圍封年限對(duì)荒漠草原土壤微生物的影響

王 蕾，王富裕，許冬梅

(1．寧夏草原工作站，寧夏銀川750002;2．寧夏大學(xué)，寧夏銀川750021)

土壤微生物在草原生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中占有重要地位，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。許多研究表明，土壤微生物與土壤肥力具有顯著相關(guān)性，可作為用于土壤質(zhì)量和環(huán)境評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)［1-2］。開(kāi)展退化草地土壤微生物生態(tài)學(xué)等方面的研究，可為更新復(fù)壯和改良退化草地提供理論依據(jù)。選取寧夏鹽池縣未圍封和圍封3～7年的荒漠草原為研究對(duì)象，筆者對(duì)荒漠草原在圍封條件下土壤微生物數(shù)量的變化規(guī)律進(jìn)行探討。這對(duì)于寧夏草地資源的可持續(xù)利用具有實(shí)用意義。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)自然概況 研究區(qū)位于寧夏鹽池縣西北部的高沙窩鎮(zhèn)，地處37°54′20．55″～37°58′55．62″N，106°55′47．91″～107°01′16．68″E，海拔1 422 ～1 431 m。鹽池縣年平均氣溫北部為7．7℃，年日照時(shí)數(shù)北部為2 867．9 h，無(wú)霜期為128 d。據(jù)1954～2006年氣象資料，鹽池縣多年平均降水量為250～350 mm，西北部的高沙窩僅為250 mm左右，降水主要集中在夏秋兩季，7～9 3個(gè)月的降水量占全年降水總量的62%;該地區(qū)多年平均潛在蒸發(fā)量為2 403．7 mm。研究區(qū)土壤為風(fēng)沙土，地帶性植被屬荒漠草原帶。植被主要有中亞白草(Pennisetum centrasiaticum)、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、牛枝子(Lespedeza potaninii)、絲葉山苦荬(Ixeris chinensis var．graminifolia)、豬毛蒿(Artemisia scoparia)等［3］。

1．2 土壤取樣 在9月下旬，選取未圍封和圍封3～7年的荒漠草原草地為研究樣地。在每個(gè)樣地隨機(jī)設(shè)置10個(gè)1 m2樣方，分0～5、5～20 cm土層采取土樣。在每個(gè)樣方的4個(gè)角和中間設(shè)5個(gè)取樣點(diǎn)，將同層的5個(gè)樣混合均勻后保鮮，帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定土壤微生物數(shù)量。

1．3 土壤微生物數(shù)量的測(cè)定

1．3．1 土壤主要類(lèi)群微生物數(shù)量的測(cè)定。采用稀釋平板法培養(yǎng)計(jì)數(shù)，土壤懸液接種采用混菌法。好氧細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，絲狀真菌采用馬丁氏(Martin)培養(yǎng)基，放線菌采用改良高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基。每個(gè)樣品選用3個(gè)稀釋度。每個(gè)稀釋度重復(fù)3次［4］。

1．3．2 土壤中功能微生物數(shù)量的測(cè)定。好氧性自生固氮細(xì)菌采用瓦克斯曼(Waksman)77號(hào)培養(yǎng)基，好氧性纖維素分解菌采用郝奇遜(Hutchinson)培養(yǎng)基，硝化細(xì)菌采用改良的斯蒂芬森(Stephenson)培養(yǎng)基。前兩類(lèi)微生物采用稀釋平板法培養(yǎng)計(jì)數(shù)。土壤懸液接種采用刮刀法。每個(gè)樣品選用3個(gè)稀釋度，每個(gè)稀釋度重復(fù)3次。硝化細(xì)菌采用MPN稀釋法培養(yǎng)計(jì)數(shù)。選取5個(gè)相連的稀釋度。每個(gè)稀釋度重復(fù)3次。

1．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 采用Excel 2007進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和處理。采用SPSS17．0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 圍封年限對(duì)三大菌類(lèi)數(shù)量的影響 從圖1可以看出，不同圍封年限草地土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量及微生物總量變化的總體趨勢(shì)是隨圍封年限的增加而增加。這是由于長(zhǎng)期圍欄封育能使圍欄內(nèi)草地很少受到外界的干擾。由于沒(méi)有動(dòng)物的啃食和踩踏，圍封草地土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量及微生物總量高于未封育草地。不同圍封年限草地真菌數(shù)量則很少，放線菌數(shù)量約占微生物總量的20%，細(xì)菌數(shù)量占微生物總量的70%以上，有的甚至達(dá)80%以上。0～5 cm土層細(xì)菌數(shù)量在圍封4年時(shí)最多，達(dá)到1．54×106個(gè)/g土，不同圍封年限草地的細(xì)菌數(shù)量差異在0．01水平顯著，不同圍封年限草地5～20 cm土層細(xì)菌數(shù)量差異不顯著，細(xì)菌數(shù)量隨圍封年限的增加而增加。真菌數(shù)量隨圍封年限的增加呈增加趨勢(shì)，圍封7年時(shí)數(shù)量最多，5～20 cm土層細(xì)菌數(shù)量差異在0．01水平顯著。0～5 cm土層和5～20 cm土層放線菌數(shù)量間差異在0．01水平顯著，不同圍封年限草地5～20 cm土層放線菌的數(shù)量高于0～5 cm土層。微生物總量隨圍封年限的延長(zhǎng)而增加，不同圍封年限草地0～5 cm土層微生物總量差異在0．01水平顯著。0～5 cm土層細(xì)菌、真菌數(shù)量和微生物總量變化不明顯，放線菌數(shù)量變化明顯，而且5～20 cm土層的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量和微生物總量大多高于0～5 cm土層。研究中，微生物數(shù)量呈表層少于下層。這是因?yàn)辂}池縣荒漠草原退化嚴(yán)重，0～5 cm土層土壤非常不穩(wěn)定，植被蓋度極低，易受到風(fēng)蝕，水熱條件較差。

2．2 圍封年限對(duì)微生物各類(lèi)生理群數(shù)量的影響 從表1可以看出，圍封前后硝化細(xì)菌數(shù)量變化不明顯，5～20 cm土層硝化細(xì)菌數(shù)量間差異在0．05水平顯著。好氧性自生固氮細(xì)菌數(shù)量隨圍封年限的增加呈增加趨勢(shì)，0～5 cm土層和5～20 cm土層好氧性自生固氮細(xì)菌數(shù)量間差異在0．05水平顯著。不同圍封年限草地0～5 cm土層好氧性纖維素分解菌數(shù)量間差異在0．01水平顯著，數(shù)量隨圍封年限的延長(zhǎng)有所增加，5～20 cm土層數(shù)量變化沒(méi)有明顯規(guī)律。在退化草地實(shí)施圍欄封育后，微生物各類(lèi)生理群數(shù)量有所增加，使得生態(tài)環(huán)境有所改善，土壤中營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)速率和能量流動(dòng)增強(qiáng)。

表1 不同圍封年限草地土壤微生物各類(lèi)生理群的數(shù)量 ×104/g

2．3 不同圍封年限草地土壤微生物總量與其他土壤因子的關(guān)系 土壤微生物生物量是土壤有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分(N、P、S等)轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動(dòng)力。它參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成以及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的各過(guò)程。此外，土壤微生物生物量是土壤養(yǎng)分(N、P、S)的貯備庫(kù)，是植物生長(zhǎng)可利用養(yǎng)分的一個(gè)重要來(lái)源。從圖2可以看出，不同圍封年限草地土壤微生物總量隨有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷、全鹽含量的增加呈增加的趨勢(shì)，隨速效鉀含量的增加呈降低的趨勢(shì)。

3 討論

圍欄封育有利于退化草場(chǎng)的恢復(fù)，促進(jìn)微生物數(shù)量的增加［5］。該研究表明，圍欄封育可增加微生物數(shù)量。可見(jiàn)，圍封有利于土壤微生物數(shù)量的增加。不同圍封年限草地真菌數(shù)量很少，放線菌數(shù)量約占微生物總量的20%，細(xì)菌數(shù)量占微生物總量的70%以上。以往的研究表明，不同風(fēng)沙土中一般都為細(xì)菌數(shù)量較大，占微生物數(shù)量的50%以上，有的甚至超過(guò)90%，放線菌次之，真菌最少［6］。流動(dòng)沙丘各土層的微生物分布與造林沙丘相反，以表層最少［6-7］。該研究還表明，0～5 cm土層細(xì)菌、真菌數(shù)量和微生物總量變化不明顯，放線菌數(shù)量變化明顯，而且5～20 cm土層的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量和微生物總量大多高于0～5 cm土層。這是由于鹽池縣荒漠草原退化嚴(yán)重，0～5 cm土層土壤非常不穩(wěn)定，植被蓋度極低，易受到風(fēng)蝕，水熱條件較差。許多學(xué)者研究認(rèn)為，土壤表層植物根系生物量高，有機(jī)質(zhì)豐富且在表層形成一定的結(jié)皮。結(jié)皮層是特殊的生物學(xué)活動(dòng)層，是微生物活動(dòng)最活躍的區(qū)域，所以微生物數(shù)量表層高于下層［8-10］。研究還發(fā)現(xiàn)，土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷含量呈顯著正相關(guān)或正相關(guān)，并且在土微生物數(shù)量構(gòu)成中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在土壤肥力形成與轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有生物主導(dǎo)作用［11］。該研究得出不同圍封年限草地土壤微生物總量隨有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷、全鹽含量的增加呈增加的趨勢(shì)，隨速效鉀含量的增加呈降低趨勢(shì)的結(jié)論。

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