科尔沁沙地土壤微生物量碳的测定分析
土壤微生物生物量碳测定方法
土壤微生物生物量碳测定方法一、呼吸法通过测定土壤中微生物呼吸释放的CO2量来间接估算土壤微生物生物量碳。
该方法的原理基于微生物在代谢过程中产生的CO2量与其生物量碳之间的正相关关系。
常用的测定方法包括静态方法和动态方法。
1.静态方法：在采样后立即封闭土壤样品容器，然后测定一定时间内容器内CO2的累积释放量，并利用其中一种模型计算微生物生物量碳。
例如，利用静态方法可以测定土壤有机碳浓度和总CO2浓度，通过两者的比值计算微生物生物量碳。
2.动态方法：将土壤样品装入氧气通气的大容器中，测定一定时间内容器中CO2的连续释放量，并通过外推法计算微生物生物量碳。
例如，可以通过监测土壤样品容器中CO2的连续释放曲线，然后利用微生物呼吸速率和微生物生物量碳之间的关系计算微生物生物量碳。
二、估算法利用土壤中微生物生物量碳与其中一种土壤性质之间的相关性来估算土壤微生物生物量碳。
常用的估算法包括土壤学习法、土壤酶学法和土壤微生物生态法。
1.土壤学习法：根据不同土壤类型的土壤微生物生物量碳数据进行学习建模，然后根据土壤性质数据进行预测。
常用的学习方法包括主成分分析、判别分析和回归分析等。
2.土壤酶学法：通过测定土壤中一些酶活性与微生物生物量碳之间的相关性来预测微生物生物量碳。
常用的酶活性指标包括脲酶、蔗糖酶和脱氢气酶等。
3.土壤微生物生态法：通过测定土壤微生物多样性和群落结构与微生物生物量碳之间的相关性来估算微生物生物量碳。
常用的方法包括16SrRNA和ITS基因测序、脂肪酸指纹技术和磷脂脂肪酸分析等。
三、标记法通过标记的同位素技术测定土壤微生物生物量碳。
其中，最常用的标记同位素是^13C和^14C。
通过给土壤样品添加同位素标记物并追踪其在土壤中的分布和转化，可以计算微生物生物量碳。
总结起来，土壤微生物生物量碳的测定方法主要包括呼吸法、估算法和标记法等。
不同的方法适用于不同的土壤类型和测定目的，综合运用多种方法可以更准确地评估土壤微生物生物量碳。
内蒙古几个沙地土壤理化性状调查研究
磷 １３ ３ｍ ／ ｇ速效钾 ６ ．６ ｇ ｋ ， ．５ ｇｋ ， ７ ３０ｍ ／ ｇ 有机质 平均 含量为 ６２ ６ ｋ ， Ｈ值 为 ９ 在 浑 善达克 沙地 ： ． １ ｇ ｐ ； 速效 磷
４ ０ ２ｍｇｋ ， ． ３ ／ ｇ速效钾 ６ ．４ ｇ ｋ ， 机质含量 为 ７４ ０ｇ ｋ ，Ｈ值为 ７ ５ ７ ２７ｍ ／ ｇ有 ． ５ ／ ｇ ｐ ． 。土壤微 生物在 沙地土壤养 分循
ｔ ｇｎ ｉ ． １ ％ ，ｔｔｌ ｈ ｓ ｈ ｒｓｉ ０ ０ ５ ，ｔｔｌｐ ｔｓｉｍ ｓ １ ８ ８ ，ａ ａｌｂｅ ｐ ｏｐ ｏｕ ｓ １ ３ ３ ｍｇ ｒ ｅ ｓ０ ０ ４ ｏ ｏａ ｏ ｐ ｏｕ ． ３ ％ ｐ ｓ ｏａ ｏａ ｓ ｕ ｉ ．０ ％ ｖ ｉ ｌ ｈ ｓ ｈ ｒ ｓｉ ． ５ ／ ａ
Ｓ ｉ Ｐｈ ｓｃ ｌａ ｅ ｃ ｌＰｒ ｐｅ ｔｅ ｎ Ｓｅ ｅ ａ ａ ｄｙ Ｌａ ｄｓｉ ｎ ｒ Ｍ ｏ ｏ ｉ ｏ ｌ ｙ ｉａ ｎｄ Ｃｈ ｍｉ ａ ｏ ｒ ｉｓ ｉ ｖ ｒ ｌＳ ｎ ｎ ｎ Ｉ ｎｅ ｎｇ ｌａ
ＨＡ ｏ ｇ ＷＡ Ｇ Ｘａ — ｉ ｇ Ｈ ｅｃ ａ Ｚ Ａ Ｇ Ｌ ｉ ＩＬ ｎ ， Ｎ ｉｏ ｊ ｎ ， ｕ ｒｈ ， Ｈ Ｎ ｅ ａ
ａ ａｌｂ ｅ ｐｏａ ｓｕ ｉ ５． ０ ｍｒ ｇ，ｏ ｇ ｎ ｃ ｍａ ｔｒｉ ０９ ／ｋ ｖ ｉａ ｌ ｔｓ ｉ ｍ ｓ３ １ ， ９ ／ｋ ｒ ａ ｉ ｔ ｓ９． ５ ｇ ｇ，ｐ ｖ ｌ ｅ ｉ ５ Ｉ ｂ ｑ ｓ ｒ ，ｔｔ ｌｎ — ｅ Ｈ ａ ｕ ｓ７． ． ｎ Ｋｕ ｕ ｉＤｅ ｅ ｔ ｏａ ｉ
第３ 卷 ６
第１ 期
内 蒙
古
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土壤微生物生物量碳测定方法
微生物生物量碳测定方法
（1）试剂配制：
0.5M K2SO4溶液：称取K2SO4174.33g溶解于蒸馏水中，搅拌溶解，（可加热）定容至2L。
去乙醇氯仿的配制：在通风柜中，量取100毫升氯仿至500毫升的分液漏斗中，加入200毫升的蒸馏水，加塞，上下振荡10下，打开塞子放气，而后加塞再振荡10下，反复3次，将分液漏斗置于铁架台上，静止溶液分层，打开分液漏斗下端的阀，将下层溶液（氯仿）放入200毫升的烧杯中，将剩余的溶液倒入水槽，用自来水冲洗。
再将烧杯中的氯仿倒入分液漏斗中，反复3次。
将精制后的氯仿倒入棕色瓶中，加入无水分析纯的CaCl2 10g，置于暗处保存。
（2）试验步骤：
空白试验：称取湿土20克于100毫升的塑料离心管中，加入50毫升0.5M K2SO4溶液，在25℃下，300rev/min振荡30分钟。
在3000rev/min离心5分钟,将上清液过滤。
熏蒸试验：称取湿土20克于25毫升小烧杯中，置于真空干燥器中，同时内放一装有用50毫升精制氯仿的小烧杯，用3号真空油密封。
将密封好的真空干燥器连到真空泵上，抽真空至氯仿沸腾1-2分钟。
将干燥器放入25℃培养箱中24小时后，抽真空15-30分钟以除尽土壤吸附的氯仿。
然后将土样转移到100毫升的塑料离心管中，如上提取。
微生物生物量碳测定：用Shimadzu TOC500测定提取液有机碳含量。
土壤全碳测定实验报告
土壤全碳测定实验报告实验目的：本实验旨在通过测定土壤全碳含量，了解土壤中有机质的含量以及土壤的肥力状况，并对土壤质量进行评估。
实验原理：土壤全碳测定是通过定量测定土壤中有机碳的含量来评估土壤质量和肥力状况的常用方法之一。
有机碳是土壤中有机质的主要组成部分，其含量高低直接影响土壤的物理、化学和生物学性质。
本实验采用酸化铜氧化法测定土壤全碳含量。
酸化铜氧化法是一种常用的有机碳测定方法，原理上是将有机碳氧化为CO2，风化铜被还原为铜。
其中，土壤样品经过预处理后，添加硫酸铜溶液和液体硝酸，然后加热反应，使有机碳氧化生成CO2，并被稀硝酸捕集，通过测定捕集的CO2的体积可计算出土壤中有机碳的含量。
实验材料和仪器设备：- 土壤样品- 化学草酸- 硫酸铜溶液- 液体硝酸- 高压消解管- 电磁加热板- 试管- 酸碱滴定装置实验步骤：1. 准备土壤样品，将土壤样品收集并去除杂质，取所需重量的土壤样品放入高压消解管中；2. 加入适量的化学草酸，使土壤样品与草酸的比例为10：1，用搅拌棒充分混合；3. 加入适量的硫酸铜溶液和液体硝酸，使样品完全酸化；4. 将高压消解管放入电磁加热板上，加热至样品完全分解，产生CO2气体；5. 用试管将产生的CO2气体捕集起来，并用酸碱滴定装置测定CO2气体体积；6. 根据CO2气体的体积，计算出土壤中有机碳的含量。
实验结果和数据处理：根据测定所得的CO2气体体积，通过计算公式可以得到土壤中有机碳的含量。
将得到的数据整理并进行统计分析，比较不同样品之间的有机碳含量差异。
根据有机碳含量的高低，可以评估土壤质量和肥力状况。
实验结论：通过本实验测定土壤全碳含量，可以评估土壤质量和肥力状况。
有机碳含量高的土壤通常具有较好的肥力和较高的土壤质量；而有机碳含量低的土壤则相对瘠薄。
因此，合理调控土壤有机质含量，对于提高土壤肥力和改善土壤质量具有重要意义。
土壤微生物生物量碳研究综述
土壤微生物生物量碳研究进展综述黎荣彬（广东省岭南综合勘察设计院）摘要：土壤微生物量碳是土壤碳素转化的重要环节，也是土壤有效碳库的重要组成部分。
本文从土壤微生物量碳的影响因素、测定、周转以及土壤微生物量碳与土壤有机碳的关系四个方面综述了土壤微生物生物量碳的研究进展。
同时，为国内今后这方面的研究重点及发展方向提供了参考。
关键词：土壤微生物量碳；周转；土壤有机碳土壤微生物生物量碳(简称土壤微生物量C)是指土壤中体积<5000μm3活的和死的微生物体内C的总和。
土壤微生物量C在土壤C库中所占比例很小，一般只占土壤有机碳全量的1%-4%[1]，但对土壤有效养分而言，却是一个很大的供给源和库存[2]。
目前国内外对微生物生物量碳与土壤肥力的关系方面已有大量报道，并把土壤微生物量C视为土壤肥力变化的重要指标之一[3-5]。
本文综述了国内外土壤微生物量C的研究进展，为促进国内土壤微生物量C的研究提供参考依据。
1 土壤微生物量C的含量及影响因素我国土壤微生物量C变幅为42.0-2064.0 kg/hm2，占土壤有机碳的2.0 %-4.0 %，与国外报道结果接近[6]。
研究表明，环境条件、施肥措施以及土地利用方式均会影响土壤微生物量C的数量[4、5]。
刘守龙[7]等研究发现，稻田土壤微生物量C含量及其在土壤有机C 中所占的比例普遍明显高于在旱作土壤测定的结果，表明稻田土壤对土壤微生物量的维持能力较强，另外，不同类型稻田的土壤微生物量C含量及其对施肥的反应存在很大的差异。
朱志建[8]等研究了四类森林植被下土壤微生物量C含量，从平均值看是：常绿阔叶林>马尾松林>毛竹林>杉木林，而且阔叶林下土壤微生物明显高于其它三种林分。
李香真[9]等对蒙古高原土壤微生物量C含量的研究发现，草甸草原和典型草原土壤的较高，荒漠草原土壤的较低。
此外，张蕴薇[10]等研究不同放牧强度下土壤微生物量C含量的情况，结果表明，重牧区土壤微生物量C含量仅为轻牧区的一半，停止放牧后，微生物量C含量大幅度下降。
土壤微生物量碳测定方法
土壤微生物量碳测定方法及应用土壤微生物量碳（Soil microbial biomasS不仅对土壤有机质和养分的循环起着主要作用，同时是一个重要活性养分库，直接调控着土壤养分（如氮、磷和硫等）的保持和释放及其植物有效性。
近40 年来，土壤微生物生物量的研究已成为土壤学研究热点之一。
由于土壤微生物的碳含量通常是恒定的，因此采用土壤微生物碳（Microbial biomass carbon, Be来表示土壤微生物生物量的大小。
测定土壤微生物碳的主要方法为熏蒸培养法（Fumigatio n-i ncubatio n. Fl）和熏蒸提取法（Fumigation-extraction, FE）。
熏蒸提取法（FE法）由于熏蒸培养法测定土壤微生物量碳不仅需要较长的时间而且不适合于强酸性土壤、加-1入新鲜有机底物的土壤以及水田土壤。
Voro ney（1983）发现熏蒸土壤用0.5mol LK2SO4提取液提取的碳量与生物微生物量有很好的相关性。
Vanee等（1987）建立了熏蒸提取法测定土壤微生物碳的基本方法：该方法用0.5mol L-1K2SO4 提取剂（水土比1：4）直接提取熏蒸和不熏蒸土壤，提取液中有机碳含量用重铬酸钾氧化法测定；以熏蒸与不熏蒸土壤提取的有机碳增加量除以转换系数KEC取值0.38）来计算土壤微生物碳。
Wu 等（1990）通过采用熏蒸培养法和熏蒸提取法比较研究，建立了熏蒸提取——碳自动一起法测定土壤微生物碳。
该方法大幅度提高提取液中有机碳的测定速度和测定结果的准确度。
林启美等（1999）对熏蒸提取-重铬酸钾氧化法中提取液的水土比以及氧化剂进行了改进，以提高该方法的测定结果的重复性和准确性。
对于熏蒸提取法测定土壤微生物生物碳的转换系数KEC的取值，有很多研究进行了大量的14研究。
测定KEC值的实验方法有：直接法（加入培养微生物、用C底物标记土壤微生物）和间接法（与熏蒸培养法、显微镜观测法、ATP法及底物诱导呼吸法比较）。
科尔沁沙地表层土壤化学计量特征及其空间分布格局
科尔沁沙地表层土壤化学计量特征及其空间分布格局科尔沁沙地表层土壤化学计量特征及其空间分布格局科尔沁沙地是中国华北地区重要的沙漠化土地类型之一，其表层土壤化学计量特征和空间分布格局的研究对于揭示沙漠化过程和生态环境保护具有重要意义。
本文通过对科尔沁沙地表层土壤的取样与分析，探讨了其化学计量特征及其在空间分布格局中的表现。
首先，我们对科尔沁沙地表层土壤中的主要化学元素进行了分析。
研究结果表明，科尔沁沙地土壤主要含有碳、氮、磷和钾等关键元素。
碳元素含量相对较高，它是土壤有机质的主要组成部分，对土壤肥力和生物多样性具有重要影响。
氮元素含量与碳元素含量呈正相关，说明氮循环与有机质分解在该地区的土壤养分循环中起着重要作用。
磷和钾元素含量较低，这可能是由于沙漠环境的干旱与高温导致磷钾元素的流失。
此外，我们还发现科尔沁沙地土壤中微量元素含量较低，其中铜、锌、锰和铁等元素的含量远远低于农田土壤，这表明科尔沁沙地土壤的微量元素缺乏，对植物的营养供应存在一定风险。
其次，我们对科尔沁沙地表层土壤的化学计量特征在空间分布上的格局进行了研究。
通过对不同地理位置的土壤样品进行对比分析，我们发现在科尔沁沙地东部地区土壤中的有机质含量明显高于西部地区，这可能是由于东部地区降水量相对较高、植被覆盖相对较好导致的。
此外，我们还发现在东北部和西南部地区土壤中的氮元素含量明显高于其他地区，这可能与大气中的氮沉降和农业活动有关。
磷元素的含量在不同地区的变化较小，而钾元素在东北部地区较高，这可能与该地区农田的施肥习惯有关。
在微量元素的分布上，我们发现不同区域之间存在一定差异，但整体上微量元素的含量较低，需要重视其对生态系统的影响。
综上所述，科尔沁沙地表层土壤的化学计量特征及其空间分布格局受多种因素的影响。
为了保护和恢复科尔沁沙地生态环境，应加强对其土壤肥力和养分循环过程的研究，加强对植物生态系统的监测与管理，以提高沙漠地区的土壤质量和生态环境可持续性发展综合研究结果显示，科尔沁沙地表层土壤存在着钾元素的流失和微量元素的缺乏问题。
科尔沁沙地4种典型灌木灌丛下土壤碳、氮、磷化学计量特征
西北植物学报,２０１９,３９(１):０１６４－０１７２A c t aB o t ．B o r e a l ．ＧO c c i d e n t ．S i n．㊀㊀d o i :１０．７６０６/j ．i s s n ．１０００Ｇ４０２５．２０１９．０１．０１６４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀h t t p ://x b z w x b ．a l l jo u r n a l ．n e t 收稿日期:２０１８Ｇ０８Ｇ０４;修改稿收到日期:２０１９Ｇ０１Ｇ１３基金项目: 十三五 国家重点研发计划(２０１６Y F C ０５００９０４);国家自然科学基金项目(３１６００５８１)作者简介:董㊀雪(１９８６－),女,工程师,主要从事荒漠化防治研究.E Ｇm a i l :d o n gx u e ９８７６５＠１２６．c o m ∗通信作者:郝玉光,研究员,主要从事水土保持与荒漠化防治研究工作.E Ｇm a i l :h y u g u a n g＠１６３．c o m 科尔沁沙地４种典型灌木灌丛下土壤碳㊁氮㊁磷化学计量特征董㊀雪,郝玉光∗,辛智鸣,段瑞兵,李新乐,刘㊀芳(中国林业科学研究院沙漠林业实验中心,内蒙古磴口０１５２００)摘㊀要:该研究以科尔沁沙地半流动沙地４种典型灌木(小叶锦鸡儿㊁东北木蓼㊁黄柳㊁差巴嘎蒿)灌丛下的土壤为研究对象,分析不同灌木类型各土层碳㊁氮㊁磷含量及其生态化学计量比的垂直分布特征以及各指标间的相关关系,以阐明同一环境条件下不同灌木类型组成的植被对土壤营养元素的影响与反馈能力,为沙漠化治理和生态恢复提供指导.结果表明:(１)４种典型植物灌丛下０~８０c m 土层S O C ㊁T N ㊁T P 平均含量分别在０．９０~２．１８g /k g㊁０．１９~０．３２g /k g ㊁０．２７~０．３２g /k g 之间,其中东北木蓼灌丛下０~８０c m 土壤S O C ㊁T N ㊁T P 平均含量最高,且土壤S O C ㊁T N 含量与小叶锦鸡儿的差异不显著,但两者均显著高于其他植物灌丛;土壤T P 平均含量在不同灌木类型间均不显著.(２)４种植物灌丛下土壤S O C ㊁T N ㊁T P 含量随土壤深度增加而下降,表层(０~１０c m )土层受植被类型影响显著(P ＜０．０５),同一灌丛０~１０c m 土层与其他各土层间差异显著(P ＜０．０５),且随着土层深度的增加土层间的差异减弱.(３)各灌木类型下的土壤S O C ㊁T N 呈 倒金字塔 的分布模式,但T P 含量随土壤深度变化相对不明显,呈 圆柱体 的分布模式.(４)小叶锦鸡儿下各土层CʒN ㊁CʒP 平均比值最高,其次是东北木蓼㊁黄柳,差巴嘎蒿最低;C ʒN ㊁C ʒP ㊁NʒP 的比值均随土壤深度增加而下降,不同灌木类型之间的差异也随土壤深度增加而减弱;其中各灌丛下土壤C ʒP 随着土壤深度呈急剧减小趋势,且土壤C ʒP ㊁NʒP 垂直递减的速率比CʒN 快.(５)相关分析表明,土壤S O C ㊁T N ㊁T P 相互之间呈显著正相关关系,C ʒN ㊁C ʒP 比值主要受土壤S O C 含量的影响,N ʒP 比值主要受到土壤S O C ㊁T N 含量的影响,C ʒP 比值对土壤C ʒN ㊁NʒP 比值影响显著.研究发现,不同灌木对半流动沙地的土壤质量的改善修复作用差异显著,且东北木蓼和小叶锦鸡儿的适应性强㊁对土壤养分的积累更加明显.关键词:土壤化学计量特征;土层深度;科尔沁半流动沙丘;沙生灌木中图分类号:Q ９４８．１１３;S ７１４．５文献标志码:AS t o i c h i o m e t r i cC h a r a c t e r i s t i c s o f S o i l C a r b o n ,N i t r o ge na n d P h o s p h o r u s of F o u rT y p i c a l S h r u b s i nH o r q i nS a n d y La n d D O N G X u e ,H A O Y u g u a n g ∗,X I NZ h i m i n g ,D U A N R u i b i n g ,L IX i n l e ,L I U F a n g(E x p e r i m e n t a l C e n t e r o fD e s e r tF o r e s t r y ,C h i n e s eA c a d e m y o f F o r e s t r y ,D e n g k o u ,I n n e rM o n go l i a ０１５２００,C h i n a )A b s t r a c t :S h r u b t y p e p l a y s a ne s s e n t i a l r o l e i ne c o s y s t e mr e c o v e r y a n da f f e c t s s o i l q u a l i t y ,e s p e c i a l l y so i l c a r b o n (C ),n i t r o g e n (N )a n d p h o s p h o r u s (P )c o n t e n t s ．S t u d i e s o n t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t s h r u b t y pe s o n s o i lC ,Na n dP s t o i c h i o m e t r y a r e b e n ef i c i a l t o u n d e r s t a n d t h e p r o c e s s e s a n d f u n c t i o n s o f t h e e c o l og i c a l s ys Ｇt e m．C ,Na n dPs t o i c h i o m e t r y a r e e s t i m a t e d i n f o u r t y p i c a l s h r u b s :C a r a g a n am i c r o p h y l l a ,A t r a ph a x i sm a n s h u r i c a,S a l i x f l a v i d a a n d A r t e m i s i a h a l o d e n d r o n．I n o r d e r t o e l u c i d a t e t h e e f f e c t o n a b i l i t y o f d i f f e rＧe n t s h r u b t y p e s o n s o i l n u t r i e n t e l e m e n t s u n d e r t h e s a m e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s a n d p r o v i d e g u i d a n c e f o r d e s e r t i f i c a t i o n c o n t r o l a n de c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n,w em e a s u r e ds o i l o r g a n i c c a r b o n(S O C),t o t a l n i t r o g e n (T N)a n d t o t a l p h o s p h o r u s(T P)c o n t e n t s i nd e p t ho f０－８０c m,c o m p a r e d e c o l o g i c a l s t o i c h i o m e t r y c h a rＧa c t e r i s t i c s i nd i f f e r e n ts h r u b sa n ds o i ld e p t h sa n de x p l o r e dt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e ni n d i c a t o r s．R e s u l t s s h o w e d t h a t:(１)t h em e a nc o n t e n t so fS O C,T Na n dT P w e r e０．９０－２．１８g/k g,０．１９－０．３２g/k g a n d ０．２７－０．３２g/k g．T h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s o f S O C,T Na n dT P i n０－８０c ms o i l l a y e r o f A．m a n s h u r iＧc a i s t h eh i g h e s t i na l l o f t h e m．S O Ca n dT N o f C．m i c r o p h y l l a a n d A．m a n s h u r i c a w e r es i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h a t i no t h e r s,b u t t h e r ew e r e n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n C．m i c r o p h y l l a a n d A．m a nＧs h u r i c a．T h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fT Pi nt h e s e f o u rs h r u b sw e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s．(２)T h e c o n t e n t s o f S O C,T Na n dT P i n t h e s u r f a c e l a y e r(０－１０c m)o f e a c h s h r u b t y p ew e r e s i g n i f i c a n t l y a f f e c t e d b y v e g e t a t i o n t y p e．T h e s u r f a c e l a y e r(０－１０c m)o f f o u r s h r u b sw a s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a no t h e r l a yＧe r s．A n d t h e y s i g n i f i c a n t l y d e c l i n e dw i t h i n c r e a s i n g s o i l d e p t h．(３)T h e c o n c e n t r a t i o n s o f S O Ca n dT Nd eＧc r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo fs o i ld e p t hi nf o u rs h r u b s,s h o w e d i n v e r t e dP y r a m i d d i s t r i b u t i o n p a t t e r n．H o w e v e r,t h e c o n t e n t o fT Pw a s n oo b v i o u s l y c h a n g ew i t h t h e i n c r e a s eo f s o i l d e p t h,a p p e a r e d c y l i n d e r d i s t r i b u t i o n p a t t e r n．(４)T h e a v e r a g e r a t i o s o fCʒN,CʒPo f A．m a n s h u r i c a w e r e t h eh i g h e s t,f o l l o w e d b y A．m a n s h u r i c a a n d S．f l a v i d a,t h e l o w e s tw a s f o u n d i n A．h a l o d e n d r o n．T h e r a t i o s o f CʒN,CʒP, NʒPa n d t h e i r d i f f e r e n c e s d e c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s e o f s o i l d e p t h．B o t hs o i lNʒPa n dCʒPr a t i o s s i gＧn i f i c a n t l y d e c l i n e dw i t h i n c r e a s i n g s o i l d e p t h,w h e r e a s t h e v e r t i c a l p a t t e r no f s o i l CʒNr a t i oh a s h i g h s t aＧb i l i t y．(５)T h ec o r r e l a t i o n sb e t w e e nS O C,T Na n dT P w e r es i g n i f i c a n t,t h er a t i o so fCʒN,CʒP w e r e m o s t l y i n f l u e n c e db y t h e c o n t e n t o fS O C,t h eNʒPr a t i ow a sm o s t l y i n f l u e n c e db y t h ec o n t e n to fS O C, T N,a n d t h e r a t i o s o fCʒN,NʒP w e r e s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e db y t h e r a t i oo fCʒP．I ns u m m a r y,t h e d i f f e r e n c e o f t h e a d a p t a b i l i t y o f t h e４k i n d s o f p l a n t i n g s p e c i e sw a s s i g n i f i c a n t．A．m a n s h u r i c a a n d C．m iＧc r o p h y l l a t a k e e f f e c t s i n i n c r e a s i n g s o i l n u t r i e n t s o b v i o u s l y．K e y w o r d s:s o i l s t o i c h i o m e t r y;s o i l d e p t h;H o r q i n s e m iＧm o b i l e d u n e;d e s e r t s h r u b㊀㊀科尔沁沙地是中国最大的沙地,也是近年来北方沙漠化最严重的地区之一.其原始景观植被为疏林草原,植被的斑块化分布和空间异质性较强[１],但由于放牧㊁开垦及人类不合理的开发利用,使原有的生态环境发生了不同程度的植被退化和土地沙漠化.随着多年的禁止放牧和大规模治理,从１９８７年到２０００年,该区沙漠化面积已由５１６３k m２下降到４６７４k m２,总面积减少了４８９k m２,退化植被逐渐恢复,沙漠化呈现出整体逆转的良好趋势[２].为了掌握该区沙漠化土地的逆转机制,已有一些学者分别就灌丛对土壤特性影响[３Ｇ４]和植被㊁土壤退化与恢复进行了研究[２,５Ｇ８],但该区半流动沙地典型灌木植物种对土壤化学计量垂直分布特征综合影响的报道还较少.土壤碳(C)㊁氮(N)㊁磷(P)是影响植物生理代谢㊁生长发育的重要组成元素,研究土壤各元素的耦合关系及动态平衡可为植物赖以生存的物质基础和重要的环境条件提供可持续经营依据.沙漠化恢复过程中,植被的建成与演替造成植被与土壤呈现出异质性[１,９Ｇ１０],且土壤养分元素含量及化学计量特征与植物器官的密切相关,不仅影响植物个体的生长发育状况㊁群落物种组成多样性和初级生产力高低,而且对生态系统健康稳定循环有着重要的指示作用.土壤C㊁N㊁P化学元素计量比值是成土因子㊁水分等环境因子㊁植被类型和人类干扰活动的综合影响结果[１１Ｇ１２].因此,研究相同生长环境条件下,不同植物种灌丛下土壤化学计量特征,对于揭示不同类型植被土壤的养分供给能力,以及不同植物种对土壤改良作用具有重要的意义.本研究主要目的是探讨半流动沙地典型灌木植物灌丛下土壤特性㊁植被特征的差异,分析灌丛对半流动沙地土壤碳㊁氮㊁磷化学计量特征㊁灌丛下草本层植物及冠层枯落物的综合影响,考察有关沙地土壤恢复过程及相互耦合关系,进而阐明生长在同一环境条件下由不同灌木类型组成的植被类型对土壤营养元素的影响与反馈能力,为沙漠化治理和生态恢复提供指导.同时为退化土壤的恢复研究积累资料,也为科尔沁沙地退化生态系统恢复和管理提供理论依据.１㊀材料和方法１．１㊀研究区自然条件研究区位于内蒙古东北部科尔沁沙地东南部的通辽市奈曼旗境内,地理位置为E１２０ʎ１９ᶄ~１２１ʎ５６１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀董㊀雪,等:科尔沁沙地４种典型灌木灌丛下土壤碳㊁氮㊁磷化学计量特征３５ᶄ,N４２ʎ１４ᶄ~４３ʎ３２ᶄ,海拔３４０~３６０m.年平均气温５．２~６．４ħ,最热７月份(７月)平均气温２３．５ħ,极端高温３９ħ,最冷月份(１月)平均气温－１３．２ħ,极端低温－２９．３ħ;全年平均降水量为３００~４００m m,主要集中在夏季的７~９月份,年均蒸发量(１６１７m m)是降水量的５倍之多;年平均日照时数２９０６h,平均无霜期１３５~１４０d,属温带大陆性半干旱气候类型.土壤类型主要为沙质栗钙土和风沙土,地貌类型以固定沙丘㊁半流动沙丘㊁流动沙丘和平缓草甸或农田相间交错分布为特征.半流动沙丘主要植物种包括小叶锦鸡儿(C a r a g a n am iＧc r o p h y l l a)㊁差巴嘎蒿(A r t e m i s i ah a l o d e n d r o n)㊁东北木蓼(A t r a p h a x i sm a n s h u r i c a)㊁黄柳(S a l i x f l aＧv i d a)㊁白羊草(B o t h r i o c h l o ai s c h a e m u m)㊁赖草(A n e u r o l e p i d i u m d a s y s l c h y s)㊁黄蒿(A r t e m i s i a s c o p a r i a)㊁猪毛菜(S a l s o l a c o l l i n a)㊁达乌里胡枝子(L e s p e d e z ad a v u r i c a)㊁冷蒿(A r t e m i s i a f r i g i d a)㊁沙蓬(A g r i o p h y l l u ms q u a r r o s u m)㊁狗尾草(S e t a r i a v i r i d i s)㊁虫实(C o r i s p e r m u m m a c r o c a r p u m)㊁雾冰藜(B a s s i ad a s y p h y l l a)㊁糙隐子草(C l e i s t o g e n e s s q u a r r o s a)等.１．２㊀试验方法选择科尔沁沙地天然植被群落,主要灌木植物种包括小叶锦鸡儿㊁东北木蓼㊁黄柳㊁差巴嘎蒿灌丛的一片半流动沙地.２０１７年于生长季４月初,在每株灌丛的冠层下沿主风向设置一条１m宽的样带,设１mˑ１m落叶收集箱,以后逐月进行凋落物收集,至生长季结束(１０月)完成取样.同年８月,在每个样带内连续且无间隔设置４~６个５０c mˑ５０c m的小样方,直至灌丛外２~３m处,总计１００个小样方,对样方内植物的植物种类㊁盖度㊁高度㊁基径及地上生物量进行调查,并据此计算S h a n n o nＧW i e n e r 多样性指数(D),计算公式如下:D＝－ðs i＝１P i l n P i式中,P i为第i个种的个体数占所有物种个体总数的比例,S为群落中物种总数.另外,在样地中分别选择具有相似冠层大小㊁长势健康的东北木蓼㊁小叶锦鸡儿㊁黄柳和差巴嘎蒿灌丛各１０株,在每株冠层下(垂直冠幅边缘)进行土壤分层采样,取样深度分０~１０㊁１０~２０㊁２０~４０㊁４０~６０㊁６０~８０c m共５层.将相同层次土壤样品混合,装入自封袋带回实验室,风干后过０．１５m m筛,再经四分法取样用于土壤C㊁N㊁P含量的测量.采用重铬酸钾外加热法测定有机碳含量;经H２S O４ＧH２O２法消煮后,用凯氏定氮法测定全氮含量;经H２S O４ＧH C L O４法消煮后,用钼锑抗比色法测定全磷含量.１．３㊀数据处理采用E x c e l２００７和S P S S１７．０软件对数据进行统计分析,土壤CʒN㊁CʒP㊁NʒP化学计量比采用质量比表示,通过单因素方差分析(O n eＧW a y A N O V A)的L S D法进行灌木类型间和土层间各元素含量及其化学计量比的差异显著性检验,并对４种典型植物灌丛下土壤C㊁N㊁P含量及其化学计量比进行相关性分析.表中数据表示为平均值ʃ标准差.２㊀结果与分析２．１㊀不同灌木类型及灌丛下植被特征由表１可知,科尔沁沙地４种典型灌木灌丛下枯落物以小叶锦鸡儿和东北木蓼相对较高,其次是黄柳,差巴嘎蒿最低,除小叶锦鸡儿和东北木蓼差异不显著(P＞０．０５)外,其余各灌丛下枯落物现存量间差异均显著(P＜０．０５).４种典型灌木灌丛鲜重的变化规律与其完全一致.S h a n n o nＧW i e n e r多样性指数从１．２２升高至１．９８,表现为东北木蓼＞小叶锦鸡儿＞黄柳＞差巴嘎蒿,小叶锦鸡儿和东北木蓼显著高于黄柳和差巴嘎蒿,且４种典型灌木灌丛下植被盖度的变化规律与其完全一致.２．２㊀不同灌木类型土壤有机碳、全氮和全磷的分布特征㊀㊀首先,科尔沁沙地４种典型植物灌丛下０~８０c m土层有机碳(S O C)平均含量在０．９０~２．１８g/k g之间,并以东北木蓼和小叶锦鸡儿的S O C含量较高,黄柳次之,差巴嘎蒿最低,且除东北木蓼与小叶锦鸡儿外,其余各灌木类型间土壤S O C含量差异均达显著水平(P＜０．０５,表２).同时,４种典型植物灌丛下土壤S O C含量均随土壤深度增加而下降,呈 倒金字塔 的分布模式,且０~１０c m㊁１０~２０c m㊁２０~４０c m土层间均差异显著(P＜０．０５),而４０~６０c m与６０~８０c m土层间差异不显著(P＞０．０５).另外,不同灌木类型土壤S O C含量的差异也随土壤深度增加而减弱.其中,在０~１０c m和１０~２０c m土层,４种灌木类型土壤S O C含量之间差异均极显著(P＜０．０１);在２０~４０c m土层,４种灌木类型之间差异均显著(P＜０．０５);在４０~６０c m 土层,小叶锦鸡儿与东北木蓼㊁黄柳差异不显著,其余各灌木类型差异均显著;在６０~８０c m土层,东北木蓼与小叶锦鸡儿㊁黄柳与差巴嘎蒿差异不显著,但６６１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷表１㊀典型灌木及灌丛下植被特征T a b l e１㊀T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t y p i c a l s h r u b s a n dv e g e t a t i o nu n d e r s h r u b灌木类型S h r u b t y p e高度H i g h t/c m基径D i a m e t e r/m m鲜重(g/丛)F r e s hw e i g h t叶片占总量的T o t a ln u m b e r o fl e a v e s/％灌丛下枯落物现存量(g/丛)L i t t e r s t o c ku n d e r s h r u b s灌丛下物种数N u m b e r o fs p e c i e su n d e rs h r u b s盖度C o v e r a g e/％S h a n n o nＧW i e n e r多样性指数D i v e r s i t y i n d e x东北木蓼A．m a n s h u r i c a８３．３ʃ５．２a１０．０８ʃ２．３５a１２８５ʃ１１０a３２．９ʃ２．３a１２５．９ʃ２３．６a７．６ʃ１．１a３２．２ʃ１．６a２．２７ʃ０．３６a小叶锦鸡儿C．m i c r o p h y l l a１３５．１ʃ８．２b１２．３１ʃ１．１１a１３８０ʃ１５０a３０．８ʃ３．３a１２７．３ʃ３１．２a７．９ʃ１．８a３０．５ʃ２．９a１．９９ʃ０．３９a黄柳S．f l a v i d a１１７．８ʃ７．６c１５．２１ʃ３．２１b１１９０ʃ１３５b３７．５ʃ４．２b１０８．８ʃ２０．５b５．９ʃ０．６b２５．３ʃ１．２b１．３６ʃ０．１６b差巴嘎蒿A．h a l o d e n d r o n５８．６ʃ６．１d８．７８ʃ２．１４c３５５ʃ５５c３１．６ʃ２．９a６８．１ʃ１０．５c５．３ʃ０．３b２６．２ʃ２．１b１．２２ʃ０．１９b 注:同列不同字母表示灌木间在０．０５水平存在显著性差异N o t e:D i f f e r e n t l e t t e r s i n t h e s a m e c o l u m n i n d i c a t e d t h a t t h e r ew a s a s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eb e t w e e n s h r u b s a t t h e l e v e l o f０．０５表２㊀科尔沁沙地典型灌木灌丛下０~８０c m土层土壤化学计量特征T a b l e２㊀T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i l s t o i c h i o m e t r y i n t h e s o i l l a y e r o f t h e t y p i c a l s h r u b c o m m u n i t yi nH o r q i nS a n d y L a n d灌木类型S h r u bT y p e土壤S O CS o i l o r g a n i cc a r b o n土壤T NS o i l t o t a ln i t r o g e n土壤T PS o i l t o t a lp h o s p h o r u sC/NC a r b o n/n i t r o g e nC/PC a r b o n/p h o s p h o r u sN/PN i t r o g e n/p h o s p h o r u s东北木蓼A．m a n s h u r i c a２．１８ʃ０．２５a０．３２ʃ０．０４a０．３２ʃ０．０５a６．４２ʃ０．６６a b６．４０ʃ０．６６a０．９６ʃ０．０９a 小叶锦鸡儿C．m i c r o p h y l l a２．１３ʃ０．１８a０．２７ʃ０．０６a b０．２９ʃ０．０６a７．５６ʃ０．６７a６．９９ʃ１．３３a０．９１ʃ０．０５a 黄柳S．f l a v i d a１．３５ʃ０．１６b０．２３ʃ０．０５b c０．３０ʃ０．０３a５．６７ʃ０．７１b c４．３３ʃ０．５１b０．７６ʃ０．０６b 差巴嘎蒿A．h a l o d e n d r o n０．９０ʃ０．１１c０．１９ʃ０．０４c０．２７ʃ０．０２a４．６２ʃ０．６５c３．２５ʃ０．５９c０．７０ʃ０．０５b 平均值M e a n１．６４０．２５０．２９６．０７５．２４０．８３变异系数C o e f f i c i e n t o f v a r i a t i o n６４．８４４３．６８２４．３６２２．３６４５．９５２３．２９东北木蓼和小叶锦鸡儿分别与黄柳和差巴嘎蒿差异均显著(图１).其次,４种灌木０~８０c m土层全氮(T N)平均含量在０．１９~０．３２g/k g之间,东北木蓼最高,并与黄柳和差巴嘎蒿差异显著,差巴嘎蒿最低,但与黄柳差异不显著.４种典型灌木T N含量也随土壤深度增加而下降,除差巴嘎蒿１０~２０c m与２０~４０c m 土层差异不显著外,其余灌木０~１０c m㊁１０~２０c m㊁２０~４０c m土层间均差异显著(P＜０．０５),４０~６０c m与６０~８０c m土层差异均不显著(P＞０．０５),也呈 倒金字塔 的分布模式.另外,不同灌木类型土壤T N含量的差异也随土壤深度增加而减弱.在０~１０c m和１０~２０c m土层,４种灌木类型之间差异均显著;在２０~４０c m土层,东北木蓼㊁小叶锦鸡儿与黄柳㊁差巴嘎蒿差异显著,但东北木蓼与小叶锦鸡儿㊁黄柳与差巴嘎蒿差异不显著;在４０~６０c m㊁６０~８０c m土层,东北木蓼与其他灌木类型差异均显著,而其余３种灌木类型彼此之间的差异均不显著(图１).再次,４种灌木灌丛下０~８０c m土层全磷(T P)平均含量在０．２７~０．３２g/k g之间,且不同灌木类型间差异不显著(P＞０．０５).但４种灌木类型０~１０c m土层T P含量均最高,且灌木类型彼此之间均差异显著(P＜０．０５).同时,各灌丛下土壤T P 含量均随土壤深度增加而减小,但减小的趋势较缓慢;同一灌丛０~１０c m土层与其他各土层间差异显著,其余各土层间差异均不显著,总体呈 圆柱体 的分布模式(图１).可见,４种典型灌丛下土壤S O C㊁T N㊁T P含量基本上以东北木蓼最高㊁差巴嘎蒿最低,且随土壤深度增加均呈下降的趋势,灌丛间的差异也随之减小;４种典型灌丛下土壤S O C的空间变异性最大(变异系数为６４．８４％),其次是土壤T N(变异系数为４３．６８％),且碳氮变化趋势较为一致,而土壤T P的变异性最小(变异系数为２４．３６％).２．３㊀不同灌木类型土壤C㊁N㊁P生态化学计量比特征㊀㊀㊀不同灌木类型灌丛下土壤S O C㊁T N㊁T P含量不同,其土壤的C㊁N㊁P的生态化学计量比特征也不同(表２).首先,４种典型灌木灌丛下０~８０c m 土壤CʒN比值在４．６２~７．５６之间,并以小叶锦鸡儿最高,东北木蓼和黄柳次之,差巴嘎蒿最低,且小叶７６１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀董㊀雪,等:科尔沁沙地４种典型灌木灌丛下土壤碳㊁氮㊁磷化学计量特征不同大写字母表示同一土层不同典型群落之间的显著性差异,而不同小写字母表示同一典型群落不同土层之间的显著性差异(P＜０．０５);下同图１㊀不同灌木类型灌丛下土壤碳㊁氮㊁磷含量的垂直分布变化D i f f e r e n t c a p i t a l l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s a m o n g v e g e t a t i o n t y p e s i n t h e s a m e s o i l l a y e r,w h i l e d i f f e r e n t n o r m a l l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s a m o n g s o i l l a y e r sw i t h i n t h e s a m e v e g e t a t i o n t y p e a t０．０５l e v e l;T h e s a m e a s b e l o wF i g．１㊀V e r t i c a l d i s t r i b u t i o no f S O C,T N,T Pu n d e r d i f f e r e n t s h r u b t y p e s锦鸡儿与黄柳和差巴嘎蒿,东北木蓼与差巴嘎蒿的差异均达显著水平(P＜０．０５),其余各灌木类型间土壤CʒN比值差异均未达到显著水平(P＞０．０５).不同灌木类型同一土层CʒN比值均表现为小叶锦鸡儿＞东北木蓼＞黄柳＞差巴嘎蒿,且小叶锦鸡儿各土层CʒN比值与黄柳㊁差巴嘎蒿均差异显著,但与东北木蓼差异不显著,黄柳与差巴嘎蒿差异也不显著(图２).其次,４种典型灌木灌丛下０~８０c m土壤CʒP 比值在３．２５~６．９９之间,并以小叶锦鸡儿最高,且除东北木蓼和小叶锦鸡儿外,不同植被类型对土壤CʒP的影响均达到了显著水平(P＜０．０５).不同灌木类型同一土层CʒP比值均表现为小叶锦鸡儿＞图２㊀不同灌木类型下土壤化学计量比的垂直分布变化F i g．２㊀V e r t i c a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l s t o i c h i o m e t r i cc h a r a c t e r i s t i c r a t i o s u nde r d if f e r e n t s h r u b t y p e s东北木蓼＞黄柳＞差巴嘎蒿,且小叶锦鸡儿各土层CʒP比值与黄柳㊁差巴嘎蒿差异显著,但与东北木蓼差异不显著,黄柳与差巴嘎蒿差异不显著(图２).再次,４种典型灌木灌丛下０~８０c m土壤NʒP比值在０．７０~０．９６之间,并以东北木蓼最高,差巴嘎蒿最低.除东北木蓼与小叶锦鸡儿间㊁黄柳与差巴嘎蒿间差异不显著外,各植被类型对土壤NʒP的影响均达到了显著水平(P＜０．０５).４种灌木同一土层NʒP比值表现为东北木蓼显著大于黄柳㊁差巴嘎蒿(P＜０．０５),但东北木蓼与小叶锦鸡儿差异不显著(P＞０．０５).可见,４种灌木灌丛下土壤CʒN㊁CʒP㊁NʒP 化学计量比值均随土壤深度增加而下降,不同灌木类型之间的差异也随土壤深度增加而减弱,各化学计量比值均表现为以小叶锦鸡儿㊁东北木蓼显著大于黄柳㊁差巴嘎蒿.４种典型灌丛下土壤CʒP的空间变异性最大(变异系数为４５．９５％),其次是土壤NʒP(变异系数为２３．２９％),而土壤CʒN的变异性最小(变异系数仅为２２．３６％).同一灌木类型灌８６１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷表３㊀４种典型灌木灌丛植被特征与其土壤C ㊁N ㊁P 及化学计量比之间的关系T a b l e ３㊀R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s h r u b c h a r a c t e r s a n d s o i l C ,N ,Pc o n t e n t s a n d t h e i r s t o i c h i o m e t r i c r a t i o s i n t y pi c a l s h r u b s 指标I n d e xS O C S o i l o r g a n i c c a r b o nT NS o i l t o t a l n i t r o ge n T PS o i l t o t a l p h o s ph o r u s C /NC a r b o n/N i t r o ge n C /PC a r b o n/P h o s ph o r u s N /PN i t r o ge n /P h o s ph o r u s 土壤总碳(S O C )S o i l o r g a n i c c a r b o n １土壤总氮(T N )S o i l t o t a l n i t r o ge n ０．９７２∗∗１土壤总磷(T P )S o i l t o t a l p h o s p h o r u s ０．７７４∗０．８８１∗∗１C /NC a r b o n /N i t r o ge n ０．８６２∗∗０．３５５０．３３９１C /P C a r b o n /P h o s ph o r u s ０．９６６∗∗０．８９２∗∗０．６１１∗０．９２３∗∗１N /PN i t r o g e n /P h o s ph o r u s ０．９５４∗∗０．９２４∗∗０．４４７０．７０４∗０．９６５∗∗１S h a n n o n ＧW i e n e r 多样性指数S h a n n o n ＧW i e n e r d i v e r s i t y i n d e x ０．９５３∗∗０．９１９∗∗０．５２１０．５６９０．８９９∗∗０．９６９∗∗灌丛地上生物量S h r u ba b o v e g r o u n db i o m a s s ０．７９６∗０．７２３∗０．４９８０．７１２∗０．７７８∗０．６３３∗灌丛一年中凋落量L i t t e r o f s h r u b s i na y e a r０．９４９∗∗０．９１７∗∗０．５６１０．７４３∗０．９１５∗∗０．８９９∗∗注:∗表示０．０５水平上差异显著;∗∗表示０．０１水平上差异显著N o t e :∗i n d i c a t e s s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a t t h e l e v e l o f ０．０５;∗∗i n d i c a t e s i gn i f i c a n t d i f f e r e n c e a t t h e l e v e l o f ０．０１丛下土壤CʒN ㊁CʒP ㊁NʒP 比值表现为０~１０c m ㊁１０~２０c m ㊁２０~４０c m 土层显著高于其他各土层,且３个表土层间差异性显著(P ＜０．０５),但４０~６０c m 与６０~８０c m 土层差异不显著(P ＞０．０５).２．４㊀灌木植被特征与土壤C ㊁N ㊁P 含量及其生态化学计量比之间的相关性㊀㊀４种典型灌丛下土壤S O C ㊁T N ㊁T P 含量基本上随着灌丛地上生物量增加而增大.相关分析结果(表３)表明,土壤S O C ㊁T N 含量与植物多样性指数㊁灌木一年中的凋落量呈极显著正相关(P ＜０．０１),且与灌丛地上生物量呈显著正相关(P ＜０．０５),但土壤T P 含量与植物多样性指数㊁灌丛地上生物量㊁灌木凋落量呈正相关,但不显著(P ＞０．０５).土壤CʒP ㊁NʒP 与植物多样性指数㊁灌木一年中的凋落量呈极显著正相关(P ＜０．０１),且与灌丛地上生物量呈显著正相关(P ＜０．０５);土壤C ʒN 与灌丛地上生物量㊁灌木凋落量呈显著正相关(P ＜０．０５),且与植物多样性指数呈正相关,但未达到显著水平(P ＞０．０５).同时,从表３可以看出,灌丛土壤S O C ㊁T N ㊁T P 两两之间均呈正相关关系,土壤S O C ㊁T N 与T N ㊁T P 含量呈极显著正相关(P ＜０．０１),土壤S O C ㊁T P 含量呈显著正相关(P ＜０．０５),表明科尔沁沙地半流动沙丘４种典型灌木灌丛下土壤S O C ㊁T N ㊁T P相互之间的耦合关系显著.土壤C ʒN 比值与土壤有机C 含量呈极显著正相关(P ＜０．０１),与土壤T N ㊁T P 含量呈正相关,但未达到显著水平(P ＞０．０５),且与土壤S O C 的相关性高于与土壤T N ㊁T P 含量的相关性,而C ʒP 与S O C 含量呈极显著正相关(P ＜０．０１),与土壤T P 呈显著正相关(P ＜０．０５).因此,CʒP 与S O C 含量的相关性大于与T P 含量的相关性,NʒP 与土壤S O C ㊁T N 含量相关性高于与T P 含量的相关性,CʒP 与CʒN ㊁NʒP 呈极显著正相关(P ＜０．０１),表明科尔沁沙地半流动沙丘４种典型灌木灌丛下土壤CʒN ㊁CʒP 比值主要受土壤有机C 含量的影响,NʒP 主要受到土壤S O C ㊁T N 含量的影响,C ʒP 对土壤C ʒN ㊁NʒP 的影响显著.３㊀讨㊀论科尔沁沙地半流动沙丘典型灌丛下土壤有机碳㊁全氮含量受土层影响较大,在４种典型灌丛下均表现出表层土壤显著高于下层土壤的趋势,这与很多前人研究结果一致[１３Ｇ１７].土壤全磷受土层影响小,但不同植物种对表层土壤影响较大.东北木蓼灌丛下０~８０c m 土壤S O C ㊁T N ㊁T P 平均含量最高,其土壤S O C ㊁T N 含量与小叶锦鸡儿的差异不显著,但两者显著高于其他植物灌丛,表明东北木蓼㊁９６１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀董㊀雪,等:科尔沁沙地４种典型灌木灌丛下土壤碳㊁氮㊁磷化学计量特征小叶锦鸡儿对灌丛下土壤养分具有较强的累积作用,增加了土壤肥力,同时也是优良的防风固沙植物,萌生力强,生产力高,两者是科尔沁沙地半流动㊁固定沙地的主要乡土种.特别是小叶锦鸡儿分布面积较广泛,适生范围宽,在科尔沁沙地植被演替过程中具有重要地位,它是耐旱㊁多年生的豆科植物,其根系具有固氮作用,相比其他３种灌木,小叶锦鸡儿灌丛生物量大,且枯落物现存量较大,可以为土壤提供较为丰富的养分.地上枯落物有叶㊁花㊁果实的蓄积与分解对土壤的养分动态有强烈的作用[１５].大量枯落物的腐烂分解与输入增加土壤中有机碳和全氮的储量,对于提高土壤微生物活性与土壤养分含量具有重要的促进作用[１６].植物生物量㊁枯落物量与土壤养分三者间是相互影响㊁相互作用的,同时土壤养分影响着植物群落的结构功能动态变化[１７].４种典型灌木群落表层土壤受外界环境因素及植被枯落物养分归还的影响,不同灌木形态结构的差异造成截获土壤风蚀物质及降尘的能力不同,且在灌丛下拦截和贮藏草本植物的种子量有所差异,从而造成草本植物在灌丛下的入侵和定居的盖度和多样性不同[１８].导致养分首先在土壤表层密集,建立形成的 肥岛效应 是土壤养分增加的一个重要原因[１９],然后再随水或者其他介质向下移动扩散.土壤C㊁N除受土壤母质的影响外,还受植被类型㊁枯落物分解和植物吸收利用的影响,因而存在着较大的空间变异性.土壤全磷含量变异较小,不同灌木类型之间除表层(０~１０c m)土壤全磷含量差异较显著,随着土层深度的增加,均不显著,表明植物种类对土壤全磷垂直分布影响较小,这与土壤中磷元素主要来自土壤母质[２０Ｇ２１],主要与气候变化密切相关,而在小尺度区域范围内,土壤母质及气候较为接近,土壤的全磷含量变异相对较小.在科尔沁沙地,由于土地沙化,当其发展到半流动㊁流动阶段时,风沙流饱和状态时遇到植物灌丛的阻碍,会在灌丛周围形成沙包特殊地貌类型[２２].由于科尔沁沙地上残存生长着一定数量的差巴嘎蒿㊁黄柳㊁小叶锦鸡儿和东北木蓼等灌木,在风积作用下,这些植物灌丛下通常会形成大小形态各异的灌丛沙堆,从而构成了沙地上特有的稀疏灌丛植被景观[２３Ｇ２４].大量研究结果表明,由于灌丛可以有效截留风所携带的细颗粒,随着灌丛地上生物量的增加,沙堆体积增大,因而导致灌层下的土壤条件优于周边外围环境[２５],灌丛发挥了明显的 肥岛 效应[２４,２６].本研究结果表明,在半流动沙地不同植被类型灌丛土壤有机碳㊁全氮和全磷的含量都有差异,表层土壤差异性显著,且随着土层深度的增加而减弱.这说明,在科尔沁沙地,灌丛不仅具有明显的表聚 现象,而且不同植被类型对土壤的改良作用有差异[２６Ｇ２７].主要源于３个方面:一是不同灌丛形态结构差异,使降风滞尘作用有所差异,造成携带的土壤颗粒物质大小不同;二是不同灌木类型枯落物蓄积量组成所占比例有所不同,因此分解后对土壤养分含量影响不同;三是不同灌木类型根系分泌物差异,如小叶锦鸡儿,属于豆科植物,其根系具有固氮作用.在生态化学计量学的研究领域中,通常土壤CʒP可以作为指示磷有效性的重要指标,而NʒP 是当前限制性养分判断的重要指标之一[１２].在科尔沁半流动沙地生态系统下,４种典型植物灌丛下土壤,小叶锦鸡儿的CʒP㊁NʒP显著高于黄柳㊁差巴嘎蒿(P＜０．０５),但与东北木蓼的差异不显著(P ＞０．０５),表明小叶锦鸡儿土壤磷的有效性较高.植被类型造成土壤CʒP的变异系数最大,主要是由于不同植物种对土壤㊁大气中各化学元素比值的吸收与释放不同,且不同植物地上生物量与凋落物量对土壤改良作用也不同,从而导致不同植被类型下土壤碳㊁氮㊁磷化学计量特征的差异[２８].相关性分析表明,４种典型灌木植物灌丛下土壤有机碳㊁全氮㊁全磷彼此之间存在显著的正相关(P＜０．０５),说明土壤的碳㊁氮㊁磷３个元素的关系紧密,互相作用形成了一定的耦合关系.土壤有机碳与全氮达到极显著水平,相关系数最高达０．９７２,且土壤CʒN比较稳定,变异性最小,说明土壤中碳㊁氮含量对地表植被类型及环境因子的响应是一致的.有研究表明,植物CʒN和CʒP代表植物对碳的累积速率和存储能力[２９],本研究结果表明４种典型灌木土壤CʒN㊁CʒP比值主要受土壤有机C含量的影响.科尔沁沙地半流动沙丘不同植物灌丛下土壤化学计量特征差异显著,东北木蓼㊁小叶锦鸡儿灌丛下表层土壤(０~１０c m)有机碳㊁全氮㊁全磷含量显著高于黄柳㊁差巴嘎蒿.因此,研究区土壤碳㊁氮㊁磷计量比随土层深度的变化格局表现为:４种典型灌木类型灌丛下土壤CʒN㊁CʒP㊁NʒP随土层深度逐渐递减,CʒP随着土壤深度呈急剧减小趋势,且土壤CʒP㊁NʒP垂直递减的速率比CʒN快[２９Ｇ３２].由于气候㊁植被㊁土壤类型影响CʒN,且影响力在土层深度间也存在差异,造成随着土壤深度增加,通常气象因子(降水㊁温度等)和植被因子对土壤CʒN０７１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷的影响力相对减弱[３０,３２],而土壤类型的影响力逐渐增强.CʒP与CʒN㊁NʒP呈极显著正相关(P＜０．０１),表明４种典型灌木土壤CʒP对土壤CʒN㊁NʒP的影响显著.因此该区域CʒN较为稳定, CʒP与NʒP成为该区域养分限制性指标.总体来说,植被恢复对该区土壤质量的改善具有明显的作用,且东北木蓼㊁小叶锦鸡儿对土壤性状的改善作用优于其他植物种,但小叶锦鸡儿分布面积最大,表现出更强的适应性,对土壤质量的改善作用也较为突出,因此可以进行广泛的推广与示范.４㊀结㊀论本研究结果表明,不同植物灌丛下土壤的有机C㊁全N㊁全P含量均表现为随土壤深度増加而递减,但随着土壤深度的增加,递减的趋势逐渐减弱.且４种典型植物灌丛下表层土壤各元素含量具有明显差异性,证明在相近的气候和土壤条件下,除了研究区的外界环境因素会对土壤中元素的含量产生一定的影响外,土壤元素含量的差异主要来源于不同植物种对养分吸收效率差异㊁灌丛形态结构差异和枯落物养分归还量的不同.(１)科尔沁沙地４种典型灌木植物灌丛下０~８０c m土层S O C㊁T N㊁T P平均含量分别在０．９０~２．１８g/k g㊁０．１９~０．３２g/k g㊁０．２７~０．３２g/k g之间变化.４种灌木类型灌丛下土壤S O C㊁T N含量均随土壤深度增加而下降,土壤T P含量随土壤深度增加没有明显的变化.土壤S O C㊁T N较T P更为明显受到灌木种类的影响.(２)科尔沁沙地４种典型灌木植物灌丛下土壤CʒN较为稳定,变异系数最小,CʒP㊁NʒP受植被类型影响较大.随着土层深度的增加,各灌丛下土壤CʒN㊁CʒP㊁NʒP均有所下降,且CʒP减小的趋势最明显.不同灌木类型同一土层CʒN㊁CʒP比值均表现为:小叶锦鸡儿＞东北木蓼＞黄柳＞差巴嘎蒿,同一灌木类型不同土层CʒN㊁CʒP㊁NʒP比值表层０~１０c m土层㊁１０~２０c m土层㊁２０~４０c m土层比值显著高于其他各土层(P＜０．０５),且３个表土层间差异性显著(P＜０．０５),但４０~６０c m土层与６０~８０c m土层差异不显著(P＞０．０５).(３)科尔沁沙地半流动沙丘４种典型灌木土壤S O C㊁T N㊁T P相互之间的耦合关系显著,土壤S O C 和T N达到极显著水平.CʒN㊁CʒP值主要受土壤S O C含量的影响,NʒP主要受到土壤S O C㊁T N 含量的影响,土壤CʒP变异系数较大,且对土壤CʒN㊁NʒP的影响显著.参考文献:[１]㊀Z U O X A,Z HA O X Y,Z H A O H L,e t a l．S c a l ed e p e n d e n te f f e c t s o f e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s o n v e g e t a t i o n p a t t e r n a n d c o mＧp o s i t i o n i nH o r q i n S a n dL a n d,N o r t h e r nC h i n a[J]．G e o d e r m a,２０１２,１７３:１Ｇ９．[２]㊀Z U O X A,Z H A O H L,Z HA O X Y,e t a l．S p a t i a l p a t t e r na n dh e t e r o g e n e i t y o f s o i l p r o p e r t i e s i n s a n d d u n e s u n d e r g r a z i n ga n d r e s t o r a t i o ni n H o r q i nS a n d y L a n d,N o r t h e r n C h i n a[J]．S o i l T i l lR e s e a r c h,２００８,９９:２０２Ｇ２１２．[３]㊀S H I R A T OY,T A N I Y AMAI,Z H A N GT H．C h a n g e s i n s o i l p r o p e r t i e sa f t e ra f f o r e s t a t i o ni n H o r q i n S a n d y L a n d,N o r t hC h i n a[J]．S o i l S c i e n c eP l a n tN u t r e,２００４,５０(４):５３７Ｇ５４３．[４]㊀S U YZ,Z H A O H L,Z H A N G T H．I n f l u e n c i n g m e c h a n i s m o fs e v e r a ls h r u b sa n ds u b s h r u b so ns o i lf e r t i l i t y i n H o r q i n S a n d y L a n d[J]．C h i n e s e J o u r n a l o f A p p l i e dE c o l o g y,２００２,１３(７):８０２Ｇ８０６．[５]㊀郭轶瑞,赵哈林,左小安,等．科尔沁沙地沙丘恢复过程中典型灌丛下结皮发育特征及表层土壤特性[J]．环境科学,２００８,２９(４):１０２７Ｇ１０３４．G U O Y R,Z H A O H L,Z U OX A,e t a l．C r u s t d e v e l o p m e n ta n ds ub s u r f ac es o i l p r o p e r t i e su nde rd o m i n a n ts h r u b si nt h ep r o c e s s o f d u n e r e s t o r a t i o n,H o r q i nS a n dL a n d[J]．E n v i r o nＧm e n t S c i e n c e,２００８,２９(４):１０２７Ｇ１０３４．[６]㊀左小安,赵学勇,赵哈林,等．科尔沁沙质草地群落物种多样性㊁生产力与土壤特性的关系[J]．环境科学,２００７,２８(５):１８Ｇ２４．Z U OXA,Z HA OXY,Z H A O HL,e t a l．C h a n g e s o f s p e c i e sd i ve r s i t y a n d p r o d u c t i v i t y i n r e l a t i o n t o s o i l p r o p e r t i e s i n s a n d yg r a s s l a n di n H o r q i n S a n d L a n d[J]．E n v i r o n m e n tS c i e n c e,２００７,２８(５):１８Ｇ２４．[７]㊀赵哈林,赵学勇,张铜会,等．沙漠化的生物过程及退化植被的恢复机理[M]．北京:科学出版社,２００７．[８]㊀G U O Y R,Z HA O HL,Z U OXA,e t a l．B i o l o g i c a l s o i l c r u s td e v e l o p m e n t a n d i t s t o p s o i l p r o p e r t i e s i nt h e p r o c e s so fd u n es t a b i l i z a t i o n,I n n e rM o n g o l i a,C h i n a[J]．E n v i r o n m e n t a l G e o lＧo g y,２００８,５４:６５３Ｇ６６２．[９]㊀Z U O X A,Z H A O X Y,Z H A O H L,e t a l．S p a t i a l h e t e r o g eＧn e i t y o f s o i l p r o p e r t i e s a n dv e g e t a t i o n s o i l r e l a t i o n s h i p s f o l l o wＧi n g v e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n o f m o b i l ed u n e si n H o r q i n S a n d yL a n d,N o r t h e r nC h i n a[J]．P l a n t a n dS o i l,２００９,３１８(１/２):１５３Ｇ１６７．[１０]㊀L IY Q,Z H A O H L,Z H A O X Y,e t a l．B i o m a s s e n e r g y,c a r b o na n dn i t r o g e n s t o r e s i nd i f fe r e n t h a b i t a t s a l o n g a d e s e rＧ１７１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀董㊀雪,等:科尔沁沙地４种典型灌木灌丛下土壤碳㊁氮㊁磷化学计量特征。
科尔沁沙地四种固沙植物群落土壤微生物生物量及酶活性的季节动态
科尔沁沙地四种固沙植物群落土壤微生物生物量及酶活性的季节动态*曹成有**陈家模 邵建飞 崔振波(东北大学理学院,沈阳110004)摘 要 为探讨科尔沁沙地不同人工固沙植物群落土壤微生物生物量、土壤酶活性的季节动态规律,选取25年生小叶锦鸡儿、山竹岩黄蓍、差巴嘎蒿、樟子松群落为对象,研究了固沙植物群落0~30c m 土壤蛋白酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸单酯酶、多酚氧化酶、硝酸还原酶、脱氢酶7种酶活性和微生物生物量C 、N 、P 不同季节的变化特征。
结果表明,4种人工植物群落土壤7种酶活性有明显的季节性变化,均表现为春季开始逐渐升高,到夏季植物旺盛时逐渐达到最大值,秋冬季达到最低值。
微生物生物量C 、N 的动态变化与土壤酶活性的变化规律相同,而土壤微生物量P 的季节变化则表现为春季>夏季>秋季,这些变化在0~10c m 土层更为显著。
7种土壤酶活性和微生物生物量最高值均出现在土壤表层(0~10c m ),随着土层的加深生物活性逐渐降低。
小叶锦鸡儿群落土壤微生物生物量和7种酶活性均高于其他3种植物群落。
关键词 微生物生物量;土壤酶活性;生物活性;季节动态;小叶锦鸡儿中图分类号 S154.1 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2011)2-0227-07Seasonal dynam ics of soil m icrobial bio m ass and enzym e activities i n four sand fi x ationplantations on H orqin sandy land .CAO Cheng you **,CHEN Jia m o ,SHAO Jian fe,i CU I Zhen bo (College o f Sciences ,N ortheastern University,Shenyang 110004,China ).Chinese Jour nal of E colo gy ,2011,30(2):227-233.Abst ract :In order to approach t h e seasonal dyna m ics of so ilm icr obia l b i o m ass and enzy m e ac ti v ities i n d ifferent sand fi x ation p lantati o ns on H orq i n sandy land ,25 year old Caragana m icro phy lla,H edy s arum fru ticosum,Arte m isia halodendron and P inus s y lvestris var .m ongolica planta ti o ns w ere selected ,w ith the seasonal variations o f the pro tease ,urease ,saccharase ,phospho m o noesterase ,po l y pheno l ox i d ase ,n itrate reductase ,and dehydr ogenase acti v ities asw e ll as the m i crob i a l b i o m ass C ,N and P i n 0-30c m so il layer stud ied .The results sho w ed t h at the acti v iti e s of t h e seven enzy m es i n the four plantations varied sign ificantly w ith season ,i .e .,increased gradually in spri n g ,reached t h e m ax i m u m in summ er ,and decreasi n g in autum n and w i n ter ,w it h the vari a ti o n deg ree being m ore sign ificant i n 0-10c m soil layer than in other so il layers .The enzy m e acti v ities and m icrob ial b i o m ass w ere the highest i n 0-10c m soil layer ,and de creased do wn t h e pro file .Am ong t h e four p lantati o ns ,C .m icrophy lla had the highest so il enzy m e acti v ities and m icrob i a l bio m ass ,w ith the highest capability in i m proving the bio l o g i c al acti v ity o f sandy soi.l K ey w ords :m icrob ial b io m ass ;so il enzy m e ;b i o log ical acti v ity ;seasona l dyna m ics ;Caragana m ircophy lla .*国家自然科学基金项目(40871247)、国家公益性行业科研专项经费项目(201004023)和中央高校基本科研业务费项目(N090405010)资助。
土壤微生物生物量的测定方法(氯仿熏蒸)
土壤微生物生物量的测定方法1土壤微生物碳的测定方法（熏蒸提取----仪器分析法）1.1 基本原理新鲜土样经氯仿熏蒸后（24h ），土壤微生物死亡细胞发生裂解，释放出微生物生物量碳，用一定体积的0.5mol/LK 2SO 4溶液提取土壤，借用有机碳自动分析仪测定微生物生物量碳含量。
根据熏蒸土壤与未熏蒸土壤测定有机碳的差值及转换系数（K EC ），从而计算土壤微生物生物量碳。
1.2 实验仪器自动总有机碳（TOC ）分析仪（Shimadzu Model TOC —500,JANPAN ）、真空干燥器、烧杯、三角瓶、聚乙烯熟料管、离心管、滤纸、漏斗等。
1.3 实验试剂1）无乙醇氯仿（CHCL 3）；2）0.5mol/L 硫酸钾溶液：称取87g K 2SO 4溶于1L 蒸馏水中3）工作曲线的配制：用0.5mol/L 硫酸钾溶液配制10ugC/L 、30ugC/L 、50ugC/L 、 70ugC/L 、100ugC/L 系列标准碳溶液。
（其实一般情况下， 仪器会自带的标曲，一般不用自己做的）1.4 操作步骤1.4.1 土壤的前处理（过筛和水分调节略） 1.4.2 熏蒸称取新鲜（相当于干土10.0g ，这个可以根据自己土样的情况而定）3份分别放入25ml 小烧杯中。
将烧杯放入真空干燥器中，并放置盛有无乙醇氯仿（约2/3）的15ml烧杯2或3只，烧杯内放入少量防暴沸玻璃珠，同时放入一盛有NaOH溶液的小烧杯，以吸收熏蒸过程中释放出来的CO，干燥器底部加入少量2水以保持容器湿度。
盖上真空干燥器盖子，用真空泵抽真空，使氯仿沸腾5分钟。
关闭真空干燥器阀门，于25℃黑暗条件下培养24小时。
1.4.2 抽真空处理熏蒸结束后，打开真空干燥器阀门（应听到空气进入的声音，否则熏蒸不完全，重做），取出盛有氯仿（可重复利用）和稀NaOH溶液的小烧杯，清洁干燥器，反复抽真空（5或6次，每次3min，每次抽真空后最好完全打开干燥器盖子），直到土壤无氯仿味道为止。
土壤微生物量碳氮测定方法
1.23.1 土壤微生物碳的测定——TOC-V CPH有机碳分析仪一、方法原理土壤有机碳的测量方法主要有两种，即氯仿熏蒸培养法和氯仿熏蒸—直接浸提法。
1．氯仿熏蒸培养法[1]：土壤经氯仿熏蒸后再进行培养，测定培养时间内熏蒸与未熏蒸处理所释放CO2之差来计算土壤生物量碳。
2．氯仿熏蒸直接浸提法[2]：土壤经氯仿熏蒸后直接浸提进行，测定浸提液中的碳含量，以熏蒸和不熏蒸土壤中总碳的差值为基础计算土壤微生物含碳量。
直接提取法与氯仿熏蒸培养法相比，直接提取法具有简单、快速、测定结果的重复性较好等优点。
直接提取法测定土壤微生物量的碳的方法日趋成熟。
现在氯仿熏蒸—K2SO4提取法已成为国内外最常用的测定土壤微生物碳的方法。
本实验以氯仿熏蒸直接浸提法为例介绍土壤微生物量碳氮的浸提与测定。
二、主要仪器振荡机、真空干燥器、真空泵、TOC-V CPH有机碳分析仪。
二、试剂1．氯仿（去乙醇）：普通氯仿一般含有乙醇作为稳定剂，使用前要去除乙醇。
将氯仿按照1︰2（v/v）的比例与蒸馏水一起放入分液漏斗中，充分振动，慢慢放出底部氯仿，重复3次。
得到的无乙醇氯仿加入无水CaCl2，以除去氯仿中的水分。
2．0.5 mol·L-1 K2SO4浸提液：43.57 g分析纯K2SO4 定溶至1 L。
四、操作步骤称取过2 mm筛的新鲜土样12.5 g六份，置于小烧杯中。
将其中三份小烧杯放入真空干燥器中，干燥器底部放3个烧杯，其中一个放氯仿，烧杯内放少许玻璃珠（防爆），另一个放水（保持湿度），再放一杯稀NaOH。
抽真空时，使氯仿剧烈沸腾3-5 min，关掉真空干燥器阀门，在暗室放置24 h。
熏蒸结束后，打开干燥器阀门，取出氯仿，在通风厨中使氯仿全部散尽。
另三份土壤放入另一干燥器中，但不放氯仿。
将熏蒸的土样全部转移至150 mL三角瓶中，加入50 mL 0.5 mol·L-1 K2SO4 (土水比为1:4)，振荡30 min，过滤。
科尔沁沙地不同环境条件下植物叶凋落物CO_2释放研究
文章编号: 1001-4675(2008)04-0519-06科尔沁沙地不同环境条件下植物叶凋落物CO2释放研究3孟庆涛1,2, 李玉霖1, 赵学勇1, 赵玉萍1,2, 罗亚勇1,2 (1中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州 730000;2中国科学院研究生院,北京 100039)摘 要:采用可以有效控制环境因子的室内土壤培养试验,对不同生境土壤、土壤水分及温度作用下叶凋落物释放CO2的情况进行了初步研究。
结果表明:①在培养的前4d,土壤水分含量越高,叶凋落物释放C O2的速率越快;而从整个培养期来看,沙地中较低的含水量对叶凋落物释放CO2的速率无显著的影响。
②在流动沙地和半流动沙地的生境中,凋落物释放CO2的总量高于丘间低地和固定沙地。
③叶凋落物释放CO2速率与环境温度呈显著的正相关(F=0.7316,P<0.01)。
在10℃,20℃以及30℃条件下,CO2的释放速率均较为平稳,而在40℃时0～16d呈现出明显逐步加快的趋势,在17～24d则缓缓下降并趋于平稳。
关键词:科尔沁沙地;枯枝落叶;土壤含水量;沙漠化;温度;C O2释放中图分类号:S153.6 文献标识码:A 凋落物是指在生态系统内,由地上植物组分产生并归还到地表面,作为分解者的物质和能量来源,借以维持生态系统功能的所有有机质的总称〔1〕。
凋落物在沙地生态系统中起着重要的作用。
一方面,它可向土壤中输入养分,恢复退化地区的土壤生产力〔2〕;另一方面,凋落物的存在可以减少雨水对地面的直接冲击,截流降水,增加土壤水分含量,对减少水土流失起到重要的作用〔3〕。
凋落物的分解是生态系统碳循环中的重要一环,会对陆地生态系统碳平衡造成影响〔4〕。
凋落物的分解受到微生物、土壤动物、气候和环境等生物因子和非生物因子的影响〔5〕。
其中,温度、土壤性状等非生物因子对凋落物分解的影响一直都是研究的热点。
一般高温多雨季节分解速率快,秋冬干冷季节分解减慢〔6〕,并且随海拔升高、气温降低,凋落物的分解速率呈指数降低〔7〕。
土壤微生物量碳测定方法
土壤微生物量碳测定方法土壤微生物量碳（Soil microbial biomass carbon，SMBC）是指活体微生物在土壤中的碳含量，是土壤微生物数量的指标之一，反映了土壤中微生物活动的水平。
测定土壤微生物量碳的方法有多种，包括气体护膜冻融法、氟化钠浸提法、氯仿蒸腾法等。
下面将介绍常用的土壤微生物量碳测定方法。
一、气体护膜冻融法（gas chromatographic method with chloroform fumigation extraction，CFE-GC）气体护膜冻融法是一种基于微生物细胞内的总碳测定方法。
具体操作步骤如下：1.取一定量土壤样品，将样本均匀摊在烟斗滤纸上；2.用氯仿制备一定浓度的蒸腾液；3.将氯仿蒸腾液均匀喷洒在土壤样品表面；4.将喷洒后的土样与烟斗滤纸一起放入长颈瓶中，用橡皮塞封口；5.将长颈瓶放入液态氮中，使其迅速冷冻；6. 将冷冻后的样品研磨至细腻，并与含量已知的标准样一起送入气相色谱仪（gas chromatograph，GC）进行测定；7.根据标准曲线计算土壤微生物量碳含量。
二、氟化钠浸提法（NaF method）氟化钠浸提法是一种利用氟离子抑制土壤中微生物的酶活性，从而测定微生物量碳含量的方法。
具体操作步骤如下：1.取一定量土壤样品，加入含有一定浓度的氟化钠溶液；2.震荡混合一段时间，使土壤中的微生物碳与氟离子进行结合；3.将样品置于高速离心机中离心，分离土壤颗粒与液相；4.将上清液倒入瓶中，加入酸进行中和；5.酸中和后，将溶液进行干燥，得到土壤微生物量碳的干重；6.根据干重计算土壤中微生物量碳的含量。
三、氯仿蒸腾法（chloroform fumigation-extraction，CFE）氯仿蒸腾法是一种基于微生物细胞内溶质增加量来计算微生物量碳的方法。
具体操作步骤如下：1.取一定量土壤样品，将样本均匀摊在烟斗滤纸上；2.用氯仿蒸腾液均匀喷洒在土壤样品表面；3.将氯仿蒸腾的土样与烟斗滤纸一起放入密封瓶中，使其在常温下进行蒸发；4.将蒸发后的土样与烟斗滤纸一起进行提取，得到提取液；5.对提取液进行化学分析，测定其中的微生物量碳含量；6.根据微生物量碳的含量计算土壤中微生物量碳的含量。
土壤微生物量碳氮的测定
土壤微生物量的测定一、土壤微生物生物量碳（氯仿熏蒸－K2SO4提取－碳自动分析法）1、试剂配制（1）去乙醇氯仿制备：市售氯仿一般含有少量乙醇作为稳定剂，所以，使用前必须将其中的乙醇去掉。
方法是量取适量的分析纯氯仿，按1 2（v : v）的比例与蒸馏水或去离子水一起放入分液漏斗中，充分摇动1min，慢慢放出底层氯仿于烧杯中，如此洗涤3次。
得到的无乙醇氯仿中加入无水氯化钙，以除去氯仿中的水分。
纯化后的氯仿置于暗色试剂瓶中，在低温（4℃）、黑暗状态下保存。
注意：氯仿具有致癌作用，所有操作必须在通风橱中进行。
（2）氢氧化钠溶液[c（NaOH）= 1mol L-1]（3）硫酸钾浸提剂[c（K2SO4）= 0.5mol L-1]：取1742.6 g分析纯硫酸钾，用研钵磨成粉末装，倒于25L塑料桶中，加蒸馏水至20L，盖紧螺旋盖置于摇床（150 r min-1），溶解24 h。
（4）六偏磷酸钠溶液（5%，pH2.0）：50.0g分析纯六偏磷酸钠溶于800ml双蒸水，用分析纯浓磷酸调节至pH2.0，再用双蒸水定容至1L。
注意：六偏磷酸钠溶解速度很慢应提前配制，且由于其易粘于烧杯底部，加热时常因受热不均使烧杯破裂。
（5）过硫酸钾溶液（2%）：20.0g分析纯过硫酸钾溶于双蒸水，定容至1L。
注意：过硫酸钾溶液易被氧化，应避光存放，使用期最多为7d。
（6）磷酸溶液（21%）：37ml 85%分析纯浓磷酸与188ml双蒸水混合。
（7）邻苯二甲酸氢钾标准溶液[ρ（C6H4CO2HCO2K）= 1000mg C L-1]：2.1254g分析纯邻苯二甲酸氢钾（称量前先经105℃烘2～3h），溶于双蒸水，定容至1L。
2、仪器设备碳–自动分析仪（Phoenix 8000）、真空干燥器（直径22cm）、水泵抽真空装置（图6–1）或无油真空泵、pH–自动滴定仪、塑料桶（带螺旋盖可密封，体积50L）、可密封螺纹广口塑料瓶（容积1.1L）、高温真空绝缘酯（MIST–3）、烧杯（25、50、80ml）。
科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤微生物学特征比较
科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤微生物学特征比较王少昆;赵学勇;曲浩;井向辉;连杰;云建英【摘要】通过对科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中0～10 cm和>10～20 cm层土壤中微生物数量和生物量碳的比较表明:土壤微生物三大类群(细菌、放线菌和真菌)数量和微生物生物量碳均表现为浑善达克沙地 > 科尔沁沙地,其中两大沙地真菌数量差异显著,细菌和放线菌数量差异不显著,微生物生物量碳差异显著;两大沙地土壤微生物数量和生物量碳在不同土壤层次均表现为>10～20 cm 层高于 0～10 cm层,其中微生物三大类群数量差异均不显著,微生物生物量碳差异显著.土壤性质的差异导致两大沙地流动沙丘中微生物数量和生物量碳略有不同.细菌和真菌数量与土壤有机碳和土壤全氮呈显著正相关,与土壤水分含量和pH呈显著负相关,微生物生物量碳与土壤有机碳和土壤全氮呈显著正相关.两大沙地土壤微生物与土壤养分的层化比率均小于1,科尔沁沙地中微生物数量、生物量碳和土壤养分的层化比率均大于浑善达克沙地,可以推断两大沙地的流动沙丘处于退化状态,而且浑善达克沙地退化速度更快.【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2010(023)012【总页数】7页(P1516-1522)【关键词】科尔沁沙地;浑善达克沙地;流动沙丘;土壤微生物;微生物生物量碳;层化比率【作者】王少昆;赵学勇;曲浩;井向辉;连杰;云建英【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,奈曼沙漠化研究站,甘肃,兰州,730000;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,奈曼沙漠化研究站,甘肃,兰州,730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,奈曼沙漠化研究站,甘肃,兰州,730000;中国科学院研究生院,北京,100039;长庆油田公司第二采油厂地质研究所,甘肃,庆阳,745100;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,奈曼沙漠化研究站,甘肃,兰州,730000;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,奈曼沙漠化研究站,甘肃,兰州,730000【正文语种】中文【中图分类】X171沙漠化是土地退化最严重的形式之一［1］.沙漠化过程中，土壤、水文、植被和微气象都会发生明显的变化［2-3］.科尔沁沙地和浑善达克沙地位于我国北方农牧交错带上，其原始植被都是榆树疏林草原，由于受自然条件和人为干扰的共同作用，两大沙地沙漠化发展迅速，榆树疏林草原逐渐被沙丘代替［4-6］.土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的成分，担负着分解动植物残体的重要使命，推动着生态系统的能量流动和物质循环［7］.土壤微生物参数可作为土壤质量变化的指标［8-9］. 科尔沁沙地和浑善达克沙地均处于中国北方农牧交错带，该区域生态系统较为脆弱，沙漠化发展迅速.刘军会等［10］利用遥感，GIS和景观生态学的方法分析得出农牧交错带沙地面积从1988—2000年增加了8 063 km2，并以每年672 km2的速度扩展，其主要原因是草地的退化.以往对科尔沁沙地和浑善达克沙地的研究，主要集中在沙地水分［11-13］、植被［14-15］、土壤种子库［16-17］和土壤理化性质［18-20］等方面，而在微生物方面的研究较少.陈祝春等［21］和吕桂芬［22］分别在20世纪90年代对科尔沁沙地沙丘中土壤微生物数量的分布特征和季节动态进行了研究，近年来，王少昆等［23］对科尔沁沙地不同沙丘萌动期微生物数量的组成进行了初步研究，而对浑善达克沙地微生物方面的研究鲜见报道.由于科尔沁沙地和浑善达克沙地在地理、气候和沙漠化程度上都有一定的相似性，同时也存在一定的差异性，所以对科尔沁沙地和浑善达克沙地的比较研究具有现实意义.然而，到目前为止，对于两大沙地之间的比较研究仅限于冰草群居多样性方面［24］.该研究对我国北方两大沙地流动沙丘中土壤微生物数量和生物量特征进行了比较研究，以期补充浑善达克沙地微生物方面研究的空白，同时也有利于沙地之间在沙漠化防治和生态重建方面相互借鉴，从而为退化草场的恢复、沙地生态系统分解者亚系统功能的维持提供一定的理论依据.1.1 研究区概况科尔沁沙地和浑善达克沙地均处于中国北方农牧交错带上，生态系统较脆弱，沙漠化程度受人为影响较大，两大沙地地理位置如图1所示，基本生态状况如表 1 所示［4，25］.1.2 研究方法1.2.1 取样设计分别选取科尔沁沙地和浑善达克沙地3个典型的流动沙丘，在每个沙丘上选择5×5 m2的样方若干，随机选取其中3个作为取样样方，按“S”型在每个取样样方中选5个采样点，用已灭菌的直径为20 mm土钻在每个采样点上分别取0～10 cm和＞10～20 cm的土壤，将相同深度的土壤分别混匀，用75%酒精灭菌后的土壤筛(＜2 mm)去掉石块和动植物残体，装入无菌袋带回实验室4℃下保存待用.实验室测定包括土壤含水量，pH，电导率、微生物3大类群(包括细菌、放线菌和真菌)数量及微生物生物量碳.1.2.2 测定方法微生物各类群数量的测定采用稀释平板法［26-27］：细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，放线菌采用高氏一号培养基，真菌采用马丁氏孟加拉红琼脂培养基.每种类群选用2个稀释度，每个稀释度接种3个平板，无菌接种后，冷凝倒置于恒温培养箱内28～30℃培养，3～7 d内对微生物数量进行计数.微生物生物量碳(MBC)含量的测定采用氯仿熏蒸提取法［28］;土壤含水量(SWC)采用烘干恒质量法(105℃，24 h);pH 测定用 Multiline P4(Germany)p H探头测定(水土比为1∶2.5);电导率(EC)用Multiline P4(Germany)电导率探头测定(水土比为1∶5);土壤有机碳(SOC)含量(质量分数)采用重铬酸钾-硫酸氧化法;土壤全氮(STN)含量(质量分数)采用凯氏定氮法［29］.1.2.3 数据分析基本数据分析和绘图采用 Microsoft Excel和Origin 8.0软件，方差分析和相关性分析采用SPSS软件，没有特殊说明的情况下以P＜0.05为显著水平，两大沙地的差异采用单因素方差分析(One-way ANOVA)，微生物特征与土壤理化性质的相关分析采用Pearson相关.所有数值采用平均值±标准误差(means±SE)的形式表示.2.1 科尔沁沙地和浑善达克沙地土壤理化特征科尔沁沙地和浑善达克沙地土壤理化性质差异明显(见表2).w(SOC)，w(STN)和电导率(EC)均为浑善达克沙地＞科尔沁沙地，w(SOC)和EC差异显著，w(STN)差异不显著;土壤含水量(SWC)为科尔沁沙地较高，两大沙地之间差异显著;两大沙地的土壤均为偏碱性，而浑善达克沙地中pH更接近于中性.在0～10 cm和＞10～20 cm的2层土壤间，科尔沁沙地中除 SWC差异显著外，w(SOC)，w(STN)，pH和EC差异均不显著;浑善达克沙地w(SOC)，SWC和pH差异显著，w(STN)和EC差异不显著.2.2 科尔沁沙地和浑善达克沙地土壤微生物数量比较科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤微生物3大类群(细菌、放线菌和真菌)数量均表现为：浑善达克沙地＞科尔沁沙地.在0～10 cm和＞10～20 cm的2层土壤中，浑善达克沙地土壤细菌数量比科尔沁沙地分别多40.3%和53.9%，差异不显著;放线菌数量分别多7.9%和21.2%，差异不显著;浑善达克沙地真菌数量分别是科尔沁沙地的2.52和3.14倍，差异显著.两大沙地土壤微生物数量均表现为＞10～20 cm层高于0～10 cm层.科尔沁沙地和浑善达克沙地中，＞10～20 cm 土壤层细菌数量比0～10 cm层分别高9.8%和20.4%，放线菌数量分别高17.0%和31.4%，真菌数量分别高8.0%和34.4%，同一沙地中不同层次土壤微生物数量差异不显著(见图2).2.3 科尔沁沙地和浑善达克沙地土壤w(微生物生物量碳)比较科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤w(微生物生物量碳)与微生物数量分布相似，即浑善达克沙地＞科尔沁沙地，＞10～20 cm层高于0～10 cm层(见图3).在0～10 cm层，浑善达克沙地土壤w(微生物生物量碳)比科尔沁沙地高17.16%，差异不显著，＞10～20 cm层高56.69%，差异显著.两大沙地0～10 cm和＞10～20 cm 2层的w(微生物生物量碳)差异显著，科尔沁沙地和浑善达克沙地＞10～20 cm层w(微生物生物量碳)分别是0～10 cm层的1.98倍和2.65倍.可见，微生物3大类群数量和生物量碳均表现出浑善达克沙地＞科尔沁沙地，但是两大沙地微生物数量除了所占比例不到1%的真菌差异显著外，细菌和放线菌数量差异均不显著，而w(微生物生物量碳)在两大沙地中差异显著.这种差异主要由真菌引起，有研究［30］表明，虽然真菌在微生物总数上不占优势，但是其生物量能占到微生物总生物量的40%以上.两大沙地微生物数量和w(微生物生物量碳)均为＞10～20 cm层高于 0～10 cm层，其中三大类群数量之间差异均不显著，而w(微生物生物量碳)差异显著，这可能是由于细菌、放线菌和真菌三者的叠加效应所致.3.1 土壤微生物特征与土壤理化性质的相关关系对两大沙地流动沙丘中土壤微生物特征〔微生物三大类群数量和w(微生物生物量碳)〕与土壤理化性质〔w(SOC)，w(STN)，SWC，pH 和 EC〕的Pearson相关分析(见表3)可以看出：细菌数量与w(SOC)，w(STN)和 EC呈极显著正相关，与SWC和pH呈极显著负相关;放线菌数量与土壤因子的相关关系不显著;真菌数量表现出与w(SOC)和w(STN)显著正相关，与 SWC和 pH呈负相关;w(微生物生物量碳)与w(SOC)和w(STN)显著正相关.微生物特征之间的相关关系表现为：细菌、放线菌和真菌数量之间除细菌和放线菌无相关关系外，其他两两之间均极显著正相关;w(微生物生物量碳)与细菌数量呈极显著正相关，与放线菌和真菌数量统计上相关不显著.该研究结果与笔者对科尔沁沙地处于恢复阶段的流动、半流动、半固定和固定沙丘中微生物数量与环境因子之间的相关结果［23］有所差异.突出表现在放线菌数量与其他生态特征的相关关系方面，其原因可能是该研究只针对2个沙地的流动沙丘进行了研究，而笔者对科尔沁沙地的研究包括沙丘恢复过程中的4个阶段，即流动、半流动、半固定和固定沙丘，使得放线菌、细菌和真菌对环境因子的变化响应不同，从而出现不同的结果.相同的是微生物数量与土壤含水量均呈现极显著负相关，由此可以推断：在沙地正常水分范围内，土壤微生物数量与土壤含水量呈负相关关系.w(微生物生物量碳)与w(SOC)和w(STN)的极显著相关，说明其明显受土壤养分的影响.w(微生物生物量碳)与细菌数量呈显著正相关，与放线菌和真菌数量相关不显著，说明在流动沙丘中，细菌不仅在数量上占绝对优势，而且对微生物生物量的贡献也最大.3.2 层化比率土壤层化比率是土壤表层与底层土壤特征值的比值，FRANZLUEBBERS［31］对土壤有机质层化比率的研究指出：“土壤碳、氮层化比率较高的土壤可能是优良土壤的评价指标，该指标不受土壤类型和气候的影响而变化.”并进一步指出：“如果层化比率大于2，则土壤一般不会发生退化现象.”李涛等［32］将层化比率应用于土壤微生物方面，提出土壤微生物层化比率(Soil Microbial Stratification Ratio)的概念，并用其判断土壤演替方向的评价指标，并进一步证明了土壤微生物层化比率也存在以2为阈值的分界，如果土壤微生物(细菌、放线菌和真菌)的层化比率明显小于2或者异常高值，说明土壤存在退化现象，如果层化比率大于2或者在2附近，说明土壤状况较好，正处于恢复过程中.由表4可知，科尔沁沙地和浑善达克沙地中土壤微生物与土壤养分的层化比率均小于1，远小于阈值2(表4)，说明该研究中两大沙地的流动沙丘处于退化状态.而科尔沁沙地中微生物数量、微生物生物量碳和土壤养分的层化比率均大于浑善达克沙地，说明虽然浑善达克沙地流动沙丘中土壤微生物活性和土壤养分较高，但是其层化比率较低，由此可以推断出该沙地的退化速度更快.科尔沁沙地和浑善达克沙地在地理、气候和沙漠化程度等方面有相似性，但是也存在一定的差异，从而导致两大沙地在植被和土壤性质方面有所不同(见表1，2).浑善达克沙地流动沙丘中w(SOC)，w(STN)和电导率均高于科尔沁沙地，pH更接近中性，这些土壤优势给浑善达克沙地流动沙丘中微生物的生长繁殖提供了较好的环境，所以该沙地中微生物数量和w(微生物生物量碳)要比科尔沁沙地高.李景欣等［24］对科尔沁沙地和浑善达克沙地中冰草的13个群居240个个体和5个形态学特征(穗长、穗宽、小穗数、小花数和穗轴第一节间长)进行了比较研究，结果表明，5个形态学特征中有4个特征的统计平均数为科尔沁沙地低于浑善达克沙地，多样性指数分别为1.564 5和1.600 4，这与该研究中两大沙地土壤微生物特性表现一致.可见，两大沙地从物种多样性和微生物活性方面均表现出浑善达克沙地高于科尔沁沙地.然而，从层化比率的研究结果表明，两大沙地均处于退化状态，而且浑善达克沙地的退化速度更快.流动沙丘中植被盖度低、植物种类少、根系不发达、土壤养分差，从而导致微生物生长繁殖相对较慢，微生物活性相对较低.由于流动沙丘固有的相对较差的生态环境条件，使其土壤微生物数量和生物量碳比条件较好的固定沙丘和沙质草甸低得多，对科尔沁沙地、腾格里沙漠和库布齐沙漠等干旱半干旱地区的研究结果表明，差异在1个数量级以上［33-35］.流动沙地的固定是现阶段中国北方农牧交错带面临的一大难题，也是科研工作者需要解决的一项重大课题［25］.如何科学地运用生态学方法，从生产者、消费者和分解者方面入手，多方面、多角度对沙地生态系统中各环节加以调节及如何从个体、种群、群落和生态系统不同层面对沙地生态系统各尺度进行调控等都需要在今后的研究中得以解决，从而为沙地流动沙丘的固定提供理论和实践依据.a.土壤微生物三大类群(细菌、放线菌和真菌)数量均表现为浑善达克沙地＞科尔沁沙地，其中真菌数量差异显著，细菌和放线菌数量差异不显著;w(微生物生物量碳)表现为浑善达克沙地＞科尔沁沙地，差异显著.b.两大沙地不同土层微生物数量和w(微生物生物量碳)均表现为＞10～20 cm层高于 0～10 cm层，其中微生物三大类群数量之间差异均不显著，w(微生物生物量碳)差异显著.c.细菌和真菌数量与w(SOC)，w(STN)显著正相关，与SWC和pH呈显著负相关;放线菌数量与土壤因子的相关关系不显著;w(微生物生物量碳)与w(SOC)，w(STN)显著正相关.w(微生物生物量碳)与细菌数量呈显著正相关，说明在流动沙丘中，细菌不仅在数量上占绝对优势，且对微生物生物量的贡献也最大.d.两大沙地流动沙丘中，土壤微生物和土壤养分的层化比率均小于1，科尔沁沙地中微生物数量、生物量碳和土壤养分的层化比率均大于浑善达克沙地，可以推断该研究中两大沙地的流动沙丘处于退化状态，而且浑善达克沙地退化速度更快.【相关文献】［1］朱震达，陈广庭.中国土地沙质荒漠化［M］.北京：科学出版社，1994：16-230.［2］赵哈林，周瑞莲，张铜会，等.科尔沁沙地植被的统计学特征与土地沙漠化［J］.中国沙漠，2004，24(3)：274-278.［3］赵雪，赵文智，宝音，等.河北坝上脆弱生态环境及整治［M］.北京：中国环境科学出版社，1997：1-28.［4］赵哈林，赵学勇，张铜会.科尔沁沙地沙漠化过程及其恢复机理［M］.北京：海洋出版社，2003：18-51.［5］王树林，王涛.浑善达克沙地的土地沙漠化过程研究［J］.中国沙漠，2007，27(5)：719-724.［6］赵娜，胡春元，李钢铁，等.浑善达克沙地中部榆树分布密度与土壤养分状况关系的研究［J］.现代农业，2009(7)：61-64.［7］张萍，郭辉军.高黎贡山土壤微生物的数量和多样性［J］.生物多样性，1999，7(4)：297-302.［8］ KENNEDY A C，SMITH K L.Soil microbial diversity and the sustainability of agricultural soils ［J］.Plant Soil，1995，17：75-86.［9］邵玉琴，赵吉，杨劼.恢复草地和退化草地土壤微生物类群数量的分布特征［J］.中国沙漠，2004，24(2)：223-226.［10］刘军会，高吉喜，耿斌，等.北方农牧交错带土地利用及景观格局变化特征［J］.环境科学研究，2007，20(5)：148-154.［11］陈有君，红梅，李绍良，等.浑善达克沙地不同植被下的土壤水分状况［J］.干旱区资源与环境，2004，18(1)：68-73.［12］刘新平，张铜会，赵哈林，等.科尔沁沙地流动沙丘土壤水分和特征常数的空间变化分析［J］.水土保持学报，2005，19(3)：156-164.［13］赵玮，张铜会，刘新平，等.差巴嘎蒿灌丛和根系含水量对降雨的响应［J］.生态学杂志，2008，27(2)：151-156.［14］宋创业，郭柯，刘高焕.浑善达克沙地植物群落物种多样性与土壤因子的关系［J］.生态学杂志，2008，27(1)：8-13.［15］左小安，赵学勇，赵哈林，等.科尔沁沙地沙质草地群落物种多样性、生产力与土壤特性的关系［J］.环境科学，2007，28(5)：945-950.［16］窦红霞，王明玖.浑善达克沙地不同沙丘类型土壤种子库时空动态［J］.草业科学，2008，25(3)：116-118.［17］赵莉娅，李兆华，李锋瑞，等.科尔沁沙地植被恢复演替过程中群落土壤种子库研究［J］.生态学报，2005，25(12)：3204-3211.［18］红梅，韩国栋，赵萌莉，等.放牧强度对浑善达克沙地土壤物理性质的影响［J］.草业科学，2004，21(12)：108-111.［19］赵学勇，贺丽萍.科尔沁沙地生态系统典型土壤养分空间分布特征［J］.中国沙漠，2002，22(4)：328-332.［20］李玉强，赵哈林，赵学勇，等.科尔沁沙地沙漠化过程中土壤碳氮特征分析［J］.水土保持学报，2005，19(5)：73-77.［21］陈祝春，李定淑.科尔沁沙地奈曼旗固沙造林沙丘土壤微生物区系的变化［J］.中国沙漠，1992，12(3)：16-21.［22］吕桂芬.科尔沁沙地土壤微生物区系季节动态的初步研究［J］.中国沙漠，1999，6(S1)：107-109.［23］王少昆，赵学勇，左小安，等.科尔沁沙地植物萌动期不同类型沙丘土壤微生物区系特征［J］.中国沙漠，2008，28(4)：696-700.［24］李景欣，云锦凤.浑善达克沙地和科尔沁沙地冰草居群形态多样性比较研究［J］.干旱区资源与环境，2005，19(6)：158-162.［25］王涛.中国沙漠与沙漠化［M］.石家庄：河北科学技术出版社，2003：3-54.［26］许光辉，郑洪元.土壤微生物分析方法手册［M］.北京：农业出版社，1986：226-240. ［27］南京土壤研究所.土壤微生物研究方法［M］.北京：科学出版社，1985：25-47.［28］姚槐应，黄昌勇.土壤微生物生态学及其试验技术［M］.北京：科学出版社，2006：144-146.［29］鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社，2005：30-109.［30］郭继勋，祝庭成.羊草草原土壤微生物的数量和生物量［J］.生态学报，1997，17(1)：78-82.［31］ FRANZLUEBBERS A J.Soil organic matter stratification ratio as an indicator of soil quality［J］.Soil＆ Tillage Research，2002，66(2)：95-106.［32］李涛，潘志华，安萍莉，等.北方农牧交错带(武川县)土壤微生物数量分布及层化比率研究［J］.水土保持学报，2006，20(1)：99-102.［33］王少昆，赵学勇，左小安，等.科尔沁沙质草甸土壤微生物数量的垂直分布及季节动态［J］.干旱区地理，2009，32(4)：610-615.［34］邵玉琴，赵吉.内蒙古库布齐沙带东段油蒿固定沙丘土壤微生物数量的垂直分布研究［J］.内蒙古大学学报：自然科学版，2000，31(3)：198-200.［35］邵玉琴，赵吉，包青海，等.沙坡头固定沙丘结皮层的微生物区系动态［J］.中国沙漠，2002，22(3)：298-303.。
土壤微生物生物量的测定(滴定法)
1. 土壤微生物生物量的测定(滴定法)一、实验目的和内容土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5～10μm3活的微生物总量，是土壤有机质中最活跃的和最易变化的部分。
耕地表层土壤中，土壤微生物量碳（Bc）一般占土壤有机碳总量的3％左右，其变化可直接或间接地反映土壤耕作制度和微生物肥力的变化，并可以反映土壤污染的程度。
近30年来，国外许多学者对土壤微生物生物量的测定方法进行了比较系统的研究，但由于土壤微生物的多样性和复杂性，还没有发现一种简单、快速、准确、适应性广的方法。
目前广泛应用的方法包括：氯仿熏蒸培养法（FI）、氯仿熏蒸浸提法（FE）、基质诱导呼吸法（SIR）、精氨酸诱导氨化法和三磷酸腺苷（A TP）法。
氯仿熏蒸浸提法（FE）的原理是：土壤经氯仿熏蒸处理，微生物被杀死，细胞破裂后，细胞内容物释放到土壤中，导致土壤中的可提取碳、氨基酸、氮、磷和硫等大幅度增加。
通过测定浸提液中全碳的含量可以计算土壤微生物生物量碳。
二、实验材料和用具仪器：培养箱；真空干燥器；真空泵；往复式振荡机（速率200次每min）；1L广口玻璃瓶；定量滤纸；紫外分光光度计；LNK-872型消煮炉（江苏省宜兴市科教仪器研究所）试剂：1.无乙醇氯仿：市售的氯仿都含有乙醇（作为稳定剂），使用前必须除去乙醇。
方法为：量取500ml氯仿于1000ml分液漏斗中，加入50ml硫酸溶液[ρ(H2SO4)=5%]，充分摇匀，弃除下层硫酸溶液，如此进行3次。
再加入50ml去离子水，同上摇匀，弃去上部的水分，如此进行5次。
将下层的氯仿转移存放在棕色瓶中，并加入约20g无水K2CO3，在冰箱的冷藏室中保存备用。
2.硫酸钾溶液[c(K2SO4)=0.5mol·L-1]称取硫酸钾（K2SO4，化学纯）87.10g，先溶于300ml去离子水中，加热，转移溶液至容器中，再加少量去离子水溶解余下的部分，转移溶液至同一容器中，如此反复多次。
最后定容至1L；3.重铬酸钾[c(1/6 K2Cr2O7)=0.4000mol·L-1]：称取经130℃烘干2～3h的重铬酸钾（K2Cr2O7，分析纯）19.622g，溶于1000ml去离子水中；4.邻啡罗啉亚铁指示剂：称取邻啡罗啉（C12H8N2H2O，分析纯）1.49g，溶于含有0.70gFeSO4·7H2O的100ml 去离子水中，密闭保存于棕色瓶中；5.硫酸亚铁溶液[c（FeSO4·7H2O）＝0.0667mol·L-1]：称取硫酸亚铁（FeSO4·7H2O，化学纯）18.52g，溶解于600ml～800ml去离子水中，加浓硫酸（化学纯）15ml，搅拌均匀，定容至1000ml，于棕色瓶中保存。
微生物量碳的测定方法
氯仿薰蒸浸提法测定土壤微生物生物量碳一、采样与样品预处理土壤样品的采集方法和要求与测定其它土壤性质时没有本质区别。
采集到的新鲜土壤样品立即去除植物残体、根系和可见的土壤动物(如蚯蚓)等,然后迅速过筛(2～3 mm)，或放在低温下(2～4℃)保存。
如果土壤太湿无法过筛，进行晾干时，必须经常翻动土壤，避免局部风干导致微生物死亡。
过筛的土壤样品调节到田间持水量的50%左右，在室温下于密闭装置中预培养1周，密闭容器中要放入两个50mL的烧杯，分别加入水和稀NaOH，以保持其湿度和吸收释放的CO2。
预培养后的土壤最好立即分析，若需要放置一段时间，在低温下(2～4℃)最好不要超过10d。
土壤田间持水量采用改进的Shaw（1958）方法测定。
在漏斗下端连接一带夹子的橡胶管，漏斗用玻璃纤维堵塞。
取50.00 g土壤于漏斗中，夹紧橡胶管，加入50 ml水，保持30 min，再打开夹子使多余的水流入量筒，30 min后测定流出的水量，同时测定土壤湿度，计算土壤田间持水量，用烘干土壤质量表示。
二、方法—氯仿薰蒸浸提法（FE）1、方法原理土壤经氯仿薰蒸处理，微生物被杀死，细胞破裂后，细胞内容物释放到土壤中，导致土壤中的可提取的碳大幅度增加。
通过测定浸提液中全碳的含量可以计算土壤微生物量碳。
浸提液中碳可用重铬酸钾容量法测定，也可用微量碳分析仪测定。
此处介绍比较简单的重铬酸钾容量方法。
2、仪器及设备培养箱；真空干燥器；真空泵；往复式振荡机(速率200rev/min)；冰柜；磷酸浴。
3、试剂1.无乙醇氯仿：量取500 mL 氯仿于1000 mL的分液漏斗中，加入50mL硫酸溶液[ϕ(H2SO4)=5%]，充分摇匀，弃除上层硫酸溶液，如此进行3次。
再加入50 mL去离子水，同上摇匀，弃去上部的水分，如此进行5次。
得到纯氯仿存放在棕色瓶中，并加入约20g无水K2CO3，在冰箱的冷藏室中保存备用。
（试剂浓硫酸ϕ(H2SO4)=95~98% ，稀释19倍）2.硫酸钾溶液[c(K2SO4)= 0.5 mol·L-1]: 称取硫酸钾（K2SO4,化学纯）87.10g，加热溶于去离子水中，稀释至1L。
土壤微生物测定方法
土壤微生物测定 土壤微生物活性表示土壤中整个微生物群落或其中的一些特殊种群状态，可以反映自然或农田生态系统的微小变化。
土壤微生物活性的表征量有:微生物量、C/N 、土壤呼吸强度和纤维呼吸强度、微生物区系、磷酸酶活性、酶活性等。
测定指标：1、土壤微生物量(MierobialBiomass ，MB)能代表参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化相对应微生物的数量，一般指土壤中体积小于5Χ103um 3的生物总量。
它与土壤有机质含量密切相关。
目前，熏蒸法是使用最广泛的一种测定土壤微生物量的方法阎，它是将待测土壤经药剂熏蒸后，土壤中微生物被杀死，被杀死的微生物体被新加人原土样的微生物分解(矿化)而放出CO 2，根据释放出的CO 2:的量和微生物体矿化率常数Kc 可计算出该土样微生物中的碳量。
因此碳量的大小就反映了微生物量的大小。
此外，还有平板计(通过显微镜直接计数)、成份分析法、底物诱导呼吸法、熏蒸培养法(测定油污染土壤中的微生物量—碳。
受土壤水分状况影响较大，不适用强酸性土壤及刚施用过大量有机肥的土壤等)、熏蒸提取法等，均可用来测定土壤微生物量。
熏蒸提取-容量分析法操作步骤：（1）土壤前处理和熏蒸（2）提取将熏蒸土壤无损地转移到200mL 聚乙烯塑料瓶中，加入100mL0.5mol ·L -1K 2SO 4（图水比为1:4；w ：v ），振荡30min （300rev ·min -1），用中速定量滤纸过滤于125mL 塑料瓶中。
熏蒸开始的同时，另称取等量的3份土壤于200mL 聚乙烯塑料瓶中，直接加入100mlL0.5mol ·L -1K 2SO 4提取；另作3个无土壤空白。
提取液应立即分析。
（3）测定吸取10mL 上述土壤提取液于150mL 消化管（24mm х295mm ）中，准确加入10mL0.018mol ·L -1K 2Cr 2O 7—12mol ·L -1H 2SO 4溶液，加入2~3玻璃珠或瓷片，混匀后置于175±1℃磷酸浴中煮沸10min （放入消化管前，磷酸浴温度应调至179℃，放入后温度恰好为175℃）。
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科尔沁沙地土壤微 生物量碳 的测 定分析
石 建 光 （ 内蒙古 巴彦淖尔市乌拉特后旗第一 中学 ， 内蒙古 巴彦淖尔
０５０ ） １５ ０
摘 要 ： 过 对科 尔沁 沙地 不 同类型 生物 结 皮 土壤 微 生物 量碳 的 测 定分 析 ， 明 ： 通 表 土壤 微 生物 量碳 随 土壤 深 度 的 增加 而减 少。有 结 皮 的 沙地 微 生 物量 碳 含 量 较 高。不 同类 型 结 皮 中 土壤 微 生 物 量碳 关 系不 同。这 对 于研 究 本地 区 的环 境 保 护 、 土保 持 以及 防 风 固沙等 方 面意 义 重 大 。 水
生物生物量碳 。
二 、 验 方 法 试
、
研 究 区 自然 概 况
科尔沁沙地是我 国半干旱与半 湿润气候下农 牧交 错地带的典 型代表区域 ， 主要分布在 内蒙古 自治区东部
的赤 峰 和通 辽 ， 面 积 １ ． ｍ ， 拔 １０ ６ ０ 总 ２６ 万ｋ ２ 海 ８ ～ ５ ｍ。研 究
区位于科尔沁沙地 中南部奈曼 旗 白音塔拉 镇大柳树村 （ ２ ８ Ｎ １０ ３ Ｅ） ４ 。５ ，２ 。４ ，海拔 ３ ５ ４ ｍ。年 平 均 气温
关 键词 ： 壤 微 生物 量 碳 ； 土 生物 结 皮 ； 境 保 护 环
前 言
ｍ） ０ ｍ 和４ ％的细沙 （． ～ ． ｍ ， ０１ ０５ ）有机 质含量低 ， ｍ 保水保
肥 性差 。 １ ． 样本采集。２ ０年 和２ ０ 年先后在研究 区四个季 ０７ ０８
土壤结皮一般可分为物理结皮和生物结皮两种 。 物
理结 皮通 常是指在雨滴冲溅和土壤粘 粒理化分散 的作
用下 ， 土表孔 隙被堵塞后形成 的 ， 或挟沙水 流流经土表
时细小颗粒沉积而形成的一层很薄的土表硬壳 １ 。对生 物结皮而言 ， 它是 由不 同种类的苔藓 、 地衣 、 藻类 、 真菌 、 蓝藻 和细菌等孢 子植物类群与土壤共 同形成 的一 种有 机复合体１ 关于土壤结皮 的研究 ， ２ １ 。 国外 始于２ 世纪３ 年 ０ ０ 代， 大致分为定性描 述阶段和半定量研究 阶段 ； 国内学 者对土壤结皮 的认 识较早 ， 但是研究起 步较晚 ， 本上 基 是从８年代后开始的。 ０ 主要研究 了土壤结皮 的动态变化 过程特征以及对土壤侵蚀的影 响口 以往 的研究表明 ， １ 。 在 干旱半干旱地 区天然 、 天然植被 （ 半 主要指高等植 物 ） 的 平均盖度通常低于３ ％～ ０ ４而覆盖在土壤表 面的生 ０ ４ ％１ １ ， 物土壤结皮 则 占该地 区生物 覆盖 的７ ％以上 ［ 其独 特 ０ ５ １ ， 的生态地位 已引起越来 越多研究者 的关注 。近年来 ， 国 际上 开展 了大量有关生 物土壤结皮方面的研究 ， 这些研 究具有重要 的科学价值 和广泛 的实践意义。 土壤生物结 皮对维管植物 、 土壤养分 、 土壤水分循环 、 土壤稳定性均 有影 响， 并且土壤生物结皮在退化生态系统植被恢复与 重建 中亦有重要作用 在土壤养分循 环中 ， 。 土壤微生物 调节土壤 中的物质循环和能量流动 ， 是土壤有机质 的活 性部分 ， 其生物质量被称为土壤微生物量 。土壤微生物 量碳虽然只 占土壤有机质库的很小部分 ， 但却影响生态 系统 中Ｃ Ｎ 、 和其他养分流 的关键 ，在植物残提降解 、 腐 殖质形成及养分转化与循环 中扮演十分重要的角色。 本 文通过测定土壤结皮微生物生物量碳 ， 对生 物结皮 与防 风固沙 以及生态系统植被恢复 的关系进行 了初步研究 。
二试验方法土壤微生物生物量碳的测定熏蒸称取相当于5g烘干土壤3份分别放在约100ml的玻璃瓶中放入同一干燥器中干燥器底部放置几张用水湿润的滤纸同时分别放入一个装有25mlnaoh溶液和一个装有约ml无水乙醇氯仿的小烧杯同时加入少量抗暴沸物用少量凡士林密封干燥器用真空泵抽气至氯仿沸腾并保持2m丘 、 固定沙丘无结皮 、 固 半 半 定沙丘 藻结皮 、 固定沙丘无 结皮 、 固定沙丘藻结皮 、 固定 沙丘藓结皮土样 ， 以下分别简称流沙 、 半无 、 半藻 、 固无 、 固藻 、 固藓 。 春季取样 时间为２ ０ 年５ 、 ０ ７ 月 夏季为２０ 年７ ０７ 月和２ ０ 年８ 、秋季为２ ０ 年１ 月 、冬 季为２ ０ 年 １ ０８ 月 ０８ １ ０８ ２ 月。 在各研究区取样分 四层 ， 分别为０ ３ｍ ，～ ｃ 层 ， ～ ｃ 层 ３ ５ｍ ５ １ｃ 层 ，０ ２ ｅ 层 。取样采用三点取样法 。 ～０ ｍ １～ ０ｍ ２ ． 样本处理 。 所取土壤每一层作 为一个土样装入密 封袋带 回实验室 。在无菌室混匀 ， ℃冰箱储藏 ， ４ 测定微
土壤微生 物生物量碳 的测定①熏 蒸 ，称取相 当于 ２ ． 烘干土壤３ ， ５ｇ ０ 份 分别放在约 １０ ｌ ０ ｍ 的玻璃瓶 中 ， 入 放 同一干燥器中 ，干燥器底部放置几张用水 湿润的滤纸 ， 同时分 别放 人一 个装有 ２ ｍ Ｎ Ｏ ５ ｌａ Ｈ溶液 和 一个装 有 约 ２ ｍ无水 乙醇氯仿 的小烧杯（ ５ｌ 同时加人少 量抗 暴沸物 ） ， 用少量凡士林 密封 干燥器 ， 用真空泵抽气至氯仿 沸腾并 保 持２ ｎ ｍｉ。关闭干燥 器阀门 ， ５ 在２ ℃的黑 暗条件下放置 ２ｈ ４ 。打开 阀门， 如果没有空气流动的声音 ， 表示干燥器 漏气 ， 应重新称样进行熏蒸处理 。 当干燥 器不漏气时 ， 取 出装有水和氯仿 的玻璃瓶 ，氯仿倒 回瓶 中可重复使用 。 擦净干燥器底部 ， 用真空泵反复抽气直 到土壤 闻不到氯 仿气味为止 。同时称同样 量的土样３ ，不进行熏蒸处 份 理， 放人另一个 真空干燥器 中， 作为对照 。② 培养 ， 向每 份熏蒸处理的土壤￣ ／ １ｇ 熏蒸的新鲜土壤 ，混合 Ｈｋ Ｏ未 ． 均匀。 ５ 在２ ℃的黑暗条件下培养２ ｈ 不加新鲜土壤 ， ４。 将 对照土壤作 同上处理 ，再做３ 不加任何土壤 的空 白对 个 照 。③测定 ， 土壤微生物生物量碳值 的测定是在 中国农 科院 草原研究所完成 的。将滤液利 用总有机碳 分析仪 （Ｏ ） Ｔ Ｃ 测定 ， 结果电脑 直接记 录。重复测定三次。