全 文 ：第 18卷第 3期
2004年 6月 水土保持学报Journa l of Soil and Wa ter Conserv a tion Vol
. 18 No. 3
Jun. , 2004
　
长白山沟谷湿地乌拉苔草沼泽湿地土壤微生物动态及环境效应研究
徐惠风 1, 2 , 刘兴土 1 , 白军红 3
( 1.中国科学院东北地理与农业生态研究所 , 长春 130012; 2.吉林农业大学 农学院 , 长春 130118;
3.中国科学院地理科学与资源研究所 , 北京 100101)
摘要: 实验主要研究了乌拉苔草湿地土壤微生物不同季节在不同土壤剖面上的动态变化 ,结果表明: 不同季节、
不同土壤剖面细菌数量最大 ,其次是真菌 ,最少的是放线菌 ;细菌数量在表层和 A层土壤中随着季节 ( 6～ 9月份 )
变化不断增加 , B层和 C层 7月份较低 ,从 8月份开始上升直到 9月份 ;放线菌在不同的剖面变化较大 ,在 C层仅 9月
份有 ,数量极少 ;真菌在不同剖面变化一致 ,随着季节变化 ( 6～ 9月份 )不断增加。研究表明:乌拉苔草湿地土壤微
生物数量的变化反映了该湿地本身特有的环境效应。
关键词: 乌拉苔草湿地 ;　微生物 ;　细菌 ;　真菌 ;　放线菌 ;　环境效应
中图分类号: S154. 3　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1009-2242( 2004) 03-0115-03
Dynamic Change and Environmental Effects of Soil Microorganism
in Marsh Soils fromCarex Meyeriana Wetlands in Changbai Mountain
XU Hui-feng
1, 2
, LIU Xing-tu
1
, BAI Jun-hong
3
( 1. Northeast Institute of Geograph y and Agricultural Ecolog y ,CAS ,Changchun 130012; 2. College of Agriculture , J ilin Agricult -
ural University , Changchun 130118; 3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research , CAS, Beijing 100101)
Abstract: Dynamic changes of soil microorganism w ere studied in dif ferent soi l profiles inCarex meyeriana wet-
lands in different seasons. The results show tha t the number of bacteria is larg est , following that of epiphy te, and
that of actinomyces; the number of bacteria in top soils and layer A g radually increases with season ( f rom June to
September) , that in layer B and layer C is few er in July, but increases f rom august to September; the number of
Actinomyces g reatly v aries in dif ferent soi l profiles, there exists actinomyces in Layer C only in September and the
number is quiet ly few; and that of epiphyte increases consistently with season ( f rom June to September) in differ-
ent soil profiles. Meanwhile, the dynamic changes of the number of soil microorganism inCarex meyeriana wet-
lands reveal the environmental effects of w etlands.
Key words: Carex meyeriana wetlands;　 microorganism;　 bacteria;　 epiphy te; actinomyces;　 environmental
ef fects
土壤微生物是土壤生态系统中库 ( pool)和流的一个巨大的原动力 [1 ]。微生物群体对环境状况的反应变化 ,
可作为这个地区或历史环境变迁的生物指标 ,土壤微生物可用于监测环境变化方面的研究 [1 ]。目前 ,土壤微生
物领域的研究已经十分活跃 [2～ 4 ]。土壤微生物推动着生态系统的能量和物质循环 ,维持生态系统正常运转。因
此 ,研究湿地生态系统土壤微生物对深入探讨湿地生态系统结构和功能具有非常重要的作用。
1　材料与方法
1. 1　自然区域概况
敦化位于吉林省东部 ,东经 127°28′～ 129°13′,北纬 42°42′～ 44°31′,幅员 11 957 km2 ,海拔 523. 7 m ,属大陆
性中温带湿润气候区。冬季严寒 ,夏无酷暑 ,一年 4季分明。
1. 2　样地的生境
敦化乌拉苔草沼泽湿地群落分布在平坦的沟谷中 ,毛果苔草群落两侧的坡麓地段 ,宽 50～ 70 m ,地面坡度
5°～ 7°,地表为季节性积水 , pH值 6. 0。群落的植物种类较多 ,有 18科 23种 ,以被子植物为主 ,蕨类植物和苔藓植
物少。乌拉苔草生态系统处于沼泽湿地变化的动态水界面 ,随着季节不同周期性地遭受不同深度水的淹渍环
境。
收稿日期: 2003-10-06
基金项目:松嫩平原湿地的保育模式试验示范 (吉林省开发重点项目 )和国家“十五”科技攻关专题 ( 2001ba508b24)共同资助
作者简介:徐惠风 ,女 ,生于 1965年 ,博士生 ,讲师。主要从事植物生理生态、湿地生态环境与环境生物学的教学和研究。
DOI : 10. 13870 /j . cnki . st bcxb. 2004. 03. 029
1. 3　技术方法
1. 3. 1　样品采集　 在乌拉苔草沼泽湿地 , 2002年 6～ 9月挖 1 m× 1 m× 1 m剖面 ,根据不同的土壤发育划分为
4个层面:表土层 ( 0cm)、 A层 ( 30cm )、 B层 ( 60cm)、 C层 ( 90cm)。取出土样马上带回实验室培养。
1. 3. 2　实验方法　土壤微生物 (细菌、真菌、防线菌 )数量 采用平板稀释法 [5 ]
2　结果与讨论
2. 1　细菌的空间变化及环境效应
细菌是土壤生物的主要类群 ,个体小 ,数量多 ,繁殖快 ,在物质循环中起关键作用。有机质含量变化会导致
某些细菌类群减少或增加 ,但不影响另一些细菌类群。这些不受影响的类群是土壤共有的或受别的生态因子影
响 [ 6 ]。
研究结果表明 (图 1、图 2): 细菌在表层土不同季节呈直线上升趋势。6月份最低 , 9月份最高 , A层土的细菌
也呈直线变化 ,但在 6、 7、 8月份变化的较小 , 9月份上升的较大 ; B层土壤中细菌的变化与 C层土壤中细菌的变
化一致:从 6月份开始下降 , 7月份最低 ,然后上升 ,到 9月份最高。乌拉苔草湿地 6月份开始气温上升 ,由于其苔草
湿地是季节性积水 ,所以在 7月份以后 ,雨水的增多 ,草地的积水层加深 ,表层以下淹水时间长 ,土壤通气状况不
良 ,表层土壤的地温升高 ,但是 A层的温度变化不太大 ,而 B层和 C层的土壤温度低 ,适合细菌生存的环境条
件恶劣 ;有机质较少 ,能够适合细菌生长的营养不足 ,所以在 7月份细菌数量在土表之下明显降低。但是随着水
分的蒸发 , 8月份积水下降 ,地温上升 ,所以适合细菌繁殖的环境条件有所改善 ,细菌数量又开始上升。随着 9月
份积水的再次减少 ,低温继续升高 ,所以细菌数量还在增加。
乌拉苔草湿地细菌与其他土壤相比细菌数量较小。不同类型土壤细菌含量主要与是否被污染及污染程度
有关 [7 ]。不同环境 (或小生境 )中繁殖的微生物 ,必然是那些对该环境 (或小生境 )最适宜的类群得到迅速发展 ,
最后构成菌属和类群 ,并达到一定的相对密度 [ 8 ]。
该湿地细菌数量较少 ,说明该湿地被污染程度小 ,或不曾受到污染 ,受人类干扰度也较小。不同植被土壤细
菌群落具有显著的分布 ,与土壤营养因子呈紧密相关 [ 9] ,细菌能反映环境条件的变化 [9 ] ,该研究反映了乌拉苔
草植物群落土壤细菌的特性 ,也反映了该湿地滋生的营养状况和气候环境条件。一般土壤环境的细菌、真菌和
放线菌占微生物总量的比例为:细菌数量最大 ,放线菌居中 ,真菌较少 。而本实验的研究结果为:细菌数量最
大 ,真菌居中 ,放线菌最少。反映乌拉苔草湿地自身的生态环境效应与陆地及其他不同植被环境的效应差异。
2. 2　放线菌的空间变化与环境效应
土壤生态环境强烈地影响着土壤放线菌的类群及数量。土壤中放线菌不仅参与土壤中有机物质的转化活
动 ,而且产生许多有用物质 [10 ]。放线菌的数量与组成均与土壤的熟化程度密切相关。
研究结果表明 (图 1):放线菌在不同季节呈现:表土层 6月份最高 ,然后下降 , 7月份最低 , 8月份上升 , 9月份
继续上升的趋势。反映出不同季节气候条件的变化和土壤环境条件的变化直接影响着放线菌数量的变化 ,从剖
面来看: A层 7月份最低 ,从 6月份下降到 7月份 ,然后上升 , 9月份下降 ; B层从 6月份开始下降 , 7月份最低 ,到 8月
份升为最高 ,然后下降 ; C层仅在 9月份有一点。从剖面结构来看 ,说明乌拉苔草土壤中有机质随着土壤深度的
加深而不断减少 ,腐殖质越来越少 ,能被放线菌利用的纤维素越来越少。说明乌拉苔草湿地土壤历史演化程度
在 90 cm深度以下就已经没有微生物的存活。放线菌较细菌耐旱 ,所以在一定条件下降水量不会显现出对放线
菌的明显影响。由土壤的垂直分布看 ,海拔高度实际表征各土样间土壤温度、水分与植被的差异 [11 ]。
　　Waksman S A和其合作者对土壤中放线菌的分布和特性方面做了广泛的研究 [12 ]。在根围 80 mm以内 ,微
生物数量随离根表面距离的增加而减弱 [13 ] ,与本实验的结果一致。一般情况下 ,土壤放线菌数量占微生物区系
总量的 13% ～ 30% ,乌拉苔草湿地土壤由乌拉苔草枯落物分解所致。由于乌拉苔草是丛生的根系 ,根区有大量
根系分泌的粘液和根表脱落物质 ,其上都附着植物分泌的酶 ,其次 ,根区土壤微生物数量较多 ,这些微生物也常
释放出酶类 ,从而使根区土壤酶活性高于林间土壤。乌拉苔草根际放线菌随着土层的加深而不断减少。
土地的熟化程度、人为的活动、土壤的 pH值均影响着放线菌区系组成 [ 14]。因而可知乌拉苔草湿地熟化程
度较低 ,人为活动较少 ,还体现了乌拉苔草湿地偏酸性的土壤环境效应。
2. 3　真菌的空间变化与环境效应
应用平板计数法对土壤真菌进行了分离计数 ,其数量变化如下: 真菌在四季的变化 (图 1):表层土壤和 A
层呈现出随月份而上升的趋势 ; C层和 D层土壤中真菌的数量变化是在 7月份最低 ,然后上升 ,在 9月份达到最
116 水土保持学报 第 18卷
大值。这是由于 7月份淹水层较深 ,土壤的通气状况不好 ,土壤温度低等环境条件所致。从剖面结构上看 ,随着土
层深度的增加 ,种类的丰度降低 ,且群落构成中以少数菌占优势 ,多样性指数也呈现这种趋势。本实验的结果:
随着土壤深度的增加 ,真菌的数量降低 ,不同土层中真菌的变化趋势基本一致 ,同时揭示了乌拉苔草湿地土壤
层演化规律。
图 1　乌拉苔草湿地土壤微生物时空动态变化三维对数曲线
　　植被类型、湿地植物及枯枝落叶的组分不同、层位不同 ,其微环境 (如土壤温度、水分、有机质、通气性等 )
有差异 ,真菌生态习性 (如对光、热、水、气、 pH值等的反应 )也各不相同。绝大多数真菌为严格好气性、喜偏酸环
境的微环境。反映了本实验样地环境属于偏酸性效应。随位层加深和少数真菌定居分解及营养物质的释放与储
备 ,枯落层化学组分和结构发生改变 ,使它更加紧实 ,更好地保持水分和温度 [15 ]。随层位进一步加深 ,条件变得
恶劣 ,大部分真菌因环境条件不适 ,能量和营养不足而消失。到最后的位层 ,只剩下难分解的物质 ,主要有适应
性广 ,分解力强的土壤细菌来完成 ,且种类数量相对很少。
有植被覆盖的土壤环境中 ,细菌种类的丰盛度比无植被土壤中的要高得多 [18 ] ,在同一取样点上 ,表层土壤
区受植被 ,特别是草本植物的影响很大 ,而表层以下土壤所受的影响要小得多。随着土壤深度的加深 ,土壤环境
越稳定 ,水分越充足 ,而表层的土壤环境所受到的自然环境和人为的干扰得非常剧烈。土壤真菌对土壤中的纤
维素降解作用贡献较大 ,对其他作用贡献不明显。土壤放线菌对固氮作用、硝化作用的贡献率最大 [16 ]。乌拉苔
草湿地土壤中真菌数量少 ,而乌拉苔草纤维素含量高 ,反映了该湿地纤维素降解慢的直接原因。
3　小　结
土壤微生物种类及数量构成在很大程度上影响并决定着土壤的生物活性 ,在土壤有机质分解、土壤腐殖质
合成、土壤团聚体形成以及土壤养分转化等方面具有重要的甚至关键作用。土壤有机质含量是衡量土壤微生物
形状的重要指标。不同土层通气状况有一定差异 ,使土壤真菌在不同土层的数量有差异。
土壤细菌、放线菌和真菌数量都呈现从上剖面而下急剧减少的趋势。不同季节的变化趋势基本一致 ,细菌
最多 ,其次是真菌、放线菌最少。在 90 cm层土壤中由于长期淹渍在水中 ,温度较低 ,土壤通气不良 ,细菌和真菌
很少 ,放线菌几乎没有。3大类土壤微生物中的细菌数量最多 ,放线菌最少 ,并且多分布在疏松的腐殖质层中 ,特
别是表层土壤中微生物数量最多。这主要是因为表层土壤中有机物质含量丰富 ,土壤结构疏松 ,给微生物活动
提供良好的通气条件 ,另一方面 ,表层土壤与空气热交换快 ,其土壤热量状况比下层好 ,利于微生物生长繁殖。
细菌数量占的比例大 ,真菌和放线菌的比例小。在剖面上看 ,自上而下 ,细菌占的比例大 ,细菌的大量繁殖消耗
大量养分 ,从而影响放线菌和真菌的生长繁殖 ,所以在表层土壤中 ,细菌占绝对优势 ,使放线菌和真菌数量所占
比例相对较小 ;在土壤下层 ,细菌数量急剧减少 ,而放线菌和真菌数量所占比例增加。另一方面 ,放线菌和真菌
能形成菌丝体 ,对不良环境适应能力较强 ,特别是真菌。在通气不良条件下 ,能耐较高浓度的 CO2 ,从而比细菌
生长良好。因此他们在土壤剖面中分布虽然也是上层多下层少 ,但其相差只是几倍至几十倍 ,而细菌则相差几
十倍甚至数百倍 [17 ]。
微生物作为生态系统的重要组成部分 ,它对沼泽生态系统中的物质转化、能量流动起着重要的作用 ,它制
约着沼泽类型的分异和演替。从沼泽土壤中微生物的数量变动也可表征沼泽类型性状及环境的重要指标。
下转第 122页
117第 3期 徐惠风等: 长白山沟谷湿地乌拉苔草沼泽湿地土壤微生物动态及环境效应研究
水分因子最重要 ,而在生长期间太阳辐射能量最重要。与一般的水分制约植物生长的观点不同 [9 ] ,笔者认为在
滴灌条件下 ,水分条件满足 ,太阳辐射跃居限制因子。
( 5)不同立地条件的土壤对于水分的保存率不同。不同覆沙厚度的荒漠林土之间 ,有覆沙或者植物秸秆覆
盖的土壤对于水分保存较好 ,厚层覆沙与薄层覆沙对于土体内水分的保存率虽然差异不大 ,但是在植物根层内
水分条件差异大 ,薄层覆沙水分条件较好 ,对于植物生长初期有利。在平地和不同坡向的地形中 ,由于地表太阳
辐射能量之间的差异 ,造成引起潜在蒸发强度的差异 (阳坡> 东坡> 西坡> 阴坡 ,阳坡> 平地和有地形障碍的
平地 ) ,从而造成土壤水分含量的差异 ,阴坡> 东、西坡> 阳坡 ,平地和有地形障碍的平地> 阳坡。
参考文献:
[ 1]　何清 ,等 . 塔克拉玛干沙漠肖塘地区 1995年气候及其影响评价 [ J].干旱区研究 , 1996( 3): 13- 20.
[ 2]　张展羽 ,等 .微咸水灌溉条件下土壤和地下水含盐量空间变异分析 [ J].灌溉排水 , 2001( 3): 6- 9.
[ 3]　尹美娥 .咸水灌溉下的土壤水盐运动规律 [ J].水利水电技术 , 2000( 7): 22- 24.
[ 4]　周智彬 ,等 .塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地对沙地盐分时空分布的影响 [ J].水土保持学报 , 2002, 16( 2): 16- 19.
[ 5]　王玉辉 ,等 .以龟裂地植丛发生演替为例探讨植物对环境的反应与反馈效应 [ J].植物资源与环境学报 , 1999, 8( 3): 29- 33.
[ 6]　李新举 ,等 .秸秆覆盖对土壤水分蒸发及土壤盐分的影响 [ J].土壤通报 , 1999, 30( 6): 257- 258.
[ 7]　李滨生 .治沙造林学 [ M ].北京:中国林业出版社 , 1990. 177.
[ 8]　 Seemann J, et al(亓来福等译 ).农业气象学 [M ].北京: 气象出版社 , 1984. 12- 25.
[ 9]　荀守华 ,等 .日本落叶松生长量与立地因子的相关分析 [ J].山东师大学报 (自然科学版 ) , 1995( 3): 264- 266.
[ 10 ]　刘兆普 ,等 . 不同气候带海水灌溉下滨海土水盐运动特征 [ J].水土保持学报 , 2004, 18( 1): 43- 46.
[ 11 ]　唐奇志 ,等 .半干旱区海水灌溉农田土壤盐分运移规律的研究 [ J].水土保持学报 , 2004, 18( 1): 47- 50.
[ 12 ]　李贻学 ,等 .黄河三角洲盐渍土可持续利用对策 [ J]. 水土保持学报 , 2003, 17( 2): 55- 58.
上接第 117页
参考文献:
[ 1]　蔡燕飞 ,廖宗文 .土壤微生物生态学研究方法进展 [ J].土壤与环境 , 2002, 11( 2): 167- 171.
[ 2]　 Craig L M , Dobbs F C, Tiedje J M . Phylongenetic div ersity of the bacterial community from microbial ma t at an activ e, hy-
dro therma l v ent sy stem, Loch Seamount , Hawaii [ J]. Apple. Env ir on. M icrobio l. , 1995, 61: 1555- 1562.
[ 3]　Wade H J, Naza reth S, Haven R V. Im proved method for recovery o f mRN A from aquatic samples and its applica tion to de-
tection of ma r expression [ J]. Apple. Env iron. M ic robia l. , 1994, 60: 1814- 1821.
[ 4]　William E H, Janssen J K , Chem B K, et al. DN A probes method fo r the detection of specific microo rganisms in the soil bac-
terial community [ J]. Apple. Environ. Microbial. , 1988, 54: 703- 711.
[ 5]　中国科学院土壤研究所微生物室 .土壤微生物研究法 [M ].北京: 科学出版社 , 1985.
[ 6]　杨官品 ,等 .土壤细菌遗传多样性及其与植被类型相关性研究 [ J].遗传学报 , 2000, 27( 3): 278- 282.
[ 7]　王根春 ,李主一 ,等 . 西藏高原不同类型土壤中细菌调查 [ J]. 解放军预防医学杂志 , 1999, 17( 3): 195- 197.
[ 8]　庄铁成 ,林鹏 .武夷山不同森林土壤异样微生物数量与类群组成 [ J].厦门大学学报 (自然科学版 ) , 1997, 36( 2): 293- 298.
[ 9]　杨官品 ,朱艳红 ,陈亮 . 土壤细菌 16Ra rna基因变异型及其与植被的相关研究 [ J].应用生态学报 , 2001, 12( 5): 757- 760.
[ 10 ]　 Elro y A Curl, Bryan t ruelov e. The Pho tosph ere ( Advanced Series in Ag ricultural Sciences 15) [ M ]. New York Tokyo:
Springer-Ver lag Berlin Heidelberg , 1986. 101- 108.
[ 11 ]　张小琳 ,朱铭娥 ,薛泉宏 .西藏草毡土中放线菌资源与分类研究 [ J].西北农业大学学报 , 1997, 25( 6): 47- 50.
[ 12 ]　瓦克斯漫 .放线茵 (第二卷 ) [M ].北京: 科技出版社 , 1997. 69- 219.
[ 13 ]　北京农业大学植保系编 .植物根据生态学与根病生物防治进展 [ M ].北京:中国人民大学出版社 , 1991. 95- 96.
[ 14 ]　徐丽华 ,姜成林 .滇东南地区土壤放线菌区系及资源考察 [ J].微生物学报 , 1996, 36( 1): 48- 52.
[ 15 ]　 (美 )布洛克著 T D. 微生物生态学 [ M ].北京:人民教育出版社 , 1980. 113- 149.
[ 16 ]　张成娥 ,陈小丽 . 植被破坏前后土壤微生物分布与肥力的关系 [ J].水土保持学报 , 1996( 4): 77- 83.
[ 17 ]　周智彬 ,等 .塔里木沙漠公路防护林土壤微生物的生态分布特征 [ J].水土保持学报 , 2002, 16( 3): 47- 50.
[ 18 ]　姜培坤 ,周国模 .侵蚀型红壤植被恢复后土壤微生物量碳、氮的演变 [ J].水土保持学报 , 2003, 17( 1): 112- 114.
[ 19 ]　滕应 ,黄昌勇 ,等 .矿区侵蚀土壤的微生物活性及其群落功能多样性研究 [ J].水土保持学报 , 2003, 17( 1): 115- 118.
[ 20 ]　姚槐应 ,何振立 ,等 .不同土地利用方式对红壤生物多样性研究 [ J].水土保持学报 , 2003, 17( 2): 51- 54.
[ 21 ]　龙健 , 黄昌勇 , 腾应 ,等 . 我国南方红壤矿山复垦土壤的微生物特征研究 [ J]. 水土保持学报 , 2002, 16 ( 2): 126- 132.
[ 22 ]　钱成 ,等 . 西藏中部农田土壤复退过程中的生物学特征 [ J]. 水土保持学报 , 2003, 17 ( 4): 22- 26.
[ 23 ]　查轩 ,等 .林地针叶化对土壤微生物特征影响研究 [ J].水土保持学报 , 2003, 17( 4): 18- 21.
[ 24 ]　张磊 ,等 .长期免耕水稻田土壤的生物特征研究 [ J].水土保持学报 , 2002, 16( 2): 111- 114.
122 水土保持学报 第 18卷