石羊河下游綠洲邊緣次生草地自然恢復(fù)過程及微生物特性的研究

王理德，柴曉虹，姚 拓，王多澤，徐先英，孫廣正，陳 龍，張 濤

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，甘肅 武威 733000；3.甘肅河西走廊森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站， 甘肅 武威 733000；4.蘭州大學(xué) 草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

石羊河下游綠洲邊緣次生草地自然恢復(fù)過程及微生物特性的研究

王理德1,2,3，柴曉虹1，姚 拓1，王多澤2,3，徐先英2,3，孫廣正1，陳 龍1，張 濤4

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，甘肅 武威 733000；3.甘肅河西走廊森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站， 甘肅 武威 733000；4.蘭州大學(xué) 草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

采用時(shí)空替代法，對(duì)石羊河流域下游綠洲邊緣1～31年退耕區(qū)次生草地自然恢復(fù)過程中的群落類型及土壤微生物特性(土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量及土壤微生物量碳、氮、磷)進(jìn)行調(diào)查、測(cè)定及分析。結(jié)果表明：石羊河下游綠洲邊緣次生草地31年的植被恢復(fù)過程中，9個(gè)樣地的所有樣方框共出現(xiàn)植物34 種，且隨著恢復(fù)年限的延長(zhǎng)，植物種類逐漸減少，土壤微生物量碳與微生物量磷呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，土壤微生物量氮呈先波動(dòng)式下降后波動(dòng)式上升最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)；不同年限退耕區(qū)次生草地土壤3大類微生物數(shù)量均為細(xì)菌最高，放線菌次之，真菌最低；植被演替速度比較緩慢；隨著恢復(fù)年限的延長(zhǎng)，物種豐富度指數(shù)與多樣性指數(shù)逐漸減小，均勻度指數(shù)逐漸增大，并最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)；土壤微生物特性總的變化規(guī)律與物種豐富度和多樣性指數(shù)變化規(guī)律相一致；土壤微生物量與3大類微生物數(shù)量之間存在不同程度的相關(guān)性。

石羊河下游；退耕區(qū)；次生草地；自然恢復(fù)；微生物

土壤作為生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和環(huán)境因子，為生態(tài)系統(tǒng)中生物的生長(zhǎng)發(fā)育、繁衍生息提供了必要的環(huán)境條件[1]。土壤微生物作為固定養(yǎng)分及釋放養(yǎng)分的“源”與“庫”，其周轉(zhuǎn)速度很快，對(duì)環(huán)境變化非常敏感。土壤中的微生物雖然只占土壤有機(jī)質(zhì)的1%～5%，但它是控制土壤生態(tài)系統(tǒng)中其他養(yǎng)分的關(guān)鍵[2]，同時(shí)也是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動(dòng)力，能快速地指示土壤質(zhì)量的變化[3]，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。退耕區(qū)是綠洲農(nóng)業(yè)中不再實(shí)施耕作措施的土地所占的區(qū)域(空間與面積)，該區(qū)域存在水土流失嚴(yán)重、糧食產(chǎn)量低、風(fēng)沙危害嚴(yán)重、鹽漬化程度高或者水資源缺乏等現(xiàn)象，不宜作為耕地[4]，進(jìn)而會(huì)形成次生草地，而在干旱條件下發(fā)育形成的次生草地，又稱為荒漠草原[5]，是草原向荒漠過渡的十分脆弱的旱生化草原生態(tài)系統(tǒng)[6]，隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，有向逐漸裸露化或沙漠化發(fā)展的趨勢(shì)[7]。

石羊河流域曾是植被茂密、物種豐富的天然柴灣[8]。自20世紀(jì)70年代在流域中下游地區(qū)出現(xiàn)了大規(guī)模開采地下水的現(xiàn)象，特別是民勤縣更為嚴(yán)重，到1995年該縣已打井11 000余眼，造成地下水位大幅度下降，大面積土地撂荒[4]。

近年來，由于采取了關(guān)井壓田的政策，大面積土地退耕，形成了次生草地。引起風(fēng)蝕沙化，成為新的沙塵源，加快石羊河中下游區(qū)向我國(guó)沙塵源區(qū)和特級(jí)告急生態(tài)危機(jī)區(qū)邁進(jìn)的步伐。隨著對(duì)土壤微生物在整個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)中作用的認(rèn)識(shí)，愈來愈多的研究以土壤微生物特性為目標(biāo)[9-15]，采用時(shí)空替代法，對(duì)石羊河流域下游不同年限退耕區(qū)次生草地自然恢復(fù)過程中的群落類型及土壤微生物特性進(jìn)行調(diào)查與測(cè)定，旨在為該區(qū)次生草地的土壤質(zhì)量恢復(fù)以及生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在甘肅省民勤縣北部的西渠鎮(zhèn)黃輝村與自云村退耕地區(qū)域，海拔1 300～1 311 m，地理坐標(biāo)為N 39°01′30″～39°03′28″ 、E 103°35′57″～103°37′56″，東、北、西3個(gè)方向都曾是青土湖湖面。年均溫度為7.4℃，極端最高氣溫為38.1℃，極端最低氣溫是-28.8℃；年均降水量110 mm，主要集中在7～9月，占年均降水量的73 %；年均蒸發(fā)量2 644 mm，年日照時(shí)數(shù)2 832.1 h；年平均風(fēng)速2.3 m/s。灌木種主要有白刺(Nitrariaschoberi)、鹽爪爪(Kalidiumfoliatum)、枸杞(Lyciumchinense)、小果白刺(Nitrariasibirica)、紅砂(Reaumuriasongarica)等；草本植物有田旋花(Convolvulusarvensis)、藜(Chenopodiumalbum)、白莖鹽生草(Halogetonarachnoideus)、頂羽菊(Acroptilonrepens)、堿蓬(Suaedaglauca)、駱駝蓬(Peganumharmala)、駱駝?shì)?Peganumnigellastrum)、蒙古豬毛菜(Salsolaikonnikovii)等。

1.2 樣地布設(shè)與植被調(diào)查

2012年9月，走訪調(diào)查并查閱石羊河中下游各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地使用記錄，選擇沒有因自然因素而導(dǎo)致地形的變遷、或因人為因素而引起的土壤物質(zhì)再分配的地段作為試驗(yàn)區(qū)，在保證樣地沙土母質(zhì)相同的情況下，選擇退耕1、2、3、4、5、8、15、24及31 a的9個(gè)撂荒地為樣地(表1)。每個(gè)樣地面積為1 hm2，按S形選擇有代表性的5個(gè)地段作為固定樣點(diǎn)，在每個(gè)固定樣點(diǎn)上做好標(biāo)記土壤類型為灰棕漠土。

設(shè)置5 m×5 m的樣方用于草本植物群落特征與土壤特征的測(cè)定；設(shè)置10 m×10 m的樣方用于灌木、半灌木特征的調(diào)查。

表1 樣地基本狀況Table1 Basic condition of sample sites

1.3 土壤樣品采集及微生物特性測(cè)定

1.3.1 土壤樣品采集 在各個(gè)固定樣點(diǎn)取土壤剖面，設(shè)3個(gè)重復(fù)，在剖面內(nèi)按0～10、10～20、20～30、30～40 cm 層次用環(huán)刀取土樣，將同一樣地5個(gè)土樣按相同層次均勻混合，用四分法取適量分2份帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.3.2 微生物數(shù)量測(cè)定 (1)真菌數(shù)量采用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基，以平板表面涂抹法計(jì)數(shù)[16]，計(jì)算真菌數(shù)量[17]。

N=M×鮮土/干土重

式中：M=a×u/v，N為每1 g干土的菌數(shù)；M為每1 g鮮土的菌數(shù)；v為每個(gè)培養(yǎng)皿中加懸浮液體積；a為培養(yǎng)皿中平均菌落數(shù)；u為稀釋倍數(shù)；(2)放線菌數(shù)量測(cè)定采用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基[18]，以平板表面涂抹法計(jì)數(shù)并計(jì)算放線菌數(shù)量；(3)細(xì)菌數(shù)量測(cè)定采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，以平板表面涂抹法計(jì)數(shù)[16]并計(jì)算細(xì)菌數(shù)量。

1.3.3 微生物量測(cè)定 (1)土壤微生物量碳(SMBC)測(cè)定[17]采用重鉻酸鉀硫酸外加熱法。

土壤微生物量碳=(Ec-Ec0)/0.38

式中：Ec為熏蒸土壤浸提液中有機(jī)碳量；Ec0為不熏蒸土壤浸提液中有機(jī)碳量；0.38為校正系數(shù)(下同)。

(2)土壤微生物量氮(SMBN)測(cè)定[17]采用凱氏定氮法。

土壤微生物量氮=(Ec-Ec0)/0.54

(3)土壤微生物量磷(SMBP)測(cè)定[17]采用鉬銻抗顯色法。

土壤微生物量磷=(Ec-Ec0)/0.4

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件。用oneway-ANOVA對(duì)石羊河流域下游不同年限退耕區(qū)次生草地土壤微生物特性的差異進(jìn)行分析，用Pearson對(duì)土壤微生物量與土壤微生物數(shù)量的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年限退耕區(qū)次生草地植被自然恢復(fù)變化

石羊河下游綠洲邊緣次生草地31 a的植被恢復(fù)過程中，9個(gè)樣方框共出現(xiàn)植物34 種。退耕1 a的樣方內(nèi)出現(xiàn)22種植物，主要以藜、田旋花、五星蒿等一年生草本植物為主；退耕2 a的樣方框出現(xiàn)17種植物，苦苣菜、駱駝?shì)?、寬葉獨(dú)行菜等多年生植物成為群落優(yōu)勢(shì)種，而一年生植物種類逐漸減少；退耕3～5 a的樣方內(nèi)出現(xiàn)的植物種類明顯減少，為10種，其中，多年生植物所占比例逐漸增大；退耕8 ～15 a的樣方框內(nèi)出現(xiàn)的植物種類數(shù)與退耕3～5 a的樣方內(nèi)出現(xiàn)的植物種類數(shù)相差較小，但木本植物的數(shù)量逐漸增多，成為群落優(yōu)勢(shì)種；退耕24 a的樣方框內(nèi)僅出現(xiàn)6種植物，其中，木本植物黑果枸杞、鹽爪爪、紅砂成為群落優(yōu)勢(shì)種，僅有少量的草本植物；退耕31 a的樣方框內(nèi)出現(xiàn)的植物種類僅為5種，無草本植物，形成了以黑果枸杞和鹽爪爪為優(yōu)勢(shì)種的灌木植被群落。

表2 不同年限退耕區(qū)次生草地物種種類Table2 Plant species in cultivated lands of different abandoned years

2.2 不同退耕年限次生草地土壤微生物數(shù)量與分布

2.2.1 細(xì)菌 不同年限退耕區(qū)次生草地相同土層間細(xì)菌數(shù)量的變化規(guī)律不相同(表3)，0～10 cm土層，土壤細(xì)菌數(shù)量隨退耕年限的延長(zhǎng)呈波動(dòng)性下降的趨勢(shì)，退耕1 a細(xì)菌數(shù)量最高，且顯著高于其他年限退耕區(qū)次生草地。10～20 cm土層，土壤細(xì)菌數(shù)量隨退耕年限的延長(zhǎng)呈波動(dòng)性上升的趨勢(shì)，退耕8 a細(xì)菌數(shù)量最高，且顯著高于其他年限退耕區(qū)次生草地。20～30 cm土層，土壤細(xì)菌數(shù)量隨退耕年限的延長(zhǎng)呈波動(dòng)性上升的趨勢(shì)，退耕31 a細(xì)菌數(shù)量最高，且顯著高于其他年限退耕區(qū)次生草地。30～40 cm土層，土壤細(xì)菌數(shù)量隨退耕年限的延長(zhǎng)呈波動(dòng)性下降的趨勢(shì)，退耕3 a細(xì)菌數(shù)量最高，且顯著高于其他年限退耕區(qū)次生草地。不同土層同一年限退耕區(qū)次生草地，除退耕5，8及31 a外，土壤細(xì)菌數(shù)量均隨土層的加深而降低。

表3 不同年限退耕區(qū)次生草地土壤三大類微生物數(shù)量變化特征Table3 The number of microorganisms in cultivated lands of different abandoned years CFU/g

注：同行不同字母表示不同年限退耕區(qū)次生草地差異顯著(P<0.05)

2.2.2 真菌 不同年限退耕區(qū)次生草地相同土層間真菌數(shù)量的變化規(guī)律除0～10 cm土層外，10～20、20～30、30～40 cm土層土壤真菌數(shù)量隨退耕年限的延長(zhǎng)呈波動(dòng)性上升的趨勢(shì)，且退耕24 a土壤真菌數(shù)量顯著高于其他年限退耕區(qū)次生草地。不同土層同一年限退耕區(qū)次生草地，土壤真菌數(shù)量隨土層的變化規(guī)律不相同(表3)。

2.2.3 放線菌 不同年限退耕區(qū)次生草地相同土層間放線菌數(shù)量的變化規(guī)律，隨退耕年限的延長(zhǎng)呈波動(dòng)性上升的趨勢(shì)，且0～10、10～20、20～30、30～40 cm土層分別在退耕8、8、2及31 a土壤放線菌數(shù)量最高。不同土層同一年限退耕區(qū)次生草地，除退耕2、3、5及31 a外，土壤放線菌數(shù)量均隨土層的加深而降低(表3)。

2.2.4 退耕年限與土壤微生物數(shù)量相關(guān)性分析 退耕年限與土壤微生物數(shù)量之間的相關(guān)性(表4)表明，除10～20 cm外，土壤細(xì)菌數(shù)量與退耕年限顯著正相關(guān)(P<0.05)；除0～10與20～30 cm土層外，土壤真菌數(shù)量與退耕年限顯著相關(guān)(P<0.05)；土壤放線菌數(shù)量與退耕年限未達(dá)到顯著相關(guān)水平(P>0.05)。

2.3 不同退耕年限次生草地土壤微生物量與分布

2.3.1 土壤微生物量碳 不同年限退耕區(qū)次生草地同一土層，土壤微生物量碳表現(xiàn)為：0～10、10～20及20～30 cm土層，隨退耕年限的延長(zhǎng)，在退耕較短時(shí)間(從1～5 a)呈波動(dòng)性下降的趨勢(shì)，在退耕較長(zhǎng)時(shí)間(8～31 a)呈波動(dòng)性上升的趨勢(shì)，各土層土壤微生物量碳的最大值分別為979.13 mg/kg(退耕8 a)、610.00 mg/kg(退耕31 a)、480.22 mg/kg(退耕31 a)；30～40 cm土層，隨退耕年限的增加呈波動(dòng)性下降的趨勢(shì)，退耕1 a其含量最高，為327.74 mg/kg。同一退耕年限，土壤微生物量碳隨土層的加深而降低，表現(xiàn)出明顯的表聚性(圖1)。

表4 次生草地退耕年限與土壤微生物數(shù)量之間的相關(guān)性Table4 Correlation coefficients between the number of soil microorganism in cultivated lands and abandoned years

注：*表示差異達(dá)顯著相關(guān)水平(P<0.05)，**表示差異達(dá)極顯著相關(guān)水平(P<0.01)，下同

2.3.2 土壤微生物量氮 不同年限退耕區(qū)次生草地同一土層，土壤微生物量氮隨退耕年限的增加呈先上升(從1～4 a)再下降(4～8 a)最后趨于穩(wěn)定(8～31 a)的趨勢(shì)，各土層土壤微生物量N的最大值均在退耕第4 a，分別為215.50、184.49、169.00及138.23 mg/kg。同一退耕年限，土壤微生物量N隨土層的變化差異較大，表層大于深層，表聚現(xiàn)象明顯。

2.3.3 土壤微生物量磷 不同年限退耕區(qū)次生草地同一土層，土壤微生物量磷0～10 cm土層，隨退耕年限的增加呈先上升(1～4 a)后下降(4～31 a)的趨勢(shì)，退耕第4 a其含量最高，為168.35 mg/kg；10～40 cm土層，隨退耕年限的增加呈先下降(1～2 a)再上升(2～8 a)最后下降(8～31 a)的趨勢(shì)，各土層土壤微生物量P的最大值均在退耕第8 a，分別為119.65、117.43及109.43 mg/kg。同一退耕年限，微生物量P隨土層的變化趨勢(shì)與微生物量C、N相似。

圖1 不同年限退耕區(qū)次生草地土壤微生物量空間變異特征Fig.1 Soil microbial biomass C,N,and P in cultivated lands of different abandoned years

2.4 退耕年限與植被特征和土壤微生物特性相關(guān)性

退耕年限與土壤微生物量的相關(guān)性(表5)表明，除20～30 cm土層外，土壤微生物量碳與退耕年限達(dá)顯著正相關(guān)(P<0.05)；土壤微生物量氮、磷與退耕年限未達(dá)到顯著相關(guān)水平(P>0.05)。

表5 次生草地退耕年限與土壤微生物量之間的相關(guān)性Table5 Correlation coefficients between soil microbial biomass and abandoned years of cultivated lands

2.4 土壤微生物數(shù)量與土壤微生物量之間的關(guān)系

土壤微生物數(shù)量與土壤微生物量之間的相關(guān)性分析(表6)表明，土壤微生物量C與細(xì)菌數(shù)量達(dá)極顯著相關(guān)水平(P<0.01)，土壤微生物量N、P與細(xì)菌數(shù)量未達(dá)到顯著相關(guān)水平(P>0.05)；土壤微生物量N與真菌數(shù)量達(dá)極顯著相關(guān)水平(P<0.01)，土壤微生物量C、P與真菌數(shù)量未達(dá)到顯著相關(guān)水平(P>0.05)；土壤微生物量C、N、P與放線菌數(shù)量均未達(dá)到顯著相關(guān)水平(P>0.05)；總之，土壤微生物量C、N、P與土壤三大類微生物數(shù)量之間存在不同程度的相關(guān)性。

表6 土壤微生物數(shù)量與土壤微生物量之間的相關(guān)性分析Table6 Correlation coefficients between the number of microorganisms and soil microbial biomass

3 討論與結(jié)論

隨著恢復(fù)年限的延長(zhǎng)，石羊河流域下游綠洲邊緣退耕區(qū)次生草地植被，物種豐富度指數(shù)與多樣性指數(shù)逐漸減小，均勻度指數(shù)逐漸增大，并最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)。在31 a的植被恢復(fù)過程中，物種數(shù)量逐漸減少，以退耕1 a的22種遞減為退耕31 a的5種。植被群落由一年生草本植物為建群種，多年生草本植物與少數(shù)灌木植物為伴生種，逐步演替為多年生草本植物，并最終演替為單一的灌木群落。表明退耕區(qū)可通過自然恢復(fù)方式達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，這與何芳蘭等[19]的研究結(jié)果一致。另外，退耕區(qū)次生草地植被恢復(fù)具有較強(qiáng)的連續(xù)性，諸如，退耕1～15 a的樣方框中均出現(xiàn)了白莖鹽生草、駱駝?shì)锏任锓N，在退耕8～31 a的樣方框中均出現(xiàn)了黑果枸杞等物種。植被演替速度比較緩慢，因此，僅通過自然恢復(fù)的方式，很難使退耕區(qū)在短時(shí)間內(nèi)得到根本上的改善，應(yīng)通過引入演替后期的物種，以加快退耕區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的進(jìn)程。

隨著退耕區(qū)次生草地自然恢復(fù)，土壤三類微生物數(shù)量均為細(xì)菌最高，放線菌次之，真菌最低，這說明細(xì)菌是優(yōu)勢(shì)菌，其原因是土壤微生物的數(shù)量分布與其所處土壤因子密切相關(guān)，如石羊河下游流域土壤中性偏堿性，適宜細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，而不利于真菌的生存，細(xì)菌數(shù)量大于真菌數(shù)量。同時(shí)，研究還表明，退耕第8 a及31 a可分別提高10～20及20～30 cm土層的微生物總數(shù)，說明在其他影響因子不變的情況下，若要提高不同土層土壤微生物數(shù)量，則需要適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)退耕年限。研究中，同一年限退耕區(qū)次生草地，土壤三類微生物數(shù)量均為表層大于深層，這與各土層有機(jī)質(zhì)的含量有關(guān)。

土壤微生物量的大小和活性取決于多種因素，包括生物因素(如施肥等人為因素和植被類型)及非生物因素(如環(huán)境等)。研究中，退耕第8 a、31 a可分別提高0～10及10～30 cm土層土壤微生物量碳，退耕第4 a可提高0～40 cm土層土壤微生物量氮，退耕第4 a、8 a可分別提高0～10及20～40 cm土層土壤微生物量磷，且其微生物量C、N、P明顯高于其他退耕年限，因此，隨著退耕年限的增加，植物不斷發(fā)育，根系會(huì)逐漸增多，使土壤養(yǎng)分不斷積累，土壤微生物可利用基質(zhì)逐漸增多，但可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)目s短退耕年限。同時(shí)，同一年限退耕區(qū)次生草地，土壤微生物量C、N、P隨土層的加深而降低，這是因?yàn)榭葜β淙~凋落物大量聚集在表層土，使表層土養(yǎng)分充足，有利于微生物活動(dòng)，且表層土水熱條件和通氣狀況較好，加之細(xì)根和凋落物的快速周轉(zhuǎn)，使微生物的生長(zhǎng)更加旺盛，代謝更為活躍，對(duì)土壤中多種養(yǎng)分的生物有效性產(chǎn)生積極影響，所以表現(xiàn)出明顯的表聚性，這與劉艷梅等[20]、郭曉霞等[21]、李晨華等[22]、栗方亮等[23]的研究結(jié)果一致。

在退耕區(qū)次生草地恢復(fù)過程中，土壤微生物量總的變化趨勢(shì)與物種豐富度和多樣性指數(shù)變化規(guī)律相一致，隨著退耕區(qū)次生草地恢復(fù)年限的增加，土壤微生物量碳與微生物量磷總體上呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，土壤微生物量氮呈先波動(dòng)式下降后波動(dòng)式上升最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。在退耕區(qū)次生草地恢復(fù)的較短年限內(nèi)，物種豐富度和多樣性指數(shù)較大，土壤微生物量C、N、P也較高，隨著退耕區(qū)次生草地恢復(fù)年限的延長(zhǎng)，均勻度指數(shù)逐漸增加，物種豐富度和多樣性指數(shù)逐漸減小，土壤微生物量C、N、P也逐漸降低，在較長(zhǎng)的恢復(fù)年限內(nèi)，均勻度指數(shù)、物種豐富度和多樣性指數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，土壤微生物量C、N、P也趨于穩(wěn)定。因此，土壤微生物量與植被的恢復(fù)是一個(gè)互動(dòng)過程，其之間存在著互相回饋的響應(yīng)。其主要原因是，退耕1 a，土壤水分與養(yǎng)分充足，促進(jìn)田間雜草生長(zhǎng)，物種繁多，積累了較多的枯枝落葉，腐爛后增加了土壤中的腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量，使微生物生長(zhǎng)代謝活躍，微生物量含量較高。退耕8～15 a，因石羊河下游的特殊自然條件，風(fēng)沙大、干旱少雨，年蒸發(fā)量大于降水量，只有極少數(shù)耐干旱的物種生存下來，退耕24～31 a后，耐干旱性較差的植物也逐步被淘汰，植物生長(zhǎng)量變小，產(chǎn)生的枯枝落葉與根部分泌物減少，有機(jī)質(zhì)隨之下降，土壤微生物的活動(dòng)減弱，數(shù)量減少。

研究還表明，土壤微生物數(shù)量、土壤微生物量與退耕年限之間均存在不同程度的相關(guān)性，土壤微生物量C、N、P與土壤三大類微生物數(shù)量之間存在不同程度的相關(guān)性，如研究中，土壤細(xì)菌數(shù)量與退耕年限達(dá)顯著相關(guān)水平(P<0.05)，土壤微生物量碳與退耕年限達(dá)顯著相關(guān)水平(P<0.05)，土壤微生物量C與細(xì)菌數(shù)量達(dá)極顯著相關(guān)水平(P<0.01)，說明隨著退耕年限的延長(zhǎng)，土壤細(xì)菌呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，由土壤微生物所固定的碳源也呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，但最終都會(huì)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，反映了石羊河中下游流域土壤生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。

石羊河流域下游綠洲邊緣退耕區(qū)次生草地植被演替速度比較緩慢；土壤微生物數(shù)量與土壤微生物量總的變化規(guī)律與物種豐富度和多樣性指數(shù)變化規(guī)律相一致；土壤微生物與植被的恢復(fù)是一個(gè)互動(dòng)過程，它們之間存在著互相回饋的響應(yīng)。此外，不同年限退耕區(qū)次生草地，土壤微生物量C、N、P與土壤三大類微生物數(shù)量之間存在不同程度的相關(guān)性，反映了石羊河中下游流域土壤生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。

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Studuying on vegetation restoration and soil microbial characteristics on secondary grassland in the downstream of Shiyang River

WANG Li-de1,2,3，CHAI Xiao-hong1，YAO Tuo1，WANG Duo-ze2,3，XU Xian-ying2,3，SUN Guang-zheng1，CHEN Long1，ZHANG Tao4

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China；2.StateKeyLaboratoryBreedingBaseofDesertificationandAeolianSandDisasterCombating,Wuwei733000,China；3.GansuHexiCorridorForestEcosystemResearchNationalStation,Wuwei733000,China；4.CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)

The paper studied the vegetation community types and soil microbial characteristics in term of the number of microorganisms and soil microbial biomass C,N,P during the natural recovery process on secondary grassland,which was abandoned cultivated lands in 1～31 years in the downstream of Shiyang river.The results indicated that 34 species of plant can be found in the 9 investigated samples after abandoned 31 years .Plant speciees number decreased with the vegetation recovery prolong.The soil microbial biomass of C and P trended to be decline.However,the soil microbial biomass of N decreased firstly and then increased,finnaly,it tended to be stabilization.In the abandoned cultivated lands,the number of bacteria was the highest,followed by actinomycetes,fungi number was lowest.Overall,the speed of vegetation succession was relatively slow.The species richness and diversity index decreased with extended abandoned years,while evenness index increased with extended abandoned years and it finally trended to be stable.The general trend of soil microbial declined in a fluctuant way same as that of species richness and diversity index.The correlation result showed that there was a significant positive correlation between the number of microorganisms and soil microbial biomass.

downstream of Shiyang River;abandoned cultivated land area;secondary grassland;natural recovery;soil microbes

2015-05-15；

2015-06-16

國(guó)家自然科學(xué)基金-石羊河中下游退耕地土壤系統(tǒng)演變規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究(41161049)；甘肅省財(cái)政補(bǔ)貼資金項(xiàng)目-石羊河下游綠洲邊緣退化土地造林技術(shù)試驗(yàn)與示范；國(guó)家973計(jì)劃-石羊河下游固沙植被退化過程、機(jī)理及調(diào)控(2012CB723203)資助

王理德(1969-)，男，在讀博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)、資源與環(huán)境。 E-mail：wld69@tom.com 姚拓為通訊作者。

S 812.6+8

A

1009-5500(2015)06-0014-07