围栏封育对高寒草地土壤微生物特性的影响
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摘要：测定并分析了夏河县桑科高寒草地围栏外及围栏内土壤微生物量及土壤微生物数量。结果表明：除0～10 cm土层外，SMBC、SMBN的含量以及3类微生物的数量均为围栏内草地高于围栏外草地，其中，土壤3类微生物数量均为细菌最高，放线菌次之，真菌最低。围栏内草地，SMBC，SMBN和SMBP的含量以及3类微生物的数量均为0～10 cm土层显著高于其他土层。相关性研究表明，围栏内草地SMBC，SMBN和SMBP与真菌、细菌及放线菌数量之间呈极显著正相关关系。
中图分类号：S 812.2文献标识码：A文章编号：10095500（2014）05002606
草地生态系统占地球陆地表面土地面积的1/4～1/3，中国拥有天然草地约为4.00×108 hm2，其中，可利用的草地面积占我国草地总面积的78%[1]。草地作为我国重要的植被类型之一，对维持生态平衡、调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙具有极其重要的作用[2]，此外，它还能促进牧区经济发展。然而，由于长期过度放牧及严重鼠害等原因，我国大部分草地严重退化，导致草地生产力降低，同时，草地土壤出现了板结、盐碱化、有效养分下降等现象[3]。
夏河县位于甘肃省西南部，甘南州西北部，草地面积达5.27×104 hm2，是甘南州主要的牧业县之一[4]。桑科草原是夏河县主要的天然草原，为当地畜牧业发展提供了优良的饲草资源，属于典型的高寒草原，由于长期利用方式不当及气候条件的影响，使草原退化面积逐年上升，不仅对牧民的生存造成严重影响，还对黄河上游湿地及生物多样性的保护构成巨大威胁[5]。因此，如何对退化草原进行恢复与重建成为草原生态学的研究重点，随着研究的不断深入，封育已成为恢复与重建退化草地生态系统的一项重要措施，可使退化草地生态环境得到进一步的改善。然而，在围栏封育下，草地土壤性状的改善是一个相对缓慢的过程，但土壤微生物量及微生物数量等特征，对环境变化极其敏感，它能够较早地预示生态系统的功能变化，可作为预测土壤质量变化的敏感性指标[6]。近年来，有关研究封育对高寒草地的影响主要集中在土壤理化性质方面，但在土壤微生物特性方面的研究较少[7-10]，通过较系统的研究封育和放牧对夏河县桑科草原土壤微生物量及微生物数量的影响，以期为高寒地区退化草地的改良、复壮以及生态系统的恢复提供微生物方面的理论依据。
1材料和方法
1.1研究地概况
研究地设在距甘南州夏河县城13 km的桑科草原，海拔3 100 m，属于高寒草甸草原，大陆性高原气候，年平均气温为1.6 ℃，极端最高气温在每年7月，为28.4 ℃，极端最低气温在每年1月，为-29.8 ℃。≥0 ℃年有效积温为1 842 ℃，年降水量为400～500 mm，7～9月降水较多，此时牧草生长最旺盛，无绝对无霜期。土壤pH 7.8～8.2，土壤类型以亚高山草甸土为主。植被以蒿草（Kobresia bellardii）、苔草（Carex spp.）、委陵菜（Potentilla chinensis）、棘豆（Oxytropis spp.）、狼毒（Stellera chamaejasme）、针茅（Stipa capillata）、珠芽蓼（Polygonum viviparum）等为主。
1.2土壤样品采集
在研究地选择围栏外和围栏内草地为样地，于2013年7月在每个样地中随机选择10个样点，按0～10、10～20、20～30、30～40 cm分层采集土壤样品，然后将各点土样分层混合后，用四分法取适量分2份带回实验室分析。1份用于土壤微生物量测定，另1份保存在4 ℃的冰箱内，用于各类微生物分离及计数（表1）。
1.3土壤微生物量测定
（1）土壤微生物量碳（SMBC）测定土样经氯仿熏蒸法[11，12]处理后用0.5 mol/L K2SO4溶液提取，浸提液中碳测定采用重铬酸钾硫酸外加热法。
SMBC=（Ec-Ec0）/0.38
式中：Ec为熏蒸土壤浸提液中有机碳量；Ec0为不熏蒸土壤浸提液中有机碳量；0.38为校正系数（下同）。
（2）土壤微生物量氮（SMBN）测定土样经氯仿熏蒸法[11，12]处理后用0.5 mol/L K2SO4溶液提取，浸提液中氮测定采用凯氏定氮法。
SMBN=（Ec-Ec0）/0.54
（3）土壤微生物量磷（SMBP）测定土样经氯仿熏蒸法[12]处理后用0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.5）溶液提取磷，浸提液中磷测定采用钼锑抗显色法。
SMBP=（Ec-Ec0）/0.4
1.4土壤3类微生物数量测定
（1）真菌数量测定 采用马丁-孟加拉红培养基，以平板表面涂抹法计数[13]。并计算真菌数量[13]。
N = M×鲜土/干土重
式中：M = a×u/v，N为每1 g干土的菌数；M为每1 g鲜土的菌数；v为每个培养皿中加悬浮液体积（本试验为50 μL）；a为培养皿中平均菌落数；u为稀释倍数。
（2）放线菌数量测定 采用改良高氏一号培养基[14]，以平板表面涂抹法计数，并计算放线菌数量。
（3）细菌数量测定 采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，以平板表面涂抹法计数[13]，并计算细菌数量。
1.5数据处理及分析
数据分析采用Excel 2007和SPSS 17.0软件。土壤变量间差异用onewayANOVA分析；土壤微生物量与3类微生物数量之间的相关性采用Pearson分析。
2结果与分析
2.1围栏封育对土壤微生物量的影响
围栏封育对土壤微生物量碳（SMBC）及土壤微生物量氮（SMBN）的影响（图1）表明，不同样地不同土层SMBC及SMBN的变化规律为：围栏内草地高于围栏外草地（除0～10 cm土层SMBC变化），如围栏内草地SMBN含量为40.72～117.65 mg/kg，而围栏外草地SMBN含量为22.47～64.90 mg/kg，即围栏内草地SMBN含量约为围栏外草地SMBN的2倍。但土壤微生物量磷（SMBP）则与SMBC及SMBN相反，其变化规律为围栏外草地高于围栏内草地（除0～10 cm土层），10～20 cm土层，围栏内草地SMBP含量为4.99 mg/kg，而围栏外草地的SMBP含量为6.81 mg/kg，约为围栏内草地SMBP含量的1.36倍。同一样地，SMBC，SMBN和SMBP随土层的加深而降低，0～10 cm与30～40 cm之间差异显著，围栏内草地30～40 cm土层SMBC，SMBN和SMBP含量分别为46.12，40.72及1.03 mg/kg，而0～10 cm土层SMBC，SMBN及SMBP含量分别为203.57，117.65及23.65 mg/kg，且分别为30～40 cm土层的4.41倍，2.89倍及22.96倍。
2.2围栏封育对土壤3大类微生物数量的影响
围栏封育对土壤3类微生物数量的影响（表2）表明，同一土层，围栏内草地微生物总数远大于围栏外草地微生物总数，且土壤3类微生物数量均为细菌最高，放线菌次之，真菌最低，如围栏内草地0～10 cm土层，细菌占微生物总数的61.77%，放线菌占38.08%，而真菌却不到0.15%。同一样地，不同土层土壤3类微生物数量的变化规律不一致，如围栏内草地真菌、细菌及放线菌数量均为0～10 cm土层最高，分别为其他土层的1～4倍、2～4倍及2～4倍，围栏外草地真菌数量也为0～10 cm土层最高，且为其他土层的1～5倍，细菌数量为10～20 cm土层最高，但变化差异不显著，放线菌数量为0～10、10～20、20～30 cm土层显著高于30～40 cm土层，且分别为30～40 cm土层的1.34倍、1.29倍及1.42倍。
2.3土壤微生物量与3类微生物数量之间的相关性分析
对土壤微生物量与3类微生物数量之间的相关性分析（表3）表明，围栏内草地SMBC，SMBN和SMBP与真菌、细菌及放线菌数量呈极显著正相关关系（P
表2围栏封育下土壤3类微生物数量
Table 2The impact of enclosure on soil microbial quantities
3讨论
3.1围栏封育对土壤微生物量的影响
土壤微生物量不仅是土壤养分的储存库，还是植物生长所需养分的重要来源，它比微生物个体数量更能反映土壤微生物的实际含量、活性和作用潜力，因此，土壤微生物量具有更灵敏、更准确的优点，现已成为国内外研究的热点之一[15]。土壤微生物量只占土壤有机质的1%～5%，但它是控制土壤生态系统中其他养分的关键[16]。目前，对草地土壤微生物量的研究已有一些报道，如曹成有等[17]研究围栏封育对重度退化草地土壤养分和生物活性的影响发现，围栏封育后微生物生物量C、N、P均大幅提高。本试验研究中，除0～10 cm土层SMBC表现为围栏外草地高于围栏内草地外，其他土层SMBC及SMBN均为围栏内草地较高，这可能是因为一方面家畜粪便为围栏外的土壤微生物活动提供了碳源，使0～10 cm土层SMBC较高，另一方面长期放牧使围栏外草地相对围栏内草地物种种类及数量较少，植被的盖度较低，枯枝落叶积累量较少，进入土壤的有机质含量较少，使微生物积累的有效养分减少，因此SMBC及SMBN含量低于围栏内草地。而SMBP表现为除0～10 cm土层外，围栏外草地高于围栏内草地，说明围栏封育对SMBP影响不大，可能是磷在土壤中的存在形态较为复杂的原因。
同一样地，SMBC，SMBN和SMBP随土层的加深而降低，这是因为枯枝落叶凋落物大量聚集在表层土，使表层土养分充足，有利于微生物活动，且表层土水热条件和通气状况较好，加之细根和凋落物的快速周转，使微生物的生长更加旺盛，代谢更为活跃，对土壤中多种养分的生物有效性产生积极影响，所以表现出明显的表聚性，这与前人的研究结果一致。
3.2围栏封育对土壤3类微生物数量的影响
目前，对草地土壤微生物数量的研究不少，如姚拓等[18]对天祝高寒草地不同扰动生境土壤3类微生物数量动态研究发现，3类微生物中细菌数量最大，放线菌次之，真菌最小。如马文文等[19]对荒漠草原2种植物群落土壤微生物及土壤特征研究发现，细菌是优势菌。如朱瑞芬等[20]不同利用方式对东北羊草草地土壤微生物数量的影响，结果表明，3类微生物中，细菌数量最大，放线菌次之，真菌最小。本研究与之前的研究结果一致，表现为细菌最高，放线菌次之，真菌最低，这是因为不同生境草地土壤微生物的数量分布与其所处生境的土壤因子密切相关。如夏河县桑科高寒草地土壤中性偏碱，适宜细菌生长繁殖，而不利于真菌的生存，因此细菌数量较多。
研究中，同一样地，围栏内草地真菌、细菌及放线菌数量均为0～10 cm土层最高，这与表层土壤有机质的含量有关。
3.3土壤微生物量与3类微生物数量之间的相关性
相关性分析表明，围栏内草地SMBC，SMBN和SMBP与真菌、细菌及放线菌数量之间呈极显著正相关关系，说明封育使土壤有机质为土壤微生物的活动提供了充足的营养，有利于有效养分的积累，使土壤微生物量及数量大幅上升。因此，土壤微生物量与微生物数量紧密联系、相互影响。
4结论
除0～10 cm土层外，SMBC、SMBN的含量以及3类微生物的数量均为围栏内草地高于围栏外草地，其中，土壤3类微生物数量均为细菌最高，放线菌次之，真菌最低。围栏内草地，SMBC，SMBN和SMBP的含量以及3类微生物的数量均为0～10 cm土层显著高于其他土层。相关性研究表明，围栏内草地SMBC，SMBN及SMBP与真菌、细菌及放线菌数量之间呈极显著正相关关系。
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