敏感地反映土壤生态系统发生的微小变 化 13 针对山核桃强度经营导致林地土壤性质的改 变及林地土壤的修复 相关学者开展了生草品种的 筛选 种植等研究 在一定程度上改善了林地的生 态环境 14 16 但生草栽培对山核桃林地土壤质量的 影响还未曾报道 本文通过定位试验 研究了生草 对土壤有机碳及微生物功能多样性的影响 以期为 农业工程学报 2013 年 112 山核桃土壤修复 科学管理和生草栽培技术的实施 提供科学依据 1 研究区概况与研究方法 1 1 研究区概况 试验地位于浙江省临安市 地理位置为 30 03 02 N 119 08 54 2 E 海拔 200 240 m 属 亚热带季风气候 年平均气温 16 4 极端最高气 温 41 7 极端最低气温 13 3 年平均有效积 温 5 774 年平均降水量 1 628 mm 年平均日照 时数 1 774 h 无霜期 235 d 土壤为发育于板岩的 石灰土 17 土壤基本理化性质为 pH 值 5 79 有机 碳 17 05 g kg 碱解氮 142 52 mg kg 有效磷 8 27 mg kg 速效钾 35 85 mg kg 1 2 试验设计 试验林分位于下坡 坡度 20 东北坡 树龄 30 40 a 密度为 300 棵 hm2 郁闭度为 0 7 的山核 桃纯林 该林分已连续强度经营 10 a 即每年 5 月 上旬 9 月上旬各施复合肥 N P2O5 K2O 15 15 15 750 kg hm2 由于长期施用除草剂 林下灌木 草 本层已缺失 2008 年 9 月 在山核桃试验林中采用单因素随 机 区 组 设 计 共 设 紫 云 英 Astragalus sinicus L AS 油菜 Brassica campestris L BC 黑麦草 Lolium perenne L LP 和免耕 No tillage NT 4 个处理 3 次重复 共 12 个小区 小区面积 10 m 10 m 生草的播种量均为 30 kg hm2 分别撒播于不 同处理的试验小区中 于 5 月份结籽前刈割 80 生 草并全覆盖于林中 剩余的生草继续完成生命周 期 以供结实 产生的种子可供第二年自然繁育 不需重复播种 不使用除草剂 而免耕则采用常规 的除草方式 4 6 8 月底喷施 20 草甘膦除草剂 300 kg hm2 生草 4 a 后 2012 年 4 月测定 的土壤理 化性质见表 1 表 1 不同生草土壤基本理化性质 Table 1 Physical and chemical properties of soils under different treatments 试验处理 Treatment pH 值 pH value 碱解氮质量分数 Alkali hydrolyzable nitrogen content mg kg 1 有效磷质量分数 Available phosphorus content mg kg 1 速效钾质量分数 Available potassium content mg kg 1 砂粒质量分数 Sand content 粉粒质量分数 Slit content 粘粒质量分数 Clay content 容重 Bulk density g cm 3 免耕 No tillage NT 5 76 158 51 8 81 36 67 30 55 48 77 20 68 1 25 油菜 Brassica campestris BC 6 21 184 24 13 01 36 67 26 20 52 50 21 30 1 15 黑麦草 Lolium perenne LP 5 80 188 65 13 70 37 5 26 08 53 60 20 32 1 18 紫云英 Astragalus sinicus AS 5 95 212 45 14 79 59 17 27 51 51 70 20 79 1 16 1 3 样品采集与分析方法 2012 年 4 月中旬 在不同处理小区中 按 S 型布点 分别采集 5 个点的表层 0 20 cm 土样 将其混合 然后采用四分法分取样品 1 kg 左右带回 实验室 去除石块和植物根系等杂物 过 2 mm 筛 后混匀 将样品分成两部分 一部分直接用于测定 土壤溶解性有机碳和微生物功能多样性 另一部分 置于室内自然风干后用于土壤养分的测定 土壤总有机碳 total organic carbon TOC 用 重铬酸钾 硫酸外加热法 土壤pH值用酸度计法 水 土比为 2 5 1 0 土壤机械组成用比重计法 容 重用环刀法 18 土壤水溶性有机碳 water soluble organic carbon WSOC 的测定参考 Jones 和 Willett 的方法 19 物 生物量碳 microbial biomass carbon MBC 采用 氯仿熏蒸浸提法测定 20 21 土壤的氢氟酸 HF 预处理与核磁共振波谱分 析 土壤样品 HF 预处理参考文献 22 方法进行 将 上述经 HF 溶液预处理过的土壤样品用核磁共振波 谱仪测定 AVANCE II 300 MH 布鲁克公司 测试参数 光谱频率 75 5 MHz 旋转频率 5 000 Hz 接触时间 2 ms 循环延迟时间 2 5 s 土壤微生物代谢活性和功能多样性分析采用 Biolog Eco 检测法 23 土壤微生物代谢活性采用每 孔颜色平均变化率 average well color development AWCD 表示 微生物群落代谢功能多样性采用多 样性指数 Shannon index H 和均匀度指数 evenness index E 来表征 24 25 1 4 数据处理 数据处理在 SPSS 13 0 软件上完成 采用单因 素方差分析 one way analysis of variance 和新复极 差法 shortest significant range 比较不同数据组间的差 异 显著性水平设定为 0 05 2 结果与分析 2 1 不同处理对土壤总有机碳质量分数的影响 由图 1 可知 人工生草后林地土壤总有机碳 TOC 质量分数与免耕相比差异显著 P 0 05 不同 生草对土壤有机碳增加的幅度有所不同 与免耕相 比 质量分数分别提高了 26 61 24 74 和 第 20 期 吴家森等 生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性 113 23 12 不同生草间没有明显差异 注 测定日期为 2012 年 4 月 Note Measured in April 2012 图 1 不同处理土壤有机碳质量分数 Fig 1 Comparison of contents of organic carbon in soils 生草栽培是一种行之有效的土壤管理方法和 制度 它能改善土壤物理性质 增加土壤养分和有 机碳质量分数 8 生草后山核桃林地土壤有机碳质 量分数显著提高 主要是生草后每年通过地上部分 死亡 细根周转和根系分泌等可向土壤归还大量的 有机质 这与葡萄园 26 苹果园 27 杨梅园 10 土壤 有机碳质量分数分别提高 54 4 30 0 和 25 2 48 9 的研究结果相似 另外免耕则造成较一定的 水土流失 生草后可减少土壤流失 19 3 94 9 28 生草后土壤有机碳质量分数显著增加 但土壤 有机碳的结构是否也发生了变化呢 不同生草后 土壤有机碳的固态 13C 核磁共振波谱谱图 图 2 可将波谱划分为 7 个共振区 即烷基碳 0 45 N 烷氧碳 45 60 烷氧碳 60 90 缩醛碳 90 110 芳香碳 110 145 酚基碳 145 165 和羰基碳 165 210 对核磁共振谱峰进 行区域积分 得到土壤有机碳中各种含碳组分的百 分比 表 2 从图 2 及表 2 可知 生草后 林地 土壤羰基 的比例显著升高 与免耕相比 油菜 黑麦草 紫云英分别提高了 36 9 29 9 和 33 9 烷基碳 烷氧碳和芳香碳比例明显下降 分别降低 10 0 16 4 18 9 20 9 和 10 5 16 6 生草后每年大量有机物料归还土壤 从而使土壤中 容易被氧化分解的羰基碳明显增加 这与本研究中 生草后土壤的 MBC 和 WSOC 质量分数比免耕提 高了 138 61 159 68 和 56 24 69 47 也是一 致的 注 A 烷基碳Alkyl C B N 烷氧碳N alkyl C C 烷氧碳O alkyl C D 缩醛碳Acetal C E 芳香碳Aromatic C F 酚基碳Phenolic C G 羰基碳Carboxyl C 图 2 不同处理土壤总有机碳的核磁共振图谱 Fig 2 NMR spectra of soil total organic carbon under different treatments 表 2 不同处理土壤含碳组分占总有机碳的比例 Table 2 Proportions of different organic carbon groups to total organic carbon under different treatments 处理 Treatment 烷基碳 Alkyl C N 烷氧碳 N alkyl C 烷氧碳 O alkyl C 缩醛碳 Acetal C 芳香碳 Aromatic C 酚基碳 Phenolic C 羰基碳 Carboxyl C 烷基 C 烷氧 C AlkylC O alkyl C 疏水 C 亲水 C Hydrophilic C Hydrophobic C 脂族 C 芳香 C Aliphatic C Aromatic C 芳香度 Aromaticity 免耕 NT 9 02a 5 54a 15 63a 11 61a 28 36a 12 92ab 16 92b 0 28a 1 01a 1 01a 49 7a 油菜 BC 7 56b 5 89a 12 37b 12 29a 23 66b 15 06a 23 17a 0 25a 0 86a 0 98a 50 4a 黑麦草 LP 7 54b 5 81a 12 63b 12 42a 25 39b 14 23a 21 98a 0 24a 0 89a 0 97a 50 8a 紫云英 AS 8 12b 5 68a 12 67b 12 11a 25 27b 13 5ab 22 65a 0 26a 0 88a 1 00a 50 1a 注 同一列中不同字母代表在数值上存在显著差异 P 0 05 下同 Note Differ letters in the same column represent the significant different between the data P 0 05 the same as below 农业工程学报 2013 年 114 烷基 0 45 烷氧 45 110比值反映了腐殖物质 烷基化程度的高低 可作为有机碳分解程度的指 标 29 疏水C 亲水C C0 45 C110 165 C45 110 C165 210 其比值反映腐殖物质疏水程度的大小 比值越大则 土壤有机碳稳定性越高 30 脂族 C0 110 芳香 C110 165 可以用来反映腐殖物质分子结构的复杂程度 该比 值越高表明腐殖物质中芳香核结构越少 脂肪族侧 链越多 缩合程度越低 分子结构越简单 29 30 芳 香度 C110 165 C0 165 100 可以反映有机碳分子结 构的复杂程度 该值越大 表明芳香核结构越多 分子结构越复杂 29 30 从表 2 可知 土壤有机碳中 烷基 C 烷氧 C 疏水 C 亲水 C 的比值略有下降 说明了土壤中难分解有机碳的比例相对减少 脂族 C 芳香 C 的比值略有下降 而芳香度则略有升高 均说明了生草后土壤有机物料多样性增加 土壤腐 殖物质中芳香核结构越多 分子结构变得更加复 杂 综上分析 生草后土壤有机碳库的稳定性并没 有发生明显的改变 2 2 不同处理对土壤微生物量碳和水溶性有机碳 质量分数的影响 种植人工生草后林地土壤微生物量碳 MBC 的 质量分数显著升高 从表 3 可知 不同生草林地土 壤 MBC 质量分数 250 28 272 38 mg kg 显著高于 免耕 104 89 mg kg P 0 05 土壤 MBC 质量分数 分别提高了 159 68 144 24 和 138 61 土壤水 溶性有机碳 WSOC 质量分数 43 70 47 40 mg kg 与 免 耕 27 97 mg kg 相 比 也 存 在 显 著 性 差 异 P 0 05 不同生草对 WSOC 增加的幅度略有不同 但差异不显著 分别提高了 69 47 66 05 和 56 24 MBC WSOC 占 TOC 的比例 更能反映 不同土地利用类型下植被对土壤碳行为的影响结 果 种植生草后改变了 MBC WSOC MBC TOC 和 WSOC TOC 的比例 表 3 MBC WSOC 的比例由 免耕的 3 75 提高到 5 52 5 75 MBC TOC 由免耕 处理的 0 63 提高到 1 22 1 30 WSOC TOC 由免耕处理的 0 17 提高到 0 21 0 23 表 3 不同处理土壤微生物量碳及水溶性有机碳质量分数 Table 3 Comparison of concentrations of microbial biomass carbon MBC and water soluble organic carbon WSOC 处理 Treatment 微生物量碳 MBC mg kg 1 水溶性有机碳 WSOC mg kg 1 MBC WSOC MBC TOC WSOC TOC 免耕 NT 104 89 12 59b 27 97 3 22b 3 75 0 630 17 油菜 BC 250 28 32 34a 43 70 5 68a 5 73 1 220 21 黑麦草 LP 272 38 38 41a 47 40 5 97a 5 75 1 300 23 紫云英 AS 256 18 34 58a 46 44 6 55a 5 52 1 240 22 2 3 不同处理对土壤微生物功能多样性的影响 不同生草后土壤环境与结构发生改变 导致土 壤通气性 水势梯度和热传导性随之改变 为微生 物创造了适宜的生存和繁殖条件 同时刈割生草覆 盖后 生草的腐烂物为林地土壤微生物提供了丰富 的营养物质 更适合微生物的繁殖 31 影响微生物 学性质的主要因素是有机碳质量分数 32 生草后山 核桃林地土壤总有机碳质量分数显著提高 特别是 土壤微生物量碳 水溶性有机碳的提高更加明显 对土壤微生物功能多样性是否也会产生影响呢 Biolog 生态板是基于氧化还原反应的一种研究 环境微生物群落代谢功能的载体 Biolog 盘中每孔 颜色平均变化率 AWCD 是反映土壤微生物代谢 活性的一个重要指标 33 由图 3 可见 随着培养时 间的延长 各处理的 AWCD 值呈抛物线模式 土 壤微生物活性随时间的延长而提高 在 24 h 内不同 处理土壤的 AWCD 无明显变化 而后快速上升 直至 144 h 后变化趋于平缓 192 h 基本稳定 此时 黑麦草 紫云英 油菜和免耕处理土壤的 AWCD 值分别为 1 244 1 231 1 187 和 1 080 多重比较 结果表明 3 种生草与免耕之间 土壤的 AWCD 值 差异达显著水平 P 0 05 表明生草后土壤微生物 种群的多样性增加 从而提高了不同碳源的利用效率 图 3 不同处理土壤微生物 AWCD 值的变化 Fig 3 Average well color development AWCD of soil microbes 种植生草后土壤微生物多样性指数略有提高 不同处理间存在一定的差异 表 4 Shannon 指数 表现为油菜 紫云英与免耕之间的差异达显著水平 P 0 05 而黑麦草与免耕之间的差异不显著 土 壤微生物均匀度指数 E 之间也存在着一定的差异 总体表现为紫云英 油菜与免耕之间存在显著性差 异 P 0 05 黑麦草与免耕之间的差异不明显 表 4 不同处理土壤微生物功能多样性指数 Table 4 Indexes of microbial function diversity in soils 处理 Treatment Shannon 指数 Shannon index H 均匀度指数 Evenness index E 免耕 NT 3 335 0 081b 0 933 0 014b 油菜 BC 3 616 0 064a 0 969 0 001a 黑麦草 LP 3 458 0 178ab 0 936 0 034ab 紫云英 AS 3 604 0 071a 0 972 0 014a 第 20 期 吴家森等 生草提高山核桃林土壤有机碳含量及微生物功能多样性 115 3 种不同生草土壤微生物活性 AWCD 值 Shannon 指数和均匀度指数不存在显著性差异 这 与徐秋芳等 13 研究的结果相似 3 结 论 1 种植生草 4 a 后 山核桃林地土壤有机碳质 量分数显著增加 土壤有机碳的结构也发生了改 变 表现为羰基 C 的比例显著升高 而烷基 C 烷 氧 C 和芳香 C 的比例明显降低 但土壤有机碳库的 稳定性并没有发生明显改变 烷基 C 烷氧 C 疏 水 C 亲水 C 脂族 C 芳香 C 的比值略有下降 而 芳香度则略有升高 2 生草栽培显著提高了山核桃林地土壤微生 物量碳和水溶性有机碳的质量分数 分别增加了 138 61 159 68 56 24 69 47 同时也提高 了微生物量碳和水溶性有机碳占总有机碳 TOC 的比例 3 生草后 山核桃林地土壤微生物生态功能 多样性显著增强 微生物活性 AWCD 值 Shannon 指数和均匀度指数均明显提高 但不同生草之间没 有显著性差异 综上 本研究表明 生草栽培能有效提高山核 桃林地土壤有机碳质量分数和微生物功能多样性 改善了林地土壤质量 在山核桃产区可大力推广种 植 从而保持山核桃产业的可持续发展 参 考 文 献 1 陈世权 黄坚钦 黄兴召 等 不同母岩发育山核桃 林地土壤性质及叶片营养元素分析 J 浙江林学院学 报 2010 27 4 572 578 Chen Shiquan Huang Jianqin Huang Xingzhao et al Nutrient elements in soil and Carya cathayensis leaves from four parent rock materials J Journal of Zhejiang Forestry College 2010 27 4 572 578 in Chinese with English abstract 2 王正加 黄兴召 唐小华 等 山核桃免耕经营的经 济效益和生态效益 J 生态学报 2011 31 8 2281 2289 Wang Zhengjia Huang Xingzhao Tang Xiaohua et al Analysis on economic and ecological benefits of no tillage management of Carya cathayensis J Acta Ecologica Sinica 2011 31 8 2281 2289 in Chinese with English abstract 3 王云南 浙江省典型经济林水土流失特征分析与防治 措施优化设计 D 杭州 浙江大学 2011 Wang Yunnan Research on the Characteristics and the Harnessing Measure of Water and Soil Losses for Economic Forests Slope Lands in Zhejiang Province D Hangzhou Zhejiang University 2011 in Chinese with English abstract 4 陈世权 山核桃人工林养分诊断及生态经营技术研究 D 南京 南京林业大学 2012 Chen Shiquan Research on Nutrient Diagnosis and Ecological Management Technology in Carya cathayensis Forestry D Nanjing Nanjing Forestry University 2012 in Chinese with English abstract 5 惠竹梅 岳泰新 张瑾 等 西北半干旱区葡萄园生 草体系中土壤生物学特性与土壤养分的关系 J 中国 农业科学 2011 44 11 2310 2317 Xi Zhumei Yue Taixin Zhang Jin et al Relationship between soil biological characteristics and nutrient content under intercropping system of vineyard in northwestern semiarid area J Scientia Agricultura Sinica 2011 44 11 2310 2317 in Chinese with English abstract 6 张桂玲 秸秆和生草覆盖对桃园土壤养分含量 微生 物数量及土壤酶活性的影响 J 植物生态学报 2011 35 12 1236 1244 Zhang Guiling Effects of straw and living grass mulching on soil nutrients soil microbial quantities and soil enzyme activities in a peach orchard J Chinese Journal of Plant Ecology 2011 35 12 1236 1244 in Chinese with English abstract 7 冯存良 陈建平 张林森 生草栽培对富士苹果园生 态环境的影响 J 西北农业学报 2007 16 4 134 137 Feng Cunliang Chen Jianping Zhang Linsen Influence of sod culture to the ecology environment of Fuji orchard J Acta Agriculturae Boreali occidentalis Sinica 2007 16 4 134 137 in Chinese with English abstract 8 吴红英 孔云 姚允聪 等 间作芳香植物对沙地梨 园土壤微生物数量与土壤养分的影响 J 中国农业科 学 2010 43 1 140 150 Wu Hongying Kong Yun Yao Yuncong et al Effects of Intercropping aromatic plants on soil microbial quantity and soil nutrients in pear orchard J Scientia Agricultura Sinica 2010 43 1 140 150 in Chinese with English abstract 9 徐雄 张健 廖尔华 四种土壤管理方式对李园土壤 微生物和酶活性的影响 J 土壤通报 2006 37 5 901 905 Xu Xiong Zhang Jian Liao Erhua Effects of four types of management on soil micro organisms and enzymes in an orchard J Chinese Journal of Soil Science 2006 37 5 901 905 in Chinese with English abstract 10 颜晓捷 黄坚钦 邱智敏 等 生草栽培对杨梅果园 土壤理化性质和果实品质的影响 J 浙江农林大学学 报 2012 28 6 850 854 Yan Xiaojie Huang Jianqin Qiu Zhimin et al Soil physical and chemical properties and fruit quality with grass cover in a Myrica rubra orchard J Journal of Zhejiang A 2 Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration Zhejiang A 3 The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture Zhejiang A F University Lin an 311300 China Abstract Chinese hickory Carya cathayensis Sarg is a unique tree species with seeds used for high grade oil production It is mainly distributed in northeastern China and is in high abundance on Tianmu Mountain located at the junction of Zhejiang and Anhui provinces Intensive management including heavy application of chemical fertilizer and long term application of herbicides has resulted in serious soil loss and degradation To evaluate the potential of sod culture to improve soil fertility and microbial activities of Carya cathayensis forest land we conducted a field intercropping experiment using four treatments Chinese milk vetch Astragalus sinicus L rape Brassica campestris L ryegrass Lolium perenne L and a no tillage control We compared the response of various components of total organic carbon TOC and microbial community functional diversity in each treatment We found that interplanting rape ryegrass and Chinese milk vetch increased TOC contents by 23 12 26 61 and 24 74 P 0 05 compared with clean tillage while there were no significant differences in TOC contents among the grass intercropping plots After intercropping grasses for 4 years the concentrations of microbial biomass carbon MBC in the plots of intercropping rape ryegrass and Chinese milk vetch were increased by 138 61 159 68 and 144 24 respectively The concentrations of water soluble organic carbon WSOC in the plots of intercropping rape ryegrass and Chinese milk vetch were increased by 56 24 69 47 and 66 05 respectively There were n