青海湖防沙治沙區土壤微生物特征初步研究

展秀麗， 嚴 平

(1.寧夏大學 資源環境學院， 寧夏 銀川 750021； 2.北京師范大學 地表過程與資源生態國家重點實驗室， 北京 100875)

土壤微生物是土壤生態系統的重要組成部分，參與動、植物殘體等各種有機質分解和轉化活動，對動植物殘體的分解、有機質的礦化、腐殖質和團聚體的形成、維持土壤生態系統平衡起著重要的作用[1]，可表征土壤質量變化，它常與土壤微生物區系、微生物多樣性、微生物量等結合起來研究[2]。風沙土中微生物在固定沙丘形成過程中也起著重要的作用[3]，土壤微生物生物量常被作為監測沙丘固定程度和分析土壤發育動態的一項重要指標[4]。還有，土壤微生物可參與荒漠地表生物結皮形成的各階段[5]。關于微生物結皮對風蝕作用影響，國外進行研究較多[6]，William等[7]在美國半干旱草地的研究表明，當未受干擾的微生物結皮存在時，風蝕需要更高的初始摩擦速度，West[8]進行了人為活動對結皮踩踏破壞，如何使被結皮所固定的土壤細粒因風蝕而損失的研究。然而，制約荒漠生態系統的各種環境因素，特別是低降水量、高溫和土壤有機質貧乏，限制了土壤微生物的生長[9]。

沙區土壤環境特征是沙區生態恢復效應研究的關鍵，而分析沙漠化過程中土壤微生物特征對于揭示沙漠化的生物學機制具有重要意義。近年來，中國干旱荒漠區的土壤微生物研究也取得了一定的進展，顧峰雪等[10]研究了塔克拉瑪干沙漠腹地的流沙上建立人工綠地后風沙土微生物的特征，王素娟等[11]研究了庫布齊沙地土壤微生物數量特征，袁世斌等[12]研究了羅布泊沙土的土壤微生物生態分布特征，王少昆等[13]在科爾沁沙地和渾善達克沙地研究了流動沙丘中的土壤微生物特征。

本研究對青海湖流域防沙措施區及流動沙區的土壤微生物數量的垂直分布特征進行研究，以期明確防沙治沙初期風沙土微生物的基本特征，深入了解該地區土壤的質量變化，為沙漠化治理土壤恢復效果評價提供基本依據。

1 研究區概況

青海湖流域位于97°50′—101°20′E，36°15′—38°20′N，處于中國東部季風區、西北干旱區和西南部高寒區的交匯地帶。青海湖流域沙漠化土地主要分布在湖東岸下巴臺、海晏縣克土沙區及耳海周圍，是從全新世以來在干旱區氣候控制下形成的該流域最大規模的風沙堆積區。多年平均氣溫0.3 ℃，日照時數3 040 h，年均降水量378.2 mm，集中在6—8月，年蒸發量大于年降水量，約為年降水量的3.8倍。年大風日數大于48 d，四季多風，風向以西北風為主。環湖地區植被和土壤類型比較豐富，沙區土壤類型主要是風沙土、草甸土、鹽堿土等，天然植被草本主要有芨芨草(Achnatherumsplendens)、賴草(LeymussecalinusTzvel.)等，灌木有沙棘(HippophaerhamnoidesLinn.)、沙蒿(ArtemisiadeseraorumSpreng.)等。

海晏縣克土沙區處在青海湖東北部，東南至大水塘，西北達哈爾蓋河，西南至青海湖岸，西北沿白佛寺—托勒灘—塔勒宣果一線，總面積7.67×104hm2。海晏縣克土自1980年以來開始封沙育草，之后逐漸開始設置草方格，1982年被列入國家“三北”防護林建設工程體系，截至2004年，設置草方格已達140 hm2。

草方格內人工栽植的植被主要有：西藏沙棘(HippophaethibetanaSchlechtend.)、沙蒿(ArtemisiadesertorumSpreng.)、青楊(PopuluscathayanaRehd.)、烏柳(SalixcheilophilaSchneid.)等。沙島公路兩側于2002和2005年設置草方格，人工栽植的植物主要是沙棘、沙蒿，長勢較好，沙丘基本固定。湖東—種羊場在近2 a開始大面積實施防沙工程措施。

2 研究方法

2010年3月，選取青海湖沙區典型防治工程措施區進行研究，主要選擇2008年采取措施的示范區；2002—2005年克土草方格措施區，2002—2005年沙島治理區，2008年湖東種羊楊的草方格措施區。表1為采樣點特征描述。

表1 采樣點基本特征

2.1 樣品采集與處理

在每個研究樣點隨機選取3個點采集土壤樣品，采樣深度為0—2，2—10和10—30 cm，樣品質量1～2 kg。對土壤進行碾磨、均勻混合，應用四分法，保留對角線兩份樣品，其中一份樣品自然風干，用于測定土壤養分，另一份樣品放置于冰箱保存(溫度4 ℃)，供微生物測定分析。

2.2 微生物數量的測定

在北京師范大學生命科學學院微生物實驗室進行微生物的測定，主要包括細菌、真菌和放線菌數量的測定。

2.2.1 土樣的稀釋、接種、培養 細菌、真菌和放線菌數量采用稀釋平板法測定[14]，分離細菌采用牛肉膏—蛋白胨培養基，真菌用孟加拉紅培養基，放線菌用高氏1號培養基[15]。

2.2.2 計數 菌落計數分以下兩種情況進行計算[15]：(1)若一個稀釋度的平均菌落數在30～300，則將該菌落數乘以稀釋倍數；(2)若所有稀釋度的平均菌落數均小于30，則按稀釋度最低的平均菌落數乘以稀釋倍數。計算公式：每克干土中菌數=(菌落平均數×稀釋倍數)/干土重(%)

3 結果與分析

不同樣地微生物數量如表2所示。

表2 不同樣地土壤微生物數量垂直分布 個/g

按土層，克土早期治理區，丘間低地中細菌數量的垂直分布表現為：2—10 >10—30 >0—2 cm，真菌：10—30 >2—10 >0—2 cm，放線菌：0—2 >2—10 >10—30 cm，微生物總數量：0—2 >2—10 >10—30 cm，總數量隨著深度的增加而遞減。在頂部灌叢中，細菌數量的垂直分布表現為：2—10 >0—2 >10—30 cm，真菌：0—2 >10—30 >2—10 cm，放線菌：10—30 >0—2 >2—10 cm，微生物總數量：2—10>10—30>0—2 cm。在灌叢坡中，細菌數量的垂直分布表現為：2—10 >10—30 >0—2 cm，真菌：0—2 >2—10 >10—30 cm，放線菌：10—30 >2—10 >0—2 cm，微生物總數量：2—10 >10—30 >0—2 cm。可以看出，細菌數量表現為：2—10 cm土層最高，真菌的數量丘間低地的是越深數量越多，而頂部灌叢和灌叢坡中的表現為表層最多，放線菌丘間低地是越深數量越少，而頂部灌叢和灌叢坡中的表現10—30 cm數量最多。在多年人工植被沙丘中，各層沙土的含水量不像流動沙丘有規律，但表層結皮中無論水分含量比下層多或少，微生物含量一般都較高，第二層即發育成塊狀結構的砂土層，土壤微生物的生長情況不如結皮層，但比第三層松散的黃沙中微生物數量要多。這表明在半荒漠地區，植物常年生長的固定沙丘中枯枝落葉和根系分泌物等有機質相對增加，給土壤微生物補充了營養，此時，土壤含水量不是影響微生物數量的唯一因素。

從表2中可以得出，克土流動沙丘栽植青楊的草方格中，細菌數量的垂直分布表現為：2—10 >0—2 >10—30 cm，真菌0—2 >10—30 >2—10 cm，放線菌：10—30 >0—2 >2—10 cm，微生物總數量：2—10>0—2>10—30 cm。在栽植沙棘的草方格內，細菌數量的垂直分布表現為：2—10>0—2>10—30 cm，真菌：0—2>2—10>10—30 cm，放線菌：0—2>2—10>10—30 cm，微生物總數量：2—10>0—2>10—30 cm。從測定的結果來看，栽植青楊和沙棘的草方格固沙沙障內，單個菌種數量的分布基本相似，土壤的細菌、真菌和放線菌的數量均表現為上層較下層的高，沙土內微生物數量隨深度垂直分布的變化規律是一致的，目前植物并沒有對其產生影響。

沙島半固定沙丘丘頂，細菌數量的垂直分布表現為：0—2>10—30>2—10 cm，真菌：10—30>2—10>0—2 cm，放線菌：2—10>10—30>0—2 cm，微生物總量：0—2>10—30>2—10 cm。沙島灌叢，細菌數量的垂直分布表現為：10—30>2—10>0—2 cm，真菌：0—2>2—10>10—30 cm，放線菌：2—10>10—30>0—2 cm，微生物總數量：10—30>2—10>0—2 cm。

防沙治沙示范區，2008年流動沙丘草方格治理區中，細菌數量的垂直分布表現為：2—10和10—30 cm大于0—2 cm，真菌：2—10>0—2>10—30 cm，放線菌：2—10>10—30>0—2 cm，微生物總數量：2—10>10—30>0—2 cm。2009年流動沙丘草方格治理區，細菌數量的垂直分布表現為：10—30>0—2>2—10 cm，真菌：2—10>0—2>10—30 cm，放線菌：0—2>2—10>10—30 cm，微生物總數量：0—2>10—30>2—10 cm。在流動沙丘中，細菌和真菌數量的垂直分布為：10—30>2—10>0—2 cm，隨著深度的增加而增加，放線菌：0—2>10—30>2—10 cm，微生物總數量：10—30>2—10>0—2 cm。微生物總數量表現為隨著深度的增加而增加。這是因為流動沙丘由于強烈的光照和沙面大量蒸發等原因，沙丘上層沙土非常干，土壤含水量較低，沙土中微生物的含量也較少，隨著土層加深，沙土土壤濕度逐漸增加，土壤微生物的生長也較上層好。

湖東種羊場流動沙丘草方格治理區內，細菌數量的垂直分布表現為：10—30>2—10>0—2 cm，真菌：10—30>0—2>2—10 cm，放線菌：0—2>10—30>2—10 cm，微生物總數量：10—30>2—10>0—2 cm。細菌和真菌的數量均表現為隨深度的增加而增加，表層的放線菌數量較下層的高。

總體看來，早期治理區，植被覆蓋較高，微生物數量垂直分布表現為上層的高于下層，這是因為人工植被的生長使得表層土壤中有機質豐富，土壤結構疏松，為微生物活動提供了良好的營養和通氣條件，土壤的熱值狀況比下層好，利于微生物生長繁殖，這樣符合正常微生物數量的垂直分布規律。但是，明顯看出，流動沙丘及近期草方格治理的沙丘，微生物數量非常少，而且下層的稍高于上層，這是由于流動沙丘下層的土壤濕度狀況相對較好。

4 結 論

細菌在不同樣地中排列的順序是：沙島半流動沙丘>克土丘間地>克土坡中灌叢> 湖東種羊場草方格>克土灌叢>沙島灌叢>示范區流動沙丘>克土草方格(沙棘)>克土草方格(青楊)>近兩年草方格措施區；真菌在不同樣地中排列的順序是：克土丘間地>克土灌叢>沙島灌叢>沙島流動沙丘>示范區草方格>克土草方格(青楊)>克土草方格(沙棘)>示范區流動沙丘>示范區草方格>湖東種羊場草方格；放線菌在不同樣地中排列的順序是：克土丘間地>克土坡中灌叢>沙島灌叢>克土灌叢>沙島半流動沙丘>克土草方格(沙棘)>克土草方格(青楊)>示范區流動沙丘>湖東種羊場草方格>近兩年草方格措施區。

從微生物總數來看，其大小順序是：沙島半固定沙丘>克土丘間地>克土灌叢>沙島灌叢>湖東種羊場草方格區>流動沙丘>克土沙棘草方格>克土青楊草方格>示范區近年設置的草方格區，整體上可以看出，植被覆蓋度高，表層形成土壤結皮，土壤水分較好，微生物含量也較高。說明隨著沙漠化土地治理年限的增長，植被蓋度的提高，改善了土壤的質地和結構，從而提高了土壤微生物活性，利于成土。

總體看來，微生物3大類群中，細菌占絕大數，其次是放線菌，真菌最少。植被覆蓋較高的土壤微生物數量垂直分布表現為上層的高于下層，微生物含量也較其他點高，流動沙丘及近期草方格治理的沙丘，微生物數量非常少。土壤微生物對環境最敏感，在成土過程中，由于生態環境的改變，其數量、組成類群及微生物活動都會受到顯著影響。本研究是對青海湖沙土微生物特征的初步研究，進一步需要對其季節變化特征開展研究，并對其影響因素進行探討。

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