全 文 ：第 34 卷第 13 期
2014年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.13
Jul.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41030530, 41101248);中国科学院西部博士专项资助(XBBS200905)
收稿日期:2012鄄11鄄21; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄02鄄25
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail:jinzz@ ms.xjb.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201211211644
靳正忠, 雷加强, 徐新文, 李生宇.沙土微生物多样性与土壤肥力质量的咸水滴灌效应.生态学报,2014,34(13):3720鄄3827.
Jin Z Z, Lei J Q, Xu X W, Li S Y.Effect of the saline water irrigation on soil microbial diversity and fertility quality in the Tarim desert highway shelter
forest land.Acta Ecologica Sinica,2014,34(13):3720鄄3827.
沙土微生物多样性与土壤肥力质量的咸水滴灌效应
靳正忠*, 雷加强, 徐新文, 李生宇
(中国科学院新疆生态与地理研究所, 乌鲁木齐摇 830011)
摘要:采用 Biolog鄄eco法、PLFA法和 PCR鄄DGGE法,对塔里木沙漠公路防护林中不同矿化度滴灌水作用下的土壤微生物多样性
进行了研究,利用土壤综合肥力指数(IFI)定量评价了土壤综合肥力质量,分析了土壤肥力质量与土壤微生物的关系。 结果表
明:滴灌水条件下,土壤微生物的多样性(碳源代谢、遗传基因和脂肪酸种类)差异明显,而高矿化度滴灌水条件下土壤微生物
活性较低。 IFI值在不同矿化度灌水的林地间差异极显著,在不同土层间差异显著;IFI值随灌水矿化度升高而减小;0—5 cm表
层土壤的 IFI值明显小于其下层的土壤。 土壤微生物代谢多样性和脂肪酸多样性指数与土壤 IFI值存在乘幂函数关系,而土壤
微生物遗传多样性指数与 IFI值有多项式关系,对土壤肥力质量起着明显的正向贡献。
关键词:风沙土;咸水滴灌;微生物多样性;土壤质量
Effect of the saline water irrigation on soil microbial diversity and fertility quality
in the Tarim desert highway shelter forest land
JIN Zhengzhong*, LEI Jiaqiang, XU Xinwen, LI Shengyu
Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China
Abstract: Investigations of soil microbial diversities in the Tarim desert highway shelter forest lands drip鄄irrigated with
saline water with methods of Biolog鄄eco, PLFA and PCR鄄DGGE, and evaluation of the soil fertility qualities using
integrated fertility index (IFI) method, were conducted in this work; the relationship between soil microbial diversity and
IFI values were also revealed. The main results are below: (1) Notable differences on diversities of carbon metabolism,
genetic gene and fatty acid were found among the sandy soils drip鄄irrigated with different saline water (F > F0.05); The
water with higher mineralization reduced the soil microbial activity. (2) The notably significant differences of soil IFI values
were found among the forest lands with different plantation times (F > F0.01 ); Meanwhile, the vertical variation of IFI
values at the different soil layers were also markable (F>F0.05), the value at 0—5 cm was the least, and the IFI value
decreased with increase of mineralization of the saline water. (3) There were power function relationships between the soil
IFI values and the soil microbial diversities of carbon mechanism, fatty acid, but polynomial relationship existed in the IFI
value and the soil microbial genetic gene. So, microbe population would contribute greatly to increase soil fertility in the
Tarim desert highway shelter forest lands under saline water drip鄄irrigation.
Key Words: sandy soil; drip鄄irrigation with saline water; microbial diversity; soil quality
摇 摇 土壤肥力质量评价是对土壤内部物理、化学和 生物学属性变化的总体描述[1],森林土壤肥力质量
http: / / www.ecologica.cn
评价对了解林地土壤质量状况有重要意义[2],常用
的土壤质量定量评价方法是土壤肥力综合指标评价
法[3]。 土壤微生物量和代谢功能的变化可作为监测
土壤质量短期和长期变化的敏感指标[4]。 高质量的
土壤有稳定的微生物群落组成和良好的微生物活
性[5]。 土壤微生物是表征土壤质量最有潜力的敏感
性指标[6],研究土壤质量演变中微生物多样性的响
应是必要的。
“塔里木沙漠公路防护林生态工程冶位于塔克拉
玛干沙漠腹地,对塔里木沙漠公路的安全运行提供
重要保障。 然而,高温、高盐碱、多风沙等恶劣自然
条件对防护林构成巨大威胁,在这种背景下,揭示咸
水滴灌条件下防护林内风沙土肥力质量演变趋势以
及微生物的响应规律,可为塔里木沙漠公路防护林
生态工程的可持续发展提供理论指导。
有关干旱区土壤微生物与土壤质量方面的研究
较多,研究认为微生物是沙漠生态系统林地土壤有
效氮的重要来源[7],人工植被建立后微生物推动着
土壤肥力水平向较高方向发展[8]。 邵玉琴等[9]、王
志等[10]、曹成有等[11]分别在内蒙古库布齐沙漠油篙
地、毛乌素沙地南缘半流动沙地改良的麻黄地、科尔
沁沙地流动沙丘种植小叶锦鸡儿林地中,对土壤微
生物与土壤质量关系进行了研究,发现沙漠栽种固
沙植物后,固沙植物根系产生的代谢产物为微生物
提供了丰富营养,促进根际微生物发育;根际微生物
代谢活动影响着植物和土壤间养分吸收传递,对风
沙土形成有促进作用[12]。
可见,前人围绕干旱区土壤微生物开展了大量
研究,但多集中于干旱与半干旱区沙地免灌林地和
淡水灌溉林地,关于极端干旱区的相关研究较少,而
有关咸水滴灌条件下防护林风沙土肥力质量评价方
面的研究更为鲜见。
因此,本研究以不同滴灌用水下林地风沙土为
研究材料,通过探讨林地土体条件对微生物的影响,
阐明防护林地土壤微生物与土壤肥力质量演变的互
馈关系,最后揭示塔里木沙漠公路防护林地土壤微
生物多样性对土壤质量演变的响应规律。
1摇 研究方法
1.1摇 试验设计与采样
塔克拉玛干沙漠腹地的自然环境极为严酷,气
候极端干燥、地表水资源匮乏、地下水矿化度高、风
沙活动强烈、土壤贫瘠。 塔里木沙漠公路防护林位
于塔克拉玛干沙漠腹地,于 2005 年建成,全长 446
km,林带宽度 72—78 m,总面积 312835 hm2,主栽树
种有梭梭、沙拐枣和柽柳,株行距 1 m伊1 m。
2012年 7月中旬,在塔里木沙漠公路防护林区,
控制防护林其它条件(地貌类型、配置方式、灌水周
期、滴头间距等)基本一致的前提下,设置林龄相同
(2003年定植)、滴灌水矿化度不同的防护林地样地
(2003年定植)(表 1)。 分 0—5 cm (D1)、5—15 cm
(D2)、15—30 cm (D3)、30—50 cm (D4) 4 个深度,
采集防护林地土壤。
表 1摇 不同矿化度滴灌水林地简况
Table 1摇 The forest lands drip鄄irrigated with saline waters
样地编号
Plot number
水源井号
Well number
矿化度值 / (g / L)
Mineralization value
沙漠公路里程数
Mileage of the desert highway
S1 6 23.80 140 km+470 m
S2 13 18.10 168 km+800 m
S3 15 13.99 176 km+000 m
S4 16 8.90 184 km+500 m
S5 18 5.75 277 km+500 m
S6 50 2.58 318 km+100 m
1.2摇 采样方法
采样时紧贴防护林木根部[13]。 同一样地随机
设置 5 个平行采样点(重复 5 次),不同样点的同层
土样弃去植物残体,过 2 mm 筛后混和均匀,装入对
应编号的无菌样品袋,迅速放入-4益车载冰箱并运
回实验室。 用于理化性质、生物量和酶活性测定的
样品实验室风干;用于分析风沙土微生物多样性的
样品在-20益冰箱保存,四周内分析完毕。
1273摇 13期 摇 摇 摇 靳正忠摇 等:沙土微生物多样性与土壤肥力质量的咸水滴灌效应 摇
http: / / www.ecologica.cn
1.3摇 测定方法
(1)土壤微生物群落多样性
采用 BIOLOG鄄ECO法:包括配制缓冲液、获得提
取液、接种、培养、测定等步骤[14]。
聚合链式反应鄄变性梯度凝胶电泳 ( PCR鄄
DGGE)法:包括土壤 DNA提取、PCR扩增、变性梯度
凝胶电泳、割胶回收、DGGE图谱分析和 DNA克隆及
序列分析[15]。
磷脂脂肪酸分析(PLFA)法:微生物 PLFA 分析
包括脂肪酸提取、甲酯化和鉴定等步骤[16]。
(2)土壤理化性质
土壤有机质用重铬酸钾氧化鄄外加热法,全氮用
高氯酸鄄硫酸消化法,速效氮用碱解蒸馏法,全磷用
硫酸鄄高氯酸鄄氢氟酸溶鄄钼锑抗比色法,有效磷用 0.5
mol / L NaHCO3浸提鄄钼锑抗比色法,全钾用硫酸鄄高
氯酸鄄氢氟酸溶鄄火焰光度法,速效钾用 NH4OAc 浸
提鄄火焰光度法。
土壤含水量用烘干法,容重用环刀法,比重用比
重瓶法,总孔隙度由容重和比重计算得出[17]。 土壤
颗粒组成用马尔文激光粒度仪。
(3)土壤微生物生物量
土壤微生物生物量采用熏蒸浸提的方法。 其中
微生物量碳采用熏蒸提取鄄容量分析法,微生物量氮
采用熏蒸提取鄄茚三酮比色法,微生物量磷采用熏蒸
提取鄄全磷测定法[18]。
(4)土壤酶活性
土壤酶活性测定用常规化学分析方法,其中蛋
白酶、纤维素酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶
比色法,过氧化氢酶采用滴定法[19]。
1.4摇 数据分析方法
BIOLOG代谢:孔的平均颜色变化率 AWCD =
移(C - R) / n ,对于不同类型培养基 n 值不同,这
里 n值为 31[20]。
PLFA图谱:利用 GC鄄MS 确定脂肪酸种类,借助
STATISTICA6.0软件,对脂肪酸图谱进行方差分析。
DGGE指纹图谱:利用 Bio鄄Rad 公司的凝胶成像
系统(Quantity One 4.4.1,Bio鄄Rad,USA),进行条带
判读、迁移率、强度和面积计算。
多样性指数:采用 Shannon鄄Wiener 多样性指数
公式,即 H =- 移
S
i = 1
P i lnpi ,EH = H / Hmax = H / lnS,土壤
微生物碳源代谢、脂肪酸和 DNA 片段多样性用多样
性指数(H)、丰度(S)和均匀度(EH)表示。
土壤微生物的差异性:通过 DPS9.5 统计软件中
的方差分析及其多重比较(LSD 法),揭示不同林地
土壤微生物多样性的差异显著性。
1.5摇 土壤肥力质量评价方法
土壤肥力是土壤物理、化学和生物性质的综合
反映,本研究选择各肥力因子在 0—5 cm、5—15 cm、
15—30 cm、30—50 cm(不同土层数据为 3 次重复的
均值)的测定值为评价指标的原始数据,采用主成分
分析(PCA)的方法,建立了塔里木沙漠公路防护林
地土壤肥力质量综合评价指标体系,土壤物理性质
包括:容重、含水量和中值粒径;化学性质包括养分
因子(有机质、全量氮、磷、钾和速效氮、磷、钾)和盐
分因子(pH值、全盐和阳离子交换量 CEC),生物学
性质包括微生物多样性指数(碳源代谢、脂肪酸和
DNA片段种类)、土壤酶活性(过氧化氢酶、磷酸酶、
脲酶、纤维素酶、蔗糖酶和蛋白酶)和微生物生物量
(生物量碳、氮和磷)。
土壤肥力质量综合指数( IFI)是土壤各指标因
子的综合。 由于土壤肥力因子变化具有连续性质,
故各评价指标采用连续性质的隶属度函数,并从主
成分因子负荷量值的正负性(表 1),确定隶属度函
数分布的升降性。 对于土壤容重、pH 值、电导率和
全盐含量,采用降型分布函数,即:
F(X ij)= (X imax-X ij) / (X imax-X imin) (1)
而对土壤含水量、孔隙度及其它各项化学因子
和生物因子,采用升型函数,即:
F(X ij)= (X ij-X imin) / (X imax-X imin) (2)
式中,F(X ij)表示各肥力因子的隶属度值,X ij表示各
肥力因子值,X imax和 X imin分别表示第 i项肥力因子中
的最大值和最小值。
由于土壤肥力质量的各个因子状况与重要性不
同,通常用权重系数表示各因子的重要性程度。 确
定各单因素的权重是综合评价的关键问题,以往研
究中多采用人为打分来确定,为了避免受人为主观
影响,本研究用 SPSS软件多元统计分析中的主成分
分析法来计算公因子方差,通过计算各个公因子方
差占公因子方差总和的百分数,将公因子方差转换
为 0—1的数值,作为单项评价指标的权重值 Wi。
根据加乘法则,对各个肥力指标值进行乘法合
2273 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
成,计算不同防护林地土壤肥力的综合指标值
(IFI) [21]: IFI =移[Wi 伊 F(X ij)],式中Wi表示各肥
力因子的权重向量(表 3);F(X ij)表示各肥力因子的
隶属度值。
2摇 结果与分析
2.1摇 土壤微生物多样性
由表 2看出,随着滴灌水矿化度的增大,土壤微
生物的碳源代谢多样性指数、遗传基因多样性指数
和脂肪酸多样性指数均有所减小。 方差分析及多重
比较后发现,遗传基因多样性指数 H 和丰富度 S 在
不同滴灌水林地土壤之间的差异达到极显著水平
(F>F0.01);表征碳源代谢的 AWCD值、多样性指数 H
和丰富度指数 S则在不同土壤间的差异达到显著水
平(F > F0.05);而脂肪酸多样性指数 H、丰富度指数
S和均匀度指数 EH以及遗传基因均匀度指数 EH在
不同土壤间的差异未达到显著水平(F < F0.05)。 可
见,就滴灌水矿化度对土壤微生物的影响而言,对遗
传基因多样性的影响最大,碳源代谢多样性次之,脂
肪酸多样性最小;表征土壤微生物遗传基因和脂肪
酸种类分布的均匀度指数受滴灌水矿化度的影响不
明显。 因此,高矿化度滴灌水作用下的防护林地土
壤微生物的代谢活性较低,遗传基因和脂肪酸种类
较为单一。
表 2摇 不同林地土壤微生物多样性指数的变化(n= 5, Mean 依 SE)
Table 2摇 Soil microbial diversities of the forest lands
样地
Plot
碳源代谢 Carbon mechanism
AWCD H S
遗传基因 Genetic gene
H S EH
脂肪酸 Fatty acid
H S EH
S1 0.66依0.07a 2.85依0.23a 21.75依2.84a 0.82依0.07A 12.34依1.61A 0.25依0.02a 1.30依0.35a 20.08依1.83a 0.33依0.05a
S2 0.86依0.11b 3.14依0.47b 25.75依3.16b 0.87依0.06A 12.96依1.80A 0.29依0.04a 1.47依0.38a 21.69依2.48a 0.41依0.08ab
S3 0.88依0.08b 3.20依0.35b 27.13依3.60c 1.00依0.06A 14.25依2.57A 0.39依0.04b 1.51依0.33ab 23.5依5.07ab 0.39依0.09a
S4 0.93依0.09bc 3.24依0.39b 27.88依2.82c 1.34依0.32B 20.25依3.18B 0.50依0.11c 1.65依0.60b 25.75依2.56b 0.55依0.15bc
S5 0.96依0.12c 3.26依0.44b 28.63依4.58c 1.78依0.54C 35.00依5.34C 0.48依0.10c 1.73依0.75bc 30.01依4.91c 0.58依0.11c
S6 1.03依0.13d 3.59依0.45c 29.13依4.22c 2.43依0.47D 41.75依5.9D 0.63依0.13d 1.86依0.92c 32依8.42c 0.57依0.14c
F 4.62* 3.96* 4.17* 9.72** 8.66** 2.80 0.97 1.18 0.75
摇 摇 显著性检验中采用最小显著性差异法,F检验,n=5;F值后面的符号“**冶和“*冶分别表示在 0.01 和 0.05 的显著水平上差异明显;数值后的不同大、小字母
分别表示两数值差异极显著和显著(其它图表相同)
图 1摇 不同灌水条件下土壤肥力质量
Fig.1 摇 Soil fertility qualities in different forest lands under
different saline waters
2.2摇 土壤肥力质量评价
由图 1可以看出,随着滴灌水矿化度的减小,土
壤综合肥力质量表征指数 IFI 值明显升高 ( F =
71郾 21 > F0.01)。 滴灌水矿化度值为 23. 8 g / L( S1)
时,林地土壤综合肥力指数 IFI值小于 0.25;在 18.10
g / L(S2)时,IFI值略大于 0.3;当矿化度值为 13.99 g /
L(S3)时, IFI 值接近 0. 5;当矿化度值为 5. 75 g / L
(S5)时,IFI值大于 0.6;而矿化度值为 2.58 g / L(S6)
时,IFI值超过 0.65,为 S2时的 2 倍多。 由此可见,高
矿化度滴灌水不利于土壤肥力质量提高。
由图 2可以看出,土壤肥力质量在不同土层间
的垂直差异明显(F = 3.138 > F0.05)。 各土层 IFI值
大小为 D3> D4> D2> D1。 表层 0—5 cm (D1)的 IFI
值最小,小于 0.3,与其它土层的差异在 0.01 的统计
学显著水平上差异显著。 而 5—15 cm (D2)、15—30
cm (D3)和 30—50 cm (D4)的 IFI值差异不大,介于
0.5—0.55之间。
2.3摇 土壤微生物多样性与土壤肥力质量的关系
表征土壤微生物碳源代谢活性的 AWCD值与土
壤综合肥力指数 IFI值之间存在幂函数关系,函数式
3273摇 13期 摇 摇 摇 靳正忠摇 等:沙土微生物多样性与土壤肥力质量的咸水滴灌效应 摇
http: / / www.ecologica.cn
图 2摇 不同土层土壤肥力质量
Fig.2摇 Soil fertility qualities in different soil layers
为 Y = 0.56X0.66,决定系数 R2值为 0郾 82(图 3)。 即
土壤碳源代谢活性升高,土壤肥力指数以乘幂函数
形式增大。
图 3摇 土壤微生物代谢多样性与土壤肥力质量的关系
Fig.3摇 Relationship of soil microbial mechanism diversity and
soil fertility quality
图 4摇 土壤微生物脂肪酸多样性与土壤肥力质量的关系
Fig.4摇 Relationship of soil microbial fatty acid diversity and soil
fertility quality
由图 4 可知,土壤微生物脂肪酸多样性指数 H
与土壤综合肥力指数 IFI值之间存在幂函数关系,函
数式为 Y = 2伊10-7X15.35,决定系数 R2值为 0.889。 表
明土壤肥力指数 IFI 值随着土壤脂肪酸多样性指数
H的增大而呈幂函数形式提高。
图 5摇 土壤微生物遗传多样性与土壤肥力质量的关系
Fig.5摇 Relationship of soil microbial genetic diversity and soil
fertility quality
由图 5可知,土壤微生物 DNA 片段多样性指数
H与土壤综合肥力指数 IFI值之间存在多项式关系,
函数式为 Y = 1.07X2+4.28X-3.41,决定系数 R2值为
0.866。 表明土壤肥力指数 IFI 值随着土壤 DNA 片
段多样性指数 H 的增大而呈多项式函数的形式
提高。
摇 图 6摇 不同矿化度滴灌水作用下土壤溶液中 8 大盐分离子
含量
Fig.6摇 Contents of salt ions in the soil water solution under
different saline water
图中数字表示对应盐分离子在全盐中的含量百分比;圆环图
中由内向外依次为土壤样品 S6、S5、S4、S3、S2、S1;字母 A、B、
C、D、E、F、G、H 分别代表 CO2-3 、HCO-3 、Cl-、SO2-4 、Ca2+、Mg2+、
Na+和 K+
2.4摇 土壤盐分组成特征
由图 6可知,塔里木沙漠公路防护林地土壤全
盐中 8 大离子组成具有明显特征,含量大小基本表
4273 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
现为 SO2-4 > Cl
- > Na+ > Ca2+ > HCO-3 > K
+ > Mg2+ >
CO2-3 ,其中 SO2
-
4 、Cl
-、Na+ 3 种离子在全盐中的含量
之和大于 80%,而 CO2-3 在全盐中的含量百分比最
小,小于 1%。 说明塔里木沙漠公路防护林地土壤中
的盐分类型是以 Na+ 鄄Cl- 鄄SO2-4 类型为主。 随滴灌水
矿化度增大,土壤全盐含量明显增大,同时,土壤中
SO2-4 离子增大,而 Na
+和 Cl-含量有所降低。
3摇 讨论与结论
3.1摇 土壤微生物多样性的滴灌水矿化度效应
本研究中所采集的土壤样品均采自于防护林木
非根际区,因此植物对土壤盐分含量的影响可不考
虑,土壤盐分含量主要取决于滴灌水盐分含量,与滴
灌水矿化度有关[22]。
本研究发现,不同矿化度滴灌水作用下,塔里木
沙漠公路防护林地土壤微生物多样性差异显著,表
明滴灌水矿化度对土壤微生物的效应明显。 滴灌水
矿化度值大,土壤溶液中盐分含量高,土壤微生物所
受盐胁迫程度大,微生物种群多样性下降,微生物活
性降低。 这是因为,土壤盐分积累不仅会直接影响
土壤微生物的活性,还会通过改变土壤理化性质间
接影响土壤微生物生存环境,从而导致土壤微生物
种群、数量及活性发生变化[23]。 土壤盐分积累会对
土壤养分的有效性造成影响,如 Ca2+的大量累积会
增加对磷的固定,导致磷的有效性降低[24];而土壤
养分是土壤微生物生存的物质基础,土壤养分的丰
富程度和成分决定了微生物的种类、数量和活性大
小[25]。 因此,滴灌水矿化度增大,土壤通透性变差,
不利于微生物存活。 由此可见,在塔里木沙漠公路
防护林地,土壤微生物的功能多样性、遗传多样性和
种类多样性具有明显的滴灌水矿化度效应。
3.2摇 咸水滴灌条件下土壤肥力演变规律
随着滴灌水矿化度的减小,土壤综合肥力质量
指数 IFI值明显升高,二者存在明显负相关关系。 因
此,高矿化度滴灌水不利于土壤肥力质量提高。 这
是由于,高矿化度滴灌水会使土壤积累大量盐分,不
仅造成土壤物理性质变差,容重增大,同时不利于土
壤养分的正常周转和速效养分的形成,最后导致土
壤板结,结构性变差,养分水平低下,生物活性不足,
土壤质量严重下降[26]。
土壤肥力质量在不同土层间的垂直差异明显。
这是由于表层土盐分含量较高,土壤板结现象突出;
同时,表层土受沙尘暴影响,发育原始的流动风沙土
较多,直接造成土壤肥力水平低于其下层土[27]。 总
体来讲,不同咸水灌溉下,塔里木沙漠公路防护林土
壤肥力质量的空间垂直分异主要来源于表层土。
顾峰雪等[28]指出,在极端干旱的塔克拉玛干沙
漠腹地,利用咸水灌溉建立人工植被后促进了风沙
土的成土发育,使土壤内部发生了显著变化,土壤物
理、化学性质得到改善,肥力提高,这种变化是随着
植被建立时间的延长而逐渐增大。 王志等[10]对毛
乌素沙地南缘改良 4a 的麻黄地土壤理化性质作了
研究后认为,定植 4a的麻黄地土壤养分含量与半流
动沙地比大幅提高。 曹成有等[11]发现科尔沁沙地
流动沙丘上建立人工小叶锦鸡儿后土壤理化性质改
善,随着林龄的增长土壤酶活性逐渐提高。 可见,与
无灌溉条件类似,在人工咸水滴灌条件下人工植被
的恢复与建设有益土壤养分水平和生物活性的提
高。 可能是由于林木定植后,高林龄的防护林地林
木较为高大,枝叶茂密,相比幼龄林地,减少了进入
林地表层的客沙量,同时林木根系逐渐发达,根际分
泌物对土壤生物繁殖有促进作用。
3.3摇 咸水滴灌条件下土壤微生物与土壤肥力质量
的关系
微生物是土壤肥力形成的重要基础,由于微生
物的存在,才使土壤中天然的与人工施入的营养物
质由无效态向有效态转化成为可能。 土壤生态系统
的功能主要由土壤微生物机制所控制,土壤微小变
动会引起微生物多样性变化[29]。 土壤微生物群落
变化可作为土壤肥力状况的重要生物学指标,其变
化有赖于土壤的肥力水平和环境状况[30]。
在咸水滴灌作用下,塔里木沙漠公路防护林土
壤微生物碳源代谢多样性与土壤综合肥力指数 IFI
值之间存在幂函数关系,即土壤碳源代谢活性升高,
土壤肥力指数以乘幂函数形式增大。 土壤微生物脂
肪酸多样性与土壤综合肥力指数 IFI 值之间存在幂
函数关系,表明土壤肥力指数 IFI值随着土壤脂肪酸
多样性指数的增大而呈幂函数形式提高。 土壤微生
物 DNA片段多样性指数与土壤综合肥力指数 IFI 值
之间存在多项式关系,表明土壤肥力指数 IFI 值随着
土壤 DNA片段多样性指数的增大而呈多项式函数
的形式提高。
5273摇 13期 摇 摇 摇 靳正忠摇 等:沙土微生物多样性与土壤肥力质量的咸水滴灌效应 摇
http: / / www.ecologica.cn
因此,矿化度值较低的滴灌水可避免土壤积盐、
板结硬化,有利于土壤团粒结构形成和养分积累,微
生物活性增强,对于风沙土壤养分的循环转化利用
及其质量状况的改善有一定促进作用,可作为实践
中灌溉水选择的参考依据。
References:
[ 1 ]摇 Anton M B, Christian M, Andrea R. Ecological classification and
assessment concepts in soil protection. Ecotoxicology and
Environmental Safety, 2005, 62: 211鄄229.
[ 2 ] 摇 Doran J W, Coleman D C, Bezdicek, D F. Defining soil Quality
for a Sustainable Environment. SSSA Special Publication.
Madison, WI, USA: Soil Science Society of America, 1994.
[ 3 ] 摇 Sun B, Zhou S L, Zhao Q J. Evaluation of spatial and temporal
changes of soil quality based on geostatistical analysis in the hill
region of subtropical China. Geoderma, 2003, 115: 85鄄99.
[ 4 ] 摇 Harris J A. Measurements of the soil microbial community for
estimating the success of restoration. European Journal of Soil
Science, 2003, 54: 801鄄808.
[ 5 ] 摇 Giuliano B, Rosaria D, Vincenzo A, Manuela C, Lucia C,
Rossana M, Gerardo P, Flora A. R, Rosalia S, Riccardo S,
Maria A. R, Astolfo Z. Assessing soil quality under intensive
cultivation and tree orchards in Southern Italy. Applied Soil
Ecology, 2011, 47(3): 184鄄194.
[ 6 ] 摇 Liu Z F, Fu B J, Liu G H, Zhu Y G. Soil quality: concept,
indicators and its assessment. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26
(3): 901鄄910.
[ 7 ] 摇 Schaeffer S M, Billings S A, Evans R D. Responses of soil
nitrogen dynamics in a Mojave desert ecosystem to manipulations
in soil carbon and nitrogen availability. Oecologia, 2003, 134:
547鄄553.
[ 8 ] 摇 Jin Z Z, Lei J Q, Xu X W, Li S Y, Fan J L, Zhao S F.
Characteristics of the soil microbial population in forest land
irrigated with saline water in the desert area. Journal of Arid Land,
2010, 2(2): 107鄄115.
[ 9 ] 摇 Shao Y Q, Zhao J. Vertical distributions in number of soil
microorganism in stabilized sand dune with Artemisia ordosica in
the Hobq of Inter鄄mongol. Acta Scientiarum Naturalium
Universitatis NeiMongol, 2000, 31(2): 198鄄200.
[10] 摇 Wang Z, Peng R Y, Wang L, Liu L Y. Studies on soil properties
of aeolian sandy land improvement and utilization in south edge of
Musu desert. Journal of Soil Water Conservation, 2006, 20(2):
14鄄17.
[11] 摇 Cao C Y, Jiang D M, Quan G J, Geng L, Cui Z B, Luo Y M.
Soil physical and chemical characters changes of Caragana
microphylla plantation for sand fixation in Keerqin sandy land.
Journal of Soil Water Conservation, 2004, 18(6): 108鄄112.
[12] 摇 Guo K, Dong X J, Liu Z M. Characteristics of soil moisture
content on sand dunes in Mu Us sandy grassland: Why Artemisia
ordosica declines old fixed sand dunes. Acta Phytoecologica
Sinica, 2000, 24(3): 275鄄279.
[13] 摇 Liu J J, Fang S Z, Xie B D, Hao J J. Effects of bio鄄mulching on
rhizosphere soil microbial population, enzyme activity and tree
growth in poplar plantation. Chinese Journal of Applied Ecology,
2008, 19 (6): 1204鄄1210.
[14] 摇 Calbrix R, Laval K, Barray S. Analysis of the potential functional
diversity of the bacterial community in soil: a reproducible
procedure using sole carbon鄄source utilization profiles. European
Journal of Soil Biology, 2005, 41(2): 11鄄20.
[15] 摇 Duan X J, Min H. Diversity of microbial genes in paddy soil
stressed by cadmium using DGGE. Environmental Science, 2004,
25(5): 122鄄126.
[16] 摇 Robert P, Larkin C, Wayne H. Effect of swine and dairy manure
amendments on microbial communities in three soils as influenced
by environmental conditions. Biology and Fertility of Soils, 2006,
43: 51鄄61.
[17] 摇 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Science. Soil
physical and chemical properties analysis. Shanghai: Science and
Technology Press in Shanghai, 1978.
[18] 摇 Wu J S, Lin Q M, Huang Q Y, Xiao H A. Soil Microbial
Biomass2Methods and Application. Beijing: China Meteorological
Press, 2006: 55鄄88.
[19] 摇 Guang S Y. Soil Enzyme and Its Methodology. Beijing: Agriculture
Press, 1986.
[20] 摇 Calbrix R, Laval K, Barray S. Analysis of the potential functional
diversity of the bacterial community in soil: a reproducible
procedure using sole鄄carbon source utilization profiles. European
Journal of Soil Biology, 2005, 41: 11鄄20.
[21] 摇 Zhang D H, Ye Z F. The effects of rotating plantation on the soil
fertility of forest and the growth of stand. Scinentia Silvae Sinicae,
2001, 37(5): 10鄄15.
[22] 摇 Jin Z Z, Lei J Q, Xu X W, Li S Y, Zhao S F. Effects of drip
irrigation water with different salinity on soil microbes in Tarim
desert highway forest. Journal of Arid Land Resources and
Environment, 2008, 22(7): 183鄄187.
[23] 摇 Zhang X J, Liu J H, Li L J, Duan Y K, Wang Z G, Su S H.
Effects of different conservation tillage on soil microbes quantities
and enzyme activities in dry cultivation. Chinese Journal of Soil
Science, 2009, 40(3): 542鄄546.
[24] 摇 Kirk J L, Beaudette L A, Hart M, Moutoglis P, Klironomos J N,
Lee H, Trevors J T. Methods of studying soil microbial diversity.
Journal of Microbiological Methods, 2004, 58, 169鄄188.
[25] 摇 Yu H Y, Li T X. Evolution of salt accumulation greenhouse soil in
Liaoning province. Journal of Soil and Water Conservation, 2005,
19(4): 80鄄83.
[26] 摇 Wall D H, Virginia R A. Control on soil biodiversity: insights
6273 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
from extreme environments. Applied Soil Ecology, 1999, 13:
137鄄150.
[27] 摇 Lei J Q, Li S Y, Jin Z Z, Fan J L, Wang H F, Fan D D, Zhou H
W, Gu F, Qiu Y Z, Xu Bo. Comprehensive eco鄄environmental
effects of the shelter鄄forest ecological engineering along the Tarim
Desert Highway. Chinese Science Bulletin, 2008, 53(Supp. II):
190鄄202.
[28] 摇 Gu F X, Pan X L, Pan B R, Wen Q K. Changing of eolian soil
fertility in central Taklimakan Desert under impact of artificial
vegetation. Ecologica Sinica, 2002, 22(8): 1179鄄1188.
[29] 摇 Zhang H B, Duan C Q, Qu L H. Culture independent methods for
studies on microbial ecology of soils. 2003, 22(5): 131鄄136.
[30] 摇 Wang Y, Han B, Shi Z Q, Shao G Q, Jiang X D, Ning T Y, Jiao
N Y, Li Z J.. Effects of conservation tillage on soil microbial
characters and soil enzyme activities. Journal of Soil and Water
Conservation, 2006, 20(4): 120鄄122.
参考文献:
[ 6 ]摇 刘占锋, 傅伯杰, 刘国华, 朱永官. 土壤质量与土壤质量指标
及其评价. 生态学报, 2006, 26(3): 901鄄910.
[ 9 ] 摇 邵玉琴, 赵吉. 内蒙古库布齐沙带东段油篙固定沙丘土壤微
生物数量的垂直分布研究. 内蒙古大学学报(自然科学版),
2000, 31(2): 198鄄200.
[10] 摇 王志, 彭茹燕, 王蕾, 刘连友. 毛乌素沙地南缘改良与利用风
沙土性质研究. 水土保持学报, 2006, 20(2): 14鄄17.
[11] 摇 曹成有, 蒋德明, 全贵静, 耿莉, 崔振波, 骆永明. 科尔沁沙
地小叶锦鸡儿人工固沙区土壤理化性质的变化. 水土保持学
报, 2004, 18(6): 108鄄112.
[12] 摇 郭柯,董学军,刘志茂. 毛乌素沙地沙丘土壤含水量特点———
兼论老固定沙丘上油蒿衰退原因. 植物生态学报, 2000, 24
(3): 275鄄279.
[13] 摇 刘久俊, 方升佐, 谢宝东, 郝娟娟. 生物覆盖对杨树人工林根
际土壤微生物、酶活性及林木生长的影响. 应用生态学报,
2008, 19(6): 1204鄄1210.
[17] 摇 中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析. 上海:上海科学
技术出版社, 1978.
[18] 摇 吴金水, 林启美, 黄巧云, 肖和艾. 土壤微生物生物量测定方
法及其应用. 北京:气象出版社, 2006. 55鄄88.
[19] 摇 关松荫. 土壤酶及其研究法. 北京:农业出版社, 1986.
[21] 摇 张鼎华, 叶章发. 杉木、马尾松轮作对林地土壤肥力和林木生
长的影响. 林业科学, 2001, 37(5):10鄄15.
[22] 摇 靳正忠, 雷加强, 徐新文, 李生宇, 赵思峰. 不同矿化度滴灌
水对沙漠公路防护林土壤微生物的效应分析. 干旱区资源与
环境, 2008, 22(7): 183鄄187.
[23] 摇 张星杰, 刘景辉, 李立军, 段宇坤, 王智功, 苏顺和. 保护性
耕作方式下土壤养分、微生物及酶活性研究. 土壤通报,
2009, 40(3):542鄄546.
[25] 摇 余海英, 李廷轩. 辽宁设施栽培土壤盐分累积变化规律研究.
水土保持学报, 2005, 19(4): 80鄄83.
[27] 摇 雷加强,李生宇,靳正忠,范敬龙,王海峰,范冬冬,周宏伟,
谷峰,邱永志,许波. 塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合
生态环境效应. 科学通报, 2008, 53(Supp. II): 190鄄202.
[28] 摇 顾峰雪, 潘晓玲, 潘伯荣, 文启凯. 塔克拉玛干沙漠腹地人工
植被土壤肥力变化. 生态学报, 2002, 22(8): 1179鄄1188.
[29] 摇 张汉波,段吕群, 屈良鹄. 非培养方法在土壤微生物生态学研
究中的应用. 生态学杂志, 2003, 22(5):131鄄136.
[30] 摇 王芸, 韩宾, 史忠强, 邵国庆, 江晓东, 宁堂原, 焦念元, 李
增嘉. 保护性耕作对土壤微生物特性及酶活性的影响. 水土保
持学报, 2006, 20(4):120鄄122.
7273摇 13期 摇 摇 摇 靳正忠摇 等:沙土微生物多样性与土壤肥力质量的咸水滴灌效应 摇