不同退化程度對草地微生物數量及土壤理化特性的影響

肖彥軍

摘要：對不同退化程度草地土壤理化特性和微生物數量變化特征進行調查研究。于2021年8月分別采集輕度（LD）、中度（MD）、重度（SD）和極度（ED）退化草地的土樣，測定其理化特性和微生物數量特征并分析二者動態(tài)變化。結果發(fā)現：隨著退化程度加劇，土壤有機質、全氮和全磷含量逐漸減小，不同退化程度土壤全氮的變化趨勢為MD>ED>LD>SD；微生物數量中，草地退化對細菌數量的影響最大，對真菌數量影響最小，LD和MD樣地的土壤微生物數量隨土層深度的下降而減??；相關分析發(fā)現，土壤含水量和有機質對微生物數量有顯著影響（P<0.05）。

關鍵詞：平板計數法；退化程度；土壤理化性質；微生物數量；相關性

中圖分類號：S154.3文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0129-04

Effects of Different Degradation Degrees on Microbial Population and Soil Physicochemical Properties in Grassland

XIAO Yanjun（Dongfanghong Middle School， Dingxi Gansu 743000）

Abstract： The characteristics of soil physicochemical properties and microbial population change in different de？ graded grassland were investigated. Soil samples from mildly （LD）， moderately （MD）， severely （SD） and extremely（ED） degraded grassland were collected in August 2021， and their physical and chemical characteristics and micro？ bial quantity characteristics were measured and their dynamic changes were analyzed. The results showed that the contents of soil organic matter， total nitrogen and total phosphorus decreased with increasing degradation degree， and the variation trend of soil total nitrogen in different degradation degrees was MD>ED>LD>SD. Grassland degrada？ tion had the greatest effect on the number of bacteria and the least effect on the number of fungi. The number of soil microbes in LD and MD plots decreased with the decrease of soil depth. Correlation analysis showed that soil mois？ ture content and organic matter had significant effects on microbial population （P<0.05）.

Keywords： plate counting；degrees of degradation；physical and chemical properties of soil；microbial count；correlation

甘南草原是青藏高原的重要組成部分和黃河首曲最大的生態(tài)濕地，對抵御高海拔地區(qū)各種自然災害的頻繁發(fā)生具有重要作用[1]。草原一方面在調節(jié)氣候環(huán)境、抵制風沙襲擾、凈化大氣、補充水源、維護生態(tài)安全、提升土壤肥力和防止水土流失等方面起著重要作用[2]，另一方面也為經濟發(fā)展提供了大量自然資源[3]。近年來，由于放牧和旅游等人為因素以及全球氣候變化等自然因素的影響，草地退化嚴重。

草地的退化會導致土壤理化性質向不利于草地植被生長的方向發(fā)展。隨著草地植物的不斷退化，土壤肥力不斷下降，引發(fā)惡性循環(huán)[4]。土壤微生物在草原生態(tài)系統(tǒng)中最為活躍，其中大部分為細菌，對草地生態(tài)系統(tǒng)中物質與能量的動態(tài)變化有著極其重要的作用，可以加快分解大部分土壤腐殖質。土壤微生物的主要功能是分解大部分的土壤有機碳，參與土壤養(yǎng)分的代謝循環(huán)[5]。土壤微生物群落結構與草原植物的分布之間存在著緊密的聯(lián)系[6]。

隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的進行，水源的保護及利用在甘南草原地區(qū)受到密切關注[7]。為了能夠更好地治理和修復甘南草原草地退化及水分嚴重損失的狀況，調查甘南草原不同退化程度土壤特性和微生物數量的變化并進行前后兩者的相關性分析，對不同退化程度的草地土壤理化特性及微生物數量的變化特征進行深入研究，為該區(qū)域恢復退化草地提供理論依據。

1材料與方法

1.1樣品采集

于2021年8月采集調查地區(qū)的土樣。各樣地內用五點法分別采集0～30 cm土樣，每層10 cm，分3層，各土層分別混合均勻。利用四分法取土樣兩份，封裝寫好標簽：一份放入冰盒，并及時測定微生物數量；另一份采取自然風干方式，用于土壤理化特性的測定。

1.2土壤測定方法

土壤全氮用半微量凱氏定氮法測定；土壤全磷用鉬銻抗法測定；土壤有機碳用硫酸亞鐵滴定法測定；土壤含水量用105℃烘干稱重測定[8]。

采用涂抹平板計數法，對細菌、真菌、放線菌分別進行測定。細菌采用牛肉膏-蛋白胨培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，真菌采用馬丁-孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，放線菌用瓊脂培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。按土壤微生物數量（CFU/g）=（菌落平均數×稀釋倍數）÷土壤烘干質量來計算總量[9]。

1.3數據處理

應用Excel 2016對室內實驗數據進行對比整理并繪制相對應的圖表；用SPSS 24.0軟件對相同季節(jié)同一土層下不同退化程度土壤理化特性和微生物數量進行單因素方差分析，對同一季節(jié)土壤理化特性及微生物數量進行相關性分析。

2結果與分析

2.1不同退化程度草地土壤含水量及養(yǎng)分變化

土壤含水量最高的是LD樣地，最低的是SD樣地，LD樣地含水量比SD高52.83%。10～20 cm土層SD與ED樣地間有顯著差異（P<0.05），ED比SD樣地含水量高11.85%；20～30 cm土層的含水量有顯著差異性（P<0.05），SD樣地含水量比LD樣地低15.73%，ED樣地比SD樣地高11.49%。

土壤有機質含量與土層深度成反比。如表1所示：0～10 cm層，LD和MD與SD和ED樣地的土壤有機質含量有顯著性差異（P<0.05），土壤全磷含量在LD與ED樣地之間有顯著性差異（P<0.05）；10～20 cm土層中土壤有機質含量在MD與SD樣地間有著顯著性差異（P<0.05），各退化程度樣地LD和MD與SD和ED樣地全磷含量有顯著性差異（P<0.05）；20～30 cm層SD與ED樣地全氮含量有顯著性差異（P<0.05），MD與SD樣地相比，MD樣地全鉀含量較高且存有顯著差異（P<0.05），各退化程度土壤有機質和全磷含量均有顯著性差異（P<0.05）。

2.2不同退化程度草地微生物數量的變化

土層越深，土壤細菌和放線菌數量就越小，而在各樣地10～20 cm土層的真菌數量均最大。在LD和MD樣地，微生物數量在各層間無顯著改變（P>0.05）；在0～20 cm層，細菌數量明顯比20～30 cm層高（P<0.05）。土層越深，細菌數量越低。隨退化程度的不斷加重，0～10 cm層真菌和放線菌數量先增大后減小，如圖1至圖3所示。

2.3土壤理化性質與微生物數量相關性分析

退化草地各土壤因子與微生物數量相關性分析結果表明（見表2和圖4），第1排序軸和第2排序軸土壤微生物數量和土壤因子關系的累積解釋變量為39.87%，其中兩軸的特征值分別為0.397 6和0.001 1，每一軸可解釋的變量分別為39.76和0.11。

如圖4所示，將3種土壤微生物與各土壤因子進行排序，排序圖中實心箭頭表示土壤微生物，空心箭頭表示土壤因子。5種土壤因子的解釋量為39.87%，前兩軸的特征根分別為0.397 6和0.001 1，采用RDA分析前兩軸的數據及土壤微生物數量與土壤因子之間的關系。土壤細菌與土壤因子TK和SOC呈顯著正相關，呈顯著負相關的土壤因子為SWC；土壤真菌和土壤放線菌與土壤因子TN、TP、TK和SOC呈顯著正相關。

3討論

3.1不同退化程度草地土壤理化性質的變化

近幾年來草地退化程度不斷加重，草地植被蓋度受到嚴重影響而降低，導致水分難以保存于地表土壤。由于草地退化較嚴重，退化后的草地植被的地上部分逐漸減少，植物新陳代謝受阻，再加上不同種類毒草和雜草的入侵，植被凋落后的成分也會發(fā)生相應改變，嚴重改變了土壤有機質的含量。該結果與阿依敏·波拉提等[10]土壤養(yǎng)分含量隨著草地退化程度的增加而下降的研究結果一致。

土壤全氮含量在首層處于最低值，土壤全氮含量在MD草地最大，在SD草地含量最小。此結論與崔寧潔等[11]的研究結果相吻合，這是由于大部分的土壤肥力均來源于土壤有機質，因此土壤有機質在土壤中的積累一定程度決定土壤全氮含量的變化趨勢。此外，當草地植物群落遭到破壞時，土壤中的代謝活動大大減弱，嚴重時植物根系的代謝會停止。草地退化還會加速生物殘體的降解，將有機氮逐漸轉化為無機氮，并隨著水土流失而減少[12]。

3.2不同退化程度對草地土壤微生物數量的影響

土壤細菌為土壤中的優(yōu)勢群體，在土壤微生物數量中所占比例最大[13]。此調查研究得出結論，在同一月份LD樣地和MD樣地土壤微生物數量與土層深度成反比，這可能是由于LD和MD樣地土壤未被完全破壞。土壤表層是植物根系分布最多的區(qū)域，大量植被凋物聚集在表層，分解產生土壤有機質，而土壤有機質是微生物分解吸收的物質來源，加上水分、熱量和通氣條件相對適宜，有利于微生物的生長和高速繁殖，促進草地生態(tài)系統(tǒng)當中物質與能量的動態(tài)變化。在SD樣地和ED樣地中，由于失去草地植被在地表的保護作用，與沒有退化的草地相比較，溫度變化速率快、地表晝夜溫差變化差距較大，導致水分和熱量的大量散失及土壤抵御性減弱[14]，從而使土壤微生物數量大幅度減少，不利于植被生長，對土壤微生物的生長和繁殖有嚴重影響。

3.3不同退化程度草地土壤微生物數量與土壤因子之間的關系

本研究發(fā)現土壤微生物的數量與土壤因子有密切關聯(lián)，在不同退化程度下微生物數量也有一定的差異。土壤微生物數量與土壤因子SWC和SOC呈顯著正相關。高寒草原草地的退化程度較低時，其中有機質、全氮與土壤細菌有著顯著的關聯(lián)；在草地退化程度不斷加深的情況下，土表層微生物群系中放線菌的優(yōu)勢增加；真菌在草地退化程度再次加深的情況下，在各土層中均為優(yōu)勢群體，生長繁殖良好，其有機質和全氮含量對細菌數量有明顯影響。

研究發(fā)現，土壤有機質、含水量、全氮和全磷含量影響退化草地中微生物的分布情況。影響最大的是土壤水分含量，在10～20 cm層土壤含水量的損失對高寒草地土壤環(huán)境的影響最大[15]。因此，在退化草地治理過程中先要防止土壤水分的流失，再防止土壤營養(yǎng)的散失。在治理過程中要采取正確的措施，對不同退化程度的草地采取劃區(qū)輪牧、禁牧、施肥和補播等多種不同的治理方式。

4結論

①隨草地退化程度的加深，土壤含水量、有機質含量均逐漸減少，全氮、全磷含量亦逐漸減少；土壤微生物數量的影響各異，細菌數量受到的影響最大，真菌數量受到的影響最小。

②根據相關性分析，甘南高寒草地不同植被生長時期影響微生物數量的土壤理化性質不同，除土壤含水量外，其余指標對土壤微生物數量均有顯著影響。

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