放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析

放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析 放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分 析 农业环境科学2011,30(6):1126—1134 JournalofAgro—EnvironmentScience 放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳, 氮变化及微生物群落结构PLFA分析 赵帅,张静妮,赖欣,杨殿林,赵建宁,李刚,邹雨坤1,2 (1.农业部环境保护科研监测所,天津300191;2.甘肃农业大学草业学院,草业生态系统教育部重点实验室,中一美草地畜牧业可 持续发展研究中心,兰州730070) 摘要:以内蒙古贝加尔针茅草原,大针茅草原和克氏针茅草原为研究对象,采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了 放牧与围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微生物生物量和群落结构特征的变化情况.研究表明放牧与围栏草地土壤微生物生物量和 群落结构差异显着.氯仿熏蒸法分析结果表明内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介于166.6,703.5mg?kg-之间,微生物生 物量氮含量介于30.34,92.15mg?kg-之间,其中贝加尔针茅草原土壤微生物生物量碳,氮最高,大针茅草原次之,克氏针茅草原则最 低.放牧条件下,贝加尔针茅草原,大针茅草原土壤微生物生物量碳, 氮显着低于围栏草地,克氏针茅草原则无显着变化.PLFA分析 结果显示,内蒙古针茅草原土壤微生物群落PLFAs种类,含量丰富,共检测出28种PLFA生物标记磷脂脂肪酸,并且以直链饱和脂 肪酸和支链饱和脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其中贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰富,其围栏样地土壤的PLFA含 量达到27-3nmol?g,,大针茅草原和克氏针茅草原依次降低.围栏条件下,各类型草原土壤细菌脂肪酸与总PLFA含量均显着高于放 牧草地,真菌脂肪酸含量则因草原类型不同各有差异;放牧导致各类型草原革兰氏阳性细菌PLFAs/革兰氏阴性细菌PLFAs(GP PLFAs/GNPLFAs)比值显着降低,而除了克氏针茅草原,细菌PLFAs/真菌PLFAs比值则显着升高.PLFAs主成分分析表明,放牧和围 栏处理对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理.经相关分析表明,氯仿熏蒸法和 PLFA分析方法之间有很好的一致性,且土壤微生物PLFAs与土壤有机质,全磷,硝态氮显着相关. 关键词:内蒙古针茅草原;放牧与围栏;土壤微生物;群落结构;磷脂脂肪酸 中图分类号:S154.36文献标志码:A文章编号:1672—2043(2011)06—1126—09 AnalysisofMicrobialBiomassC,NandSoilMicrobialCommunityStructure of?SteppesUsingPLFAat GrazingandFencedinInnerMongolia,China ZHAOShuai,ZHANGJing—ni,LAIXin,YANGDian—fin,ZHAOJian—n ing,LIGang,ZOUYu-kun, (1.Agro—EnvironmentalProtectionInstitute,MinistryofAgriculture,Tianjin300191,China;2.PratacuhuralCollege,GansuAgricuhuralUni— versity,KeyLaboratoryofGrasslandEcosystemMinistryofEducation,Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou 730070,China) Abstract:Soilmicrobialbiomassandcommunitystructurewereanalyzedbyusingchloroform-fumigationextractionandphospholipidfatty acid(PLFA)methods,basedon3differentStipetypes(Stipabaicalensismeadowsteppe,Stipagrandistypicalsteppe,andStipakryloviitypi— calsteppe)inHulunbeierinInnerMongolia.Theresultsshowedthatthereweresignificantdifferencesinsoilmicrobialbiomassandcommu— nitystructureatgrazingandfencedsteppesinsideandoutsidefence.Soilmicrobialbiomasscarbon,nitrogencontentrangedfrom166.6mg? kg,to703.5mg?kg,.30.34mg?kg,to92.15mg?kg 一.respectively.TheanalysisofChloroform-fumigationextractionshowedthatthemicro— bialbiomassatStipabaicalensismeadowsteppewaslargest,followedbyStipagrandistypicalsteppe,andthelowestwasatStipakryloviityp— icalsteppe.ThemicrobialbiomassatthefencedplotsinStipabaicalensismeadowsteppeandStipagrandistypicalsteppewassignificantly lowerthanthatatthegrazingplots,andtherewasnodifferenceinStipakryloviitypicalsteppe.TheresultsofPLFAsdisplayedthatStipa communitiesinInnerMongoliashowedabundantspeciesandquantityinsoilmicrobialcommunities.Total28PLFAsbiomarkersweredetect一 收稿日期:2010—12—26 基金项目:国家自然科学基金(30770367,31000242);中国农业科学院 院长基金(200750) 作者简介:赵帅(1984一),女,河北辛集人,硕士研究生,主要从事生物 多样性与生态系统功能研究.E—mail:zhaoshuai690@126-(10m 通讯作者:杨殿林E-mail:dlyang@caas.net.ca 第30卷第6期农业环境科学1127 edinthesoilsampleswithsaturatedfattyacidsandbranchedfattyacidsaccountingfor2/3.Stipabaicalensismeadowsteppehadthehighest contentoffattyacid,being27.3nmol?g,.ThebacteriaPLFAsandtotalPLFA sinthefencedplotsweremuchhigherthanthoseatthegrazing plots.ThechangesoffungiPLFAsvariedwithdifferentgrasslandtypes.Grazingdecreasedsignificantlytheratioofgram-positivebacteria PLFAs/gram—negativebacteriumPLFAs(GPPLFAs/GNPLFAs)andrema rkablyincreasedtheratioofbacterialPLFAs/~ngiPLFAsexcept atStipakryloviitypicalsteppe.Principalcomponentanalysis(PCA)indicatedthatsoilmicrobialcomnmnitystructurewasinfluencedbydif- ferentregimesofgrasslandutilization.grazing>exclosure.CorrelationanalysisofsoilPLFAscontentandsoilnutrientsshowedthatthereex— istedhighlyagreenmntbetweenchloroform-fumigationextractionandphospholipidfattyacid(PLFA)methods,andsoilmicrobialbiomass hadsignificantcorrelationwithsoilorganicmatter,totalphospholipidsandammoniumnitrogen. Keywords:StipaSteppesinInnerMongolia;grazingandfenced;soilmicrobe;communitystructure;PLFAs 贝加尔针茅(Stipabaicalensis)草原,大针茅(Sti— pagrandis)草原和克氏针茅(Stipakrylovii)草原是欧 亚大陆草原区亚洲中部亚区的地带性植物群落,是内 蒙古草原的主要草地类型,在畜牧业生产中占有重要 的地位,同时具有十分重要的生态地位.由于受人为 活动的干扰和长期不合理的利用,导致其生态脆弱, 特别是在过度放牧等因素的综合影响下,已呈现出严 重的退化态势.草地退化不仅是草原的退化,更重 要的是草地土壤环境的退化.土壤微生物作为土壤的重 要组成部分,受土壤环境和地上生物多样性的影响,其 生物多样性,既代表着土壤的生物活性,也反映了土壤 生态胁迫 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 对其微生物群落的影响.并可用以较早地 预测土壤有机质乃至土壤环境的变化过程,是土壤质量 和土壤恢复性能评价的一项重要指?】. 近年来,有关放牧对草地土壤微生物多样性影响 的研究较多,主要集中于放牧对土壤微生物区系组 成,遗传多样性,功能多样性及土壤微生物的时空分 布变化研究,且研究方法多采用传统的平板培养, PCR—DGGE及Biolog法l5_7l,但不能定量分析不同微 生物类群的生物量信息l8.磷脂脂肪酸(phospholipid fattyacids,PLFAs)是活体微生物细胞膜恒定组分,对 环境因素敏感,在生物体外迅速降解,因此特定菌群 PLFA数量变化可反映出原位土壤真菌,细菌活体生 物量与菌群结构”.利用磷脂脂肪酸法分析土壤微 生物群落结构是一种快速,可靠并可重现的分析方 法,可用于表征在数量上占优势的土壤微生物群落, 近年来广泛应用于微生物生态学研究中.而且放牧对 土壤质量造成的影响一直存在争议,通过研究土壤微 生物生物量来间接反映土壤质量情况也是近年来研 究的热点之一l】川1.因此,研究放牧与围栏条件下内蒙 古针茅草原土壤微生物生物量及微生物群落结构的 变化情况,进一步揭示草原生态系统对人类干扰的响 应机制,为内蒙古针茅草原的合理利用提供理论依据 具有重要意义. 1材料与方法 1.1研究区概况与样地设置 研究地区内蒙古呼伦贝尔草原地处N47.20O0” , 50.5030”,E115.31O0,121.3430”,位于内蒙古高 原东北部,海拔在650,750m之间,属温带大陆季风 气候,年降水250,40013lm,自东南向西北递减,年均 温一3,1oC,年蒸发量为降水的2,7倍.光,热,风能资 源丰富,年均风速3.0,4.6m?s,;无霜期80~120d,地 带性土壤为黑钙土和栗钙土. 试验设在地带性植物群落贝加尔针茅草原,大针 茅草原和克氏针茅草原的典型地段.分别选择地势平 坦,开阔的区域,将围栏草地及围栏外自由放牧草地 设置为监测样地.贝加尔针茅草原,大针茅草原和克 氏针茅草原的围栏样地均于2001年6月设立的围栏 区,每个围栏样地面积约380hm,围栏内禁牧,围栏 外自由放牧,放牧家畜为呼伦贝尔肉用羊,贝加尔针 茅草原放牧压力为4.4只羊?hm-2,大针茅草原放牧压 力为2.9只羊?hm-2,克氏针茅草原放牧压力为2.1只 羊?hm,均属中度利用.各样地基本情况如表1所 示,其中贝加尔针茅群落有植物58种,主要有贝加尔 针茅,羊草(Leymuschinensis),线叶菊(Filifolium sibicum),日荫菅(Carexped~ormis)等;大针茅群落有 植物43种,主要有大针茅,羊草,冰草(Agropyron cristatum),糙隐子草(Cleistogenessquarrosa),洽草 (Koeleriacristara)等;克氏针茅群落有植物38种,主 要有克氏针茅,糙隐子草,冰草,草地麻花头(Serratu— rakomarovii),冷蒿(4rtemisiafrigida)等. 1.2样品采集 2009年7月中旬在植物生长旺季进行采样.在 每一个样地内,沿等高线垂直方向设置三条样线,每 条样线按照S型曲线选择40个点,去除表面植被,用 直径为5ClTI的土钻,取0,20am土壤,最后将40份 土样混匀过筛,去除根系和土壤入侵物,采用”四分 1128赵帅等:放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳,氮变 化及微生物群落结构PLFA分析2011年6月 法”选取1kg土样冷藏带回实验室保存于,70qC超低 温冰箱. 1_3测定方法 1.3.1土壤基本养分因子测定 土壤硝态氮采用紫外分光光度法口4],其他土壤基 本理化性状采用常规分析法测定l15】.土壤有机质,全 氮,全磷分别采用重铬酸钾一外加热法,半微量凯氏法 和硫酸,高氯酸熔融一钼锑抗比色法;土壤速效磷测定 用碳酸氢钠浸提一钼锑抗比色法;土壤铵态氮含量采 用氯化钾浸提一靛蓝吸光光度法.测定结果见表2. 1.3.2土壤微生物生物量碳,氮测定 土壤微生物生物量碳,氮测定采用氯仿熏蒸0.5 mol?L,K2SO4提取法?61;采用MultiN/C3100TOC/TN Jena,German)分析仪MultiN/C3100自动分析仪 (Jena,German)测定提取液中的碳,氮. 1.3.3土壤PLFA测定 取相当于8.0g干土的新鲜土样,利用Blight/Dy— er法通过氯仿一甲醇一柠檬酸缓冲液振荡提取总脂, 经硅胶柱层析分离得到磷脂脂肪酸,将得到的磷脂脂 肪酸甲脂化,然后采用HP6890一HP5973型气相色谱 质谱联用仪(GC—MS)分析磷脂脂肪酸的组成,91,检 测中升温程序如下:进样后在50保持1min,之后 以l2??min的速率升到180?,保持2min后以6 ??min的速率升到220?,停留2min后以15?? min的速率升到240?,保持1min后以l5?min 的速率达到最终温度260?,并保持15min. 气相色谱与质谱之间的连接温度为280?,用高 纯氦气(1mL?min)作载气.质谱仪采用电子电离 (EI)方式,电子能量为70eV.PLFA的定性根据质谱 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图谱和已有的相关报道[加,以正十九烷脂肪酸 甲酯内标物进行定量计算. 1.4数据处理 本文试验数据采用配对数据T检验法,主成分分 析(principalcomponentanalysis,PCA),相关分析等数 学统计方法,分析软件为MicrosoftExcel2003及 SPSS16.0统计软件. 2结果与分析 2.1放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量 碳,氦变化 内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介 于166.6,703.5mg?kg之间(表3),微生物生物量氮 含量介于30.3,92.2mg?kg之间.中度放牧条件下, 不同类型草地土壤微生物生物量碳,氮的变化不同, 与围栏样地相比,贝加尔针茅草原土壤微生物生物量 碳,氮分别降低了47.0%,22.8%;大针茅草原土壤微 生物生物量碳,氮分别降低了25.6%,19.6%,而克氏 针茅草原则微生物生物量碳无显着变化,而且微生物 生物量氮升高了13.9%.可能是由于土壤微生物以异 养型种群为主,其生命活动过程需要消耗一定的能 表1观测样地基本情况 Table1Generalconditionsofsampleplots 表2放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤基本理化性状 Table2BasicpropertiesinStipasteppessoilsatgrazingandfencedinInnerMo ngolia 第30卷第6期农业环境科学 量,放牧扰动土层,降低地下生物量,相对来说可供微 生物维持生命活动的能量不足,从而导致该贝加尔针 茅草原,大针茅草原0,20cm土层中土壤微生物生物 量C,N含量显着降低.而克氏针茅草原地下生物量 没有显着变化,所以微生物生物量C,N变化亦不显 着(数据未列出). 贝加尔针茅和大针茅草原放牧样地土壤微生物 生物量碳和土壤全碳含量均减少(土壤有机碳减少 7.3%,15.8%,微生物生物量碳减少47.0%,22.8%),而 微生物熵(SMB—C/SOC)比围栏样地分别下降42.8%, 11.7%,由此得出土壤微生物生物量碳库下降速率比 土壤有机质的下降速率快,导致贝加尔针茅和大针茅 草原的微生物熵也随之降低.克氏针茅草原放牧样地 则比围栏样地升高了7.0%,产生这种差异的原因可 能是克氏针茅草原放牧后土壤有机碳降低,而微生物 生物量碳没有显着变化,所以放牧后微生物熵升高. 2.2放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物群落结 构PLFA分析 在放牧与围栏条件下,内蒙古针茅草原土壤中共 检测出28种PIFA生物标记磷脂脂肪酸(图1).分析 表明针茅草原土壤中微生物群落PLFA种类,含量丰 富,含有各种饱和的,不饱和的,分支的和环状的磷脂 脂肪酸生物标记.主要以直链饱和脂肪酸和支链饱和 脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其次是单 烯脂肪酸.而不同样地均检测到双烯脂肪酸18:2? (6,9)t,相对含量均不到总量的5%.含量最高的脂肪 酸为a15:0,16:0,i16:0,占脂肪酸总量的6%以上, 15:0,16:lm7c,i17:0,17:0,18:1{o9t,10Mel8:0等脂 肪酸含量也较高,超过2%,其余脂肪酸含量则多低于 1.5%(表4,图1). 研究表明,贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰 富,围栏样地土壤的PLFA含量达到了27.27nmol?g-1, 大针茅和克氏针茅草原依次降低.放牧干扰下,不同草 原类型土壤微生物的PLFA种类发生改变,且土壤总 的PLFA量均显着降低.比较不同草原类型土壤微生 物细菌和真菌的PLFA含量,主要真菌PLFA含量要低 于细菌PLFA含量,而且围栏内外的土壤微生物细菌 PLFA和真菌PLFA含量差异显着.放牧样地与围栏样 地相比,贝加尔针茅草原分别降低了48.7%,72.7%,大 针茅草原分别降低了26.8%,44.0%,克氏针茅草原则 是细菌显着降低21.3%,真菌无显着变化(表5). 分析可知,不同类型草原放牧样地和围栏样地土 壤中革兰氏阳性和阴性菌PLFA含量比(GP/GN)各 不相同,各类型草原围栏区土壤中革兰氏阳性菌含量 表3放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳,氮含量 Table3MicrobialsoilbiomassCandNonStipasteppessoilsatgrazingandfen cedinInnerMongolia 注:同,草原类型不同处理间字母不同表示差异显着(P<0.01o下同. Note:Differentlettersabovesettlementsofthesamegrasslandnleansignifica ntdifferenceat0.O1leve1.Thesamebelow 表4放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤磷脂脂肪酸类型及其比例 Table4PLFAsandtheirproportions(%)ofStipasteppessoilsatgrazingandfe ncedinInnerMongolia 1130赵帅等:放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳,氮变化及微生物群落结构PLFA分析2011年6月 量呈呈暑量量量量星三暑量嚣嘻重要重《詈景至n寸寸lnIn33卜卜卜卜o.o.us3摹3o.0名暑量吾三主吾善?日一日一..”一日…”..”““..?一 里0???o.?皇0禹 ? 暑导导暑暑暑暑嘻要暑三暑三奄专重量茎毫詈景至詈m寸寸Inln3卜卜r,卜.o..333..0 蚕至吾-g蚕虿虿虿虿虿垂吾砉.兰兰譬萎.昌 曼 ? 图1放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物PLFA图谱(A:贝加尔针茅草原B:大针茅草原c:克氏针茅草原) Figure1SoilmierobialPLFAprofilesofStipasteppesatgrazingandfencedinI nnerMongo]ia (A:Sto)abaicalensisB:StipagrandisC:Stipakrylovii) 均高于革兰氏阴性菌含量,而且放牧干扰下3种针茅 草原土壤GP/GN比值均显着下降.表明不同类型草 原土壤微生物围栏内外差异显着,放牧与围栏相比, 土壤中革兰氏阳性细菌显着降低.细菌与真菌的 PLFA比值介于8.46~17.76之间,贝加尔针茅草原, 大针茅草原均是放牧样地显着高于围栏样地,克氏针 茅样地则与之相反(如表5所示). 2.3总PLFA主成分分析 为进一步分析不同草原类型土壤微生物群落结 构差异,对放牧和围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微 生物磷脂脂肪酸结构进行主成分分析(图2).结果表 明,不同的处理在Pc轴上出现了明显的分布差异.第 一 主成分(pc1)对PLFA数据变异的贡献率为63.8%, 权重最大,第二主成分(PC2)对总PLFA数据变异 ?? 76 ???? l_. f0吕自,qrI ?O B „ I口围栏圈放牧 …..I..西.....…..亓...,.... ?? 76 ?????0 第30卷第6期农业环境科学 表5放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤磷脂脂肪酸类型分析nmol?g) Table5AnalyseofPLFAsinStipasteppessoilsatgrazingandfencedinInnerM ongolia(nmol?g-) 1.0 0.5 0 - 0.5 — 1.0 口o ? ?? - ?贝加尔针茅草原围栏 .贝加尔针茅草原放牧 ?大针茅草原围栏 口大针茅草原放牧 ?克氏针茅草原围栏 ?克氏针茅草原放牧 PC1(64.76%) 图2放牧与围栏内蒙古针茅草原 土壤磷脂脂肪酸结构的主成分分析 Figure2PrincipalcomponentanalysisofPLFAsstructureinStipa steppessoilsatgrazingandfencedinInnerMongolia 的贡献率是25.0%,累积贡献率达到了88.8%.根据 主成分因子得分矩阵可以将两个主成分分别表示为 Zpcl=0.355X1—0.097X2+0.422X3-0.135X4+0.361X5+ 0.044X6;Zpc2=一0.063X1+0.396X2—0.143X3+0.422X4— 0.051X5+0.325X6.由此可以看出,PC1代表围封,PC2 代表放牧.不同的利用方式(放牧和围栏)对针茅草原 土壤微生物群落结构的影响程度是围栏处理大于放 牧处理.其中15:0,a15:0,i16:0等的第一,第二主成分 得分均较高,主要代表细菌.第1(PC1)主成分正方向 中,16:1o)7c,a17:0,18:1co9t得分较高,它们代表围栏 样地的优势类群;而16:0,16:lto5t,17:0的第二主成 分得分较高,说明16:0,16:1o~5t,17:0是放牧样地的 优势类群. 2.4各菌群PLFA与土壤养分相关性分析 对氯仿熏蒸法测定的微生物生物量与PLFA测 定结果进行比较,发现两种方法测定结果在不同处理 中变化规律较为相似,但也有不一致的地方:氯仿熏 蒸法结果表明放牧干扰导致贝加尔针茅草原和大针 茅草原土壤微生物生物量积累能力降低,而有利于克 氏针茅草原土壤微生物生物量的保持.PLFA法分析 表明,放牧导致各草原类型土壤PLFA量降低.研究 还表明,脂肪酸标识的细菌,真菌,GP,GN及整体土 壤微生物生物量与微生物生物量碳均呈极显着相关, 说明PLFA分析方法和氯仿熏蒸法之间有很好的一 致性,内蒙古针茅草原可用微生物生物量碳估量细 菌,真菌及整体土壤微生物生物量. 通过对各菌群PLFA与土壤养分进行相关性分 析表明(表4),土壤总PIFA量,细菌,真菌和GP的 PLFA与土壤有机质,全P均显着正相关,尤其是总 PLFAs,细菌,革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的 PLFAs与其相关水平更达到了极显着程度(P<0.01), 可用其来表征土壤这两项重要的肥力属性,也说明它 们可用作评价土壤肥力与健康的生物指标,同时在这 一 地区土壤碳,磷含量也是影响土壤微生物数量和种 类的最重要养分因素.相关分析结果还显示,各菌群 PLFA与铵态氮显着正相关. 3讨论 微生物生物量表征着土壤的生物状态,能量循环 和土壤养分的生物有效性.在本研究中,不同类型草 原因其地上部分生物量的差异使输入到土壤中的有 机碳含量明显不同,草原的种类不同其枯落物的质量 也不同,以上两个方面均会影响不同草原类型土壤微 生物生物量碳,氮的活动.而放牧干扰下,牲畜践踏破 坏了土壤稳定结构,使土壤微生物生物量降低.这是 由于牲畜践踏改变了土壤的紧实度,使土壤孑L隙度和 1132赵帅等:放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳,氮变化及微生物群落结构PLFA分析2011年6月 总PLFAsTotalPLFAs0.810.460.650.28055* 细菌PLFABacteriaPLFAs0.820.470.660.280.56* 真菌PLFAsFungiPIFAs0.67$0.280.51”O.310.61 革兰氏阳性细菌PLFAsGPPLFAsO.620.370.620.240.45 革兰氏阴性菌PLFAsGNPLFAs0.8O0.350.47*0.320.58* O_26 O-27 O-23 O.4l 0.01 0.9O籼 O.91籼 0.84 0.78 0.82 0.83 0.84籼 0.72 O.65籼 0.81 注:表示显着相关(尸<0.05),表示极显着相关(尸<0.O1). Note:indicatedsignificantcorrelation(P<O.05),indicateshighlysignific antcorrelation(P<O.01) 水稳性团聚体减少,引起透水性,透气性和水导率下 降,土壤微环境改变,土壤微生物的繁殖代谢受到强 烈的干扰,造成放牧样地的微生物生物量显着低于围 栏样地(表3),而克氏针茅草原之所以围栏内外微生 物生物量没有显着变化,可能是由于放牧样地土壤的 铵态氮,硝态氮升高,土壤的矿化作用加强,0,20cm 土壤微生物生物量在特定阶段内可以维持在原有水 平或更高水平,这与以往很多研究【?-24]达成共识. 微生物群落直接而敏感地反映土壤生物活性和 土壤环境的质量变化.本研究表明,不同类型草原土 壤微生物PLFAs差异显着,围栏区土壤的总PLFAs 含量明显高于放牧区.地上部分植物的生长情况不同 会导致其根系分泌物和凋落物也不同,这些因素对土 壤中微生物的生长和代谢有重要影响,从而影响土壤 微生物数量和种类.Bardgeett等闭使用PLFA技术对 不同放牧管理程度的草原土壤以及不同草原类型土 壤微生物群落结构开展研究,结果显示放牧显着降低 了土壤微生物PLFAs生物量,这与本文的研究结果一 致.草原土壤微生物受到多方面因素的影响,各因素 的影响强度也不同.这是不同历史原因,水热梯度,土 壤肥力,土壤环境状况与土壤微生物协同发展的结 果,健康良好的土壤环境促进土壤微生物的繁殖和生 长,同时,土壤微生物又反过来会对土壤结构进行改 善,以及养分积累,转化和维持起促进作用闭. 细菌/真菌比可反映细菌和真菌相对含量的变化 和两个种群的相对丰富程度.此外,土壤细菌与真菌 脂肪酸比值越低,土壤生态系统越持续稳定[27-281.对于 细菌与真菌的脂肪酸比值,贝加尔针茅草原和大针茅 草原的围栏处理明显低于放牧处理.因此由本研究结 果可以得出,对草地生态系统而言,围栏处理的土壤 环境稳定性高于放牧处理,这主要是因为围栏处理没 有牲畜的践踏,保留了真菌菌丝体结构完整性,使其 生物量持续稳定增长,从而降低了细菌与真菌的脂肪 酸比值.克氏针茅草原的放牧和围栏处理没有显着差 异,可能是由于克氏针茅草原放牧区含有比较高的速 效养分,为土壤微生物提供了较为充足养分和能量物 质.研究还表明在草地自然生态系统中(围栏),GP在 细菌结构中占优势,放牧干扰则降低了这种优势,围 栏外GPPLFA/GNPLFA比值显着降低,可见放牧干 扰引起细菌群落结构明显变化.而且虽然草原类型显 着影响了PLFA总量,但是并未引起微生物群落结构 明显变化,通过对放牧和围栏样地的土壤磷脂脂肪酸 结构进行主成分分析(图2)即可知,不同的利用方式 (放牧和围栏)对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结 构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理. 说明利用方式对于微生物群落的影响不仅在于微生 物生物量的变化,也明显影响微生物群落结构. 土壤微生物群落组成复杂,熏蒸法可测定土壤中 整体微生物生物量,而磷脂脂肪酸法是利用不同菌源 脂肪酸来代表的特定菌群生物量,二者之间存在微生 物学意义上的差异,但都与土壤健康及肥力状况密切 相关,因此在说明土壤微生物生物量时,两种方法相 结合进行比较会更全面.通过对磷脂脂肪酸与微生 物生物量问进行相关分析,二者是显着的正相关关 系,该研究结果与Zelles等[3o1及Yoshitake等l3的结果 一 致.因此,围栏处理是有效提高草原土壤肥力状况 的有效措施.相关性分析还表明,有机质和全磷可能 是内蒙古草原土壤微生物生长的主要影响因素,本试 验中除了硝态氮其他养分对土壤微生物无显着影响. 但也有研究发现,土壤微生物类群与其他某些速效养 分间存在显着的相关关系[26,321,这可能是试验地点自 然条件与试验设置及管理等因素共同作用的结果.本 研究草原生态系统中磷养分相对匮缺,致使微生物表 现出对磷等养分的依赖,但围栏措施对于提高土壤微 生物生物量方面作用明显.放牧对土壤微生物影响较 为复杂,且研究结果也不尽相同,其往往受土壤类 第30卷第6期农业环境科学1133 型,气候条件及放牧强度的影响,一般认为适度放牧 可促进土壤中真菌或放线菌的增殖,进而提高土壤 微生物生物量.但也有研究表明长期放牧,可降低 土壤微生物生物量,而过度放牧也会使土壤微生物 生物量碳,氮的含量下降例. 4结论 放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物群落结 构差异显着,围栏草地土壤总磷脂脂肪酸含量增加, 表明围栏有利于土壤微生物的生长与维持,而放牧则 降低了PLFA所指示的土壤总微生物,细菌和真菌生 物量;微生物生物量碳,氮可估计内蒙古针茅草原土 壤细菌,真菌及整体土壤微生物生物量;土壤微生物 生物量与土壤有机质,全磷,铵态氮含量相关. 参考文献 【1]杨殿林,安胜利,胡其图.呼伦贝尔草原的合婵利用与开发IJ】.蒙古 草业,】999(1):15,19. YANGDian—lin,ANSheng—li,HUQi—tu.Researebonrationalex— ploitationandutilizationofgrasslandinHulunbeier[J].InnerMongolia Prataculture,1999(1):15—19. 【2]杨殿林,贾树杰,张延荣,等.呼伦贝尔草原畜牧业发展前景与对策 『J1.中国草地,2003,25(4):72—75. YANGDian—lin,JIAShu—fie,ZHANGYan-rang,eta1.Strategiesof grasslanddevelopmentinHulunbeierinInnerMongolia….GrcL~sland 75. ofChina,2003,25(4):72— [3]GarciaC,HernanderT.Biologicalandbiochemicalindicatorsinderelict soilssubjecttoerosion[J[.SoilBiologyandBiochemistry,1997,29(2): l71一l77. 【4]孙波,赵其国,张桃林,等.土壤质量与持续环境?.土壤质量评价 的生物学指标[土壤,1997,29(5):225—234. SUNBo,ZHAOQi—guo,ZHANGTao一1in,eta1.SoilqualityandSUS— tainableenvironment1II.Thebiologicalindicatorsforassessingsoil qualitylJ].Soils,1997,29(5):225—234. 【5J高雪峰,武春燕,韩国栋.放牧对典型草原土壤中几种生态因子影 响的研究『J].干旱区资源与环境,2010,24(4):130,133. GAOXae-fen&WUChun—yan.HANGuo—don&Effectofgraz ingon severalecologicalfactorsofthesoilintypicalSteppe[J].JourmdArid LandResources?dEnvironment,2010,24(4):130—133. 【6】WakelinaSA,GreggaAI,SimpsonRJ,eta1.Pasturenlanagement clearlyaffectssoilmicrobialcomnmnitystrnetut~andN—cyclingbacte— ria[J].Pedobiologia,2009,52:237-251. [7】FarrisE,FilighedduR,DeianaP,eta1.Short-termeffectsonsheeppas— turelandduetograzingabandonmentinaWesternMediterraneanisland ecosystemAnmhidisciplinaryapproach[J[.1ournalrNatureCortser- vation,2010,18:258,267. 【81BoonN,DeWindtW,VerstraeteW,eta1.EvaluationofnestedPCR— DGGE(denaturinggradientgelelectrophoresis)withgroup-specific16S rRNAprimersfortheanalysisofbaeterialcormnunitiesfromdifferent wastewatertreatmentplants[J].FEMSMicrobiologyEcology,2002,39: IOJ—l】2. [9】FavierCF,VatghanEE,DeVosWM,eta1.Molecularmonitoringof successionofbacteria/communitiesinhumanneonates[J[.Appliedand EnvironmentalMicrobiology,2002,68:219—226. [10】LiuBR,JiaGM,ChenLeta1.AReviewofmethodsforstudyingmi— crobialdiversityinsoils[J[.Pedosphere,2006,16(1):18—24. [11】ZellesLFattyacidpatternsofphospholipidsandIip0poIysacchades inthecharacterizationofmicrobialcommunitiesinsoil:AreviewlJ]. BiologyandFertilityofSoils,1999,29(2):111—129. [12]AndersonJD,IngrainLJ,StahlPD.Influenceofreclamationmanage— mentpracticesonmicrobialbiomasscarbonandsoilorganiccarbonac— cumulationinsemiaridnfinedlandsofWyoming[J[.AppliedSoilEcol— ogy,2008,40:387—397. [13]赵吉,杨劭,邵玉琴.退化草原土壤健康的微生物学量化评价 【JJ.农业环境科学,2007,26(6):2090—2094. ZHAOJi,YANGJie,SHAOYu—qin.Microbiologicalquantitiveas— sessmenton?