圍封年限對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，寧夏銀川750021)

土壤微生物在草原生態系統的物質循環和能量轉化中占有重要地位，是生態系統的重要組成部分。許多研究表明，土壤微生物與土壤肥力具有顯著相關性，可作為用于土壤質量和環境評價的重要指標［1-2］。開展退化草地土壤微生物生態學等方面的研究，可為更新復壯和改良退化草地提供理論依據。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象，筆者對荒漠草原在圍封條件下土壤微生物數量的變化規律進行探討。這對于寧夏草地資源的可持續利用具有實用意義。

1 材料與方法

1．1 研究區自然概況 研究區位于寧夏鹽池縣西北部的高沙窩鎮，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℃，年日照時數北部為2 867．9 h，無霜期為128 d。據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個月的降水量占全年降水總量的62%;該地區多年平均潛在蒸發量為2 403．7 mm。研究區土壤為風沙土，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。在每個樣地隨機設置10個1 m2樣方，分0～5、5～20 cm土層采取土樣。在每個樣方的4個角和中間設5個取樣點，將同層的5個樣混合均勻后保鮮，帶回實驗室，測定土壤微生物數量。

1．3 土壤微生物數量的測定

1．3．1 土壤主要類群微生物數量的測定。采用稀釋平板法培養計數，土壤懸液接種采用混菌法。好氧細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，絲狀真菌采用馬丁氏(Martin)培養基，放線菌采用改良高氏Ⅰ號培養基。每個樣品選用3個稀釋度。每個稀釋度重復3次［4］。

1．3．2 土壤中功能微生物數量的測定。好氧性自生固氮細菌采用瓦克斯曼(Waksman)77號培養基，好氧性纖維素分解菌采用郝奇遜(Hutchinson)培養基，硝化細菌采用改良的斯蒂芬森(Stephenson)培養基。前兩類微生物采用稀釋平板法培養計數。土壤懸液接種采用刮刀法。每個樣品選用3個稀釋度，每個稀釋度重復3次。硝化細菌采用MPN稀釋法培養計數。選取5個相連的稀釋度。每個稀釋度重復3次。

1．4 數據統計與分析 采用Excel 2007進行基礎數據的統計和處理。采用SPSS17．0統計分析軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2．1 圍封年限對三大菌類數量的影響 從圖1可以看出，不同圍封年限草地土壤細菌、真菌、放線菌數量及微生物總量變化的總體趨勢是隨圍封年限的增加而增加。這是由于長期圍欄封育能使圍欄內草地很少受到外界的干擾。由于沒有動物的啃食和踩踏，圍封草地土壤細菌、真菌、放線菌數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量則很少，放線菌數量約占微生物總量的20%，細菌數量占微生物總量的70%以上，有的甚至達80%以上。0～5 cm土層細菌數量在圍封4年時最多，達到1．54×106個/g土，不同圍封年限草地的細菌數量差異在0．01水平顯著，不同圍封年限草地5～20 cm土層細菌數量差異不顯著，細菌數量隨圍封年限的增加而增加。真菌數量隨圍封年限的增加呈增加趨勢，圍封7年時數量最多，5～20 cm土層細菌數量差異在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土層放線菌的數量高于0～5 cm土層。微生物總量隨圍封年限的延長而增加，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土層細菌、真菌數量和微生物總量變化不明顯，放線菌數量變化明顯，而且5～20 cm土層的細菌、真菌、放線菌數量和微生物總量大多高于0～5 cm土層。研究中，微生物數量呈表層少于下層。這是因為鹽池縣荒漠草原退化嚴重，0～5 cm土層土壤非常不穩定，植被蓋度極低，易受到風蝕，水熱條件較差。

2．2 圍封年限對微生物各類生理群數量的影響 從表1可以看出，圍封前后硝化細菌數量變化不明顯，5～20 cm土層硝化細菌數量間差異在0．05水平顯著。好氧性自生固氮細菌數量隨圍封年限的增加呈增加趨勢，0～5 cm土層和5～20 cm土層好氧性自生固氮細菌數量間差異在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量間差異在0．01水平顯著，數量隨圍封年限的延長有所增加，5～20 cm土層數量變化沒有明顯規律。在退化草地實施圍欄封育后，微生物各類生理群數量有所增加，使得生態環境有所改善，土壤中營養元素循環速率和能量流動增強。

表1 不同圍封年限草地土壤微生物各類生理群的數量 ×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系 土壤微生物生物量是土壤有機質、土壤養分(N、P、S等)轉化和循環的動力。它參與土壤有機質的分解、腐殖質的形成以及土壤養分轉化和循環的各過程。此外，土壤微生物生物量是土壤養分(N、P、S)的貯備庫，是植物生長可利用養分的一個重要來源。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質、全氮、速效氮、速效磷、全鹽含量的增加呈增加的趨勢，隨速效鉀含量的增加呈降低的趨勢。

3 討論

圍欄封育有利于退化草場的恢復，促進微生物數量的增加［5］。該研究表明，圍欄封育可增加微生物數量。可見，圍封有利于土壤微生物數量的增加。不同圍封年限草地真菌數量很少，放線菌數量約占微生物總量的20%，細菌數量占微生物總量的70%以上。以往的研究表明，不同風沙土中一般都為細菌數量較大，占微生物數量的50%以上，有的甚至超過90%，放線菌次之，真菌最少［6］。流動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土層細菌、真菌數量和微生物總量變化不明顯，放線菌數量變化明顯，而且5～20 cm土層的細菌、真菌、放線菌數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重，0～5 cm土層土壤非常不穩定，植被蓋度極低，易受到風蝕，水熱條件較差。許多學者研究認為，土壤表層植物根系生物量高，有機質豐富且在表層形成一定的結皮。結皮層是特殊的生物學活動層，是微生物活動最活躍的區域，所以微生物數量表層高于下層［8-10］。研究還發現，土壤細菌數量與土壤有機質、速效氮、速效磷含量呈顯著正相關或正相關，并且在土微生物數量構成中占絕對優勢，在土壤肥力形成與轉化過程中具有生物主導作用［11］。該研究得出不同圍封年限草地土壤微生物總量隨有機質、全氮、速效氮、速效磷、全鹽含量的增加呈增加的趨勢，隨速效鉀含量的增加呈降低趨勢的結論。

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