全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员圆期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
中国景观生态学发展历程与未来研究重点 陈利顶袁李秀珍袁傅伯杰袁等 渊猿员圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市景观格局演变的水环境效应研究综述 黄摇 硕袁郭青海 渊猿员源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
多功能景观研究进展 汤摇 茜袁丁圣彦 渊猿员缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空间形态受限型城市紧凑发展研究要要要以厦门岛为例 黄摇 硕袁郭青海袁等 渊猿员缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
紫金山森林公园降温效应影响因素 闫伟姣袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿员远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市公园景观空间结构对其热环境效应的影响 冯悦怡袁胡潭高袁张力小 渊猿员苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 韵宰粤的低丘缓坡建设开发适宜性评价要要要以云南大理白族自治州为例
刘焱序袁彭摇 建袁韩忆楠袁等 渊猿员愿愿冤
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生态安全条件下土地利用格局优化要要要以皇甫川流域为例 喻摇 锋袁李晓兵袁王摇 宏 渊猿员怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎
新疆玛纳斯河流域 圆园园园要圆园员园年土地利用 辕覆盖变化及影响因素 刘金巍袁靳甜甜袁刘国华袁等 渊猿圆员员冤噎噎噎
基于 郧陨杂和 砸杂的赣江上游流域土地利用动态趋势分析 鲁燕飞袁彭摇 芳袁万摇 韵袁等 渊猿圆圆源冤噎噎噎噎噎噎噎
员怨缘源要圆园员园年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力 刘吉平袁赵丹丹袁田学智袁等 渊猿圆猿源冤噎噎噎噎
基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究 王永艳袁李阳兵袁邵景安袁等 渊猿圆源缘冤噎噎噎噎
贵州省山地鄄坝地系统土地利用与景观格局时空演变 李阳兵袁姚原温袁谢摇 静袁等 渊猿圆缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
中国西南地区土地覆盖情景的时空模拟 李摇 婧袁范泽孟袁岳天祥 渊猿圆远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的岷江干旱河谷景观格局梯度分析 张玲玲袁赵永华袁殷摇 莎袁等 渊猿圆苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于植被覆盖度的藏羚羊栖息地时空变化研究 赵海迪袁刘世梁袁董世魁袁等 渊猿圆愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量 悦尧晕尧孕 空间变异特征 范夫静袁黄国勤袁宋同清袁等 渊猿圆怨猿冤噎噎噎噎噎
峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征 谭秋锦袁宋同清袁彭晚霞袁等 渊猿猿园圆冤噎噎噎噎噎
长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响 刘桂林袁张落成袁张摇 倩 渊猿猿员员冤噎噎噎噎噎噎噎
基于视觉廊道的青藏铁路沿线旅游动态景观评价 张瑞英袁席建超袁姚予龙袁等 渊猿猿圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸杂与 郧陨杂的农村居民点空间变化特征与景观格局影响研究 任摇 平袁洪步庭袁刘摇 寅袁等 渊猿猿猿员冤噎噎噎
生态系统保护现状及保护等级评估要要要以江西省为例 樊乃卿袁张育新袁吕一河袁等 渊猿猿源员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
崇明东滩盐沼植被变化对滩涂湿地促淤消浪功能的影响 任璘婧袁李秀珍袁杨世伦袁等 渊猿猿缘园冤噎噎噎噎噎噎噎
基于气候尧地貌尧生态系统的景观分类体系要要要以新疆地区为例 师庆东袁王摇 智袁贺龙梅袁等 渊猿猿缘怨冤噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征要要要以陕西省延安市为例 钟莉娜袁赵文武袁吕一河袁等 渊猿猿远愿冤噎噎噎噎噎
不同干扰背景下农业景观异质性要要要以巩义市为例 张晓阳袁梁国付袁丁圣彦 渊猿猿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山西高原草地景观的数量分类与排序 张先平袁李志琴袁王孟本袁等 渊猿猿愿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山区夏季地表温度的影响因素要要要以泰山为例 孙常峰袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿猿怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素 张继光袁苏以荣袁陈洪松袁等 渊猿源园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的豫西山地丘陵地区景观异质性分析 李栋科袁丁圣彦袁梁国付袁等 渊猿源员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 童晓伟袁王克林袁岳跃民袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎
喀斯特与非喀斯特区域植被覆盖变化景观分析要要要以广西壮族自治区河池市为例
汪明冲袁王兮之袁梁钊雄袁等 渊猿源猿缘冤
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不同干扰背景下景观指数与物种多样性的多尺度效应要要要以巩义市为例
董翠芳袁梁国付袁丁圣彦袁等 渊猿源源源冤
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石栎鄄青冈常绿阔叶林土壤有机碳和全氮空间变异特征 杨摇 丹袁项文化袁方摇 晰袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎
湘中丘陵区南酸枣阔叶林群落特征及群落更新 易摇 好袁邓湘雯袁项文化袁等 渊猿源远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸月云晕的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析 张明阳袁王克林袁邓振华袁等 渊猿源苑圆冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿缘圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 空间发展受限城市的厦门要要要在我国城市化进程中袁中小城市在城镇体系建设中处于中间环节袁起到了联系大城市
和小城镇的作用遥 但是袁每个城市由于发展历史尧社会经济结构尧自然地理形态等因素的不同袁都有其发展的特性袁
这些问题都必须要因地制宜地去把握遥 例如袁厦门岛相对隔离袁没有多余的发展空间袁该城市以居住功能为主袁城市
功能较为单一袁公共服务功能和商业服务功能比例较小遥 研究这样紧凑型的城市发展必须要考虑该城市结构转换
的承受力袁周边社会经济环境以及居民的生活习惯等遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 12 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.12
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:中国科学院战略性先导科技专项(XDA05070404, XDA05050205); 中国科学院西部行动计划项目(KZCX2鄄XB3鄄 10); 国家科技支撑
计划项目(2011BAC09B02); 国家自然科学基金项目(31370485, 31370623, 31100329)
收稿日期:2013鄄10鄄25; 摇 摇 修订日期:2014鄄04鄄04
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: songtongq@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201310252573
谭秋锦,宋同清,彭晚霞,曾馥平,杜虎,张浩,范夫静.峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征.生态学报,2014,34(12):
3302鄄3310.
Tan Q J, Song T Q, Peng W X, Zeng F P, Du H, Zhang H, Fan F J.Characteristics of soil microbial populations and biomass under different ecosystems in
a canyon karst region.Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3302鄄3310.
峡谷型喀斯特不同生态系统的
土壤微生物数量及生物量特征
谭秋锦1, 2,3,宋同清1,3,*,彭晚霞1,3,曾馥平1,2,3,杜摇 虎1,3,张摇 浩1,3,范夫静1,4
(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室,长沙摇 410125;
2. 广西大学林学院,南宁摇 530004;3. 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站,环江摇 547100;
4. 江西农业大学,南昌摇 330045)
摘要:采用样地调查与室内分析相结合的方法,研究了峡谷型喀斯特水田、旱地、草地、灌丛、人工林、次生林 6种生态系统不同
深度土壤微生物数量、微生物生物量特征及其分形关系。 结果表明:峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及组成不
同,微生物数量均以次生林最高,旱地最低,其组成数量均为细菌>放线菌>真菌,细菌是土壤微生物的主要类群,数量多达
26郾 66伊105—71.64伊105 cfu / g,占全部微生物比例为 87.00%—95.50%,其次为放线菌数量,为 1.45伊105—3.78伊105 cfu / g,所占比
例为 4.21%—12.39%,真菌数量最小,为 0.07伊105—0.23伊105cfu / g,所占比例仅为 0.24%—0.61%,不足 1%。 不同生态系统土壤
微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的含量不同,次生林 MBC 与 MBN 最高,人工林 MBP 最高,旱地 MBC 最低,草地
MBN与 MBP 最低;各生态系统均为 MBC>MBN>MBP。 不同生态系统的 MBC / SOC、MBN / TN、MBP / TP 分别为 0.44%—0.97%、
2郾 13%— 3.13%、1.46%—2.13%,差异不显著;MBC / MBN在 3.06—6.54 之间,其中次生林极显著高于其他生态系统,其他生态
系统差异不显著。 不同生态系统土壤微生物数量及生物量均随土层加深而减少,且具有良好分形关系,均达到了极显著水平
(P<0.01)。 探讨土壤微生物活性为提高石灰土土壤肥力、促进喀斯特植被迅速恢复提供依据。
关键词:生态系统;土壤微生物数量;土壤微生物量;峡谷型喀斯特
Characteristics of soil microbial populations and biomass under different
ecosystems in a canyon karst region
TAN Qiujin1,2,3, SONG Tongqing1,3,*, PENG Wanxia1,3, ZENG Fuping1,3, DU Hu1,3, ZHANG Hao1,2,3,
FAN Fujing1,4
1 Key Laboratory of Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha
410125, China
2 Forestry College of Guangxi University, Nanning 530004, China
3 Huanjiang Observation and Research Station of Karst Ecosystem, Huanjiang 547100, China
4 Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045,China
Abstract: Determining the relationship between soil microbial populations and soil microbial biomass in ecosystems can
provide useful information for vegetation restoration in the canyon Karst region. Therefore, based on a combination of field
investigation and laboratory analysis, we analyzed soil microbial populations and soil microbial biomass at different soil
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depths as well as their fractal relationships under six typical ecosystems, i.e., paddy field, dry land, grassland, Shrubbery,
plantation forest, and secondary forest, in the canyon Karst region in southwest China. Three plots with size of 20 m 伊 20 m
were constructed in each ecosystem type, and five soil samples were collected at four corners and the middle in each plot
and then mixed as one sample. The dilution plate method and the chloroform fumigation extraction method were used to
determine soil microbial populations and soil microbial biomass., respectively. The results showed that soil microbial
populations and composition varied under different ecosystems in the canyon karst region. Soil microbial populations were
largest in the secondary forest, followed by the plantation forest, while least in the dry land, indicating that the project of
returning crop land to forests or grassland have a significant impact on increasing the soil microbial populations. Microbial
composition in the six ecosystems performed in the order of bacteria > actinomycetes > fungi. The bacteria number was 26.66
伊105—71.64 伊 105 cfu / g with the highest proportion of 87. 00%—95. 50% of total soil microbial number; followed by
actinomycetes, whose number and proportion were 1. 45 伊 105—3. 78 伊 105 cfu / g and 4. 21%—12. 39%, respectively.
However, the fungi quantity was 0.07伊105—0.23伊105 cfu / g, and the proportion was less than 1%, just only 0.24%—
0郾 61%. Under different ecosystem types, soil microbial biomass carbon (MBC), soil microbial biomass nitrogen (MBN),
and soil microbial biomass phosphorus (MBP) were diverse, but all of them appeared to be a trend of MBC> MBN> MBP.
Soil MBC and MBN was highest in the secondary forest, while MBP was highest in the plantation forest, in comparison with
that MBC was lowest in the dry land, MBN and MBP were lowest in the grass. The ratios of MBC / SOC, MBN / TN and
MBP / TP ranged from 0.44%—0.97%, 2.13%—3.13%, and 1.46%—2.13%, respectively, with no significant differences
among the six ecosystems. The value of MBC / MBN ranged from 3.06 to 6.54, which in the secondary forest was significantly
higher than that in other ecosystems; however, no significant differences existed among the rest ecosystems. A good fractal
relationship existed between soil microbial populations and soil microbial biomass at a highly significant level (P<0.01).
Moreover, both soil microbial populations and soil microbial biomass in the six ecosystems decreased as an increase in soil
depth. As a result, exploring soil microbial activities could provide the basis for improving the soil fertility of lime soil and
boosting vegetation restoration in karst regions.
Key Words: ecosystem; microbial populations; microbial biomass; canyon Karst
摇 摇 土壤微生物是土壤的重要组成部分,主要通过
分解动植物残体而参与土壤系统中的能量流动和物
质循环,是土壤养分的储备库和植物生长可利用养
分的一个重要来源,影响早期植被演替的分布格局
及其后来的演替过程[1鄄2]。 土壤微生物量是土壤碳
循环最为活跃的部分,是土壤生态系统中物质和能
量流动的重要参数之一,可反映土壤同化和矿化能
力的大小,是土壤活性大小的标志[3],一直被认为是
土壤活性养分的暂时储存库。 土壤微生物数量是研
究和评价土壤微生物调控功能的重要参数[4鄄5],土壤
微生物数量不仅反映了土壤各因素对土壤微生物的
影响,同时也反映了其对植物的生长发育、土壤肥力
的影响[6鄄7],对整个生态系统也有一定的调节作用。
许多学者研究认为土壤微生物对土壤生态系统功能
如养分运转、能量流动、土壤结构维持、温室气体产
生、土壤安全调节发挥着重要作用,即土壤微生物群
落在一定程度上调节着土壤乃至整个生态系统功
能,甚至影响着全球生态系统的变化[8鄄10]。
贵州处于我国西南喀斯特地区的中心,因生态
环境脆弱,植被破坏后很难恢复,形成了不同程度的
“石漠化冶,其恢复与重建已成为农业生产、环境改
善、区域经济发展及人民脱贫致富的迫切需求。 土
壤微生物是地球生物演化进程中的先锋种类[11],被
公认为土壤生态系统变化的预警及敏感指标[12],对
喀斯特退化生态系统的恢复与重建作用重大。 张利
青等[13]发现石灰土土壤微生物生物量在坡面尺度
范围内存在着明显的空间分布;宋敏等[14]认为不同
土地利用方式通过改善地上植被种类和覆盖度影响
了土壤微生物的群落特征;宋同清等[15]、龙健等[16]、
魏媛等[17]发现喀斯特区域植被恢复影响土壤微生
物活性,何寻阳等[18]、鹿士杨等[19]认为不同退耕还
林还草措施能改善土壤微生物特性,提高土壤质量,
3033摇 12期 摇 摇 摇 谭秋锦摇 等:峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征 摇
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且自然恢复方式优于人工恢复方式[16]。 这些研究
多针对于表层土,且局限在喀斯特峰丛洼地。 涉及
到土壤微生物与土层深度关系方面的研究极少,而
对峡谷型喀斯特不同生态系统土壤微生物群落特征
的研究未曾报道。 本文以贵州省晴隆县孟寨小流域
典型峡谷型喀斯特的 6 个生态系统为研究对象,研
究不同深度土壤微生物数量、生物量的变化特征及
分形关系,目的在于探明退化喀斯特恢复的土壤微
生物机理,为该地区乃至整个喀斯特地区植被恢复
与生态重建提供理论依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
研究区为贵州省晴隆县孟寨河小流域,位于 25毅
33忆—26毅11忆N、105毅01忆—105毅 25忆E 之间,最高海拔
2025 m,属北亚热带湿润季风气候区,年平均气温
14.0—15.9 益,年极端高温为 33.4 益,最低气温为
-6.2 益,日照时数 1453 h,无霜期 280 d。 年降水量
1500—1650 mm,集中在 6—9 月份,年蒸发量 1800
mm,空气相对湿度在 50%以下。 地形起伏大,具有
山高、谷深、坡陡的特点,属二迭纪岩层风化而成的
石灰土。 研究区人地矛盾突出,人为干扰强烈,植被
退化严重,长年水土流失导致石漠化趋势明显,生态
环境十分脆弱。 该小流域与普定后寨(高原型)、印
江朗溪(岩溶槽谷型)、 荔波板寨(峰丛洼地型)并称
四大喀斯特地貌类型区的 4个小流域。
1.2摇 试验设计与调查
2012年 5—6 月,对研究区域进行实地踏查,选
择具有代表性的水田(ST)、旱地(HD)、草地(CD)、
灌丛(GC)、人工林(RGL)、次生林(CSL) 6 个生态
系统,在母质、土壤类型、坡度等立地条件基本一致
的基础上各设置 3个样地(表 1),样地面积为 20 m伊
20 m,系统进行了植被、立地因子、人为干扰等因子
调查,并用手持 GPS ( Global Positioning System)
(GPSmap 60) 定位。
表 1摇 6个生态系统样地基本特征
Table 1摇 General characteristic of the studied ecosystems
生态系统
Ecosystems
地理位置
Graphical location
坡向 /坡度
Slope aspect /
Slope / (毅)
海拔高度
Altitude
/ m
土壤类型
Soil type
优势种
Dominant
species
平均年龄
Mean
age / a
平均高度
Mean
height / m
盖度
Coverage
ST 25毅52.755忆N,105毅16.476忆E 西 / 0 962
棕色石灰土
Brown limy soil
水稻(Oryza sativa)、小麦
(Triticum aestivum)
HD 25毅52.018忆N,105毅17.047忆E 西 / 8 1006
棕色石灰土
Brown limy soil
玉米 ( Zea mays)、油菜
(Brassica napus)
CD 25毅52.755忆N,105毅17.410忆E 西 / 2 1097
棕色石灰土
Brown limy soil
宽 叶 雀 稗 ( Paspalum
wettsteinii)、白三叶
(Trifolium repens)
2 0.2 0.95
GC 25毅54.041忆N,105毅15.718忆E 西 / 17 1145
棕色石灰土
Brown limy soil
车桑子
(Dodonaea viscosa) 3 1.3 0.75
RGL 25毅50.723忆N,105毅15.540忆E 西 / 22 1284
棕色石灰土
Brown limy soil 楸树(Catalpa bungei) 12 7.0 0.50
CSL 25毅51.445忆N,105毅16.748忆E 西南 / 25 1279
棕色石灰土
Brown limy soil
白栎(Quercus fabri)、
椿树(Toona sinensis) 20 7.8 0.70
摇 摇 ST:水田 Paddy field;HD:旱地 Dry land;CD:草地 Grassland;GC:灌草 Shrubbery;RGL:人工林 Plantation forest;CSL:次生林 Secondary forest
1.3摇 土壤取样与分析
首先将每个生态系统的 3 个样地都划分为 16
个 5 m伊5 m的小样方,各样地获得 25 个网点,用土
钻测定每个网格点的土壤厚度。 在每个样地中挖取
典型剖面,直至出现岩石层为止,用环刀分 0—10 cm
(玉层)、10—20 cm(域层)、20—30 cm(芋层)、30—
50 cm(郁层)、50—100 cm(吁层)5 层测容重。 在样
地的 4个角和中间按土壤机械分 5层取样,5个点同
层次的土样组成一个混合样,一个样地获取 5 个土
样,每个生态系统共 15个土样。 土样充分混合后将
待测样品分成两部分,一部分带回实验室风干测定
土壤理化性质[20],结果见表 2。 另一部分带回实验
室置于 4 毅C恒温冰箱中,测定土壤微生物生物量碳
(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP),以及细菌、真菌、放线
4033 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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菌。 土壤微生物生物量均采用氯仿熏蒸法:微生物
碳(MBC)与氮(MBN)采用 K2SO4浸提法,转换系数
K为 0.45,微生物磷(MBP )采用 NaHCO3提取,外加
Pi 校正,转换系数 K为 0.4。 土壤微生物数量采用稀
释平板涂抹法计:细菌用牛肉膏蛋白胨培养基,真菌
用马丁氏培养基,放线菌用改良高氏 1 号培养基,以
上分析方法参见文献[21],分形维数 D 值是在双对数
坐标下对 A、B 的一系列值进行线性回归,所得拟合
直线的斜率,A= kBD(k为比例系数) [22]。
表 2摇 不同生态系统的土壤理化性质
Table 2摇 Physicochemical properties under different ecosystems (mean依SE, n= 3)
生态系统
Ecosystems pH
有机碳
Organic carbon
SOC /
(g / kg)
全氮
Total nitrogen
TN / (g / kg)
全磷
Total
phosphorus
TP / (g / kg)
全钾
Total potassium
TK / (g / kg)
碱解氮
Available
nitrogen
AN / (mg / kg)
速效磷
Available
phosphorus
AP / (mg / kg)
速效钾
Available
potassium
AK / (mg / kg)
ST 8.2依0.05Aa 17.56依1.91Cc 1.31依0.74Bb 0.96依0.09Aa 10.70依0.31Cc 120依4.33Cc 43.70依6.14Aa 83.38依6.70Aa
HD 8.1依0.08Aa 16.70依3.39Cc 1.12依0.23Bb 0.70依0.10Bb 10.43依1.80Cc 110依15.6Cc 39.31依17.07Aa 59.93依9.04Bb
CD 8.1依0.12Aa 19.81依0.98Cc 0.97依0.06Bb 0.70依0.05Bb 14.40依1.00Bb 86依2.70Cc 8.81依1.27Bb 61.29依6.42Bb
GC 8.1依0.51Aa 21.50依0.81Cc 1.14依0.20Bb 0.37依0.04Cd 5.36依0.83Dd 130依2.07Cc 3.45依0.54Bb 57.46依11.75Bb
RGL 7.8依0.49Bb 29.39依8.54Bb 1.76依0.38Aa 0.63依0.14Bb 18.93依3.51Aa 200依4.73Bb 9.52依1.14Bb 91.28依5.61Aa
CSL 6.4依0.37Cc 44.11依10.81Aa 1.81依0.06Aa 0.88依0.26Aa 7.57依0.62Cc 280依8.64Aa 11.24依4.15Bb 62.77依2.72Bb
摇 摇 同列数据后不同大、小写字母分别表示差异达到极显著和显著水平
1.4摇 数据处理
所有数据处理和分形特征计算均在 Excel 2007、
SPSS 16. 0 软件中完成,多重比较分析采用单因子
(one鄄way ANOVA),差异显著性检验采用 LSD 检验
(显著性水平设定为 a = 0.05,极显著水平设定为 a =
0. 01)。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同生态系统土壤微生物数量的变化
由表 3可以看出,峡谷型喀斯特不同生态系统
土壤微生物数量及组成不同,随着退化喀斯特植被
的恢复,土壤细菌、真菌、放线菌及微生物总数均呈
上升趋势。 不同生态系统的土壤微生物总数量依次
为次生林>人工林>灌丛>草地>水田>旱地。 次生林
与人工林均为乔木群落,差异不显著,但极显著高于
其他生态系统;灌丛显著高于草地,草地与水田差异
不显著,水田显著高于旱地。 细菌、放线菌、真菌的
数量变化趋势除放线菌、真菌表现为旱地>水田外,
其变化规律与总数一致,且均具有次生林和人工林
差异不显著、但极显著高于其他生态系统的特征。
不同生态系统微生物数量组成均呈细菌>放线菌>真
菌 ,细菌的比例为87.00%—95.50%,各生态系统差
表 3摇 不同生态系统土壤微生物数量
Table 3摇 Populations of main soil microbes under different ecosystems
生态系统
Ecosystems
细菌
Bacteria
/ (伊105cfu / g)
真菌
Fungi
/ (伊05cfu / g)
放线菌
Actinomycetes
/ (伊105cfu / g)
总数
Sum
/ (伊105cfu / g)
细菌比例
Percentage
of bacteria / %
真菌比例
Percentage
of fungi / %
放线菌比例
Percentage of
actinomycetes / %
ST 26.66依1.70Cc 0.07依0.00Bc 1.45依0.15CDd 28.18依1.78Cc 94.61依0.46Aa 0.24依0.03Bb 5.15依0.46Bb
HD 13.54依1.87Dd 0.10依0.01Bbc 1.93依0.09Cc 15.56依1.85Dd 87.00依1.83Aa 0.61依0.17Aa 12.39依1.69Aa
CD 30.79依2.76Bbc 0.11依0.00Bbc 2.15依0.17Cc 33.04依2.88Cc 93.18依0.29Aa 0.32依0.03Bb 6.50依0.30Bb
GC 44.53依1.20Bb 0.13依0.01Bb 2.58依0.35Bb 47.24依1.54Bb 94.26依0.52Aa 0.28依0.02Bb 5.46依0.54Bb
RGL 67.57依0.58Aa 0.21依0.02Aa 2.98依0.14Bb 70.76依0.62Aa 95.50依0.21Aa 0.30依0.01Bb 4.21依0.19Bb
CSL 71.64依7.37Aa 0.23依0.05Aa 3.78依0.18Aa 75.65依4.41Aa 94.70依0.18Aa 0.31依0.02Bb 4.99依0.20Bb
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异不显著;放线菌与真菌的比例分别为 4. 21%—
12郾 39%和 0.24%—0.61%,旱地极显著高于其他生
态系统,其他生态系统差异不显著。
2.2摇 不同生态系统土壤微生物量碳、氮、磷的变化
由于土壤微生物量周转快,灵敏度高,可以反映
土壤质量微小的变化,常被作为研究土壤健康的生
物学指标。 由表 4 可以看出,峡谷型喀斯特不同生
态系统的土壤微生物量碳 (MBC)、氮 (MBN)、磷
(MBP)的含量不同,但均为 MBC>MBN>MBP。 MBC
含量的大小顺序为次生林>人工林>水田>灌丛>草
地>旱地,其中次生林极显著高于其他生态系统,人
工林、水田和灌丛差异不显著,但显著高于草地和旱
地,草地和旱地差异不显著。 MBN 含量的大小顺序
为次生林>人工林>灌丛>水田>旱地>草地,次生林
与人工林差异不显著,但极显著高于其他生态系统,
其他生态系统差异不显著;MBP 含量的大小顺序为
人工林>次生林>灌丛>水田>旱地>草地,同样是次
生林与人工林差异不显著,但极显著高于其他生态
系统,其他生态系统差异不显著。 进一步分析发现,
不同生态系统的 MBC / SOC、MBN / TN、MBP / TP 分别
为 0.44%—0.97%、2.13%—3.13%、1.46%—2.13%之
间,差异不显著;MBC / MBN在 3.06—6.54,其中次生
林极显著高于其他生态系统,其他生态系统差异不
显著。
表 4摇 不同生态系统土壤微生物生物量碳、氮、磷含量
Table 4摇 Soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus under different ecosystems
生态系统
Ecosystems
微生物碳
Microbial
biomass carbon
MBC / (mg / kg)
微生物氮 MBN
Microbial
biomass nitrogen
/ (mg / kg)
微生物磷 MBP
Microbial
Biomass
phosphorus
/ (mg / kg)
微生物碳 /
有机碳
MBC / SOC / %
微生物氮 /全氮
MBN / TN
/ %
微生物磷 /全磷
MBP / TP
/ %
微生物碳 /
微生物氮
MBC / MBN
ST 169.656依23.10Bb 34.677依1.38Bb 21.052依0.28Bb 0.97依0.14Aa 2.65依0.26Aa 1.61依0.16Aa 4.89依1.20Bb
HD 78.522依13.34Cc 25.624依0.95Bb 18.834依0.42Bb 0.47依0.19Aa 2.29依0.52Aa 1.68依0.32Aa 3.06依0.77Bbc
CD 86.414依8.01Cc 20.705依2.22Bb 20.648依1.63Bb 0.44依0.06Aa 2.13依0.17Aa 2.13依0.93Aa 4.17依0.59Bb
GC 130.477依5.61Bb 35.714依2.14Bb 20.422依3.81Bb 0.61依0.00Aa 3.13依0.47Aa 1.79依1.39Aa 3.65依0.90Bbc
GRL 170.080依15.24Bb 46.472依2.86Aa 31.055依0.80Aa 0.58依0.27Aa 2.64依0.49Aa 1.76依1.19Aa 3.66依0.50Bbc
CSL 330.94依34.02Aa 50.630依6.05Aa 26.510依2.30Aa 0.75依0.21Aa 2.80依0.38Aa 1.46依1.04Aa 6.54依2.09Aa
2.3摇 微生物碳氮磷与微生物数量的分形特征
土壤微生物生物量可反映参与调控土壤中能量
和养分循环以及有机质转化的微生物数量。 由表 5
可以看出,石灰土土壤微生物 MBC、MBN、MBP 与土
壤细菌、真菌及放线菌都具有良好的分形关系,相关
系数分别为 0. 4545,0. 6708,0. 7137;. 3981,0. 6692,
0郾 7554和 0.3444,0.6428,0.7296,均达到了极显著水
平(P<0.01),分形维数 D 值分别为-2.970,-2.492,
-4.508;-2.254,-2.110,-3.872 和-1.591,-1.642,
-3.084,具有统计学意义。
表 5摇 微生物数量与微生物量的分形特征模拟结果
Table 5摇 Fractal characteristic model of soil microbial population and biomass
模型 Models R2 F P
logyC =-2.970+0.772logxB 0.4545 23.3053 <0.01
logyC =-2.492+1.121logxF 0.6708 57.0558 <0.01
logyC =-4.508+1.234logxA 0.7137 69.8110 <0.01
logyN =-2.254+0.571logxB 0.3981 18.5200 <0.01
logyN =-2.110+0.880logxF 0.6692 55.0600 <0.01
logyN =-3.872+1.002logxA 0.7554 86.4950 <0.01
logyP =-1.591+0.4444logxB 0.3444 14.7117 <0.01
logyP =-1.642+0.724logxF 0.6428 50.3800 <0.01
logyP =-3.084+0.823logxA 0.7296 75.5400 <0.01
摇 摇 yC:MBC;yN:MBN;yP :MBP;xB:细菌数量 Bacteria population; xF:真菌数量 Fungi population; xA: 放线菌数量 Actinomycetes population
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2.4摇 不同生态系统土壤微生物生物量与数量的垂
直变化
由图 1可以看出,不同生态系统的细菌、真菌及
放线菌数量呈现随土层厚度加深而减少的趋势(除
水田和旱地)。 在表层土壤(0—10 cm)中,草地、灌
丛、人工林和次生林的细菌数量为 4.13伊106,7.08伊
106,9. 38 伊 106和 10. 13 伊 106 cfu / g,最深层的土壤
(50—100 cm)为 1. 79 伊 106,1. 44 伊 106,2. 21 伊 106和
3郾 72伊106 cfu / g,前者分别是后者的 2.31,4.92,4.24
和 2.72倍。 而水田和旱地的细菌数量随土层厚度加
深波动不大,主要是由人为干扰太大、土壤翻耕频繁
所致,真菌和放线菌的变化趋势相似;不同生态系统
的土壤微生物 MBC、MBN 与 MBP 均呈现随土层厚
度加深而减少的趋势。 在表层土壤(0—10 cm)中,
水田、旱地、草地、灌丛、人工林和次生林的 MBC 分
别为 344.16,126.38,147.84,258.32,313.19和 609.09
mg / kg,而最深层土壤(50—100 cm)分别为 36.45,
36.71,42.74,35.64,40.12和 104.24 mg / kg,前者是后
者的 9.44,3.44,3.46,7.25,7.81 和 5.84 倍。 土壤的
MBN和 MBP 同样具有类似趋势。
图 1摇 不同生态系统的土壤微生物生物量与数量的垂直变化
Fig.1摇 Vertical variations in soil microbial biomass and populations for the ecosystems
3摇 讨论与结论
3.1摇 土壤微生物数量特征
土壤微生物数量与组成很大程度上影响并决定
着土壤的生物活性、有机质分解、腐殖质合成、土壤
团聚体形成以及土壤养分的转化[4];同时土壤微生
物深受土壤、植被、气候等因子的影响。 不同生态系
统植被组成和发育阶段不同,其分泌物的种类、数量
和性质也不同,微生物数量和种类组成也不同。 西
南喀斯特属亚热带季风气候,雨热条件丰富,极有利
于土壤微生物的繁衍和生长,土壤微生物的数量较
高。 张利青等[13]研究发现,高原型喀斯特处于北亚
热带,温度较低、降雨量较少,典型坡耕地土壤微生
物总数仅为 1.75伊105 cfu / g,三大菌类的组成与前人
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研究的结果不同,为放线菌>细菌>真菌[15]。 宋敏
等[14]对中亚热带喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、灌
丛、人工林、次生林 5个不同生态系统土壤微生物的
数量研究表明,其土壤微生物总数量为 4.27伊104—
3.14伊106 cfu / g,其中坡耕地、草丛、灌丛土壤三大菌
类的组成也为放线菌>细菌>真菌,人工林和次生林
则为细菌>放线菌>真菌,本研究区域为北亚热带典
型的峡谷型喀斯特,温度较低,但降雨量大,土壤微
生物的数量高达 1.57伊106—7.57伊106 cfu / g,三大菌
类的组成与其他土壤类型的研究结果一致[23鄄24],均
为细菌>放线菌>真菌,表明不同植被恢复模式对土
壤微生物数量、分布存在重要影响。 土壤微生物总
数、细菌、放线菌和真菌数量均以次生林最高,水田
和旱地较低,这是由于次生林枝落叶物的凋落、分解
及根系分泌物死亡,为微生物的生长提供丰富的能
源物质,且均随土壤厚度的加深而下降。
3.2摇 土壤微生物量碳、氮、磷
不同生态系统及土壤类型条件下土壤微生物量
的变化剧烈,受地上植被类型的影响很大[25]。 峡谷
型喀斯特土壤 MBC的范围为 78.52—330.94 mg / kg,
与其他土壤类型相比比较适宜[26],但明显低于北亚
热带高原型喀斯特(383.80 mg / kg)和中亚热带峰丛
洼地型喀斯特(131.7—776.2 mg / kg) [13,19],且变化
相对平缓;MBN为 20.71—50.63 mg / kg,明显低于温
度森林土壤(130—216 mg / kg) [26]和高原型喀斯特
(71.50 mg / kg) [13],高于峰丛洼地型喀斯特(16.67—
46. 13 mg / kg ) [19], 变异很小; MBP 为 18. 834—
26郾 510 mg / kg,介于峰丛洼地型喀斯特(4.33—76.65
mg / kg)和高原型喀斯特(15.41 mg / kg)之间,变异非
常小;MBC、MBN、MBP 受植被恢复的影响较大,均以
人工林和次生林最高,森林生态系统凋落物、根表脱
落物和根系分泌物对土壤碳库、氮库、磷库的不断补
充,增强了土壤微生物活性,导致土壤微生物量不断
上升。 与微生物数量一样,土壤微生物生物量随土
壤深度的加深而下降,可能由于土壤中大多数微生
物属于有机营养型,随着植物根系分泌物和脱落物
的不断减少以及土层温度的降低,土壤中营养物质
逐渐减少,减慢了微生物的自身合成代谢。
Vance等[27]认为,土壤微生物生物量绝对量并
不能完全反映微生物的活性、结构和功能,应考虑微
生物生物量碳、氮、磷在全碳、全氮和全磷中的比例,
揭示峡谷型喀斯特不同生态系统土壤微生物质量的
变异。 Zeller 等[28]报道 MBC、MBN、MBP 占有机碳、
全氮和全磷的比例分别为 0. 3%—7. 0%、2. 0%—
6郾 0%和 0.5%—8.5%。 本研究结果与其相似,分别
为 0.44%—0.95%、2.13%—3.13%、1.46%—2.13%,
差异不显著,但 MBC、MBN、MBP 的比例均偏低,这
是因为峡谷型喀斯特土壤虽少,但“窝窝土冶现象严
重,土壤周围分布的裸露岩石上的风化凋落物缓缓
向土壤输入,土壤碳、氮、磷含量较高,但应提高土壤
的微生物活性和微生物代谢能力,保证植物生长所
需的营养物质。 MBC / MBN 的值是否恒定,不同学
者其观点不同,Anderson 等[29]认为 MBC / MBN 平均
值为 6.7,陈国潮等[30]认为红壤土壤 MBCM / MBN平
均值为 6.2,峡谷型喀斯特不同生态系统中只有次生
林生态系统的土壤与其接近,为 6.54,其他生态系统
的 MBCM / BN显著低于次生林,为 3.06—4.89,应提
高土壤微生物生物量碳的固持能力[16]。
3.3摇 土壤微生物量与微生物数量的分形特征
分形理论一般用于植物分布格局和土壤团聚体
等方面的研究[31],而针对土壤微生物量与微生物数
量关系的研究很少,涉及喀斯特不同生态系统的更
少。 本研究表明,土壤微生物 MBC、MBN、MBP 与土
壤细菌、真菌及放线菌都具有良好的分形关系,经 F
检验,其分析模型精度及分形维数 D 值均达到显著
水平。 由分形模型拟合得到的 D 值是对 MBC、
MBN、MBP 空间分布的维度特征的表征,D 值越大,
表明微生物量碳、氮、磷在土壤空间积累越多,分布
空间越大[31]。 喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式
中,MBC 与土壤真菌数量、细菌数量及放线菌数量
(P= 0.01),MBN、MBP 与细菌数量、真菌数量、放线
菌数量不存在显著关系[14];喀斯特峰丛洼地不同退
耕还林还草模式中,只有 MBC 与细菌数量、MBN 与
真菌数量(P = 0.01)、MBC 与放线菌数量(P = 0.05)
呈显著性关系[19]。 峡谷型喀斯特土壤微生物量与
土壤微生物数量的空间分布格局存在差异,其中
MBC、MBN、MBP 与放线菌数量相关(D = - 4. 508,
-3.882,-3.084)最大,其次是 MBC、MBN 与细菌数
量(D = - 2. 970,- 2. 254)及 MBP 与真菌数量(D =
-1.642), MBC、 MBN 与真菌数量 ( D = - 2. 492,
-2.110)及 MBP 与细菌数量(D = -1.591)的相关性
较小。 同时,土壤微生物数量与微生物量空间分布
8033 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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分形特征的存在,可以通过土壤微生物的数量变化
来预测该地区微生物生物量的动态变化,从而为喀
斯特植被恢复重建过程中的土壤健康保护、植被恢
复模式选择提供基础数据。
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0133 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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