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Microbial community structure of the alpine meadow under different grazing styles in Naqu prefecture of Tibet. 

西藏那曲地区高寒草甸不同放牧方式下土壤微生物群落结构特征


以不同放牧方式下那曲高寒草甸为研究对象,通过比较土壤化学性质和土壤磷脂脂肪酸(PLFA)研究土壤微生物群落结构的变化.结果表明: 土壤化学性质(总有机碳、全磷和硝态氮含量)和微生物生物量碳总体表现为休牧7年>自由放牧>禁牧;除真菌细菌比外,土壤PLFA总值、细菌PLFA值、真菌PLFA值、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌PLFA值均表现为休牧7年>禁牧5年>自由放牧>禁牧7和9年.主成分分析(PCA)表明:第1主成分(PC1=74.6%)主要由单烯脂肪酸、多烯脂肪酸、支链饱和脂肪酸组成;第2主成分(PC2=13.2%)主要由直链脂肪酸和部分单烯脂肪酸组成.土壤微生物生物量碳(MBC)和PLFA总值之间有较好的相关性.与禁牧方式相比,休牧最适宜于那曲高寒草甸健康稳定,轻度放牧也有利于高寒草甸的稳定.

To clarify the effects of grazing styles on the soil microbial community in the alpine meadow, we explored the changes of soil microbial community structure in the alpine meadow located in Naqu district of Tibet Autonomous Region by analyzing the soil  chemical properties and phospholipid fatty acids (PLFAs). The results showed that the contents of soil total organic carbon, total phosphate and nitrate nitrogen under the different grazing styles followed the trend of 7-year rest grazing > free grazing > grazing prohibition. Except for the ratio of fungal PLFAs/bacterial PLFAs, total PLFAs, the bacterial PLFAs, the fungal PLFAs, the gram negative bacterial and the gram positive bacterial PLFAs over the different grazing types were in the order of 7-year rest grazing > 5-year grazing prohibition > 7-year and 9-year grazing prohibition. The principal component analysis (PCA) presented that the first principal component (PC1=74.6%) was mainly composed of monounsaturated fatty acids, polyunsaturated fatty acids and branched fatty acids, and the second principal component (PC2=13.2%) was mainly composed of saturated fatty acids and some monounsaturated fatty acids. Total PLFAs content was significantly positively correlated with microbial biomass carbon content. Compared with grazing prohibition,  fallow grazing was best for the alpine meadow in Naqu district, and free grazing with light intensity was good for the alpine meadow.


全 文 :西藏那曲地区高寒草甸不同放牧方式下
土壤微生物群落结构特征∗
牛  磊1,2  刘颖慧1,2∗∗  李  悦2,3  欧阳胜男2,3
( 1北京师范大学资源学院, 北京 100875; 2北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室, 北京 100875; 3北京师范大学
减灾与应急管理研究院, 北京 100875)
摘  要  以不同放牧方式下那曲高寒草甸为研究对象,通过比较土壤化学性质和土壤磷脂脂
肪酸(PLFA)研究土壤微生物群落结构的变化.结果表明: 土壤化学性质(总有机碳、全磷和硝
态氮含量)和微生物生物量碳总体表现为休牧 7 年>自由放牧>禁牧;除真菌细菌比外,土壤
PLFA总值、细菌 PLFA值、真菌 PLFA值、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌 PLFA值均表现为休
牧 7年>禁牧 5 年>自由放牧>禁牧 7 和 9 年.主成分分析(PCA)表明:第 1 主成分(PC1 =
74.6%)主要由单烯脂肪酸、多烯脂肪酸、支链饱和脂肪酸组成;第 2 主成分(PC2 = 13.2%)主
要由直链脂肪酸和部分单烯脂肪酸组成.土壤微生物生物量碳(MBC)和 PLFA 总值之间有较
好的相关性.与禁牧方式相比,休牧最适宜于那曲高寒草甸健康稳定,轻度放牧也有利于高寒
草甸的稳定.
关键词  微生物生物量碳; 磷脂脂肪酸; 放牧方式
文章编号  1001-9332(2015)08-2298-09  中图分类号  S154.3  文献标识码  A
Microbial community structure of the alpine meadow under different grazing styles in Naqu
prefecture of Tibet. NIU Lei1,2, LIU Ying⁃hui1,2, LI Yue2,3, OUYANG Sheng⁃nan2,3 ( 1College of
Resources Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China; 2State Key
Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology, Beijing Normal University, Beijing
100875, China; 3Academy of Disaster Reduction and Emergency Management, Beijing Normal Uni⁃
versity, Beijing 100875, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(8): 2298-2306.
Abstract: To clarify the effects of grazing styles on the soil microbial community in the alpine
meadow, we explored the changes of soil microbial community structure in the alpine meadow loca⁃
ted in Naqu district of Tibet Autonomous Region by analyzing the soil chemical properties and phos⁃
pholipid fatty acids (PLFAs). The results showed that the contents of soil total organic carbon, total
phosphate and nitrate nitrogen under the different grazing styles followed the trend of 7⁃year rest
grazing > free grazing > grazing prohibition. Except for the ratio of fungal PLFAs / bacterial PLFAs,
total PLFAs, the bacterial PLFAs, the fungal PLFAs, the gram negative bacterial and the gram
positive bacterial PLFAs over the different grazing types were in the order of 7⁃year rest grazing >
5⁃year grazing prohibition > 7⁃year and 9⁃year grazing prohibition. The principal component ana⁃
lysis (PCA) presented that the first principal component (PC1 = 74.6%) was mainly composed of
monounsaturated fatty acids, polyunsaturated fatty acids and branched fatty acids, and the second
principal component (PC2 = 13.2%) was mainly composed of saturated fatty acids and some mo⁃
nounsaturated fatty acids. Total PLFAs content was significantly positively correlated with microbial
biomass carbon content. Compared with grazing prohibition, fallow grazing was best for the alpine
meadow in Naqu district, and free grazing with light intensity was good for the alpine meadow.
Key words: microbial biomass carbon; phospholipid fatty acid; grazing style.
∗国家自然科学基金项目(31270500,31240002)和中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050602)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: lyh@ bnu.edu.cn
2014⁃09⁃18收稿,2015⁃05⁃23接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 8月  第 26卷  第 8期                                                           
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2015, 26(8): 2298-2306
    在人类过度放牧和自然因素的双重影响下,青
藏高原高寒草地退化严重,严重影响了当地社会、经
济和生态环境的可持续发展[1] .更深层次的草地退
化表现在其土壤环境的退化,由于土壤微生物对土
壤环境条件的变化非常敏感[2-3],因此土壤微生物
群落结构的变化可作为衡量草地生态环境功能的指
标,也能够较好地指示草地生态系统的健康变化[4] .
为研究土壤复杂群落中的微生物多样性,磷脂
脂肪酸(PLFA)生物标记方法被广泛应用于生态学
研究中[5-8] .由于 PLFA具有结构多样性和生物学特
异性[9-11],是特别有效的生物标记物,可用于了解微
生物群落结构[12-15] .近年来,对草地生态系统土壤
微生物多样性研究主要集中在放牧方式下生态因子
影响[16]、微生物数量和时空分布变化等[16-18] .以往
研究对不同放牧方式下的土壤微生物多样性和群落
结构变化的报道相对较少,且研究区域主要集中于
温带草原[19-20],而对青藏地区高寒草甸的研究鲜有
报道.
那曲地区位于西藏自治区北部,草地总面积约
占全区土地总面积的 94.4%,是西藏自治区的主要
畜牧基地之一[21] .过度放牧等因素使得该地区草甸
土壤退化十分严重[22] .本研究的目的是通过了解不
同放牧方式下土壤 PLFA 变化情况,揭示土壤微生
物多样性和群落变化对不同土地管理方式的响应,
为那曲地区高寒草甸生态系统利用保护和恢复重建
提供基础数据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
那曲地区位于西藏自治区冈底斯山和念青唐古
拉山以北地区(30°27′—35°39′ N,83°4′—95°10′ E).
土地总面积为 44.6万 km2,其中草地总面积为 42.1
万 km2,占那曲地区土地总面积的 94.4%.草地生态
系统是该地区最重要和面积最大的生态系统,主要
以高寒草原和高寒草甸类草地为主[21-23] .
研究区平均海拔在 4500 m 以上,年均温在
-2.8~1.6 ℃,年降水量在 247.3~513.6 mm[24],年蒸
发量在 1500~2300 mm,由东南向西北逐渐增大[25] .
植被以矮生嵩草(Kobresia humilis)为建群种,常见
的伴生种主要有早熟禾 (Poa annua)、高原毛茛
(Ranunculus tangutica)、二裂委陵菜(Potentilla bifur⁃
ca)、鹅观草(Roegneria tsukushiensis)等[21] .
1􀆰 2  样地设置及样品采集
样地位于那曲地区那曲县(31.44° N,92.02° E).
调查时间在 2013 年 8 月 21—29 日,选取 5 种放牧
方式草地进行调查,分别是牧民轻度放牧样地(自
由放牧,FM)、2004年起禁牧样地(禁牧 9 年,JM9)、
2006年起禁牧样地(禁牧 7 年,JM7)、2008 年起禁
牧样地(禁牧 5 年,JM5)和 2006 年起进行夏季禁
牧、冬季放牧的季节性放牧即休牧样地(休牧 7 年,
XM7). 2004年那曲地区植被土壤调查数据中,该区
域草地属于中度退化程度且无鼠害,土壤质地为轻
壤土,草地利用方式为自然状态放牧利用[22] .
每种放牧方式的草地中,均设置 4 个样地作为
重复,共计 20个样地.每个样地内随机选取 5 个点,
去除表面植被,用直径为 5 cm的土钻钻取 0~15 cm
的土壤,混匀过 2 mm筛以除去石头、根系以及土壤
动植物.土壤样品冷藏后带回实验室于-18 ℃冷冻
保存,以备室内分析.
1􀆰 3  土壤化学性质、土壤微生物生物量碳测定和
PLFA分析
土壤铵态氮(NH4
+ ⁃N)以及硝态氮(NO3
- ⁃N)使
用离子色谱仪测定;土壤总有机碳(TOC)使用重铬
酸钾氧化⁃外加热法测定;土壤全氮(TN)采用元素
分析仪测定;土壤全磷(TP)为土样经消解后由光谱
仪测定.土壤微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸
法测定.
PLFA分析方法如下:称取相当于 8.0 g干土的新
鲜土样,使用 Bligh⁃Dyer 提取液提取磷脂脂肪酸,采
用 HP6890气相色谱 HP5973质谱联用仪(GC⁃MS)进
行分析[25] .以往研究表明,表征细菌的 PLFA可通过
i14 ∶ 0、 i15 ∶ 0、a15 ∶ 0、16 ∶ 0、 i16 ∶ 0、16 ∶ 1w5c、
16 ∶ 1w7c、16 ∶ 1w9c、16 ∶ 1 2OH、17 ∶ 0、i17 ∶ 0、a17 ∶ 0、
cy17 ∶ 0、17 ∶ 1w8c、 18 ∶ 0、 18 ∶ 0 2OH、 18 ∶ 11、
18 ∶ 1w7c、cy19 ∶ 0含量估算[26-30];表征真菌的 PLFA
可通过 18 ∶ 1w9c、18 ∶ 2w6,9c的含量估算[29];表征
放线菌的 PLFA 可通过 10Me17 ∶ 0 和 10Me18 ∶ 0
的含量估算[30] .表征革兰氏阳性菌的 PLFA 可通过
i14 ∶ 0、i15 ∶ 0、a15 ∶ 0、i16 ∶ 0、i17 ∶ 0、a17 ∶ 0 的含
量估算,而表征革兰氏阴性细菌的 PLFA 可通过
16 ∶ 1w5c、16 ∶ 1w7c、16 ∶ 1w9c、cy17 ∶ 0、17 ∶ 1w8c、
18 ∶ 0 2OH、18 ∶ 1w5c、18 ∶ 1w7c、18 ∶ 1w9c、cy19 ∶ 0
的含量估算[31] .真菌与细菌的 PLFA 值比可由真菌
PLFA细菌 PLFA的比值得出[32] .
1􀆰 4  数据分析
对数据重复值 ( n = 4)进行单因素方差分析
(one⁃way ANOVA),对不同放牧方式下各指标值进
行差异显著性检验(α= 0.05)以及相关性分析,采用
99228期                  牛  磊等: 西藏那曲地区高寒草甸不同放牧方式下土壤微生物群落结构特征       
SPSS 12.0软件进行上述分析. 采用 CANOCO 4.5软
件对 PLFA数据进行主成分分析(PCA),使用 Sig⁃
maPlot 12.5软件作图.
2  结果与分析
2􀆰 1  不同放牧方式下土壤化学性质和土壤微生物
生物量碳
由表 1 可见,不同放牧方式下样地的土壤基本
化学性质呈现一定的规律.总体上除了 NH4
+ ⁃N 外,
样地土壤化学性质含量表现为休牧 7 年>自由放牧
>禁牧.土壤 MBC 含量在 195.4 ~ 471.4 mg·kg-1,而
休牧 7年与自由放牧差异不显著,但显著高于禁牧
处理;自由放牧与禁牧 9和 7年差异不显著,但与禁
牧 5年差异显著,不同禁牧处理土壤 MBC含量差异
不显著.TOC在 12.4~26.8 g·kg-1,禁牧 5年的土壤
TOC含量与其他放牧方式之间差异显著,而其他管
理方式之间差异不显著.土壤 NH4
+ ⁃N 含量在 3.0 ~
4.4 mg·kg-1,不同管理方式之间差异不显著. 土壤
NO3
- ⁃N含量在 0.5~8.6 mg·kg-1,自由放牧与其他
管理方式之间差异显著,而其他管理方式之间差异
不显著. 土壤 TP 含量在 0.26~0.33 g·kg-1,休牧与
自由放牧差异不显著,但与禁牧 5、7 和 9 年差异显
著;自由放牧与禁牧 9年差异显著,但与禁牧 7 和 5
年差异不显著,禁牧管理方式之间差异不显著.
2􀆰 2  不同放牧方式下土壤 PLFA分析
不同放牧方式下土壤共检测出 24种土壤 PLFA
标记的磷脂脂肪酸(图 1).由表 2 可以看出,土壤
PLFA以 7种单烯脂肪酸和 8 种支链饱和脂肪酸以
及 3种直链饱和脂肪酸为主,相对含量分别占总量
的 34.2%~43.5%、24.9% ~34.5%和 18.0% ~ 19.6%.
还有 2 种环丙烷脂肪酸和 2 种双烯脂肪酸以及
2种羟基脂肪酸被检测出.禁牧 9 年没有检测到
20 ∶ 4w6,9,12,15c,禁牧 7年没有检测到18 ∶ 0 2OH.
在 24种 PLFA标记的磷脂脂肪酸中 16 ∶ 0、18 ∶ 1w9c
和 18 ∶ 1w7c含量很高,分别占 PLFA总量的 14.5%~
15.3%、8.5%~10.8%和 10.6%~11􀆰 0%.
对自由放牧、禁牧 9 年、禁牧 7 年、禁牧 5 年和
休牧 7 年样地土壤 PLFA 进行分析.从图 2 可以看
出,除真菌 /细菌外,土壤 PLFA均是休牧 7 年>禁牧
5年>自由放牧>禁牧 7 和 9 年.土壤 PLFA 总值为
9􀆰 5~17.7 nmol·g-1,休牧 7年的 PLFA总值分别比自
由放牧和禁牧9、7和5年多52.6%、79􀆰 2%、85􀆰 4%
表 1  高寒草甸不同放牧方式 0~ 15 cm土壤性质和土壤微生物生物量碳
Table 1  Basic properties and MBC in alpine meadow soils within 0-15 cm depth under different grazing styles
土壤化学性质
Soil basic property
放牧方式 Grazing style
FM JM9 JM7 JM5 XM7
微生物生物量碳 MBC (mg·kg-1) 386.9±61.9ab 232.2±50.2bc 275.7±48.7bc 195.4±33.3c 471.4±79.7a
总有机碳 TOC (g·kg-1) 22.0±1.6a 20.7±2.4a 24.3±3.6a 12.4±1.7b 26.8±3.0a
铵态氮 NH4 + ⁃N (mg·kg-1) 3.0±0.6a 4.2±0.9a 3.4±0.6a 2.8±0.6a 4.4±0.3a
硝态氮 NO3 - ⁃N (mg·kg-1) 8.6±0.9a 2.3±1.5b 0.5±0.1b 0.8±0.2b 0.7±0.1b
全磷 TP (g·kg-1) 0.31±0.01ac 0.26±0.02b 0.29±0.02bc 0.28±0.00bc 0.33±0.01a
同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Different small letters in the same row meant significant difference at 0.05 level. FM: 自由放牧 Free gra⁃
zing; JM9: 禁牧 9年 9⁃year grazing prohibition; JM7:禁牧 7年 7⁃year grazing prohibition; JM5:禁牧 5年 5⁃year grazing prohibition; XM7:休牧 7年
7⁃year rest grazing. 下同 The same below.
表 2  高寒草甸不同放牧方式 0~ 15 cm土壤 PLFA类型及比例
Table 2  PLFAs and their proportions (%) of alpine meadow soils within 0-15 cm depth under different grazing styles
PLFAs 高寒草甸放牧方式 Grazing style in alpine meadow
FM JM9 JM7 JM5 XM7
直链饱和脂肪酸 数量 Number 3 3 3 3 3
Saturated fatty acid % 18.0±0.6 19.6±0.2 18.4±0.6 19.0±0.6 18.7±0.4
单烯脂肪酸 数量 Number 7 7 7 7 7
Monounsaturated fatty acid % 38.0±0.5 33.0±0.9 34.2±0.9 43.5±0.2 37.7±0.4
多烯脂肪酸 数量 Number 2 1 2 2 2
Polyunsaturated fatty acid % 4.7±0.4 4.3±0.7 5.3±1.0 6.9±0.6 5.8±1.0
支链饱和脂肪酸 数量 Number 8 8 8 8 8
Branched fatty acid % 31.4±0.7 34.5±0.8 32.8±1.9 24.9±0.7 30.1±0.8
环丙烷脂肪酸 数量 Number 2 2 2 2 2
Cyclo fatty acid % 6.1±0.2 6.5±0.3 7.5±0.4 4.6±0.2 6.1±0.3
羟基脂肪酸 数量 Number 2 2 1 2 2
Hydroxy fatty acid % 1.8±0.7 2.2±0.2 1.9±0.3 1.1±0.1 1.6±0.4
0032                                     应  用  生  态  学  报                                      26卷
图 1  高寒草甸不同放牧方式土壤微生物 PLFA图谱
Fig.1   Soil microbial PLFA profiles of alpine meadow under
different grazing styles.
FM: 自由放牧 Free grazing; JM9: 禁牧 9年 9⁃year grazing prohibition;
JM7: 禁牧 7年 7⁃year grazing prohibition; JM5: 禁牧 5 年 5⁃year gra⁃
zing prohibition; XM7: 休牧 7 年 7⁃year rest grazing. 下同 The same
below.
和 17.9%.土壤细菌 PLFA值为 7.4~13.7 nmol·g-1,
休牧 7年的细菌 PLFA值分别比自由放牧和禁牧 9、
7和 5年多 49.9%、75.2%、86.0%和 16.9%.土壤真菌
PLFA值为 1.5~2.9 nmol·g-1,休牧 7年的真菌 PL⁃
FA值分别比自由放牧和禁牧 9、7 和 5 年多 59.2%、
94.2%、86.6%和 7.2%.土壤革兰氏阴性菌 PLFA 值
为 3.9~7.8 nmol·g-1,其中休牧 7 年的革兰氏阴性
菌 PLFA 值分别比自由放牧和禁牧 9、7 和 5 年多
49.5%、98.0%、95.1%和 7.5%.休牧 7 年和禁牧 5 年
土壤 PLFA 总值、土壤细菌 PLFA 值、土壤真菌 PL⁃
FA值和土壤革兰氏阴性菌 PLFA 值显著高于自由
放牧、禁牧 9 和 7 年.而休牧 7 年和禁牧 5 年之间
PLFA数值差异不显著,同样自由放牧、禁牧 9 年和
7年之间 PLFA数值差异也不显著.土壤中革兰氏阳
性菌 PLFA值为 2.5 ~ 4.3 nmol·g-1,休牧 7 年的革
兰氏阳性菌 PLFA值分别比自由放牧和禁牧 9、7 和
5年多 43.6%、53.4%、73.8%和 34.3%,其中休牧 7
年与其他管理方式差异显著,而禁牧 5 年只与禁牧
7年差异显著,自由放牧与禁牧 9、7 年之间无显著
差异.土壤中真菌细菌含量比为 0.187 ~ 0.227,各种
管理方式之间没有显著差异.
2􀆰 3  不同放牧方式下土壤微生物群落结构
对自由放牧、禁牧 9 年、禁牧 7 年、禁牧 5 年和
休牧 7 年样地土壤的 23 种土壤 PLFA 进行主成分
分析,发现第 1 主成分(PC1)和第 2 主成分(PC2)
合计达到土壤微生物群落组成的 87.8%(图 3),其
余 12.2%为其他种类微生物. PC1 主要由单烯脂肪
酸、多烯脂肪酸、支链饱和脂肪酸组成,共占微生物
群落结构变异的74.6%,其中16 ∶ 1w5c、16 ∶ 1w7c、
表 3  土壤基本化学性质和土壤微生物生物量碳与 PLFA
相关分析
Table 3  Correlation between soil PLFAs content and soil
basic properties, MBC
PLFAs 土壤理化性质 Soil basic property
微生物
生物量 MBC
总有机碳
TOC
铵态氮
NH4+⁃N
硝态氮
NO3-⁃N
全磷
TP
总 PLFA
Total PLFA
0.50∗ 0.15 0.08 -0.21 0.29
细菌
Bacteria
0.49∗ 0.15 0.10 -0.19 0.29
真菌
Fungi
0.45 0.05 -0.05 -0.25 0.21
放线菌
Actinomycete
0.68∗∗ 0.59∗∗ 0.27 -0.21 0.47∗
革兰氏阳性菌
Gram positive
bacteria
0.63∗∗ 0.37 0.28 -0.10 0.32
革兰氏阴性菌
Gram negative
bacteria
0.40 0.02 0.01 -0.18 0.27
真菌细菌比
Fungi:bacteria
0.14 -0.09 -0.34 -0.26 -0.01
∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
10328期                  牛  磊等: 西藏那曲地区高寒草甸不同放牧方式下土壤微生物群落结构特征       
图 2  不同放牧方式 0~15 cm土壤微生物 PLFA指标
Fig.2  Microbial PLFAs in soils within 0-15 cm depth under different grazing styles.
图 3  不同放牧方式 0 ~ 15 cm 土壤微生物 PLFA 结构主成
分分析
Fig.3   Principal component analysis of soil microbial PLFAs
within 0-15 cm depth under different grazing styles.
16 ∶ 1w9c、a17 ∶ 0、 i16 ∶ 0、18 ∶ 2w6,9 含量较高.
PC2 主要由直链脂肪酸和部分单烯脂肪酸组成,共
占微生物群落结构变异的 13.2%,其中 18 ∶ 0、7 ∶ 0、
17 ∶ 1w8c等含量较高.
不同放牧方式下土壤微生物 PLFA在主成分分
析图坐标轴上的分布差异较大(图 3),表明 PC1 主
要是由禁牧 5 年、禁牧 7 年和禁牧 9 年的 PLFA 种
类和数量决定,PC2 主要由休牧 7 年的 PLFA 种类
和数量决定.即 PC1 可代表不同禁牧时间对土壤微
生物群落结构的影响,PC2 可代表休牧 7 年对土壤
微生物群落结构的影响.根据主成分 PC1 和 PC2 的
贡献值,发现禁牧 5、7 和 9 年对土壤微生物群落结
构的影响程度明显高于休牧 7年.
2􀆰 4  不同放牧方式下土壤微生物生物量碳和土壤
化学性质与 PLFA的相关性
对本研究区土壤 MBC 含量与土壤 PLFA 值进
行比较,发现二者在不同放牧方式下的变化规律存
在差异. 土壤 MBC 含量表现为:休牧 7 年>自由放
牧>禁牧 5年.PLFA值表现为:休牧 7年>禁牧 5年>
自由放牧. 由表 3可以看出,土壤MBC含量与 PLFA
总值、细菌 PLFA 值和放线菌 PLFA 值、革兰氏阳性
菌 PLFA值分别呈显著相关.氯仿蒸熏法和 PLFA法
之间有很好的一致性,这表明在不同放牧方式下土
壤 MBC含量可以表征西藏那曲草甸微生物结构变
化.土壤 TOC含量和 TP 含量与放线菌PLFA值呈显
著正相关.
2032                                     应  用  生  态  学  报                                      26卷
3  讨    论
土壤理化性质是土壤肥力的基础[33] .研究发
现,禁牧对退化的草地土壤的恢复作用,容易发生在
沙地、坡地、干旱区等环境下[34] .但有研究认为,禁
牧对草地土壤有负面效应,比如对未退化的草地长
时间禁牧使枯落物大量积累进而影响草地生态系统
的物质能量循环.这与本研究中禁牧(包括禁牧 5
年、禁牧 7年、禁牧 9 年)土壤 TOC(除禁牧 7 年)、
土壤 NO3
- ⁃N和 TP 指标小于自由放牧一致,原因可
能是禁牧草地凋落物过多导致碳循环不畅[35] .有研
究发现,放牧对土壤有机碳、土壤可利用氮、土壤磷
等土壤化学性质有负面作用或者无明显作用[36-38] .
但也有研究表明,放牧对土壤化学性质的增加有促
进作用[39],这与本研究自由放牧土壤化学性质指标
大于禁牧一致,主要原因可能是合理放牧导致牧草
增加或者导致植物组成变化,有机质生产能力和碳
沉积量提高,氮磷转化率增加[40] .有研究指出,休牧
对草原恢复和土壤理化性质有正面作用[34],与本研
究中休牧 7年土壤化学性质指标(除土壤 NO3
- ⁃N)
高于放牧和禁牧的结论一致,可能是由于休牧 7 年
控制了家畜的放牧时间和强度,保证草地植被的良
性发展以及群落结构优化,使土壤环境改善[41] .
土壤 MBC是土壤有机质和养分转化与循环的
动力[42],又可作为土壤中植物有效养分的储备库,
对土壤环境条件变化极为敏感[43] .本研究表明,不
同放牧方式那曲草甸土壤 MBC含量差异显著,表现
为休牧>自由放牧>禁牧.有研究发现,放牧可以使草
原土壤 MBC含量减少[44] .但有研究指出,放牧使高
原草原土壤微生物生物量碳、氮增加[45],本研究中
土壤 MBC值为自由放牧>禁牧,原因可能是适度放
牧刺激植物根系分泌更多的活性碳,为微生物生长
提供能源,促进土壤养分循环[46] .
目前,PLFA 分析广泛应用在土壤微生物多样
性研究中,PLFA 是磷脂的构成成分,PLFA 可揭示
特定生物种群的存在和丰度[4] .本研究中,休牧 7 年
的 PLFA总值、细菌 PLFA值和真菌 PLFA值均显著
高于自由放牧、禁牧(包括禁牧 5年、禁牧 7年、禁牧
9年).PLFA与土壤 MBC 表现出一致的变化特征,
土壤 MBC 含量与 PLFA 的显著相关性在前人文献
中已有报道[20,47] .本研究表明了 PLFA 作为微生物
量表征的可靠性.
对草地实行围封禁牧是当前退化草地恢复与重
建的重要措施之一,根据兼顾畜牧业发展和草地生
态系统健康的可持续性原则,草地禁牧要有一定的
封育期限[34] .封育期的长短主要根据草地退化程度
和恢复状况而定[48] .有学者对退化草地的禁牧时间
进行研究并得出了一些结论,比如对重度退化草地
采用禁牧围封方式 8 年后,植物群落能得到较好的
恢复[49] .本研究中,禁牧 5 年的 PLFA 值最高,这与
在同一块试验样地的关于生物多样性和生物量的研
究得出禁牧 5 年达到其生产潜力峰值的观点一
致[21] . 但禁牧 7年土壤 MBC值、TOC、TP 含量最高.
土壤 PLFA、生物多样性和生物量与土壤 MBC 最高
值出现年份不同,可能是由于土壤系统本身的复杂
性、分布不均匀和相对于植被反应的滞后性导致
的[50] .
土壤真菌细菌含量比可以反映真菌和细菌的相
对变化范围和相对丰富程度[51] .有研究认为,土壤
真菌细菌比越高土壤生态系统稳定程度越高[52] .本
研究中,禁牧方式中禁牧 5年的真菌细菌比最高,说
明禁牧 5年生态系统的稳定程度较禁牧 7和 9 年要
高.前人关于不同放牧方式下真菌细菌比的研究结
论不同,有人认为围封禁牧样地的真菌与细菌比要
高于自由放牧[19,47],而有些持相反观点[53],原因可
能是放牧强度和禁牧周期存在差异.本研究主要通
过对 PLFA主成分贡献值进行分析,发现禁牧对土
壤微生物群落结构的影响程度明显高于休牧 7 年,
这说明不同利用方式不仅影响微生物生物量,也明
显影响微生物群落结构.
对西藏那曲地区高寒草甸进行科学的利用和保
护,需要深入了解自由放牧、禁牧和休牧各种方式对
高寒草甸健康程度的影响.本研究从土壤理化性质、
土壤微生物生物量碳和土壤 PLFA 的角度综合考虑
不同放牧方式下高寒草甸的土壤情况,认为休牧和
适度放牧(轻度自由放牧)有利于高寒草甸生态系
统的健康与稳定,而禁牧不利于高寒草甸的健康发
展.比较禁牧时间对高寒草甸的影响,认为禁牧 5 年
可达到生产潜力峰值.
土壤酸碱性对微生物群落的数量和结构特征影
响显著.不同土壤微生物群落的最适 pH 范围不同,
细菌和放线菌适宜中性和碱性土壤,真菌则适宜于
酸性土壤[54] .在 pH 5 ~ 8 范围内微生物数量会随着
pH值的升高而增加,但是 pH 值过低或者过高对绝
大多数微生物不适宜[55] .有研究指出,随着土壤氮
添加量的增加,土壤 pH 值显著下降,但土壤PLFA
值呈上升趋势,这可能是由于氮添加对土壤微生物
的促进作用大于抑制作用[56] .也有学者对不同耕作
30328期                  牛  磊等: 西藏那曲地区高寒草甸不同放牧方式下土壤微生物群落结构特征       
方式下土壤酶活性和 PLFA 研究指出,pH 值在深
松、翻耕等耕作方式下没有显著差异[8] .本研究未讨
论不同放牧方式下土壤微生物群落结构与土壤酸碱
性的关系,今后可对土壤酸碱性进行长期测定.
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作者简介  牛  磊,男,1990年生,硕士研究生. 主要从事草
原生态研究. E⁃mail: niulei@ mail.bnu.edu.cn
责任编辑  肖  红
6032                                     应  用  生  态  学  报                                      26卷