内蒙古典型草原土壤微生物生物量研究_1

摘 要： 在内蒙古锡林河流域和皇甫川流域的典型草原，分别以放牧退化梯度和不同植物群落两系列的土壤样品作为研究对象，测 定了土壤微生物生物量碳、氮，分析了其与放牧强度和地上植物群落的关系，以及土壤微生物生物量在内蒙古草原的生态分布变化 。 结果表明， 内蒙古草原土壤微生物量碳、氮含量与土壤有机碳、全氮含量具有很好的相 关性， 可以作为评价草原土壤肥力的生物指 标 。过 度 放 牧 会 导 致 土 壤 微 生 物 生 物 量 降 低 。不 同 地 上 植 物 群 落 维 持 的 土 壤 微 生 物 量 不 同 。内 蒙 古 草 原 沿 东 西 走 向 土 壤 微 生 物 量 总体呈下降趋势。 关键词： 典型草原； 放牧； 植物群落； 土壤微生物量 中图分类号： Ｓ１５４．３６ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－ ２０４３（２００７）０４－ １４４４－ ０５
Ｓｏｉｌ Ｍｉｃｒ ｏｂｉａｌ Ｂｉｏｍａｓｓ ｏｆ Ｔｙｐｉｃａｌ Ｇｒ ａｓｓｌａｎｄ ｉｎ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ
ＧＵ Ｘｕｅ－ｊｉｎｇ１，２， ＺＨＡＯ Ｊｉ２， ＷＡＮＧ Ｊｕａｎ３ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， ＣＡＦ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９１， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕ－ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈｏｈｈｏｔ ０１００２１， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２４９， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎ Ｘｉｌｉｎ ｒｉｖｅｒ ｂａｓｉｎ Ｌｅｙｍｕｅ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｓｔｅｐｐｅ ａｎｄ Ｈｕａｎｇｆｕｃｈｕａｎ ｂａｓｉｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔｅｐｐｅ ｉｎ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ， ｔｗｏ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｆｉｅｌｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒａｚｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ． Ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗｅｒｅ ｄｅ－ ｔｅｒｍｉｎｅｄ， ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇｒａｚｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｗａｓ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｈａｄ ｓｔｒｏｎｇ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｓｔｅｐｐｅ． Ｓｏ ｔｈｅｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｂｉｏ－ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ． Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒ－ ｂｏｎ ｗａｓ ０．９０７， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓ ０．９４２． Ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｇｒａｚｉｎｇ ｒｅ－ ｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ． Ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｖａｒｉｅｄ ｗｉｔｈ ｐｌａｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ｅａｓｔ ｔｏ ｗｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｏｆ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｓｔｅｐｐｅ； ｇｒａｚｅ； ｐｌａｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ； ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ
１４４６
谷雪景等： 内蒙古典型草原土壤微生物生物量研究
表 ２ 羊草草原肥力指标 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｌｅｙｍｕｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｇｒａｓｓｌａｎｄ
２００７年 ７月
表 ３ 羊草草原土壤肥力指标间的相关系数 Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｌｅｙｍｕｓ
内蒙古皇甫川流域，属于暖温性典型草原，建群种 为本氏针茅（Ｓｔｉｐａ ｂｕｎｇｅａｎａ）。地处东经 １１０．３°￣１１１．２°， 北纬 ３９．２°￣３９．９°； 最高点海拔 １ ４８０ ｍ，河口最低点海 拔 ８３３ ｍ，总高差 ６４９ ｍ； 南北最宽距离 ８５．９ ｋｍ，东 西 最长距离 １０２．１ ｋｍ。皇甫川流域大陆性气候特点突 出。处于暖温带和中温带的过渡带，平均气温自南向 北约 ６￣９ ℃，≥１０ ℃的积温约 ２ ９００￣３ ５００ ℃， 日照时 数约为 ２ ９００￣３ １００ ｈ； 在降水上，正处于半干旱 偏 湿 地带，年降水量约为 ３５０￣４５０ ｍｍ，水面蒸发量在 １ ０００￣ ２ ０００ ｍｍ 之间，约为降水量的 ２￣５ 倍。降水的年际和 年内变率大，年内降水集中于 ６—９ 月，占全年的 ８０％ 以上。原生植被为暖温型草原，但大部分被破坏。目前 主要为人工植被，乔木以油松为主，杨树次之［６］。
第 ２６ 卷第 ４期
农业环境科学学报
１４４５
了放牧强度不同，草原退化程度不同的土壤微生物量
表 １ 土壤采样点设置情况
碳、氮含量。
Ｔａｂｌｅ１ Ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅｓ
地上不同的植物群落导致土壤微生物量的碳、氮
含量不同，这其中有很多的影响因素： 草地与林地、天
放牧影响土壤微生物量及土壤中碳、氮的含量和 分布，有的学者提出 ２０ 世纪 ５０ 年代以来锡林河流域 过度放牧成为土壤 有 机 质 损 失 的 重 要 因 素，０￣２０ ｃｍ 土体有机质损失平均 １２．４％左右，分析的时间跨度为 ４０ 年［４］。也有学者提出以土壤表层有机质含量作为衡 量放牧造成的草地退化程度的量化指标［１６］。本文研究
３ 结果与讨论
３．１ 羊草草原不同放牧强度下土壤微生物量的变化 ３．１．１ 土壤微生物量碳、氮的变化
除 河 漫 滩 之 外， 微 生 物 量 碳 变 化 在 ７１．２￣５２９．０ ｍｇ·ｋｇ－１ 之间，微生物量氮变化在 ３．６￣１１７．６ ｍｇ·ｋｇ－１ 之 间。随放牧强度的增大，土壤微生物量总体上呈下降 趋势， 即代表土壤肥力的活性部分呈下降趋势。围栏 保护区的土壤微生物量明显高于栏外放牧区。其中 Ｙ３ 为羊草样地栏内， 不进行放牧，只是定期进行割草 等人为干扰，该采样点土壤微生物量出现高于羊草永 久样地的现象， 可以用 Ｃｏｎｎｅｌｌ 等提出的中度干扰假 说（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ）解释， 但具体的 干扰程度和规律有待于进一步研究。从分析结果可以 得出放牧强度过大严重影响土壤养分的生物活性， 围 栏封育使土壤微生物量从 ２３２．９０ 上升到 ３１１．０７ ｍｇ· ｋｇ－ １， 围 栏 保 护 可 以 提 高 土 壤 微 生 物 的 活 性 ， 是 退 化 草
农业环境科学学报 ２００７，２６（４）：１４４４－ １４４８ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
内蒙古典型草原土壤微生物生物量研究
谷雪景 １， ２， 赵 吉 ２， 王 娟 ３
（ １． 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所， 森林生态环境重点实验室， 北京 １０００９１； ２． 内 蒙古大学 生 命 科 学 学 院 ， 内 蒙古 呼和浩特 ０１００２１； ３． 中国石油大学（ 北京） 资源与信息学院， 北京 １０２２４９）
基金（ ２００５０８０１０６０４） 作者简介： 谷雪景（ １９８１—） ， 女， 硕士研究生。
Ｅ－ ｍａｉｌ：ｇｕｘｕｅｊｉｎｇ＠１６３．ｃｏｍ 通讯作者： 赵 吉 Ｅ－ ｍａｉｌ：ｎｄｚｊ＠ｉｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
却是控制生态系统中碳、氮和其他养分流的关键，微生 物量库的任何变化将会影响养分的循环和有效性［９、１４］。 另外，微生物量对环境变化敏感，能够较早地指示生态 系 统 功 能 的 变 化［１２、１３］。
１ ０００ ８００
ＭＢ－ Ｃ ＭＢ－ Ｎ
微 生 物 量 ／ｍｇ·ｋｇ－ １
６００
４００
２００
０ Ｙ１ Ｙ２ Ｙ３ Ｙ４ Ｙ５ Ｙ６ Ｙ７ 样点
图 １ 不同放牧强度微生物量变化 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒａｚｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ
２ 材料和方法
２．１ 样品采集 在内蒙古锡林河流域羊草草原， 以中科院内蒙古
草原生态系统定位站羊草永久围栏样地为对照， 按照 不同围栏保护与放牧程度为梯度，作为供试土壤样品 （ Ｙ 系列，共 ７ 类，设置情况参见表 １） 。在内蒙古皇甫 川流域采集土壤，按不同地上植物群落系列， 作为供 试土壤样品（ Ｈ 系列，共 ８ 类） 。采用多点混合法， 选择 ５ 点， 每点在 ０￣１０ ｃｍ 深度用土钻采集约 １００ ｇ 土壤， 混合后装入布袋内的塑料袋中，封口保鲜带回实验室， 供土壤微生物量碳和氮、有机碳、全氮、ｐＨ 值等项目 的测定分析。 ２．２ 样品测定
然林与人工林、阴坡与阳坡等等都造成土壤微生物的
不同，本文对这些因素进行了比较分析。
１ 研究区域自然地理概况
内 蒙 古 锡 林 河 流 域 羊 草（Ｌｅｙｍｕｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）草 原， 属于中温带典型草原区， 建群种为羊草 （Ｌｅｙｍｕｓ ｃｈｉ－ ｎｅｎｓｉｓ）和大针茅（Ｓｔｉｐａ ｇｒａｎｄｉｓ）。地处北纬 ４３°２６′￣４４° ３９′， 东经 １１５°３２′￣１１７°１２′， 总面积约 １０ ７８６ ｋｍ２。海 拔 １ １８６ ｍ，地势平坦。年降水量 ３５０ ｍｍ 左右，平均气 温－ １．７ ℃。气候属大陆性温带半干旱气候。土壤类型 为栗钙土，土壤有机质较丰富。土壤粘粒平均为 ２１％， 砂粒为 ６０％。
来自百度文库
将采集的新鲜土样过 ２ ｍｍ 筛， 去掉植物残体和 可见的土壤动物。
土壤微生物量碳（ＭＢ－ Ｃ）和微生物量氮（ＭＢ－ Ｎ）的 测定采用氯仿（ＣＨＣｌ３）熏蒸浸提法［６、７］。土壤有机碳（ＯＣ） 用重铬酸钾氧化－ 外加热法测定［１］。土壤全氮（ＴＮ）用半 微 量 凯 氏 法 测 定［１］。 土 壤 微 生 物 总 数 用 平 板 计 数 法 测 定。ｐＨ 值测定用 ＰＨＳ－ ３Ｃ 复合电极。
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［２］， 可作为评价土壤肥力性状的生物学指标［４］。 微 生 物 既 可 作 为 养 分 的 “库 ”也 可 作 为 养 分 的 “源 ”［２］。 土壤微生物量虽然只占土壤有机质库的很小部分，但
收稿日期： ２００６－ ０９－ ２５ 基金项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （ ９０１０２０１１） ； 内 蒙 古 自 然 科 学