不同類型白刺沙丘土壤理化性狀與微生物相關性研究

席軍強，楊自輝，郭樹江，王強強，張劍揮,王多澤

(1.甘肅農業大學林學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站，甘肅 民勤 733300)

?

不同類型白刺沙丘土壤理化性狀與微生物相關性研究

席軍強1，2，楊自輝2*，郭樹江2，王強強2，張劍揮2,王多澤2

(1.甘肅農業大學林學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站，甘肅 民勤 733300)

利用民勤荒漠綠洲過渡帶不同類型白刺沙丘的土壤微生物、土壤理化性狀及二者之間的相關性進行研究，旨在探討白刺沙丘的成土過程，為綠洲生態建設提供基礎數據，結果表明，1)固定、半固定和流動沙丘粘粒、粉粒、細砂粒、粗砂粒含量差異較大；土壤養分含量與土壤粘粒、粉粒、細砂粒等細沙物質含量呈正相關性，與粗砂粒含量呈負相關性，表現為土壤養分含量隨土壤顆粒的增大，相關性減弱。2)土壤微生物類群數量在半固定沙丘明顯高于固定沙丘和流動沙丘。3)過渡帶土壤均處于偏堿性狀態，有機質、全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、速效磷和CaCO3含量隨沙丘發育年代的增加逐漸增加。4)不同年代沙丘中土壤微生物和土壤理化因子均具較好的相關性，尤其是細菌和放線菌與pH值呈顯著的負相關關系，土壤有機質含量與三大菌群數量都表現出顯著的正相關關系。

白刺灌叢沙丘；土壤微生物；土壤理化性狀；相關性

民勤綠洲地處石羊河下游的騰格里與巴丹吉林兩大沙漠交匯區。據測定，民勤荒漠綠洲過渡帶從沙漠到綠洲主要的地貌類型依次為稀疏的白刺灌叢流動沙丘，蓋度6%左右；而后為白刺灌叢半固定沙丘、稀疏沙拐棗沙丘、人工梭梭林半固定沙丘，蓋度分別為11%，4%和2%左右；靠近綠洲為梭梭(Haloxylonammodendron)、白刺(Nitrariatangutorum)、沙拐棗(Calligonumarborescens)固定沙丘，蓋度分別為5%，4%和4%左右；整個綠洲過渡帶寬約10 km。白刺灌叢沙丘是風沙流遇到白刺灌叢阻攔逐步形成，是沙物質在灌叢及其周圍堆積而形成的一種地貌類型。白刺灌叢沙丘固定了綠洲外圍的大量流沙，阻止了流沙對綠洲的危害，對保護綠洲具有重要作用。

白刺灌叢沙丘的穩定性由植物和地表土壤決定，隨著發育時間的不同，白刺灌叢沙丘表層土壤理化性狀與微生物發生變化。研究白刺灌叢沙丘不同發育階段的土壤理化性狀、微生物特征及其二者之間的相關性，探討白刺灌叢沙丘土壤形成機理、對于荒漠生態環境建設、保護綠洲等方面具有重要的科學價值。

土壤微生物和土壤養分是生態系統的重要組成部分[1]。土壤微生物是土壤中物質轉化和養分循環的驅動力，直接參與養分循環、有機質分解等諸多生態過程，影響植物營養、土壤結構和土壤肥力等變化[2-4]，推動著生態系統的能量流動和物質循環[5-8]。土壤微生物類群與數量的變化是反映土壤質量、土壤表面狀況的指示物和土壤養分資源生物有效性的重要活指標[9-11]，它與植物營養和土壤肥力密切相關，并能預測土壤發育趨勢[12]。土壤物理性狀直接或間接地影響著土壤微生物數量和土壤養分含量；土壤養分含量決定著植被的生長發育。

國內學者以白刺灌叢群落為研究對象，開展了白刺灌叢沙丘的土壤特性[13]、白刺灌叢的光合特性[14]、空間格局[15]及白刺灌叢對降水與地下水利用[16]等方面進行了探討。國外學者對灌叢沙丘的形態、沉積學、生態學和動力過程等方面進行了較系統的研究；在荒漠土壤的研究中，主要在土壤微生物多樣性[17-20]、土壤種子庫、土壤理化性質、土壤微生物生物量和土壤酶[21-24]等方面開展了研究。在干旱區荒漠-綠洲過渡帶白刺灌叢沙丘，隨著發育年限的增加，沙丘表層從風沙土逐步發育成土壤的過程中，土壤理化性質和微生物的變化規律研究尚未有報道。本文通過對民勤荒漠-綠洲過渡帶不同發育年代白刺灌叢沙丘土壤理化性質、土壤微生物的測定分析，研究不同年代白刺灌叢沙丘土壤微生物數量與土壤理化因子的空間分布格局及其二者之間的關系，探討白刺灌叢沙丘表層土壤形成機理，防治白刺灌叢沙丘退化，以其為荒漠綠洲過渡帶生態建設、綠洲生態安全提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于民勤綠洲邊緣沙井子地區綠洲與荒漠過渡帶，從沙漠到綠洲的過渡帶，沙丘從流動逐步到固定，主要植被與地貌類型依次為稀疏白刺灌叢沙丘-固定白刺沙丘、半固定稀疏沙拐棗沙丘、半固定人工梭梭沙丘-固定白刺沙丘、固定梭梭沙丘-綠洲防護林帶，形成一個完整的綠洲防護林體系。該區屬典型干旱荒漠氣候區，具有日照強烈、降水量少、降水變率大、年內分配不均、蒸發量大等特點；年平均氣溫7.6℃，多年平均降水量為118 mm，蒸發量2604.3 mm；降水量主要集中在6-9月，占全年降水量的74.7%，年均日照時數2799.4 h，年平均風速2.45 m/s，多年平均瞬時最大風速22.35 m/s，年平均≥17 m/s的大風時間為28.6 d，能見度<1000 m的沙塵時間為25.2 d。年9級以上大風日為27.8 d，年沙塵暴日數為37.7 d，年均揚沙日數32.9 d，浮塵日數18.9 d，是我國沙塵暴的主要策源地之一。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置 樣地設在甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站(簡稱民勤國家野外站)荒漠到綠洲過渡帶的觀測場，隨著不同年代沙丘發育形成：流動沙丘、半固定沙丘和固定沙丘。在3個不同發育年代的白刺沙丘中設10 m×10 m的9個固定樣地，樣品分別在3個類型沙丘中采集，采樣地的詳細特征見表1。

表1 采樣地特征

1.2.2 樣品采集 土壤取樣在2013年8月進行，在樣地內運用土壤剖面法和多點混合取樣法分別采集0～2 cm，2～10 cm，10～20 cm土樣，即各固定樣地隨機選5個采樣點，挖土壤剖面分層采5份土樣，再將9個固定樣地各相同土層組成1個混合樣，各類型沙地重復5次，挑取石塊、植物殘根等雜物后用四分法取舍，裝入事先準備的無菌塑料袋，帶回實驗室放入4℃冰箱供土壤微生物類群數量、土壤粒度組成和土壤理化性質等的測定分析。

1.2.3 測試方法 真菌數量測定采用馬丁孟加拉紅培養基，以平板表面涂抹法計數[25-26]。即稱取土壤鮮樣10 g，在無菌條件下用無菌水配成不同濃度梯度懸浮液，取稀釋度為10-2，10-3，10-4的土壤懸浮液各1 mL，接種于盛有滅菌的馬丁孟加拉紅培養基的培養皿中，用無菌刮刀涂抹均勻。每個濃度3個重復，恒溫(25℃)培養5～7 d，選取每皿菌落數為15～150的1個稀釋度統計菌落數，按下列公式計算真菌數量 。

菌數(cfu/g)=菌落平均數×稀釋倍數×10/干土

放線菌數量測定采用高氏一號培養基，以平板表面涂抹法計數[25-26]。取稀釋度為10-3，10-4，10-5的土壤懸浮液各1 mL接種于盛有滅菌的高氏一號培養基，其余與真菌數量測定方法相同。恒溫(28℃)培養7～10 d，按上述方法和公式統計菌落數并計算放線菌數量。

細菌數量測定采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，以平板表面涂抹法計數[25-26]。取稀釋度為10-6，10-7，10-8的土壤懸浮液各1 mL接種于盛有滅菌的牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，恒溫(28℃)培養3 d統計菌落數，其余與放線菌數量測定方法相同。

土壤理化性質分析方法[27]：土壤粒度組成采用Malvern 2000型激光粒度儀測定，粘粒(0.01～2 μm)，粉粒(2～20 μm)，細砂粒(20～200 μm)，粗砂粒(200～2000 μm)；土壤含水量采用烘干法；全氮采用半微量凱氏法；全磷采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法；全鉀采用堿熔-火焰光度法；有機質采用重鉻酸鉀氧化-油浴加熱法；水解氮采用堿解擴散法；速效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法；土壤碳酸鈣采用快速中和滴定法；pH采用玻璃電極法。

植被資料取自民勤國家野外站樣地調查數據(調查時間2013年9月)。

1.3 數據處理與分析

根據野外調查資料和實驗室的分析資料，采用SPSS 17.0統計分析軟件進行數據分析，采用DPS軟件的LSR法進行數據的顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同類型沙丘土壤粒度特征

過渡帶不同年代白刺沙丘類型的土壤粒度組成以細砂粒含量最多(36.71%～69.94%)，粗砂粒含量次之(0.76%～59.38%)，粘粒含量最少(0.82%～11.84%)，且砂粒主要集中在細砂粒含量和粗砂粒含量(表2)。就不同類型沙丘粒度組成而言，粘粒、粉粒和細砂粒含量均以固定沙丘最大(分別為5.31%，14.74%，63.27%)，半固定沙丘次之(分別為3.28%，10.16%，56.07%)，流動沙丘最小(分別為0.94%，2.98%，49.28%)，而粗砂粒含量以流動沙丘最大(46.79%)，半固定沙丘次之(30.50%)，固定沙丘最小(16.56%)。不同類型沙丘粘粒、粉粒、細砂粒和粗砂粒含量表現為固定沙丘和半固定沙丘各土層(0～2 cm，2～10 cm，10～20 cm)差異極顯著(P<0.01)，流動沙丘各土層差異不顯著(P>0.05)，尤其固定沙丘和半固定沙丘表層(0～2 cm)粘粒和粉粒含量顯著高于2～10 cm和10～20 cm土層，相反表層(0～2 cm)細砂粒和粗砂粒含量小于2～10 cm和10～20 cm土層，而流動沙丘粘粒、粉粒、細砂粒和粗砂粒含量各土層(0～2 cm，2～10 cm，10～20 cm)基本一致。

由此可見，固定沙丘和半固定沙丘結皮的形成，減弱了表層的風蝕和沙子的搬運能力，提高了土壤中粉粘粒含量；裸露的流動沙丘，流沙的不斷移動，沙粒的往復更迭，從而造成各層沙粒大小基本一致。

表2 不同類型沙丘土壤粒度組成

注: 圖中標記字母表示不同類型沙地土壤粒度組成Duncan多重比較結果。不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01), 不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。其中，粘粒0.01～2 μm，粉粒2～20 μm，細砂粒20～200 μm，粗砂粒200～2000 μm，下同。

Note: Figure mark letters indicate different types of sandy soil particle in Duncan multiple comparisons, different capital letters mean extremely significant differences (P<0.01) and different lowercase letters mean significant differences (P<0.05) in the same column. In addition, clay 0.01～2 μm, silt 2～20 μm,fine sand 20～200 μm and coarse sand 200～2000 μm,the same below.

2.2 不同類型沙丘土壤微生物數量特征

2.2.1 土壤微生物在土層垂直分布上的特征 不同類型沙丘土壤微生物數量隨土層深度的增加變化不具規律性(表3)，其中固定沙丘，細菌數量各土層差異顯著(P<0.01)，真菌和放線菌數量各土層差異不顯著(P>0.05)，細菌、真菌和放線菌的數量在2～10 cm土層含量最多；半固定沙丘和流動沙丘，細菌數量各土層差異顯著，真菌和放線菌數量在10～20 cm土層顯著高于0～2 cm和2～10 cm土層，但在0～2 cm和2～10 cm土層之間真菌和放線菌數量差異不顯著。

2.2.2 土壤微生物在不同類型沙丘的分布特征 各類型沙丘中微生物總量分布依次排列為：半固定沙丘>流動沙丘>固定沙丘。此外，不同類型沙丘，細菌數量各土層差異顯著，而真菌和放線菌數量各土層差異不顯著。固定沙丘和半固定沙丘微生物類群數量依次為：細菌>放線菌>真菌，而流動沙丘微生物類群數量依次為：放線菌>細菌>真菌。

表3 不同類型沙丘土壤微生物區系

表4 不同類型沙丘土壤化學特性

2.3 不同類型沙丘土壤化學特性

1)不同類型沙丘的pH值和CaCO3特征：從土壤的pH值來看(表4)，該區土壤均處于偏堿性狀態，不同類型沙丘各土層pH值變化差異顯著(P>0.05)，從土壤堿化度來看，依據目前通用的劃分標準[28]，沙地土壤基本上處于堿化發育過程當中；從CaCO3含量來看，固定沙丘和半固定沙丘各土層差異顯著，流動沙丘表層含量顯著高于深層且深層CaCO3含量差異不顯著；不同沙丘CaCO3含量依次表現為：固定沙丘>半固定沙丘>流動沙丘。有關研究表明，土壤中碳酸鹽的含量主要受石灰性母質和風積灰塵的影響[28]，在該研究區域，土壤母質基本一致，因此，不同沙丘CaCO3含量的差異只能是是由風積灰塵的差異所引起的。

2)土壤養分在土層垂直分布上的特征：研究區土壤中的有機質含量較低(均小于1%)，各土層在0.072%～0.829%之間變化(表4)。其中，固定沙丘和半固定沙丘表層(0～2 cm)土壤有機質含量最高，流動沙丘表層土壤經常處于風蝕和移動狀態，深層基本趨于穩定，微生物生存條件好，深層土壤有機質含量略高于表層；同一沙地各土層全氮、全磷和全鉀含量均高于水解氮、速效磷和速效鉀，但全氮、全磷和全鉀含量垂直變化的趨勢不明顯，尤其在深層土壤之間。

3)土壤養分在不同類型沙地的分布特征：從表4可以看出，就不同類型沙丘土壤養分而言，沙丘固定形成結皮，尤其生物結皮，對土壤養分含量影響顯著，總體趨勢表現為固定沙丘最大，半固定沙丘次之，流動沙丘最小。此外，pH值、有機質、水解氮、速效磷、速效鉀和CaCO3含量各類型沙地之間差異顯著(P<0.01)，而全氮、全磷和全鉀含量各類型沙丘之間差異不顯著(P>0.05)。

2.4 不同類型沙丘土壤理化性狀之間的相關性

2.4.1 固定沙丘土壤理化性狀之間的相關分析 固定沙丘土壤有機質含量和全氮、全磷、速效磷和CaCO3含量呈極顯著的正相關關系(P<0.01)(表5),與pH值和水解氮呈極顯著的負相關關系(P<0.01)。其中有機質和全鉀呈負相關關系，與速效鉀呈正相關關系，但均不顯著(P>0.05)。除全鉀和速效鉀外，土壤pH值、有機質、全氮、全磷、速效磷、水解氮和CaCO3含量與土壤粒度組成均表現出較大的相關性。其中，粘粒和粉粒與pH值、水解氮呈極顯著的負相關關系，與全氮、全磷、有機質和CaCO3含量呈極顯著的正相關關系；相反細砂粒和粗砂粒與pH值、水解氮呈極顯著的正相關關系，與全氮、全磷、有機質和CaCO3含量呈極顯著的負相關關系。粘粒和粉粒與細砂粒和粗砂粒均呈顯著的負相關關系。由此可見，大部分土壤養分含量與粒度組成的相關性隨著土壤顆粒的增大而呈減弱的趨勢，至細砂粒時轉變成負相關性。

表5 固定沙丘土壤理化性狀之間相關性分析

注：**為P<0.01，極顯著相關；*為P<0.05，顯著相關。下同。

Note: **forP<0.01, extremely significant correlation; * forP<0.05, significant correlation. The same below.

2.4.2 半固定沙丘土壤理化性狀之間的相關分析 半固定沙丘土壤有機質含量與速效鉀含量呈極顯著的負相關關系(P<0.01)，與全氮、全鉀、水解氮含量呈正相關關系，與pH值、全磷、速效磷和CaCO3含量呈負相關關系，但均不顯著(P>0.05) (表6)。另外，粘粒、粉粒和細砂粒與全氮、速效磷和CaCO3含量呈極顯著的正相關關系(P<0.01)，與pH值、全鉀、水解氮呈顯著的負相關關系(P<0.05)，相反粗砂粒與全氮、速效磷和CaCO3含量呈極顯著的負相關關系，與pH值、全鉀和水解氮含量呈顯著的正相關關系。粘、粉粒與細砂粒呈顯著正相關關系，與粗砂粒含量呈顯著負相關關系，細砂粒與粗砂粒呈顯著負相關關系。這說明粘、粉粒和細砂粒含量與大氣降塵密切相關，土壤粒度組成影響著土壤的養分狀況，尤其對有機質含量影響特別明顯，粗砂粒含量的增多對土壤養分貢獻很小且促使土壤不斷地惡化，粘粒、粉粒和細砂粒含量的增加對土壤養分貢獻很大，有助于土壤團粒結構的形成，對土壤質量的提高有重要的作用。

表6 半固定沙丘土壤理化性狀之間相關性分析

2.4.3 流動沙丘土壤理化性狀之間的相關分析 流動沙丘土壤有機質含量與速效鉀含量呈極顯著的正相關關系(P<0.01)，與速效磷、水解氮含量呈極顯著負相關關系(表7)。另外，粘粒和粉粒與pH值、全鉀呈顯著的負相關關系(P<0.05)，細砂粒與水解氮、速效磷和CaCO3含量呈極顯著的負相關關系，與有機質含量呈顯著的正相關關系，相反粗砂粒有機質含量呈顯著的負相關關系，與水解氮、速效磷和CaCO3含量呈極顯著的正相關關系。粘粒與粉粒呈顯著正相關關系，與粗砂粒呈顯著負相關關系，細砂粒與粗砂粒相關但不顯著(P>0.05)。可見，在流動沙丘提高速效鉀的含量有助于土壤有機質的形成，加快沙丘的固定。

2.5 不同類型沙丘土壤微生物數量與土壤理化性狀之間的相關分析

不同類型沙丘中的細菌、真菌和放線菌數量與土壤理化因子之間均具有一定的相關性(表8)。在流動沙丘，細菌數量與pH值呈顯著的負相關關系(P<0.01)，與全氮、有機質和速效鉀含量呈顯著的正相關關系，真菌數量與有機質含量呈顯著的正相關關系，放線菌數量與有機質和速效鉀含量呈顯著的正相關關系，與水解氮含量呈顯著的負相關關系；在半固定沙丘，細菌數量與pH值呈顯著的負相關關系，與全氮、有機質、速效鉀和粒度呈顯著的正相關關系，真菌數量與有機質、水解氮和速效鉀含量呈顯著的正相關關系，放線菌數量與全氮、有機質和速效鉀含量呈顯著的正相關關系，與水解氮含量呈顯著的負相關關系；在固定沙丘，細菌數量與pH值呈顯著的負相關關系，與全氮、有機質、速效鉀和粒度呈顯著的正相關關系，真菌數量與有機質和速效鉀含量呈顯著的正相關關系，與全鉀和粒度呈顯著的負相關關系，放線菌數量與有機質和速效鉀含量呈顯著的正相關關系，與pH值呈顯著的負相關關系。

表7 流動沙丘土壤理化性狀之間相關性分析

表8 不同類型沙丘土壤微生物數量與土壤理化性狀之間相關分析

3 討論

土壤物理組成作為重要的土壤物理屬性，其土壤顆粒的大小、含量和分布狀況構成了不同的土壤質地，對土壤呼吸、土壤微生物、土壤養分狀況等有著顯著影響。本研究表明土壤物理組成影響著土壤養分狀況，粘粒、粉粒和細砂粒含量的增加對土壤養分的增加貢獻較大，粗砂粒含量的增加對土壤養分的增加貢獻較小。在民勤荒漠區圍封的固定沙丘，盡管植被覆蓋度很低，但表層形成的褶皺狀的生物結皮，能夠降低臨界起沙的風速[29]，能有效地促進風積沙塵和大氣降塵的積累，經過長期的沉積形成表層土壤；半固定沙丘豐茂的白刺灌叢植被能有效地阻止沙丘細顆粒物質的進一步損失，增加了細顆粒物質的含量，有助于形成粘土和結皮；而流動沙丘隨風沙運動而不斷往復擺動的現象和土壤細顆粒的遷移和損失，使粗砂粒含量保持較高水平。可見，從流動沙丘逐步過渡到固定沙丘的過程中，結皮的形成和植被覆蓋度的增加有利于細顆粒物質的積累,提高養分含量。另外，對流動沙丘進行圍欄封育，減少人為破壞，有利于植被恢復和土壤形成。

荒漠-綠洲過渡帶流動沙丘地上植被稀疏，地上生物量低，多為草本，白刺根系分布較淺而水分蓄積量較少，植被蓋度較小，為土壤提供的凋落物少，地表基本處于裸露狀態，生境條件惡劣，不利于土壤養分的積累，使得其微生物生長發育受到一定程度的限制；半固定沙丘，地上植物生物量大，每年白刺的枝葉凋落物為土壤微生物提供大量的生存物質，且白刺的地下根系發達，其分泌物和死根是土壤微生物的能源物質，有利于土壤微生物的生長繁殖；固定沙丘，長期表層微細粒子聚集，土壤顆粒組成緊實，形成堅硬的結皮，通透性差，降低了水分下滲速率，結皮層水分蒸發快[30]，灌木植物幾乎全部退化，而草本植物隨季節性降水生長，且生長量很低，土壤養分基本不能累積，對土壤微生物無法提供生存能源物質。因此，本研究發現半固定沙丘土壤微生物類群數量明顯高于固定沙丘和流動沙丘。這與王素娟[31]半固定沙丘微生物總量最多有相同的結論。此外，土壤有機質、氮素和磷素等是土壤主要的養分指標，其中土壤有機質能增強土壤孔隙度、通氣性和結構性，有顯著的緩沖作用和持水力，含有大量的植物營養元素，是微生物的營養源和能源[32-34]。通過對不同類型沙丘的土壤化學性質進行分析，表明不同類型沙丘的土壤特性存在明顯差異，該沙區土壤均處于偏堿性狀態(pH,8.12～9.15)，有機質、全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、速效磷和CaCO3含量隨沙丘的固定逐漸增加。這與賈曉紅等[35]對沙坡頭流沙固定過程中土壤性質變化的研究結果一致。賈寶全等[22]對沙坡頭地區圍封后的固定沙地表面結皮性質研究表明，圍封后能夠顯著地促進結皮的生長發育,提高結皮中的有機質、全氮、全磷、速效氮等養分。這與本研究結果：固定沙丘和半固定沙丘表層(0～2 cm)土壤有機質、全氮、全磷等含量最高，流動沙丘含量最高的不在表層這一結論相吻合。可見，在民勤沙區圍封對沙丘的固定、結皮的形成和土壤養分的提高有顯著的作用。本研究還發現，已圍封40多年的固定沙丘，盡管土壤養分含量較高，但微生物數量很低，這可能是緊實堅硬的結皮，影響了水分入滲，降低了土壤生產力，抑制了植物的生長發育，減小了荒漠生境中生物多樣性和植物覆蓋度，改變了微生物生長環境。

本研究還發現，3種白刺沙丘中，土壤粘粒、粉粒的含量與土壤全氮、速效磷、碳酸鈣的含量呈顯著正相關，而粗砂粒含量與之相反，呈顯著的負相關；細砂粒的含量與土壤全氮、速效磷、碳酸鈣的含量在固定白刺沙丘中呈負相關，而在半固定、流動白刺沙丘中呈正相關；全磷和有機質含量在固定白刺沙丘中與土壤粘粒、粉粒呈顯著正相關，與細砂粒、粗沙粒呈負相關，在半固定、流動白刺沙丘中與土壤粒度無關；在固定白刺沙丘中，土壤全鉀含量與土壤粒度無相關性，在半固定、流動白刺沙丘中與土壤粘粒、粉粒、細砂粒含量呈負相關，而與粗砂粒無關。微生物數量的多少與土壤有機質、速效鉀含量存在顯著正相關關系，細菌、放線菌與土壤全氮含量呈正相關，與pH值呈負相關；在固定、半固定白刺沙丘表層，土壤細菌數量與土壤粒度呈正相關關系；土壤含水量與微生物沒有相關性。總之，不同年代類型沙丘中土壤微生物和土壤理化因子均具較好的相關性，土壤微生物與土壤養分之間存在相互依存、相互制約的互作關系。

另外，荒漠綠洲草地生態系統中沙丘植被群落組成能影響土壤微生物活性和功能類群[36]，地上植物、地下微生物和土壤微環境之間的相互響應機制與群落演替存在著明顯的關聯性[37]。在荒漠綠洲區不同年代類型沙丘之間，群落的多樣性、物種豐富度和植被覆蓋度在半固定沙丘最高。地下部分土壤理化性質的改良、土壤微生物數量、多樣性和土壤酶活性的提高可能會引起地上植物多樣性、覆蓋度和豐富度的提高，反之，地上部分高的生物多樣性可能會引起作為地下生物資源的凋落物質量、數量和類型的多樣性，而資源的差異性也可能會引起微生物分解者的多樣性，這能在很大程度上改良土壤，而民勤荒漠區對植被和土壤的研究較多，對植被-土壤之間的相互作用機制和關聯性的研究較少，今后有待進一步深入研究。本研究的不足之處在于沒有把土壤微生物和土壤酶結合起來來評價土壤的形成機理，其是今后研究的課題。

[1] Hou B D, Ma F Y, Song Y M,etal. A study on effects of different tree species on soil nutrients, enzyme activities and microorganisms. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2006, 28(5): 734-738.

[2] Yang C D, Long R J, Chen X R,etal. Study on microbial biomass and its correlation with the soil physical properties under the alpine grassland of the east of Qilian mountains. Acta Prataculturae Sinica, 2007, 16(4): 62-68.

[3] Jennifer L K, Lee A B, Miranda H. Methods of studying soil microbial diversity. Journal of Microbiological Methods, 2004, 58(2): 169-188.

[4] Donald R Z, Willame H, David C W. Plant diversity, soil microbial communities, and ecosystem function: Are there any links. Ecology, 2003, 84(8): 2042-2050.

[5] Burns R G. Soil Enzymes[M]. New York: Academic Press, 1978.

[6] Clark F E, Pawl E A. The microflora of grassland. Advances in Agronomy, 1970, 22: 375-435.

[7] Xue K, Liu G B, Dai Q H,etal. Dynamic changes of soft microbial biomass in the restoration process of shrub plantations in loess hilly area. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008, 19(3): 517-523.

[8] Zhang Q S, Yu X T. Seasonal dynamics of soil microorganisms under various mixture after chinese fir replanting in Fujian.Acta Ecologica Sinica, 1990, 10(2): 121-126.

[9] Shao Y Q, Ao X L, Song G B,etal. Soil microbial biomass in degenerated and recovered grasslands of Huangfuchuan watershed. Chinese Journal of Ecology, 2005, 24(5): 578-580.

[10] Zhao J, Guo T, Shao Y Q. Preliminary studies on soil microbial biomass and its turnover in typical grasslands of neimongol region. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Neimongol, 2004, 35(6): 673-676.

[11] Liu Y M, Li X R, He M Z,etal. Effect of biological soil crusts on soil microbial biomass carbon content. Journal of Desert Research, 2012, 32(3): 669-673.

[12] Jin Z Z, Lei J Q, Xu X W,etal. Diversity of soil microbe at different sites in shelterbelt of moving sand area. Journal of Desert Research, 2011, 31(6): 1430-1436.

[13] Han S L, Ye D M, Qin J Q,etal. Moisture content and physical properties of soil under brushwood ofNitariatangutorumin the ulanbuh desert. Arid Land Geography, 2005, 28(4): 506-510.

[14] Zhao C M, Wei X P, Wei Q S,etal. Photosynthetic characteristics ofNitrariatangutorumandHaloxylonammodendronin the ecotone between oasis and desert in Minqin, Region, Country. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(8): 1908-1913.

[15] He Z B, Zhao W Z. Spatial pattern of two dominant shrub populations at transitional zone between oasis and desert of Heihe river basin. Chinese Journal of Applied Ecology, 2004, 15(6): 947-952.

[16] Yang Z H, Gao Z H. Impact of precipitation and underground water level in the edge of oases on growth and decline ofNitrariatangugtorumcommunity. Chinese Journal of Applied Ecology, 2000, 11(6): 923-926.

[17] Bhatnagar A, Bhatnagar M. Microbial diversity in desert ecosystems. Microbial Diversity, 2005, (1): 91-100.

[18] Shamir I, Steinberger Y. Vertical distribution and activity of soil microbial population in a sandy desert ecosystem. Microbial Diversity, 2007, (2): 349-347.

[19] Chanal A, Chapon V, Benzerara K,etal.The desert of tataouine: an extreme environment that hosts a wide diversity of microorganisms and radiotolerant bacteria. Environmental Microbiology, 2006, (3): 514-525.

[20] Orlando J, Alfaro M, Bravo L,etal.Bacterial diversity and occurrence of ammonia-oxidizing bacteria in the atacama desert soil during a “desert bloom” event. Soil Biology and Biochemistry, 2010, (7): 1183-1188.

[21] Dou H X, Wang M J. The temporal and spatial dynamics of soil seed bank under different types of sand dunes in Hunshandake sandy land. Pratacultural Science, 2008, 25(3): 116-118.

[22] Jia B Q, Zhang H Q, Zhang Z Q,etal. The study on the physical and chemical characteristics of sand soil crust in the Minqin county, Gansu province. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(7): 1442-1448.

[23] Yang X J, Wang Y S, Duan L D,etal. Changes of soil microbial biomass and enzymatic activities among restoration stages of Langshan forest park, Hunan province. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(1): 142-148.

[24] Hu L, Wang C T, Wang G X,etal. Changes in the activities of soil enzymes and microbial community structure at different degradation successional stages of alpine meadows in the headwater region of three rivers, China. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(3): 8-19.

[25] Xu G H. Microbial Analysis Methods Manual[M]. Beijing: Agriculture Publishing, 1986.

[26] Chinese Academy of Sciences Institute of Soil Microbes Edited. Microbial Research Method[M]. Beijing: Scientific Publishing, 1985.

[27] Institute of Soil Science in Nanjing, CAC. Analysis Soil Physical and Chemical Property[M]. Shanghai: the Science & Technology Press, 1978.

[28] Yu T R, Chen Z C. Chemical Processes Occur in Soil[M]. Beijing: Science Press, 1990: 184-186.

[29] Williams J D. Microphytic crust influence on interrill erosion and infiltration capacity. Engin, 1995, 38(1): 139-146.

[30] Liu L C, Li S Z, Song Y X,etal. Effect of microbiotic crust on evaporation process in vegetated area in Shapotou region. Journal of Desert Research, 2005, 25(2): 192-195.

[31] Wang S J. The Research of Soil Microbes in the Eastern Edge of Kubuqi[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2008: 45-46.

[32] Lu R S, Shi Z Y. Fertility restoration of degraded red soil Ⅲ. Accumulation of phosphorus in red soil and its possible effect on environment. Soils, 2000, (6): 310-314.

[33] Wang C T, Long R J, Wang G X,etal. Relationship between plant communities, characters, soil physical and chemical properties, and soil microbiology in alpine meadows. Acta Prataculturae Sinica, 2010, 19(6): 25-34.

[34] Zhao P, Dai W A, Du M X,etal. Response of amorpha fruiticosa planting to soil nutrients in the tibetan plateau. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(3): 175-181.

[35] Jia X H, Li X R, Wang X P,etal. Primary study of spatial heterogeneity of soil property in processes of shifting sand fixation in southeaster tengger desert. Journal of Soil and Water Conservation, 2003, 17(4): 46-50.

[36] Melany C F, Kristin F R, Joseph B Y. Microbial activity and functional composition among northern peatland ecosystems. Soil Biology & Biochemistry, 2003, 35(4): 591-602.

[37] Liu X N, Sun J L, Zhang D G,etal. A study on the community structure and plant diversity of alpine meadow under different degrees of degradation in the Eastern Qilian mountains. Acta Prataculturae Sinica, 2008, 17(4): 1-11.

參考文獻：

[1] 侯本棟, 馬風云, 宋玉民, 等. 不同樹種對土壤養分、酶活性與微生物影響的研究. 江西農業大學學報, 2006, 28(5): 734-738.

[2] 楊成德, 龍瑞軍, 陳秀蓉, 等. 東祁連山高寒草甸土壤微生物量及其與土壤物理因子相關特征. 草業學報, 2007, 16(4): 62-68.

[7] 薛蔻, 劉國彬, 戴全厚, 等. 黃土丘陵區人工灌木林恢復過程中的土壤微生物生物量演變. 應用生態學報, 2008, 19(3): 517-523.

[8] 張其水, 俞新妥. 杉木連栽林地營造混交林后土壤微生物的季節性動態研究. 生態學報, 1990, 10(2): 121-126.

[9] 邵玉琴, 敖曉蘭, 宋國寶, 等. 皇甫川流域退化草地和恢復草地土壤微生物生物量的研究. 生態學雜志, 2005, 24(5): 578-580.

[10] 趙吉, 郭婷, 邵玉琴. 內蒙古典型草原土壤微生物生物量及其周轉與流通量的初步研究. 內蒙古大學學報(自然科學版), 2004, 35(6): 673-676.

[11] 劉艷梅, 李新榮, 何明珠, 等. 生物土壤結皮對土壤微生物量碳的影響. 中國沙漠, 2012, 32(3): 669-673.

[12] 靳正忠, 雷加強, 徐新文, 等. 流沙區不同立地條件下防護林土壤微生物多樣性分析. 中國沙漠, 2011, 31(6): 1430-1436.

[13] 韓勝利, 葉冬梅, 秦佳琪, 等. 烏蘭布和沙漠白刺灌叢土壤水分及物理特性的研究. 干旱區地理, 2005, 28(4): 506-510.

[14] 趙長明, 魏小平, 尉秋實, 等. 民勤綠洲荒漠過渡帶植物白刺和梭梭光合特性. 生態學報, 2005, 25(8): 1908-1913.

[15] 何志斌, 趙文智. 黑河流域荒漠綠洲過渡帶兩種優勢植物種群空間格局特征. 應用生態學報, 2004, 15(6): 947-952.

[16] 楊自輝, 高志海. 漠綠洲邊緣降水和地下水對白刺群落消長的影響. 應用生態學報, 2000, 11(6): 923-926.

[21] 竇紅霞, 王明玖. 渾善達克沙地不同沙丘類型土壤種子庫時空動態. 草業科學, 2008, 25(3): 116-118.

[22] 賈寶全, 張紅旗, 張志強, 等. 甘肅省民勤沙區土壤結皮理化性質研究. 生態學報, 2003, 23(7): 1442-1448.

[23] 楊賢均, 王業社, 段林東, 等. 湖南良山森林公園不同植被條件下土壤微生物量及酶活性研究. 草業學報, 2014, 23(1): 142-148.

[24] 胡雷, 王長庭, 王根緒, 等. 三江源區不同退化演替階段高寒草甸土壤酶活性和微生物群落結構的變化. 草業學報, 2014, 23(3): 8-19.

[25] 許光輝. 土壤微生物分析方法手冊[M]. 北京: 農業出版社, 1986.

[26] 中國科學院南京土壤研究所微生物室編著. 土壤微生物研究法[M]. 北京: 科學出版社, 1985.

[27] 中國科學院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海: 上海科學技術出版社, 1978.

[28] 于天仁, 陳志城. 土壤發生中的化學過程[M]. 北京: 科學出版社, 1990: 184-186.

[30] 劉立超, 李守中, 宋耀選, 等. 沙坡頭人工植被區微生物結皮對地表蒸發影響的試驗研究. 中國沙漠, 2005, 25(2): 192-195.

[31] 王素娟. 庫不齊沙地東緣土壤微生物研究[D]. 北京： 中國農業科學院, 2008: 45-46.

[32] 魯如坤, 時正元. 退化紅壤肥力障礙特征及重建措施Ⅲ. 典型地區紅壤磷素積累及其環境意義. 土壤, 2000, (6): 310-314.

[33] 王長庭, 龍瑞軍, 王根緒, 等. 高寒草甸群落地表植被特征與土壤理化性狀、土壤微生物之間的相關性研究. 草業學報, 2010, 19(6): 25-34.

[34] 趙萍, 代萬安, 杜明新, 等. 青藏高原種植紫穗槐對土壤養分的響應. 草業學報, 2014, 23(3): 175-181.

[35] 賈曉紅, 李新榮, 王新平, 等. 流沙固定過程中土壤性質變異初步研究. 水土保持學報, 2003, 17(4): 46-50.

[37] 柳小妮, 孫九林, 張德罡, 等. 東祁連山不同退化階段高寒草甸群落結構與植物多樣性特征研究. 草業學報, 2008, 17(4): 1-11.

The correlation between soil physical and chemical properties and soil microbes in different types ofNitrariadune

XI Jun-Qiang1, YANG Zi-Hui2*, GUO Shu-Jiang2, WANG Qiang-Qiang2, ZHANG Jian-Hui2, WANG Duo-Ze2

1.CollegeofForestry,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.GansuMinqinNationalFieldObservation&ResearchStationonEcosystemofDesertGrassland,Minqin733300,China

In order to explore soil-forming processes and to provide basic data for oasis ecological construction, a study has been undertaken that correlates soil microbes with soil physical and chemical properties in differentNitrariasand dunes in the oasis-desert ecotone of Minqin. Results showed significant differences in soil clay, silt, fine sand and coarse sand content among fixed, semi-fixed and flowing sand dunes. Soil nutrients showed a positive correlation with soil clay, silt and fine sand. However, they were negatively correlated with coarse sand. Correlations decreased with increasing soil particle size. The quantity of soil microbes in semi-fixed sand dunes was clearly higher than in fixed and flowing sand dunes. The ecotone exhibits alkaline soils. The older the sand dune the greater the content of organic matter, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, hydrolytic nitrogen, potassium, available phosphorus and CaCO3. In addition, soil microbes were significantly correlated with the physical and chemical properties of different ages of sand dune, especially bacteria and actinomycetes, which showed a prominent negative correlation with pH value. Soil organic matter had a significant positive correlation with the quantity of these microbes.

shrub-coppice dunes ofNitraria; soil microbes; soil physical and chemical properties; correlation

10.11686/cyxb2014315

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-07-14；改回日期：2014-10-15

國家重大林業公益性行業科研專項(201404306),國家自然科學基金項目(31260200)和甘肅省技術研究與開發專項(1105TCYA037)資助。

席軍強(1988-)，男，甘肅會寧人，在讀碩士。E-mail：junqxi@163.com *通訊作者Corresponding author. E-mail：zihyang@126.com

席軍強，楊自輝，郭樹江，王強強，張劍揮,王多澤. 不同類型白刺沙丘土壤理化性狀與微生物相關性研究. 草業學報, 2015, 24(6): 64-74.

Xi J Q, Yang Z H, Guo S J, Wang Q Q, Zhang J H,Wang D Z. The correlation between soil physical and chemical properties and soil microbes in different types ofNitrariadune. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(6): 64-74.