全 文 ：第 4 卷
V o l
.
4 N o
草 地 学 报
A CT A A G R E S T IA S IN CA
19 9 6 年
1 9 96
东北羊草草原土壤微生物与生态环境的关系 ‘
郭继勋 祝廷成
(东北师范大学草地研究所 , 长春 13 0 042)
马文明 张振凯
(吉林省前郭县草原站 , 前郭县 13 1100)
摘要 : 在东北羊草草原研究羊草群落、拂子茅群落 、杂类草群落 、碱茅群落 、虎尾草群落和碱蓬
群落六种生境条件下微生物生物量与生态环境的关系 。 结果表明 , 在一定范围内 , 微生物生物量与
土壤 pH 值和电导率呈指数负相关 ; 与土壤有机质 、全氮含量 、土壤孔隙度和土壤含水量呈指数正相
关。 关联分析结果表明 , 供试生态因子对土壤微生物的作用强度不同 , 与微生物生物量的关联序为 :
土壤水分(0 . 41 99) > 土壤有机质 (0 . 4 06 3) > 土壤孔隙度(0 . 40 0 3) > 全氮含量 (0 . 3 79 7) > 土壤 pH
(0
.
3 6 4 0 )> 土壤电导率 (0 . 1 4 6 4 )。
关扭词 : 土壤微生物 ; 生态环境 ; 羊草草原
l 前言
在研究土壤微生物的过程中 , 不仅研究其数量 、生物量和活动 , 更重要 的是研究微生物与
土壤理化性质的相互关系(v ek e m an s 等 , 1 9 8 9 ) , 因为土壤理化特性决定着微生物的生境条件 ,
从而影响到微生物的质和量的形成 。 在不同的植物群落中 , 由于生境条件的差异 , 必然对微生
物的生长发育产生一定的影响。
2 材料和方法
2
.
1 自然概况
试区位于吉林省西部长岭县境 内, 地理座标为 : 东经 12 3 ’4 4 ‘一 12 3 ’ 4 7 ‘、 J匕纬 4 4 ’4 0 ’一 4 4 ’
4 4
‘ 。 气候特点属大陆性季风型气候 , 年均气温 4 . 9℃ , 最暖月 7 月平均气温为 2 一 25 ℃ , 最冷
月 1 月平均气温为 一 18 一 一 2 ℃ 。 年均降水量 470 m m , 6 一 8 月的降雨 量约 占全年的 70 % 。
年蒸发量为 1 6 6 8 m m , 约为降水量的 3 . 5 倍 。 植被类型为羊草草原 , 羊草 (肠y优 u : ch in es is )群
落占绝对优势 , 广范分布在盐碱化草甸土地带 , 在草甸土 上分布着杂类草群落和 拂子茅
(山伍 m ag ros tis 晒ge io : )群落 , 在次生盐渍化土壤上分布着碱茅(Pu “ine “ia ten u if7 o ra )群落 、
虎尾草(以lor is 饭rga ta )群落和碱蓬(s u a ed a g la u ca )群落 , 形成镶嵌分布格局 。
2
.
2 未样和测定方法
2
.
2
.
1 在六种植物群落中设置固定样地 , 于 19 9 3 一 1 9 9 4 年 4 一 10 月 , 逐月采取土壤样品 (0 一
30
c m )
, 三次重复。 用干重换算法测定微生物生物量 (H an d l洲x ,k , 19 7 7; 廖仰南 , 198 ) , 细菌生
物量计算公式 :
B = 手· N 式中 , B 为生物量 (g · g 干土 ) ; 。为细菌纯培养液的总干重 (g ) ; b 为细菌纯
~ b
‘ ’ 一、 ” ~ ’ 砂 一 ~ ~ 、 。 b ’ 一 产 ’ 一 / ‘ ~ ~ 一 “ 一 ” ” ‘ ~ 一 ‘ ’~ ‘ 一 、 0 ‘ ’ 一 ‘ - 一 一一
国家自然科学基金项 目
第 4 期 郭继勋等 :东北羊草草原土壤微生物与生态环境的关系
培养液中的总数(个 ) ; N 为 1 9 干土中的细菌总数(个 )。
放射线菌和真菌生物量计算公式 :
dw
.
12
.
1 0
1 1
.
d s
式中 , B 为生物量 ; dw 为定量 sm l悬液菌丝的总干重 (g ) ; 1 : 为定量 sm l
悬液菌丝涂片的显微镜视野平均长度(川 : l: 为土壤稀释悬液涂片中菌丝的平均长度 (刃 : ds
为干土百分比 ; 10 为 50 m l稀释土样悬液与 5 m l菌丝悬液的比值 。
2
.
2
.
2 测定与土壤微生物生长发育有密切关系的生态因子 , 主要指标有 : 土壤 pH 值 、土壤电
导率 、土壤有机质 、全 N 含量 、土壤孔隙度和土壤水分 。
3 结果和分析
3
.
1 土攘徽生 物与生态环境的关系
分析羊草群落、拂子茅群落 、杂类草群落 、碱茅群落 、虎尾草群落和碱蓬群落六种生境条件
下土壤微生物与生态环境的关系。 选择反映土壤盐碱化程度的 pH 值和 电导率 ;反映土壤营
养状况的有机质和全 N 含量 ;反映土壤结构的孔隙度及土壤水分等六个与土壤微生物生长发
育有密切关系的生态因子(表 1) , 确定其对微生物的生态作用。
表 1 主要植物群落土维的理化性质
T a ble 1 T h e p h邓ical 一 e hem ical p ro p e rt ies o f m a in p la n t com m
u n ities
al)TotN伟
群落类型
C冶m m u n ity
tyPe
微生物
生物量
M i
o p D 0 r g a n ism
s
bio r o a s
(10
一 3 9
·
g 干土 )
酸碱度 电导率 有机质
伍g a n ie
】11 8 t te r
全 氮
(义d u et iv ity
PH r ate
(ds
.
m )
孔隙度
Po心ity
d e g re
水分
M
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(% ) (% ) (% )
羊草群落
及, 刀u s ch in es ￡s
c o r n p比u n lty
拂子茅群落
山勿阴口g ro stis eP 泛加。
CO 「n 们n u n lty
杂类草群落
FO rb
s a n d o th e r sPec ies
c o r nm u n lty
碱茅群落
尸uc in el l血 之曰之诫刀。ra
Co r n m U n 一ty
虎尾草群落
以lo r is v ir g a ta
c o n lm u n l ty
碱蓬群落
S u a e以口 解a u ca
co m m
u n l ty
25
.
4 1 8
.
6 0
.
2 9 1
.
89 0
.
23 1 4 6
.
4 35
.
8
1 0
.
65 0
.
14 1
.
65 0
.
197 4 5
.
9 30
12
.
7 8 8
.
1 0
.
1 2 1
.
90 0
.
2 14 4 6
.
5 36
.
2
0 1 9
.
8 0
.
7 8 1
.
32 0
.
0 57 4 0
.
2 24
.
4
8
.
0 4 9
.
6 0
.
64 1
.
4 2 0
.
105 4 4
.
5 28
.
6
4
.
9 0 10
.
2 0
.
83 0
.
9 1 0
.
0 22 36
.
9 2 3
土壤有机质和全 N 含量是土壤营养状况的主要指标 , 在对土壤微生物的作用中 , 为微生
物代谢提供可利用的能源以及合成细胞所需要的碳素和氮素。 通过六种生境中土壤有机质和
25
10
3025巧玛|川, 一d
,‘11
8
.
5
酸碱度
9
.
5
PH
10 10
.
5 0 0
.
0 5 0
.
1 0
.
15 0
.
2 0
.
2 5
全氮 To ta l N (% )
叫十.。.工)等日。汤
译|‘免协北日的l.u。
;不 \州 Q卜户一~ 一一一一一一一一一季 V · 1 0 . 3 0 . 5 0 . 7 0 . 9墓 电导率 。·‘一‘·‘ty ‘ds ‘ m , 3 6 3 5 40 42 44 46 丽孔隙度 Po ros ity ( % )
30
25
15
O‘一 目
0
.
8 . 2 1
.
4 1
.
6 1
.
8 2
有机质 O rg a n ic m a t t e : ( % )
O‘一一一一 . 一‘~ ~一司22 24 2 6 2 8 30 32 34 3 6 3 8水分 M o ist u re ( % )
图 1 土幼徽生物与主要生态因子的关系
Fi g
.
1 T he r e lat io ns h ip of 喊1 m ic ro o rg a n isrn a nd eco l飞ical fa e to rs
全 N 含量与土壤微生物生物量的相关分析结果表明 ,
在一定范围内呈指数正相关 (图 1 ) , 其方程为 : 微生物生物量与
土壤有机质和全 N 含量
第 4 期 郭继勋等 :东北羊草草原土壤微生物与生态环境的关系
有机质 : Y = 3 . 1 4 6 llse A (0 . 4 7 5 6 2 8 5 X A Z ) (1 )
R = 0
.
8 1 6 3
氮含量 : Y = 5 . 5 9 4 z 3 9 e 八 (2 2 . 5 1 8 7 9 X A Z ) (2 )
R = 0
.
8 7 2 8
土壤 pH 值和电导率是反映土壤盐碱化程度的主要指标 , 对土壤微生物的作用在于 , 土壤
p H 值影响微生物代谢的酶活性及细胞膜的稳定性 , 进而影响菌体对环境中营养物质的吸收。
土壤电导率反映土壤中含盐量的大小 , 决定土壤溶液的渗透压 , 从而影响微生物对矿质元素的
吸收能力 (陈华葵等 , 19 81 )。 相关分析结果表明 , 微生物生物量与土壤 pH 值和 电导率在一定
范围内呈指数负相关 , 其方程为 :
土壤 pH 值 : Y = 3 5 . 2 5 5 3 2 一 0 . 2 5 5 4 5 0 2 x A Z (3 )
R = 一 0
.
6 1 9 5
电 导 率 : Y = 17 7 . 0 4 0 4 x x e 八(一 3 . 9 5 8 3 4 1 X ) (4 )
R = 一 0 . 7 9 9 4
东北羊草草原土壤多为盐碱化草甸土 , 由于不合理的利用使上壤发生次生盐渍化 , 导致植
被退化 , 出现一些盐碱植物群落 , 其微生物生物量明显低于羊草群落 , 与土壤 p H 值过高有关。
土壤孔隙度是衡量土壤结构的基本指标 , 与土壤的团粒结构 、通透性和空气含量有密切的
关系 , 是影响土壤微生物的重要因子。 分析结果表明 , 微生物生物量与土壤孔隙度呈指数正相
关 , 其方程为 :
Y = 3 5
.
4 1八 + 5 0 1 4 . 7 0 9 e A (一 o . 1 7 7 3 6 3 3 X ) (5 )
R = 0
.
6 8 4 5
在六种生境中微生物生物量和孔隙度的变化趋势基本上一致 。
土壤水分是维持土壤微生物正常代谢不可缺少的物质 , 一方面水作为微生物原生质的重
要组成部分 , 约占 90 % 左右(武汉大学等 , 19 8 7 ) ; 另一方面水分通过影响土壤通气状况 、湿度
及酸碱度等间接地作用于微生物。 土壤水分主要受降雨量的制约 , 春秋两季干旱 , 雨量多集中
在 7 一 8 月份 , 土壤水分的变化规律与微生物生物量的季节动态基本一致 。 在六种生境中土壤
水分含量存在差异 , 通过对六种生境中微生物量与含水量的最大值的相关分析结果表明 , 在一
定范围内微生物生物量与土壤水分呈显著的指数正相关 , 其方程为 :
Y = 3 5
.
4 一/ 1 + 1 5 15 . 1 4一6 e 八 (一 o . 14 7 3 8s9 x ) (6 )
R = 0
.
8 1 5 6
3
.
2 主要生态因子综合作用分析
各生态因子间既相互联系又相互作用 , 对土壤微生物的作用并非独立的 , 而是综合性的。
只凭各生态因子与微生物的单相关分析 , 还不能说明生态因子对微生物作用的重要性 。 为此 ,
采用关联分析的方法确定各生态因子对土壤微生物作用的强弱 (邓聚龙 , 19 8 7 )。
首先将表 1 中的数据进行均值化 , 应用公式 (7) 求出微生物生物量与各生态因子的关联系
数(表 2 )。 设 屯。为微生物生物量 (x : )与生态因子 (xj )的关联系数 , 则 :
《ij =
△m in + k
. △ m a x
式中 , △ m in
△ ij + k
. △ m a x
为各生境中生物量与生态因子间的最 小绝对差值 ,
(7 )
一般视为零 ; △ m ax 为各生
草 地 学 报 1 9 9 6 年
境中生物量与生态因子间的最大绝对差值 , 计算结果为 1 . 5 949 ; △ ij 为同一生境中生物量的序
列 xj 与各生态因子的序列 xj 的绝对差值 ;k 为常数 , 即分辨率 , k 的取值范围为 0 . 1镇 k镇 1 , k
值越小 , 分辨率越高 , 它体现人们对最大差值的重视程度 。
表 2 徽生物生物t 与主要生态因子的关联系数
T a ble 2 T h e con
n ec tio n coe ffi
eie n t b etw e n m ie p O 0 r g a n ism b iom
a s an d m a in e eo log i
ea l fa e to rs
群落类型
Cb m m u n ity ty Pe
微 生 物
生 物 量
M i
e
ro
r g a n is m
b io rn a s
酸碱度 电导率 有机质
pH Cb n d u e tv ity ()r g a n ie
r s te n 1 8 tte T
氮 孔隙度
T o t al Po此ity
N d e g re
水分
M
o is tur
e
羊草群落
及, 泣“5 ch in es is
co m m
u n lty
拂子茅群落
及勿 m ag ros ti: 已户泛扣 0 5
Co r nm u n lty
杂类草群落
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a n d o the r sPec ies
。。们。m u n l ty
碱茅群落
尸uc in el l血 之亡力 u 识o ra
co m m
u n 一ty
虎尾草群落
(姚le ri s 饭犷g a ta
c o r n m u n l ty
碱蓬群落
Sua “la g la u ca
。。r n m u n 一ty
0
.
38 55 0
.
33 33 0
.
4 51 5 0
.
59 7 0 0
.
4 10 1 0
.
4 4 1 0
0
.
92 8 1 0
.
5 5 9 1 0
.
8 32 7 0
.
6 1 36 0
.
86 1 0 0 9 0 4 1
0
.
7 8 1 2 0
.
4 8 1 8 0
.
8 5 12 0
.
64 4 5 0
.
9 4 85 0
.
8 84 4
0
.
63 1 4 0
.
4 2 93 0
.
7 5 4 2 0
.
8 0 1 6 0
.
7 1 69 0
.
7 9 1 5
0
.
69 28 0
.
54 3 4 0
.
7 7 1 6 0
.
92 8 5 0
.
7 1 1 1 0
.
7 529
0
.
53 4 9 0
.
3 7 11 0
.
82 15 0
.
7 4 87 0
.
6 53 5 0
.
694 7
关联系数表示生物量在各生境中与主要 生态 因子的关联程度 , 因信息过于分散 , 不便 比
较。 为此用关联度确定生态因子与生物量的关系 , 表达式为 :
(8 )、
N艺=1z一N一r
计算出微生物生物量与各生态因子的关联度 , 并按其大小顺序排列 , 则可得出各生态因子对微
生物作用强弱的关联序为 : 土壤水分( 0 . 4 19 9) > 土壤有机质 ( 0 . 4 0 6 1) > 土壤孔隙度 (0 . 4 003 )
> 全 N 含量 ( 0 . 3 7 9 7 ) > 土壤 pH 值 (0 . 3 6 4 0 ) > 土壤电导率 (0 . 14 6 4 ) 。
分析结果表明 , 土壤水分与微生物的关系最为密切 , 在该地区水分是限制微生物生长发育
的主要因素 。 土壤水分影着土壤的通透性 、土壤温度 、酸碱度及含盐量等生态因子 , 对微生物
的间接作用较大 。 其次是土壤有机质与微生物的关系也较密切 , 表明土壤营养状况对微生物
的作用 。 土壤孔隙度与微生物的关系代表了土壤结构对微生物的影响 。 在羊草草原上 , 土壤
为盐碱化草甸土 , 因此土壤 p H 值和含盐量也是影响土壤微生物的主要因素。
第 4 期 郭继 勋等 : 东北羊草草原土壤微生物 与生态环境的关系 2 4 5
参 考 文 献
2
3
4
5
6
邓聚龙 , 19 87 , 灰色系统基本方法 , 华中理工大学出版社 , 17 一 19
陈华葵 、李阜棣 、曹燕珍 , 19 81 , 土壤微生物学 , 上海科技出版社 , 2 2 一 2 5
武汉大学等编 , 1 9 87 , 微生物学 , 高等教育出版社 , 30 一 35
廖仰南 , 1 98 8 , 草原土壤微生物生物量的测定方法 , 草原生态系统研究 , (2 ) : 2 3 一 2 38
H a l记卜刀k , 1 . B . P . , 1 9 7 7 , M e th闭5 o f s tu dyin g th e eco l昭y o f 50 11一m ie p o o r g a n ism s , 19 : 19 一 39
v e k em a n s x
.
a n d 仪泪d e n B . 1 9 8 9 , Fa et o rs an alysis o f th e r e la tio n s hip be tw界 n se v era l ph ysie 一 e he m ie a l a n d m i-
e
o bi
o l呢iea l c ha ra et e 6 s ties o f 、m e B u lg ia n a g石e u lt u re 50 115 , 阮1 Bioc he . , 2 1(1 ) : 5 3 一 58
T h e S tu d y o n R e la tio n shP b e tw e n M ic r o rg a n ism s a n d
E c o log ic a l E n v iro n m e n t in L ey m u s c hin e sis G ra ssla n d
G u o Jix u n Z hu T in g e he n g
(In s t it u te o f G r a s sla n d Sc ie n e e
,
N o r the a s t N o rm
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,
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M a W en m in g Z ha n g Z he n k
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(G r a ssla n d S ta tio n o fQ ia雌uo Co u n ty , Q ia n g u o 1 3 1 10 0 )
A b s tr a e t : In 公〕m u s c h in e s i、 g r a s sla n d , th e r ela t io n sh iP b e tw e e n m iero r g a n is m s b iom a s s
a n d e e o lo g ie a l e n v iro n m e n t w a s a n a lyse d u n d e r th e s ix hab it a ts o f L。 ,。 u s th in e s is , fo r b s a n d
o the r s p
e e ie s
, 曲 la m a g r o sri、 eP i岁10 5 , P u 。〔、 in e llia re n u ifl o ra , Ch fo r is v i护召姆z a a n d S u a e d u
g la u ea e o m m u n itie s
.
T he r e s u lts sho w e d tha t m iero
r g a n ism s bio m a s
,
50 11 pH a n d 50 11 e o n d u e
-
tiv ity r a te w e r e e x卯n e n tia l n e g a t iv e eo rr e la tio n , rhe bio m a s s a n d 50 11 0 啥a n ie m a t te r , to t al N ,
50 11卯ro s iry d e g r e e a n d 50 11 m o is tu r e w e r e e x 因n e n t ia l卯s itiv e e o r r ela t io n . T he e o n n e e tio n a n a ly -
5 15 sho w e d t ha t the a e tio n in te n
s it y o f e a e h e e o lo g ie al fa e to r o n m ie r o rg a n ism s w a s d iffe r e n t
.
T h e
e o n n e e tio n o rd e r b e tw e e n the bio m a s s a n d e e o lo g ie a l fa e to
r s w a s 、0 11 m o is tu r e (0
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-
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·
4 0 6 3 )> 50 11即ro s it y d e g r e e (0 . 4 0 0 3 ) > to ta l N (0 . 3 7 9 7 ) > so il p H (0 . 3 6 4 0 ) >
、11 e o n d u o tiv it y r a te (0 . 14 6 4 ) .
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:
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,
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