全 文 ：第 32 卷 第 3 期
2011 年 7 月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal of Inner Mongolia Agricultural University
Vol． 32 No． 3
Jul． 2011
沙柳沙障腐蚀过程中微生物的作用
*
龚 萍， 高 永1* ， 迟悦春2
(1． 内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019，2． 鄂尔多斯市林业局，内蒙古 鄂尔多斯 017000)
摘要: 在试验地采集不同铺设年限的沙柳沙障样本，带回实验室测定其细菌、放线菌、真菌、纤维素分解菌的数量。
以抗折强度损失率作为衡量沙柳沙障的腐蚀程度评价指标，分析不同垂直位置 4 种微生物数量的分布特征，及其与
沙柳沙障腐蚀的相关关系。结果表明，随着铺设沙障年限的增长，沙柳沙障腐蚀程度增加，4 种微生物均表现出数量
增多的趋势;数量由地下到地上均呈现出“高低高”的趋势，且最低点出现在地面附近，沙障地下部分数量高于地上
部分;相关分析结果表明，4 种微生物的数量与沙柳沙障的腐蚀程度均呈现出显著正相关关系，其中，与纤维素分解
菌相关关系最大。
关键词: 沙柳沙障; 腐蚀过程; 微生物
中图分类号: S763． 3 文献标识码: A 文章编号:1009 － 3575(2011)03 － 0138 － 05
THE ROLE OF MICROORGANISMS DURING SALIX
PSAMMOPHILA CHECKERBOARD CORROSION
GONG Ping 1， GAO Yong 1， CHI Yue － chun 2
(1． College of，Ecological and Environment Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot，Inner Mongolia 010019，China;
2． Ordos Forestry Bureau，Inner Mongolia，Ordos 017000，China)
Abstract: Loss rate of flexural strength was treated as the index to measure the corrosion of Salix psammophila checkerboard，the
numbers of bacteria，fungi，actinomycete，cellulose decomposition microbe of rotting Salix psammophila checkerboard were deter-
mined，analyzed the distribution of different vertical space position of four kinds of microbes，and the correlation with the corrosion of
Salix psammophila checkerboard． Result showed that，the correlation degree increased with laid age，and the numbers of four kinds of
microbes showed the trend of increasing;Number from underground to the overground both showed the trend of“high － low － high”，
and the nadir appeared in the ground nearby，the number rising trend of underground part was higher than the overground part;Correla-
tion analysis results showed that the numbers of four microbes and the Salix psammophila checkerboard corrosion degree showed signifi-
cant positive correlation，the largest is cellulose decomposition microbes．
Key words: Salix psammophila checkerboard; corrosion; microbe
荒漠化已经成为威胁人类生存的十大环境问题
之首［1］，给我国经济发展和人民群众的生产生活造
成了严重危害［2］。因此，荒漠化防治已成为我国急
待解决的问题［3］。沙柳沙障是西北地区进行防沙治
沙应用的主要措施之一［4］，对于沙柳沙障防沙固沙
前人已作了大量的工作，积累了不少经验，取得了一
系列重要成果。大量的研究实践证明沙柳沙障在防
风固沙、改良水土及促进植被恢复等方面均具有很
好的效果［5］，是从根本上改善生态环境的一项关键
措施［6］。然而，在实际研究中发现，沙柳沙障在铺设
一定年限以后会发生不同程度的倒伏，五年后倒伏
率达到了 70% － 80%，而造成这种现象的主要原因
却是沙障地下部分腐烂。因此，沙柳沙障的腐烂从
根本上影响了其防护效益的发挥［7］。在浩瀚的沙漠
* 收稿日期: 2011 － 06 － 14
基金项目: 国家自然科学基金(40961036、30972420 ) ，内蒙古农业大学科技创新团队:NDTD2010 － 11
作者简介: 龚萍(1983 －) ，女，内蒙古赤峰人，博士研究生，主要从事荒漠化防治研究．
* 通讯作者: E － mail:gaoyong315@ yahoo． com． cn
上，经常更换沙柳沙障，也会带来人力、物力、财力上
的很大耗费。这个问题，越来越引起人们的重视［8］。
本文以腐烂的沙柳沙障为研究对象，以抗折强
度损失率作为衡量沙柳沙障的腐蚀情况的指标，对
沙柳沙障微生物的数量进行测定，从空间和时间上，
探明沙柳沙障腐蚀过程中微生物的活动特性。
1 研究区概况
试验地位于毛乌素沙地东南缘，内蒙古鄂尔多
斯市伊金霍洛旗境内。地理中心坐标为 110°03E，
39°31N。属中温带典型的大陆性气候，其主要特点
是冬长夏短，四季分明:寒暑变化剧烈，气候干燥，降
水集中且变率大。年均温度 6． 2° C，年均降水量
373． 2mm，年均风速 3． 5m /s，最大风速达 24 m /s，主
风向为西北风。风沙土为该区的主要土壤类型。该
区植被类型多样，沙生植被、草甸植被等隐域性植被
为植被的主体，显域性植被仅在少部分封禁地区得
以保存。植被类型由原生植被向沙生植被转化。固
定、半固定沙丘上广布着油篙群落(Artemisia ordsica
Krasch．) ，占总面积的 51． 3%。半流动沙地常见沙
米( Agriophyl lum squrrosum (L．)Mo q)、虫实
(Corispermum patellif orme I ljin)、沙竹(Psammochloa
villosa (Trin．)Bor)等。
2 实验方法
2． 1 样地选择和沙柳沙障样品的采集
本实验于 2010 年 5 月在铺设沙柳沙障的年限
分别达 3 年、4 年和 8 年的沙丘采集粗细均一的沙柳
沙障，标记好沙柳沙障地上地下分界处，每个取样点
采集 30 根，装入无菌的密封袋，编号，置于冰盒中保
存，带回实验室。
2． 2 样品处理
将取回的沙柳沙障以 7cm 为单位，由地下最底
层向上依次截成七段，标记顺序为 c、b、a、M、A、B、
C，其中 M为包含地上地下分界线的部分。
用剪刀及粉碎机将每段沙柳沙障剪成 0． 5cm以
下的碎末，并做好标记。
2． 3 抗折强度损失率的测定
在 75℃烘箱中将沙障样品烘干至恒重，用电子
数显卡尺量取试样的直径和长度后，对试样进行 3
点抗折测定。所使用的仪器为 YG(B)026H － 250
型强力机。试样的抗折力取最大载荷力。由相同直
径对照样的抗折力代表试样腐蚀前的抗折力。
试样抗折强度 R = 3FL /2SD
式中:R:抗折强度，MPa
F:试样断裂时的最大载荷，N
L:跨度，mm
S:截面积，mm2
D:试样中间位置的直径，mm
试样抗折强度损失率(%)=(Ro － Ri)/Ro ×
100%
式中:Ro:对照试样的抗折强度，MPa
Ri:腐蚀试样 i的抗折强度，MPa
2． 4 微生物数量的测定
微生物数量的测定采用平板培养计数法。细菌
基础培养基采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基;纤维素
分解菌基础培养基采用 CMC － Na 琼脂培养基;放线
菌基础培养基采用高氏 1 号培养基;真菌基础培养
基采用马丁氏培养基［9］。
3 结果与分析
3． 1 沙柳沙障腐蚀过程中细菌数量的垂直分布
沙柳沙障腐蚀过程中细菌数量的垂直变化见图
1。由图可以看出，随着铺设年限的增长，细菌数量
增大，沙柳沙障的抗折强度损失率增大。抗折强度
损失率越大，说明沙柳沙障单位面积承受弯矩时的
极限折断应力越小，沙柳沙障腐蚀越严重。细菌数
量最多出现在地下 c处，8a沙障细菌数量比 4a和 3a
分别多了 5． 60E + 07 个 / g 和 5． 59E + 07 个 / g，抗折
强度损失率比 4a 和 3a 分别多了 10． 00% 和
34． 37%，最小值在地面上 A 处。在垂直空间上，除
3a沙障地下 a 位置细菌数量外，3 个铺设年限的沙
障细菌数量均呈现出“高低高”的趋势。各铺设年限
细菌数量的垂直变化规律与沙柳沙障的抗折强度损
失率规律相一致，相关分析结果显示，在 p ＜ 0． 05 的
显著水平下，各年限沙柳沙障细菌数量与抗折强度
损失率均呈显著正相关关系，其中 8a 的相关系数达
0． 81。
3． 2 沙柳沙障腐蚀过程中放线菌数量的垂直分布
沙柳沙障腐蚀过程中放线菌数量的垂直变化见
图 2。由图可以看出，随着铺设年限的增长，放线菌
数量增大，沙柳沙障的抗折强度损失率增大，沙柳沙
障腐蚀越严重。放线菌数量最多出现在地下 c 处，
8a沙障放线菌数量比 4a 和 3a 分别多了 1． 13E + 06
个 /克和 1． 74E + 06 个 /克，最小值在地面上 A 处。
在垂直空间上，除 8a 沙障地上 B 位置放线菌数量
外，3 个铺设年限的沙障放线菌数量均呈现出“高低
高”的趋势;各铺设年限放线菌数量的垂直变化规律
931第 3 期 龚 萍等: 沙柳沙障腐蚀过程中微生物的作用
与沙柳沙障的抗折强度损失率规律相一致，相关分
析结果显示，在 p ＜ 0． 05 的显著水平下，各年限沙柳
沙障放线菌数量与抗折强度损失率均呈显著正相关
关系，其中 8a的相关系数达 0． 84。
图 1 沙柳沙障腐蚀过程中细菌数量的垂直变化
Fig． 1 Vertical change of bacteria number during corrosion process of Salix psammophila checkerboard
图 2 沙柳沙障腐蚀过程中放线菌数量的垂直变化
Fig． 2 Vertical change of actinomycetes number during corrosion process of Salix psammophila checkerboard
图 3 沙柳沙障腐蚀过程中纤维素分解菌数量的垂直变化
Fig． 3 Vertical change of cellulose decomposition bacteria number during corrosion process of Salix psammophila checkerboard
041 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2011 年
3． 3 沙柳沙障腐蚀过程中纤维素分解菌数量的垂
直分布
沙柳沙障腐蚀过程中纤维素分解菌数量的垂直
变化见图 3。由图可以看出，随着铺设年限的增长，
纤维素分解菌数量增大，沙柳沙障的抗折强度损失
率增大，沙柳沙障腐蚀越严重。纤维素分解菌数量
最多出现在地下 c 处，8a 沙障纤维素分解菌数量比
4a和 3a 分别多了 4． 67E + 07 个 /克和 6． 82E + 07
个 /克，其中最小值在地面分界 M 处。在垂直空间
上，3 个铺设年限的沙障纤维素分解菌数量均呈现出
“高低高”的趋势，各铺设年限纤维素分解菌数量的
垂直变化规律与沙柳沙障的抗折强度损失率规律相
一致，相关分析结果显示，在 p ＜ 0． 05 的显著水平
下，各年限沙柳沙障纤维素分解菌数量与抗折强度
损失率均呈显著正相关关系，其中 8a 的相关系数达
0． 96。
纤维素分解菌的数量多于放线菌和真菌，少于
细菌。纤维素的降解速度与所处环境中的氮素浓度
成正比，环境中可给氮态是促进纤维素分解的关键
因素之一［10，11］。作为微生物营养基质的沙柳沙障的
主要成分是纤维素、半纤维素、木质素及多种低分子
的简单有机物，为微生物提供了良好的碳源和能源，
在各种微生物的共同作用下，沙柳沙障表现出不同
的腐蚀程度。纤维素分解菌是自然界中能分解纤维
素的微生物，包括有细菌、真菌和放线菌，分为好气
性纤维素分解菌和嫌气性纤维素分解菌。纤维素分
解菌是有机体分解的中心环节，其分解强度反映了
微生物对有机体分解的程度和速度，直接关系到有
机质的形成与积累。纤维素分解菌数量的增加，说
明沙柳沙障氨化作用增大［12，13］，纤维素的降解速度
增强，从而加剧了沙柳沙障的腐蚀。
3． 4 沙柳沙障腐蚀过程中真菌数量的垂直分布
图 4 沙柳沙障腐蚀过程中真菌数量的垂直变化
Fig． 4 Vertical change of fungus number during corrosion process of Salix psammophila checkerboard
沙柳沙障腐蚀过程中真菌数量的垂直变化见
图 4。由图可以看出，随着铺设年限的增长，真菌数
量增大，沙柳沙障的抗折强度损失率增大，沙柳沙障
腐蚀越严重。在地下 c处，8a沙障真菌数量比 4a 和
3a分别多了 1． 62E + 05 个 / g 和 3． 85E + 05 个 / g，其
中最小值在地下 a 及地面分界 M 处。在垂直空间
上，3 个铺设年限的沙障真菌数量均呈现出“高低
高”的趋势，各铺设年限真菌数量的垂直变化规律与
沙柳沙障的抗折强度损失率规律相一致，相关分析
结果显示，在 p ＜ 0． 05 的显著水平下，各年限沙柳沙
障真菌数量与抗折强度损失率均呈显著正相关关
系，其中 8a的相关系数达 0． 73。
除细菌外，某些真菌与放线菌类群也具有分解
纤维素的能力，而且真菌的分解能力强于细菌和放
线菌［14，15］。虽然真菌所占比例少，但是真菌随年限
的增幅大于除细菌外的其他菌，真菌中对纤维素作
用较强的菌多是木霉属(Trichoderma)、曲霉属(As-
pergillus)、青霉属(Penicillium)和枝顶孢霉属(Acre-
monium)的菌株，都是分解纤维素作用强烈的代表
属，而且还能分解木质素。有相关研究表明，真菌腐
朽是对木材破坏最严重的 1 种方式［12］，导致沙柳腐
蚀的主要菌种担子菌亚门的白腐菌和褐腐菌。
4 结论与讨论
4． 1 微生物作用是造成沙柳沙障腐蚀的不可忽视
的主要外因之一。研究结果显示，随着铺设年限的
增加，4 种微生物数量均增加，沙柳沙障抗折强度损
失率增大，沙柳沙障腐蚀越严重。相关分析结果表
141第 3 期 龚 萍等: 沙柳沙障腐蚀过程中微生物的作用
明，沙柳沙障抗折强度损失率与 4 种菌的数量均呈
现出显著相关关系，其中，与纤维素分解菌相关关系
最大。
4． 2 在沙柳沙障的腐蚀过程中，微生物的数量以细
菌占优势，且铺设 8a的数量高于 3a和 4a。4 种微生
物的数量均由地下到地上呈现出“高低高”的趋势，
且最低点出现在地上 A、地面 M 或地下 a 离地面较
近的位置，这与沙柳沙障的腐蚀规律一致(通过抗折
强度损失率规律得出)。
地表以上沙柳沙障微生物数量较地下低的原
因，可能是综合性的因素，受裸露部分周围环境条件
的利弊所制约，随着沙柳沙障垂直位置的升高，供应
腐朽菌生存的外界环境因子随之恶化，尽管沙丘表
层有较好的光照及通气性等有利于微生物生长的条
件，但由于研究区降雨量极少，处在气候干旱的沙
区，导致地表以上部分的沙障含水量也较低，而水分
又是微生物生长的主要营养条件之一。木材容易受
到多种微生物的侵袭，腐朽菌败坏木材须具备水分、
养料、温度、和空气等因子，缺一不可。在本研究中，
地下部分更具备以上条件，虽然地下部分温度、氧气
及各种营养条件较地上低，但是在水分充足的情况
下，足以满足微生物缓慢的生长，很可能是导致地下
比裸露部分微生物数量高的原因。在充足的水分及
其他微生物生长必备因子的综合作用下，使得沙柳
沙障地下部分比裸露在地表以上的部分微生物数量
高。
4． 3 本文研究的对象是沙柳沙障，沙柳沙障的腐蚀
原因，除上述微生物的作用外，还受沙障周围的环境
所影响，以及土壤中微生物的作用。另外，沙柳沙障
的腐蚀不只发生在地下部分，虽然地上部分腐蚀情
况较地下轻，但也是沙柳沙障发生腐蚀的重要部分。
沙柳沙障地上部分受光热、风蚀、氧化等自然的分解
作用尚有待进一步研究。
4． 4 沙柳沙障的腐蚀与其化学成分的变化密切相
关，沙柳沙障中纤维素的分解是导致其腐蚀的主要
内因，因此，对沙柳沙障腐蚀过程中化学成分的变化
有待进一步研究。
参 考 文 献:
［1］ 马立鹏，罗万银．甘肃省沙漠化土地封禁保护区建设研
究〔J〕．中国沙漠，2005，25(4):593 － 594．
［2］ 吴波． 我国荒漠化现状、动态与成因〔J〕． 林业科学研
究，2001，14(2):195 － 202．
［3］ 高永，邱国玉，丁国栋，等．沙柳沙障的防风固沙效益研
究〔J〕．中国沙漠，2004，3(24):365 － 369．
［4］ 周丹丹，胡生荣，韩敏，等．沙柳沙障内植被恢复影响因
子探究〔J〕．水土保持研究，2008，(06):115 － 122．
［5］ 赵建新．国内外荒漠化状况与西藏防沙治沙〔J〕．林业
建设，2007，(2):25 － 27．
［6］ 董智，李红丽，胡春元，等．沙漠公路不同固沙措施防风
固沙效益和成本比较研究〔J〕．水土保持研究，2006，13
(2):128 － 130．
［7］ 那钦．沙柳沙障的腐蚀规律及土壤致腐因子研究〔D〕．
呼和浩特:内蒙古农业大学，2010．
［8］ 周辉宇，陆文静，王洪涛，等．高效纤维素分解菌生物强
化技术在工厂化好氧堆肥中的应用初探〔J〕．农业环境
科学学报，2005，24(1):182 － 186．
［9］ 许光辉，郑洪元． 土壤微生物分析方法手册〔M〕． 北
京:农业出版社，1986:102 － 237．
［10］ 赵小蓉，林启美． 纤维素分解菌对不同纤维素类物质
的分解作用〔J〕．微生物学杂志，2000，9(3):12 － 14．
［11］ 杨忠，江泽慧，费本华．木材初期腐朽研究综述〔J〕．林
业科学，2006，42(3):99 － 102．
［12］ 陈祝春，张继贤，李定淑．腾格里沙漠东南缘不同类型
沙丘的微生物学特性〔J〕．中国沙漠，1983，3(1):20 －
26．
［13］ Guo Yu Qiu，In － Bok Lee，Hideyuki Shimizu，Yong Gao，
Guodong Ding． Principles of sand dune fixation with straw
checkerboard technology and its effects on the environ-
ment，Journal of Arid Environments 2004，56(3):449 －
464．(SCI)．
［14］ RenvallP． Community structure and dynamics of wood －
rotting Ba － sidiomycetes on decomposing conifer trunks
in northern Finland〔J〕． Karstenia，1995，35:1 － 51．
［15］ Solheim H． Fungal succession in sapwood of Norway
Spruce by the bark beetleIps typographus〔J〕． European
J． Forest Pathol 1992，22:136 － 148．
241 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2011 年