翻耕補播對凍土微生物利用碳源能力影響研究

(遼寧師范大學 城市與環境學院 遼寧 大連 116029)

引言

作為冷氣候的產物之一，凍土對氣候變化和環境變化十分敏感[1].青藏高原凍土在過去幾十年發生了明顯退化[2]。翻耕補播是一種特別重要的方式，但此措施對微生物的影響目前研究較少。因此，論文擬以青藏高原退化草甸及翻耕補播草甸土壤為研究對象，分析探討人類擾動對微生物利用碳源能力的影響。

一、研究區概況

研究區位于青藏高原東北部祁連山地區，該區域是西北內陸區與青藏高原的自然分界線[3-4]。疏勒河位于祁連山北坡，河西走廊最西端，祁連山多年凍土區的冰雪融水是疏勒河流域主要的水源補給地[5]。上游發育多年凍土，整個區域總面積的83%為多年凍土，17%為季節性凍土分布區[6]。

二、研究方法

土壤微生物利用碳源能力采用BiologEco板分析。具體實驗操作步驟如下：將5g土壤樣品加入到45mL了滅菌水里接種。30min后，用吸管取1mL樣品到1.5mL離心管中。在10000r /min下反應20min，將上清液除去，添1mL生理鹽水，在振蕩器上振動5min使之充分接觸；再于10000r/min下離心20min，重復2次，除去其中的碳源；除去上清液，添1mL生理鹽水，在振蕩器上攪拌5min使之充分接觸，在2000r/min下反應1min。將上層清液裝入含有20mL已滅菌生理鹽水(NaCl，0.85%)的試管中，并使其OD590保持在0.13±0.02。把該稀釋過的液體加入96孔BiologEco板中，然后在4oC與25oC兩種溫度下繁殖，每24h用BiologGENIIIOmniLog儀器讀取590nm處各孔的吸光值，25oC 與4oC分別連續測定10天、30天土壤微生物利用碳源的值。

三、研究結果

用BiologEco板對微生物功能多樣性進行研究，當所有樣品平均顏色發展變化(AWCD)值達到對數期(4oC，480h;25oC，108h)后，計算了不同類型凍土微生物利用31種碳源數量、香農多樣性指數以及均勻度指數。總體來講，不同類別的凍土微生物的功能差異性顯著。

在兩種溫度下，隨著凍土退化程度加深，反映微生物利用碳源總體能力的指標AWCD值均逐漸下降，在4oC和25oC情況下同樣表現出相同的趨勢，均顯示隨著凍土退化程度加深，微生物總體利用碳源能力下降；橫向來看低溫限制了微生物利用碳源能力，暗示溫度對微生物功能影響很大。31種碳源分為六大類以后，發現除極不穩定凍土微生物在25oC優先利用酯類外，其他所有類型凍土微生物在兩種溫度下優先利用的碳源均為氨基酸；在兩種溫度下，隨著凍土退化程度的加深，微生物利用氨基酸的能力呈現顯著下降趨勢，極不穩定凍土微生物利用能力幾乎為零。從31種碳源利用能力來看，兩種溫度下除2-羥基苯甲酸以外其余30種碳源都至少可以被其中一類凍土微生物利用，有一些可以被除極不穩定凍土微生物以外其他凍土微生物高度利用，如L-精氨酸、L-天冬酰胺酸、L-絲氨酸、D-甘露醇、D-氨基葡萄糖酸、腐胺、吐溫40與吐溫80。(表1)

表1 兩種溫度下不同退化程度凍土利用六大類碳源能力值

四、結論

不同類型凍土微生物功能差異性顯著，溫度對微生物功能影響很大。在兩種溫度下，隨著凍土退化程度加深，反映微生物利用碳源總體能力的指標AWCD值均逐漸下降；微生物利用氨基酸的能力呈現顯著下降趨勢，極不穩定凍土微生物利用能力幾乎為零；絕大多數碳源都可以被一類凍土微生物利用，小部分碳源可以被凍土微生物高度利用。