干旱區(qū)典型鹽生植物群落下土壤微生物群落特征

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730021）

對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)而言，土壤微生物作為主要構(gòu)成部分，其群落多樣性成為生態(tài)特征研究的主要標(biāo)準(zhǔn)，也成為近幾年生態(tài)研究中的突出問題。有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在干旱地區(qū)，植物群落類型也會(huì)對(duì)土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)、功能等產(chǎn)生影響。同時(shí)，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、功能差異也會(huì)對(duì)植物凋謝物的分解造成影響，包括物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換方式、碳循環(huán)、氮循環(huán)等。在干旱區(qū)，鹽生植物所處的鹽堿環(huán)境具有生物學(xué)意義，這種低滲透性高、鹽堿含量高的地區(qū)，成為干旱地區(qū)影響傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，不僅影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，還會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生溶陷性、鹽漲性、腐蝕性。因此，對(duì)干旱區(qū)典型鹽生植物群落下的土壤微生物群落特征進(jìn)行研究，了解土壤環(huán)境情況，探究鹽生之物與土壤微生物群落之間的關(guān)系具有重要的科學(xué)價(jià)值，能夠?yàn)楦珊蝶}漬化土壤生物修復(fù)、保護(hù)等提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于甘肅省河西走廊干旱區(qū)域，處于青藏高原、黃土高原、內(nèi)蒙古高原三大高原交匯地帶，含有黑河、石羊河、疏勒河三大水系，形成了具有特殊性的地形地貌、氣候類型。在該區(qū)域，熱月為7 月，最高溫度為24℃；冷月為1 月，最低溫度為-11.8℃；5～9 月中旬為雨季，年降雨量低于150mm。

2 研究過程

2.1 樣地設(shè)置和采樣方法

選擇甘肅河西走廊鹽堿荒地作為本研究的地點(diǎn)，結(jié)合研究點(diǎn)植物群落中存在的不同，綜合結(jié)構(gòu)、物種，最終確定選擇具有一致性的梭梭、白刺、絹蒿、花花柴、檉柳、霧冰藜等典型植物群落。于2019 年4 月25 日，采用梭梭群落典型樣地取樣，選取3 個(gè)樣地，每個(gè)樣地有3 個(gè)樣方，面積為20m×20m，采用“S”型土鉆方法，挖取直徑為7.5mm 的土壤，并裝入密封口袋中，帶回研究室進(jìn)行研究。經(jīng)過2mm 篩選之后，將土樣分為2 份，一份放在4℃環(huán)境環(huán)境中，分析其中微生物群落功能多樣性；一份實(shí)施風(fēng)干操作，分析土壤理化性質(zhì)。其中，理化性質(zhì)包括含水率、容重、pH 值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 土壤理化性質(zhì)試驗(yàn)。采用電極電位法檢測(cè)土壤pH 值，土壤中含有的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮等分別應(yīng)用重鉻酸鉀氧化外加熱法、半微量開式法、擴(kuò)散吸收法進(jìn)行檢測(cè)；速效磷用碳酸氫鈉提取——鉬銻抗顯色——紫外分光光度法進(jìn)行檢測(cè)；速效鉀用NH4Ac 浸提——原子吸收法進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.2 土壤微生物功能多樣性檢測(cè)。土壤微生物碳源多樣性應(yīng)用Biolog 的生態(tài)測(cè)試板進(jìn)行檢測(cè)，選擇與10g烘干土壤重量相同的新鮮土樣，添加到加入100mL 的無菌緩沖液三角瓶中。在瓶口處塞入無菌棉花，在轉(zhuǎn)速為200r/min 機(jī)器下進(jìn)行30min 震蕩，然后根據(jù)比例為1∶100 稀釋液進(jìn)行操作，在Biolog 板上進(jìn)行接種，接種量為150μL。然后將該板放在黑暗環(huán)境下28℃恒溫培養(yǎng)，每間隔12h，該板就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行讀數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理方法

借助碳源利用能夠分析土壤中微生物群落功能的多樣性，平均顏色變化率反應(yīng)微生物總體活性，計(jì)算方式如下：

AWCD=∑（C-R）/n

在上述計(jì)算方式中，C 代表了每個(gè)孔底中檢測(cè)物吸收的光密度值，R 代表了每個(gè)對(duì)照孔中檢測(cè)物吸收的光密度值，單位均為OD。當(dāng)出現(xiàn)C-R 為0 時(shí)，表明對(duì)應(yīng)孔中檢測(cè)物沒有利用碳源。土壤微生物豐富度（S）主要是被利用碳源總數(shù)目，光密度0.25 是顏色變化的最低值。

豐富度應(yīng)用Margalef 指數(shù)（M）

多樣性指數(shù)應(yīng)用Shannon-Weinner 指數(shù)（H）

優(yōu)勢(shì)度指數(shù)用Simpson 指數(shù)（D）

均勻度指數(shù)用Pielou 指數(shù)（E）

在上述式子中，其中主要是第i 個(gè)孔底與對(duì)照孔被檢測(cè)物吸收的光密度值的差/微平板所有檢測(cè)物吸收光密度值的總差，也就是Pi=（C-R）/∑（C-R）；從多樣性角度快來看，其中N 是采樣區(qū)域總重要值和，代表采樣區(qū)域中第i 種植物的重要值，代表重要值之比，S 為采樣區(qū)域群落的種類數(shù)量。

在研究過程中，針對(duì)96h Biolog 板中微生物代謝類型利用AWCD 值進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)果

3.1 土壤微生物群落總碳源利用動(dòng)力特征

對(duì)于微生物整體活動(dòng)，平均顏色變化率（AWCD）為判斷標(biāo)準(zhǔn)，這一數(shù)值能將土壤中微生物應(yīng)用某一碳源物質(zhì)能力呈現(xiàn)出來。通過研究發(fā)現(xiàn)，植物群落下的土壤中AWCD 值在時(shí)間推移的情況會(huì)出現(xiàn)升高情況，并在后期發(fā)展到一定數(shù)值之后逐漸平緩發(fā)展。從宏觀角度來看，這種變化趨勢(shì)凸顯的排列順序?yàn)樗笏?、花花柴、白刺、絹蒿、檉柳、霧冰藜。經(jīng)過96hAWCD 值分析發(fā)現(xiàn)，梭梭群落明顯高于其他植物群落，花花柴次之，其余群落差異并不顯著，最低為霧冰藜。從這可以看出，土壤碳源的利用能力在不同群落下會(huì)有不同的區(qū)別，最強(qiáng)為梭梭，次之為花花柴，霧冰藜最弱。

3.2 土壤微生物群落多樣性分析

對(duì)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)上，梭梭為0.91±0.01a、花花柴為0.86±0.02a、白刺為0.85±0.07a、絹蒿為0.89±0.03a、檉柳為0.92±0.01a、霧冰藜為0.58±0.26b。從這些數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，霧冰藜顯著低于其他群落（P＜0.05），而其他群落之間數(shù)據(jù)相近（P＞0.05），這表明除了霧冰藜之外，其他群落并不會(huì)對(duì)常見菌種造成影響。

在均勻度指數(shù)上，梭梭為0.95±0.01b、花花柴為1.11±0.16b、白刺為1.27±0.17b、絹蒿為1.79±0.29a、檉柳為0.82±0.42b、霧冰藜為0.83±0.31b。可以看出，絹蒿與其他群落對(duì)比較高（P＜0.05），而其他群落之間數(shù)據(jù)相近（P＞0.05）。這表明，出了絹蒿外，其他群落菌群具有均勻性。

3.3 不同鹽生植物群落多樣性

通過本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，檉柳、梭梭、絹蒿等植物群落的豐富度質(zhì)素高于其他群落，P＜0.05。從多樣性和優(yōu)勢(shì)度方面來看，梭梭、絹蒿、檉柳、白刺等植物群落之間不存在差異，但高于其他群落（P＜0.05）；白刺均度明顯高于其他群落（P＜0.05），可以看出，梭梭、絹蒿、檉柳等群落具有一定優(yōu)勢(shì)，多樣性豐富。通過對(duì)鹽生植物多樣性、土壤微生物平多樣性相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，植物的豐富度、多樣性、優(yōu)勢(shì)度與土壤微生物多樣性呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），分別為0.85、0.87、0.75，與土壤生物優(yōu)勢(shì)度也呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，為0.78。這表明，土壤微生物多樣性和鹽生植物的多樣性之間存在關(guān)系，且為正比例關(guān)系。

4 結(jié)論

對(duì)于土壤微生物的生存，植物群落能為其提供必要的生命物質(zhì)。在此次研究中發(fā)現(xiàn)，盡管通過數(shù)據(jù)證實(shí)梭梭群落多樣性與花花柴群落多樣性對(duì)比較高，但二者之間土壤微生物群落并不存在差異。同時(shí)，植物多樣性和土壤微生物顏色變化率之間不存在相關(guān)性關(guān)系，從這可以得出，土壤中微生物的活性與植物多樣性無關(guān)，該值也在一定程度上呈現(xiàn)出土壤微生物群落的活性及探員利用率，不涉及到微生物數(shù)量。

對(duì)土壤微生物群落進(jìn)行優(yōu)勢(shì)度和多樣性等指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，除霧冰藜之外的其他植物，在微生物多樣性方面都不存在差異。對(duì)均勻度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，除了絹蒿之外的其他植物，土壤微生物群落的分布都較為均勻。同時(shí)，植物群落的多樣性、優(yōu)勢(shì)度、豐富度等指數(shù)變化趨勢(shì)一致，梭梭、絹蒿、檉柳植物群落呈現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。根據(jù)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，鹽生植物的豐富度、優(yōu)勢(shì)度、多樣性指數(shù)方面，與土壤微生物的多樣性、優(yōu)勢(shì)度等指示呈現(xiàn)出明顯正相關(guān)關(guān)系，這表明，植物多樣性越豐富，土壤微生物的多樣性就越豐富。

針對(duì)甘肅省干旱區(qū)域鹽生植物群落下的土壤微生物群落多樣性特征，采用Biolog 法征進(jìn)行研究和分析，取得了一定的成果。在碳源利用方面，不同植物群落下土壤微生物對(duì)碳源的利用優(yōu)勢(shì)、利用程度等也僅僅反映出土壤中的生物活動(dòng)性，并不能反映其微生物的活性特征，而且也無法通過這些數(shù)據(jù)構(gòu)建微生物群落系統(tǒng)。本研究中并沒有對(duì)土團(tuán)聚體進(jìn)行微生物研究，還需要進(jìn)一步對(duì)其開展試驗(yàn)探究，研究其中微生物群落的分布特征，探究不同鹽生植物群落下土壤團(tuán)聚微生物多樣性特征，并解釋干旱區(qū)鹽生植物與土壤微生物之間相互作用的關(guān)系。