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The temporal and spatial distribution of soil microorganism physiological floras in alpine shrubs of the eastern Qilian mountains

东祁连山高寒灌丛草地土壤微生物生理功能群的动态分布研究



全 文 :书东祁连山高寒灌丛草地土壤微生物生理
功能群的动态分布研究
王国荣,陈秀蓉,张俊忠,韩玉竹,胡宜刚,杨成德,徐长林
(甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州730070)
摘要:通过对2005和2006年东祁连山杜鹃灌丛、高山柳灌丛和金露梅灌丛土壤微生物生理功能群的时空动态进
行研究。结果表明,1)各微生物生理类群的季节变化趋势在2005与2006年存在差异;2)从土壤剖面层次来看,
0~10cm土层微生物生理功能群的数量大于10~20cm土层;3)土壤微生物生理功能群的数量大小顺序为:硝化
细菌>反硝化细菌>氨化细菌>好气性自生固氮菌>嫌气性自生固氮菌>芽孢杆菌>好气性纤维素分解菌>嫌
气性纤维素分解菌;4)不同灌丛土壤中,土壤微生物生理类群总数量不同表现为:高山柳灌丛>杜鹃灌丛>金露梅
灌丛。
关键词:东祁连山;高寒灌丛;土壤微生物生理功能群;分布
中图分类号:S812.2;Q945.79  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)02003108
  土壤微生物是生态系统的重要组成部分,在草原生态系统的物质循环和能量转化中占有重要地位[1,2]。近年
来,对于土壤微生物的研究主要集中在土壤微生物与植被的关系、土壤微生物季节动态等[36],其中土壤微生物功
能群的研究也受到国内外较多学者的关注[7,8]。研究表明纤维素分解菌可以促进土壤有机质的形成与转化,在
改善土壤理化性质和肥力方面起着非常重要的作用[9,10]。郭爱莲等[11]开展了土壤中硝化细菌的分离与筛选的
研究,周才平和欧阳华[12]研究发现因为反硝化细菌的作用,使得土壤丧失了20%~30%的氮肥。Conrad[13]研究
发现反硝化细菌不仅使土壤流失大量氮素,同时伴随着产生大量的N2O和NO等导致全球气候变暖并破坏臭氧
层结构的有害气体。但反硝化过程可以去除硝酸污染物,加速对污染环境的生物修复。土壤中的自生固氮菌通
过生物固氮不仅补充了土壤中的氮素流失,还可以消除工业氮肥给经济和环境带来的压力[14]。因为土壤微生物
生理类群直接参与土壤的有机物分解和无机物转化等重要的生化活动,影响着土壤元素循环的速率。它们的数
量直接反映着所处生境的特征,某类营养物质的水平及其转化规律。测定不同类型草地土壤中各种不同生理类
群的微生物,定量、定性分析土壤微生物的生理类群在草地生态系统中的分布与活动规律,对揭示草地生态系统
地下生理生态学的格局和过程具有重要意义,对开发利用微生物资源具有重大意义,为进一步研究该地区草地土
壤微生物提供基础资料。
青藏高原是地球上一个独具特色的地理单元,具有独特的地质历史和自然条件、丰富的生物组成和生物群落
类型[15]。祁连山作为青藏高原北边缘地带和北部内陆荒漠地区重要的分水岭,形成了独具特色的生物多样
性[16]。高寒灌丛草地是东祁连山的主要地带性植被之一,加强灌丛草地土壤微生物生态学的研究,对综合评价
灌丛草地生态环境及认识灌丛草地生态系统中物质转化和能量流动的活跃程度具有重要意义。因此,本研究以
东祁连山具有代表性的高寒灌丛草地为研究对象,对其土壤微生物生理功能群的时空变化及分布特征进行了初
步研究,旨在为科学管理草地,充分发挥微生物在草地生态系统可持续发展中的作用提供依据。
1 材料与方法
1.1 研究地区的自然概况及样地的基本概况
试验点位于祁连山东端天祝县,甘肃农业大学草业学院草原定位试验站。全区气候寒冷潮湿,年均温
第20卷 第2期
Vol.20,No.2
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
31-38
2011年4月
 收稿日期:20091211;改回日期:20100429
基金项目:国家自然科学基金项目(30471232),甘肃省中青年基金(3YS41A25009)和甘肃省“555”人才工程资助。
作者简介:王国荣(1980),女,陕西商南人,助教,硕士。Email:wanggr@gsau.edu.cn
通讯作者。Email:chengxiurong@gsau.edu.cn
-0.1℃,1月-18.3℃,7月12.7℃,>0℃年积温1380℃;年降水量416mm,多为地形雨,集中于7,8,9三个
月;年蒸发量1592mm,为降水量的3.8倍。水热同期,气温变化大,无绝对无霜期,仅分冷、热两季。区内土层
较薄,厚40~80cm;含水量16.09%~36.25%;pH值7.647~8.363;容重0.682~1.120g/cm3;有机质含量高,
为10%~16%。植物生长季约为120~140d。灌丛草甸草场主要在阳坡分布,面积为1142km2,海拔在2500
~3300m。
以植被特征为依据,选取具有代表性的杜鹃高寒灌丛(犚犺狅犱狅犱犲狀犱狉狅狀shrubs,DJ)、高山柳高寒灌丛(犛犪犾犻狓
犮狌狆狌犾犪狉犻狊shrubs,GS)和金露梅高寒灌丛(犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犳狉狌狋犻犮狅狊犪shrubs,JL)为样地,各样地的基本特征见表1。
表1 取样地点的主要特征
犜犪犫犾犲1 犕犪犻狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狊犪犿狆犾犻狀犵狊犻狋犲狊
灌丛类型
Shrubtypes
海拔
Altitude(m)
地理坐标
Coordination
土壤类型
Agrotype
pH 植被状况
Statusofvegetation
DJ 3220 N:37.16°
E:102.77°
高山灌丛草甸土
Alpineshrubs
meadowsoil
0~10cm:
7.71
10~20cm:
6.80
以烈香杜鹃、千里香杜鹃、青海杜鹃和头花杜鹃为优势种,灌丛盖
度在54%左右 犚犺狅犱狅犱犲狀犱狉狅狀犪狀狋犺狅狆狅犵狅狀狅犻犱犲狊,犚.狋犺狔犿犻犳狅犾犻
狌犿,犚.狆狉狕犲狑犪犾狊犽犻犻and犚.犮狅狆犻狋犪狋狌犿arethedominantspeciesin
thesiteone,coverageofshrubsareabout54%
GS 3130 N:37.17°
E:102.76°
高山灌丛草甸土
Alpineshrubs
meadowsoil
0~10cm:
6.63
10~20cm:
6.47
高山柳为绝对优势种,金露梅为伴生种,灌丛盖度在78%左右In
thesecondsite,犛犪犾犻狓犮狌狆狌犾犪狉犻狊shrubsistheabsolutedominant
species,and犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犳狉狌狋犻犮狅狊犪shrubsisthecompanionspe
cies,thecoverageofshrubsareabout78%
JL 3020 N:37.18°
E:102.77°
亚高山灌丛草甸土
Subalpineshrubs
meadowsoil
0~10cm:
7.45
10~20cm:
7.62
金露梅为绝对优势种,伴生种为高山柳,灌丛盖度在75%左右犘.
犳狉狌狋犻犮狅狊犪shrubsistheabsolutedominantspeciesand犛.犮狌狆狌
犾犪狉犻狊shrubsisthecompanionspeciesinthethirdsite,coverageof
shrubsareabout75%
 注:土壤类型引自1979年《高山草原改良中间试验阶段成果鉴定技术资料》和张德罡在2003著的《东祁连山杜鹃灌丛生态系统研究》。
 Notes:Soiltypequotefrom1979,“Thepilotphaseofalpinegrasslandimprovementoftheresultsidentifiedtechnicaldata”andZHANGDegang
in2003withthe“EastQilianMountainsShrubEcosystemResearch”.
1.2 土壤采样时间和方法
分别于2005和2006年的5,7,9和11月中旬在各样地固定样方内使用土壤剖面法或土钻法分2层(0~10
和10~20cm)混合多点取样,将同一层次的土样混匀后,剔除植物根系和石块后约取1kg,分别装入无菌塑料袋
中带回室内分离各类微生物。
1.3 土壤微生物分离和培养
1.3.1 供试培养基[17] 芽孢杆菌(bacilus,A)和氨化细菌(ammonifyingbacteria,B):采用牛肉膏蛋白胨琼脂
培养基;好气性自生固氮菌(aerobeazotobacter,C):采用改良的阿须贝无氮培养基;嫌气性自生固氮菌(oligotro
phicazotobacter,D):采用玉米面碳酸钙培养液;硝化细菌(nitrifiers,E):采用改良的斯蒂芬逊培养基;反硝化细
菌(denitrifyingbacteria,F):采用改良的阿须贝无氮培养基;好气性纤维素分解菌(aerobecelulolytiemicroo
ganisms,G):采用赫奇逊氏培养基;嫌气性纤维素分解菌(Oligotrophiccelulolyticmicroorganisms,H):采用奥
曼梁斯基培养基。
1.3.2 分离方法 称取10g土样置于装有90mL无菌水和少许玻璃珠的三角瓶中,在振荡器上以200r/min
振荡20min,配制成10-1悬液,静置2min,再根据需要稀释成一系列不同稀释度的土壤悬液。其中,用涂抹法接
种氨化细菌、芽孢杆菌(接种前土壤稀释液先经80℃水浴处理10min)、好气性自生固氮菌和好气性纤维素分解
菌,每个处理3次重复。用稀释法接种嫌气性自生固氮菌、硝化细菌(亚硝酸细菌和硝酸细菌)、嫌气性纤维素分
23 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.2
解菌和反硝化细菌。接种后根据各种菌的生长特性,于28℃温箱内培养3~15d观测,参考相关文献记载试验结
果[18]。试验数据均采用DPS软件进行统计分析[19]。
2 结果与分析
2.1 微生物生理类群的动态变化
总结2年的试验结果(图1~8)表明,不同季节,微生物生理类群数量差异较大。在2005年,所有的好气性
微生物(A、B、C、E、G)数量高峰期均出现在11月;嫌气性微生物D和 H高峰期出现在9月,F高峰期出现在5
月,而不同微生物数量低峰期则出现在不同月份。在2006年,不同微生物生理类群数量变化趋势不一致,好气性
微生物A、B、G数量高峰出现在11月,而C、E则出现在5月;嫌气性微生物F高峰期出现在7月,D和H高峰期
出现在9月,与2005年一样,2006年不同微生物数量低峰期也出现在不同月份。同季节动态,不同微生物年际
动态差异也较大,2005年微生物生理类群数量普遍高于2006年的。在垂直分布上,灌丛草地土壤微生物生理类
群数量具有明显的垂直分布规律,上层(0~10cm)是土壤微生物的主要活动区域(表2)。采样点不同导致微生
物生理类群数量差异较大,高山柳灌丛草地微生物生理类群数量最多,其次为杜鹃灌丛草地,金露梅灌丛最少(表
3)。不同微生物生理类群由于对环境需求不同,导致其最终总数量不同,其中硝化细菌最多,嫌气性纤维素分解
菌最少(表3)。
表2 不同土层深度土壤微生物生理类群数量动态变化
犜犪犫犾犲2 犕犻犮狉狅犫犻犪犾狆犺狔狊犻狅犾狅犵犻犮犪犾犳狌狀犮狋犻狅狀犪犾犵狉狅狌狆狀狌犿犫犲狉
犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狊 ×104CFU/g干土Drysoil
灌丛类型
Shrubtypes
年份
Year
深度
Depth
(cm)
芽孢杆菌
Bacilus
硝化
细菌
Nitrifiers
反硝化细菌
Denitrifying
bacteria
氨化细菌
Ammonifying
bacteria
好气性自
生固氮菌
Aerobe
azotobacter
嫌气性自
生固氮菌
Oligotrophic
azotobacter
好气性纤维
素分解菌
Aerobe
celulolytie
microoganisms
嫌气性纤维
素分解菌
Oligotrophic
celulolytic
microorganisms
杜鹃高寒灌
丛 犚犺狅犱狅
犱犲狀犱狉狅狀
shrubs
2005 0~10234.00±0.36Aa8420.005590.00 2076.12±4.12Aa 1560.00±0.14Aa 213.00 105.00±2.16Aa 0.59
10~20184.00±0.47Ab8000.003970.00 1188.24±13.11Bb 153.00±0.78Bb 73.70 27.00±0.15Bb 0.04
2006 0~10 43.90±0.52Aa 5.18 594.00 966.23±2.13Aa 445.00±1.29Aa 295.00 15.90±0.92Aa 0.24
10~20 21.40±0.26Bb 8.79 32.80 246.86±5.18Bb 77.40±6.22Bb 55.80 5.73±0.02Bb 0.03
高山柳高寒
灌丛
犛.犮狌狆狌犾犪狉犻狊
shrubs
2005 0~10274.00±0.03Aa11900.006050.00 2736.09±12.38Aa 751.00±4.68Aa 549.00 117.00±8.16Aa 2.18
10~20 92.30±0.11Bb 8490.002290.00 990.89±6.76Bb 82.50±0.16Bb 473.00 25.00±0.15Bb 3.95
2006 0~10148.00±0.48Aa 414.00 513.00 1423.36±22.19Aa 345.00±4.53Aa 378.00 19.30±0.04Aa 0.07
10~20 26.53±0.14Bb 0.77 32.20 388.33±5.68Bb 302.00±6.28Aa 197.00 16.30±0.12Aa 0.03
金露梅高寒
灌丛
犘.犳狉狌狋犻犮狅狊犪
shrubs
2005 0~10147.00±0.21Aa9600.005330.00 1683.99±11.62Aa731.00±12.38Aa 1850.00 91.30±0.34Aa 8.61
10~20135.00±0.10Aa6540.002420.00 853.29±5.38Bb 177.00±5.36Bb 32.30 67.70±0.56Ab 18.50
2006 0~10 87.50±0.38Aa 1.44 56.70 789.83±9.69Aa 271.00±7.18Aa 547.00 20.80±0.48Aa 0.13
10~20 38.10±0.46Bb 0.43 10.30 417.77±3.12Bb 117.00±5.21Bb 233.00 13.90±0.36Bb 0.04

 注:表中大小写字母分别表示犘<0.01和犘<0.05差异显著,未标字母者即为用最大或然值计数获得结果。下同。
 Notes:Thecapitallettersandsmallettersafterthedataindicatesignificanceat犘<0.01and犘<0.05respectivelywithinthesamesite.Nolettersafterthe
dateindicatethattheresultsweregotbymostprobablenumber.Thesamebelow.
2.2 微生物生理类群的季节动态与年际动态
2.2.1 芽孢杆菌的季节动态和年际动态 2005与2006年土壤中芽孢杆菌的季节变化总体趋势一致(图1),均在11
月数量最多,如杜鹃灌丛在2005年11月数量达到了2.65×107CFU/g干土,而5月份数量最少,如杜鹃灌丛在2006
年5月份数量为1.8×106CFU/g干土,最高值几乎是最低值的15倍。从年际变化来看,2006年芽孢杆菌的数量比
2005年有所下降。
33第20卷第2期 草业学报2011年
2.2.2 硝化细菌的季节动态和年际动态 总结2年的试验结果,发现硝化细菌的年际数量波动很大,2005年数量
远远高于2006年。在2005年3个灌丛硝化细菌高峰期出现在11月,杜鹃灌丛数量达到4.82×107CFU/g干土,5
月次之,7月最少(图2);2006年硝化细菌在5月数量最高,高山柳灌丛数量为4.1×106CFU/g干土,而金露梅灌丛
数量只有2.69×103CFU/g干土,不同灌丛数量差异较大,而7月显著低于5月,9月与11月土壤在试验中检测不
出此菌。
2.2.3 反硝化细菌季节动态和年际动态 2005与2006年反硝化细菌的数量季节动态变化不完全一致(图3),2005
年高峰期出现在5月,杜鹃灌丛数量最多为5.47×107CFU/g干土,而2006年高峰期出现在7月,也是杜鹃灌丛数
量最多,为1.90×105CFU/g干土,但均是11月最少。另外,结果显示反硝化细菌的年际变化较大,与2005年的反
硝化细菌数量相比,2006年的反硝化细菌数量有所下降。
表3 不同灌丛类型土壤微生物生理类群的分布特征
犜犪犫犾犲3 犜犺犲狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犻犪犾狆犺狔狊犻狅犾狅犵犻犮犪犾犳狌狀犮狋犻狅狀犪犾犵狉狅狌狆’狊犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊犺狉狌犫狊
灌丛类型Shrubtypes
杜鹃高寒灌丛
犚犺狅犱狅犱犲狀犱狉狅狀shrubs
2005
(×104
CFU/g
干土
Drysoil)
数量
比例
Amount
proportion
(%)
2006
(×104
CFU/g
干土
Drysoil)
数量
比例
Amount
proportion
(%)
高山柳高寒灌丛
犛.犮狌狆狌犾犪狉犻狊shrubs
2005
(×104
CFU/g
干土
Drysoil)
数量
比例
Amount
proportion
(%)
2006
(×104
CFU/g
干土
Drysoil)
数量
比例
Amount
proportion
(%)
金露梅高寒灌丛
犘.犳狉狌狋犻犮狅狊犪shrubs
2005
(×104
CFU/g
干土
Drysoil)
数量
比例
Amount
proportion
(%)
2006
(×104
CFU/g
干土
Drysoil)
数量
比例
Amount
proportion
(%)
芽孢杆菌Bacilus 4.18×102 1.32 6.53×10 2.32 3.67×102 1.05 1.74×102 4.14 2.82×102 0.95 1.26×102 4.83
硝化细菌Nitrifiers 1.64×10451.63 1.40×10 0.50 2.04×104 58.56 4.14×102 9.86 1.61×104 54.31 1.86 0.07
反硝化细菌Denitrifyingbacteria 9.56×10330.09 6.27×10222.30 8.34×103 23.94 5.45×10212.97 7.75×103 26.14 6.70×10 2.57
氨化细菌Ammonifyingbacteria 3.26×10310.26 1.21×10343.03 3.73×103 10.71 1.81×10343.09 2.54×103 8.57 1.21×10346.40
好气 性 自 生 固 氮 菌 Aerobe
Azotobacter
1.71×103 5.38 5.23×10218.60 8.33×102 2.39 6.47×10215.40 9.09×102 3.07 3.88×10214.88
嫌气性自生固氮菌Oligotrophic
Azotobacter
2.86×102 0.90 3.51×10212.48 1.02×103 2.93 5.75×10213.69 1.88×103 6.34 7.80×10229.91
好气性纤维素分解菌 Aerobe
celulolytiemicrooganisms
1.32×102 0.42 2.16×10 0.77 1.42×102 0.41 3.56×10 0.85 1.59×102 0.54 3.47×10 1.33
嫌气性纤维素分解菌Oligotro
phiccelulolyticmicroorganisms
6.30×10-10.00 2.70×10-10.01 6.12 0.02 9.00×10-20.00 2.71×10 0.09 1.70×10-10.01
总数量Totalnumber 3.18×104 2.81×103 3.48×104 4.20×103 2.96×104 2.61×103
图1 土壤芽孢杆菌(犃)的季节动态
犉犻犵.1 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾犫犪犮犻犾狌狊
图2 土壤硝化细菌(犈)的季节动态
犉犻犵.2 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾狀犻狋狉犻犳犻犲狉狊
43 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.2
2.2.4 氨化细菌的季节动态和年际动态 2005与2006年氨化细菌的数量变化总趋势不一致(图4),2005年杜鹃灌
丛和高山柳灌丛氨化细菌数量在11月最多,高山柳灌丛数量最多达1.50×106CFU/g干土,7月最少,但金露梅灌
丛氨化细菌数量在9月最多。2006年氨化细菌在3个灌丛的季节变化趋势基本一致:11月最多,高山柳灌丛数量最
多为6.28×105CFU/g干土,5月最少,杜鹃灌丛数量只有1.34×105CFU/g干土。相对于2005年,2006年氨化细
菌的数量稍有下降。
2.2.5 固氮菌的季节动态和年际动态 不论是好气性自生固氮菌还是嫌气性自生固氮菌,2005与2006年此菌的
年际间变化趋势不一致(图5,6)。从季节变化上说,同一年份好气性自生固氮菌在3个灌丛间的季节变化规律基本
一致,而嫌气性自生固氮菌却不一致。好气性自生固氮菌2005年数量高峰期出现在11月,7月次之,9月最少;2006
年高峰期出现在5月,其次为9月,11月最低。相比2005年好气性自生固氮菌的数量,2006年的下降了2个数量
级。嫌气性自生固氮菌2005年高峰期出现在9月,5月数量最少,2006年杜鹃灌丛和金露梅灌丛在9月数量最多,
11月最少;而高山柳灌丛在7月数量最多,9月最少,嫌气性自生固氮菌在3个灌丛中数量季节变化波动较大,相对
2005年,2006年此菌数量有所下降。
图3 土壤反硝化细菌(犉)的季节动态
犉犻犵.3 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾犱犲狀犻狋狉犻犳狔犻狀犵犫犪犮狋犲狉犻犪
图4 土壤氨化细菌(犅)数量季节动态
犉犻犵.4 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾犪犿犿狅狀犻犳狔犻狀犵犫犪犮狋犲狉犻犪
图5 土壤好气性自生固氮菌(犆)的季节动态
犉犻犵.5 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾犪犲狉狅犫犲犪狕狅狋狅犫犪犮狋犲狉
图6 土壤嫌气性自生固氮菌(犇)的季节动态
犉犻犵.6 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾狅犾犻犵狅狋狉狅狆犺犻犮犪狕狅狋狅犫犪犮狋犲狉
2.2.6 纤维素分解菌季节动态和年际动态 纤维素分解菌数量年际变化趋势较一致,在同一年份不同灌丛之间变
化趋势也基本一致(图7,8)。好气性纤维素分解菌数量在11月最多,7月最少,而嫌气性纤维素分解菌数量在9月
最多,11月最少。2005年嫌气性纤维素分解菌数量在同一灌丛数量波动较大,尤其是金露梅灌丛,9月数量最多达
到2.37×107CFU/g干土,而在11月只有1.02×106CFU/g干土。
53第20卷第2期 草业学报2011年
图7 土壤好气性纤维素分解菌(犌)的季节动态
犉犻犵.7 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾犪犲狉狅犫犲
犮犲犾狌犾狅犾狔狋犻犲犿犻犮狉狅狅犵犪狀犻狊犿狊
图8 土壤嫌气性纤维素分解菌(犎)的季节动态
犉犻犵.8 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾狅犾犻犵狅狋狉狅狆犺犻犮
犮犲犾狌犾狅犾狔狋犻犮犿犻犮狉狅狅狉犵犪狀犻狊犿狊
2.3 垂直动态
土层不同,微生物生理类群分布的数量不同(表2),芽孢杆菌、反硝化细菌、氨化细菌、好气性自生固氮菌、嫌气
性自生固氮菌、好气性纤维素分解菌的数量均是上层高于下层。只有硝化细菌在2006年杜鹃灌丛下层数量稍高于
上层数量;此外,在2005年,嫌气性纤维素分解菌在高山柳灌丛和金露梅灌丛均是下层数量高于上层。各微生物生
理类群上下层数量差异显著性见表2。整体上灌丛草地土壤微生物数量一般上层高于下层,具有明显的垂直分布规
律,上层(0~10cm)是土壤微生物的主要活动区域。这可能与上层土壤有机质丰富、水热条件较好等有关。
2.4 不同植被类型微生物生理类群的数量动态
3个灌丛样地,由于其不同生境植物群落的种类组成(1种至几十种)和结构不同,所形成有机质的量和营养成
分存在一定差异[2025]。区域环境不同,进而造成微生物生理类群的总数量不同。综合2年试验结果,高山柳灌丛土
壤微生物总数量最多,为3.91×107CFU/g干土,其次为杜鹃灌丛3.46×107CFU/g干土,金露梅灌丛最少,为3.22
×107CFU/g干土(表3)。
2.5 不同微生物生理类群的数量不同
不同微生物生理类群由于对环境需求不同,导致其最终总数量不同。各微生物生理类群在微生物总数中所占
的百分比不同,同一种微生物在不同样地、不同年份其数量差异较大,综合2年的试验结果,不同微生物生理类群数
量大小顺序为:硝化细菌>反硝化细菌>氨化细菌>好气性自生固氮菌>嫌气性自生固氮菌>芽孢杆菌>好气性
纤维素分解菌>嫌气性纤维素分解菌(表3)。
3 讨论与结论
季节对土壤微生物的影响是通过土壤温度、湿度、有机物的供应和植物生长状况等因素的综合作用形成的,因
此可以用季节的概念来说明不同温度和水分等对微生物多样性和活性的影响[26]。不同生态系统中,季节性水热条
件的差异会导致土壤微生物的季节性变化。Lipson和Schmidt[27]对高山冻土土壤细菌群落的研究结果表明,细菌群
落结构组成具有季节性变化规律;Nemergut等[28]对高山和北极地区土壤微生物的研究表明,到了冬季,适寒性微生
物大量繁殖。Coyal等[29]研究表明,土壤微生物数量一般在冬季达到最高值,原因是秋季产生的大量枯枝落叶富集
地表,通过动物扰动逐渐进入土壤,土壤微生物获得较为丰富的能量供应,不断增殖;冬天温度低,代谢弱,微生物能
在较低的能量供给下生存下来,从而使土壤维持了较高的微生物数量,这与本试验结果一致,微生物数量高峰出现
在冬季。从理论上讲,细菌生理类群的最适繁殖温度应在28℃左右,其高峰期应出现在夏季而非冬季,但试验地最
高温度仅为12℃,并非菌类的最适生长温度,这是由于灌丛草地经过长期的演变,微生物与其生态环境协同进化,形
成的一种适应性表现。
试验点位于祁连山东端,全区气候寒冷潮湿,气温变化大,区内土层较薄,年际气候差异大,而不同微生物对环
63 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.2
境的敏感度不同,所以导致2005与2006年微生物数量存在较大差异。草地土壤微生物的数量变化还与所处生境的
人为活动干扰等也有密切关系,研究区各生境人为活动等干扰(放牧、施肥等)相差较大,对微生物数量分布产生较
大影响[30,31]。草地土壤微生物与植被、土壤之间存在着一定的互作与联系,一个或一些因素的改变往往会导致整个
微生物系统的变化,甚至引起整个草地生态系统的一些变化。因此,在草地生态系统的管理及开发利用中,不但要
注重草地植被,同时更要关注土壤环境的变化,如土壤微生物等的变化,要有全局的观点。
研究土壤微生物最终的目的是了解微生物在草地生态系统演替中发挥的作用进而利用,为草地土壤改良、草地
生态系统管理及退化草地治理提供依据。微生物在促进物质和能量的流动转化中起着非常重要的作用,如固氮微
生物把N2转化为NH4+供植物合成有机氮,补充草地土壤中的氮元素;氨化微生物将NH4+硝化为NO3-及反硝化
微生物将NO3-转化为N2等完成氮素循环;纤维素分解菌将植物的枯枝落叶水解为葡萄糖,为植物的生长提供所需
碳源和能源,从而促进了土壤有机物的分解和碳素的循环,提高土壤肥力。不同微生物功能群在物质循环的不同阶
段执行不同的功能,它们之间分工协作,促使生态系统中物质流和能量流快速有序,保证草地生态系统正常演替。
本试验针对东祁连山高寒灌丛草地微生物生理类群在不同灌丛草地中的时空动态变化进行了研究,结果表明,微生
物生理类群的数量在同一样地不同时期发生较大变化,且不同样地类型间的差别也较大。本研究结果将有助于人
们进一步了解高寒灌丛草地中,土壤微生物生理功能群数量的时空分布特征,为人们科学规范化管理并提高草地资
源利用等方面提供参考依据。
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犜犺犲狋犲犿狆狅狉犪犾犪狀犱狊狆犪狋犻犪犾犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾犿犻犮狉狅狅狉犵犪狀犻狊犿狆犺狔狊犻狅犾狅犵犻犮犪犾犳犾狅狉犪狊
犻狀犪犾狆犻狀犲狊犺狉狌犫狊狅犳狋犺犲犲犪狊狋犲狉狀犙犻犾犻犪狀犿狅狌狀狋犪犻狀狊
WANGGuorong,CHENXiurong,ZHANGJunzhong,HANYuzhu,
HUYigang,YANGChengde,XUChanglin
(ColegeofGrasslandScience,GansuAgriculturalUniversity,KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,
MinistryofEducation,SinoU.S.CentersforGrasslandEcosystem
Sustainability,Lanzhou730070,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thetemporalandspatialdistributioncharacteristicsofsoilmicroorganismphysiologicalgroupsofthreealpine
shrubs(犚犺狅犱狅犱犲狀犱狉狅狀犳狉狌狋犻犮狅狊犪,犛犪犾犻狓犮狌狆狌犾犪狉犻狊,犇犪狊犻狆犺狅狉狌犳狉狌狋犻犮狅狊犪)werestudiedin2005and2006.Theresults
showedthat:1)Theseasonaldynamicsofsoilmicroorganismfunctionalgroupsdifered;2)Atdiferentsoildepths,
thenumbersofsoilmicroorganismfunctionalgroupsinthetopsoillayer(0-10cm)werehigherthaninthedeeperlay
er(10-20cm);3)Thequantityofsoilmicroorganismfunctionalgroupswasintheorder,Nitrifiers>Denitrifyingbac
teri>Ammonifyingbacteria>AerobeAzotobacter>Anaerobic>Azotobacter>Bacilus>Aerobecelulosedecomposing
microoganisms>Anaerobicdecomposingmicroorganisms;4)Totalnumbersofsoilmicroorganismphysiologicalgroups
diferedindiferentshrubs.Numbersofgroupsin犛.犮狌狆狌犾犪狉犻狊siteswerelargerthanintheothertwosites.Thosein
犚.犳狉狌狋犻犮狅狊犪siteswerelessthaninthe犛.犮狌狆狌犾犪狉犻狊sitesbutmorethaninthe犇.犳狉狌狋犻犮狅狊犪sites.
犓犲狔狑狅狉犱狊:easternQilianmountain;alpineshrubs;soilmicroorganismphysilogicalgroups;distribution
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