沈 艷，馬紅彬，謝應忠，許冬梅，趙 菲

（1．寧夏大學草業(yè)科學研究所，寧夏 銀川750021；

2．西北土地退化與生態(tài)恢復國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川750021）

草地土壤微生物是草地土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的推動力，影響著植物對養(yǎng)分的吸收，是植物養(yǎng)分的重要來源［1］。土壤微生物在土壤形成和演化過程中起主導作用［2］，是土壤肥力的活指標、土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動的調(diào)節(jié)者［3］、土壤有效養(yǎng)分的儲備庫［4］。土壤微生物量（Soil Microbial Biomass，SMB）是土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，作為土壤中物質(zhì)代謝旺盛強度的指標，對環(huán)境變化敏感，對土地利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和氣候條件有著積極的響應，能夠反映土壤質(zhì)量的細微變化［5］，可較早地指示生態(tài)系統(tǒng)功能的變化［6］。研究表明，雖然土壤微生物量在土壤中所占比例很小，僅占土壤有機物質(zhì)的1%～4%［7］，但其作用卻不容忽視，它是土壤中最容易被植物所利用的氮、磷等營養(yǎng)元素及土壤有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化的驅(qū)動力，與土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)緊密相關(guān)［8－9］。

寧夏典型草原主要分布在寧夏南部山區(qū)各縣，是寧夏主要的生態(tài)屏障和牧業(yè)基地。但是，長期以來的自然和人為因素致使草原植被遭到嚴重破壞。近年來，隨著退牧還草等工程的推進，寧夏典型草原先后采取了封育、水平溝改良等管理方式促進草地植被恢復，從而使草地土壤中對草原生態(tài)系統(tǒng)功能正常發(fā)揮起重要作用的微生物種類、數(shù)量和分布狀況也發(fā)生了變化［10］。因此，研究寧夏典型草原微生物特征對不同管理方式的響應，對探討不同管理方式對草地土壤質(zhì)量及植被的影響具有重要意義，也可為該區(qū)草地科學管理和生態(tài)建設(shè)提供重要理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗區(qū)概況 試驗區(qū)地處寧夏云霧山草原自然保護區(qū)，位于寧夏回族自治區(qū)固原市東北部45 km處，地理位置為106°21′～106°27′E，36°10′～36°17′N。該區(qū)處于祁連山地槽東翼與鄂爾多斯臺地西緣之間，居黃河流域的上游和黃土高原的中間地帶。海拔1 800～2 100m，大部分在2 000m 以下，最高峰2 148m，地勢南低北高，南坡平緩，北坡較陡，為黃土覆蓋的低山丘陵區(qū)。土壤可分為山地灰褐土和黑壚土兩類。氣候?qū)侔敫珊禋夂颍昶骄鶜鉁?℃，最熱月7月，氣溫在22～25℃，最冷月1月，平均最低氣溫－14℃左右?！?℃的積溫2 370～2 882℃·d，年日照時數(shù)2 500h，太陽輻射總量525kJ·cm－2，年平均無霜期137d，年平均降水量445mm。

試驗區(qū)地帶性土壤為黑壚土。建群種和優(yōu)勢種植物主要有本氏針茅（Stipa bungeana）、大針茅（S．grandis）、百里香（Thymus mongolicus）、鐵桿蒿（Artemisia sacrorum）、星 毛 委 陵 菜 （Potentilla acaulis）、茭蒿（A．giraldii）等。

1．2 試驗設(shè)置 試驗設(shè)9個處理，分別為未封育草地（放牧草地，DFWY），封育2年（DF2）、封育3年（DF3）、封育5年（DF5）、封育10年（DF10）、封育15年 （DF15）、封 育 20 年 （DF20）、封 育 25 年（DF25）草地和水平溝改良草地（DS10）。

1．3 研究方法 于植被生長旺季（2011年8月），在每個樣地按“S”形分別取0～5、5～15、15～25和25～40cm土層土壤，每個樣地同層土壤混合裝袋，帶回實驗室將其用四分法混合均勻，備用。然后測定細菌、真菌和放線菌三大菌類的數(shù)量，測定微生物量碳、氮含量及土壤有機質(zhì)含量。土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量測定采用許光輝和鄭洪元［11］的方法。土壤微生物量碳、氮含量測定采用吳金水［12］的方法，有機質(zhì)含量采用南京土壤研究所［13］方法。

1．4 數(shù)據(jù)分析 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)用Excel錄入、計算及作圖，土壤微生物特征之間及其與土壤有機質(zhì)含量的相關(guān)分析、AVONA方差分析采用DPS 7．05軟件進行分析。

2 結(jié)果

2．1 土壤微生物數(shù)量對不同管理方式的響應

試驗區(qū)0～40cm土層土壤微生物中，數(shù)量總體表現(xiàn)為細菌＞放線菌＞真菌（表1）。細菌占絕對優(yōu)勢，占微生物總數(shù)量的89．03%～94．60%；放線菌數(shù)量次之，占微生物總數(shù)量的5．35%～10．89%；真菌數(shù)量最少，占微生物總數(shù)量的0．04%～0．31%。

各管理方式細菌數(shù)量均顯著高于未封育草地，細菌數(shù)量隨封育年限增加呈增加趨勢，以封育25年草地最高，為60．86×106cfu·g－1，占微生物總數(shù)量的92．03%；未封育草地最低，為8．79×106cfu·g－1，占微生物總數(shù)量的91．46%。放線菌數(shù)量對管理方式的響應與細菌數(shù)量變化趨勢相似，仍然以封育25年草地最高，為52．10×105cfu·g－1；未封育草地最低，為8．02×105cfu·g－1；水平溝改良草地放線菌數(shù)量僅高于未封育草地。真菌數(shù)量在各管理方式下則表現(xiàn)為封育5年最高，為79．09×103cfu·g－1，其次是封育25年草地，為61．75×103cfu·g－1，以封育3年草地最低，為18．31×103cfu·g－1。

表1 不同管理方式下0～40cm土壤微生物數(shù)量Table 1 Microorganism number in 0－40cm soil depth of desert steppe under different management modes

管理方式對土壤微生物總數(shù)量亦影響顯著（P＜0．05），表現(xiàn)為隨封育年限增加，微生物總數(shù)量呈增加趨勢，水平溝改良10年草地的土壤微生物總數(shù)量比未封育草地高，低于5年以上封育草地（表1）。

對各管理方式下不同土層微生物數(shù)量分析發(fā)現(xiàn)（圖1），不同管理方式下土壤微生物集中在0～25 cm土層，占微生物總數(shù)量的77．3%～92．1%，表層土壤（0～5cm）并非微生物活動最旺盛的土層，而5～15cm土層微生物數(shù)量較高。

圖1 不同管理方式下不同土層土壤微生物數(shù)量變化Fig．1 Changes of microorganism number in different soil depth of typical steppe under different management modes

2．2 微生物量碳、氮對不同管理方式的響應

典型草原0～40cm土層土壤微生物量碳受管理方式的影響顯著（P＜0．05），其值為18．50～252．04 mg·kg－1，表現(xiàn)為隨封育年限增加呈增加趨勢，水平溝改良10年草地微生物量碳與封育3年草地相當（圖2A），說明水平溝改良對草地土壤微生物量碳改善效果不明顯。9個處理中，封育25年草地土壤微生物量碳最高，其次為封育20年草地，最低的為未封育的放牧草地，說明典型草原在封育恢復過程中，恢復時間的延長對微生物量碳的積累有明顯的促進作用，而長期連續(xù)放牧則嚴重阻礙了微生物量碳的積累。不同土層土壤微生物量碳整體表現(xiàn)為5～15＞0～5＞15～25＞25～40cm，即典型草原土壤微生物量碳最高的土層在表層之下，其原因與微生物數(shù)量的影響因素相似（圖2A）。

典型草原0～40cm土層微生物量氮變化與微生物量碳相比，變化較為平緩，但總體趨勢與微生物量碳變化相似，即封育時間能促進微生物量氮的積累，放牧對其有阻礙作用，水平溝改良對微生物量氮促進作用不明顯。不同土層土壤微生物量氮表現(xiàn)仍然以5～15cm土層最高（圖2B）。

2．3 土壤微生物特征與土壤有機質(zhì)含量的相關(guān)性

圖2 典型草原土壤微生物量碳、氮對不同管理方式的響應Fig．2 Responses of microbial biomass carbon and nitrogen to different management modes in typical steppe

圖3 典型草原土壤微生物特征與有機質(zhì)含量相關(guān)性Fig．3 Relationship between microorganism properties and soil organic content of typical steppe

草地生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物活動能力的強弱受土壤狀況、牧草生長狀況、草地利用方式和強度等因素的影響，且對土壤環(huán)境的變化較為敏感。Person相關(guān)分析表明（圖3），土壤微生物特征與有機質(zhì)含量顯著正相關(guān)，表現(xiàn)為土壤有機質(zhì)含量與微生物總數(shù)量和微生物量碳、氮均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0．01），相關(guān)系數(shù)分別0．83、0．88和0．80；微生物總數(shù)量與微生物量碳、氮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0．01），相關(guān)系數(shù)分別0．95和0．99；微生物量碳、氮之間亦呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0．01），相關(guān)系數(shù)為0．93。說明土壤微生物特征能較好地指示土壤肥力特征。

3 討論

土壤微生物是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的驅(qū)動力，其周轉(zhuǎn)周期短，可以靈敏地反映環(huán)境因子、土地經(jīng)營模式和生態(tài)功能的變化過程，常被用來評價土壤質(zhì)量和研究退化生態(tài)系統(tǒng)中生物群系與恢復功能之間的關(guān)系。不同管理方式下，典型草原0～40 cm土層土壤細菌數(shù)量占絕對優(yōu)勢，超過微生物總量的89%；放線菌數(shù)量居中；真菌數(shù)量最少。這與單貴蓮等［14］和曹葉飛等［15］的研究結(jié)果一致。一般認為，放牧使微生物量碳氮降低，也有試驗證明，放牧使高原草原土壤微生量碳、氮增加。適當放牧有利于微生物活性增強［16－17］。但是本研究中，由于放牧草地（未封育草地）長期超載自由放牧，植被低矮稀疏，草地退化嚴重，所以微生物量和微生物量碳、氮較低。而封育草地由于沒有家畜的放牧干擾，地上部生物量增加，不僅使較多的根量和凋落物輸入土壤增加土壤養(yǎng)分，而且增強了土壤的保水保肥效果，為微生物活動提供了豐富的能源物質(zhì)［18－20］。因此，隨著典型草原封育年限的增加，微生物數(shù)量和微生物量碳、氮上升，這也與一些學者的研究結(jié)果一致［21－23］。水平溝措施下，雖然經(jīng)過了10年的恢復，但其微生物數(shù)量及微生物量碳、氮仍低于5年以上的封育草地。可能是由于水平溝植被的恢復較慢，枯落物數(shù)量較少的緣故，另外則與水平溝整地時的土壤被深度翻挖，原來表層較肥沃的土壤被翻至深層有關(guān)。一些研究表明，表層土壤的微生物數(shù)量高于深層土壤，微生物數(shù)量具明顯表聚性［10，24］，但在本研究中，典型草原微生物數(shù)量最大的土層并非0～5cm土壤，這可能是由于表層土壤受環(huán)境影響較大，返還土壤的枯枝落葉尚處于較大顆粒，不利于微生物的分解活動。相比之下，5～15cm土層的有機質(zhì)顆粒更適合土壤微生物生長，從而使微生物數(shù)量和微生物量碳、氮較高，具體原因還有待于進一步研究。

土壤中的微生物一方面反映土壤中物質(zhì)和能量代謝的旺盛程度，另一方面也反映了土壤的肥力狀況，是土壤肥力的重要指標［25］。本研究表明，土壤微生物總數(shù)量和微生物量碳、氮均與土壤有機質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，且微生物總數(shù)量和微生物量碳、氮之間也存在正相關(guān)關(guān)系，說明土壤有機質(zhì)的增加能增加土壤微生物數(shù)量及微生物生物量，這與王俊華等［26］的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

從生態(tài)恢復的角度看，在寧夏南部典型草原采取的一系列生態(tài)修復措施均能使土壤和植被發(fā)生變化，其中土壤微生物特征隨草地管理方式呈現(xiàn)不同的變異。長期放牧嚴重降低了土壤微生物數(shù)量及微生物量碳、氮，相比之下，對草地進行禁牧封育則能顯著提高土壤微生物數(shù)量及微生物量碳、氮。水平溝改良是典型草原區(qū)較普遍的草地改良模式，但本研究發(fā)現(xiàn)，其草地微生物特征并未表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。典型草原土壤微生物特征與有機質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明土壤微生物特征能較好地指示土壤肥力狀況。為正確評價寧夏南部典型草原的生態(tài)恢復模式的合理性、科學性及適應性，仍需進行多方面深入的研究。

［1］ 姚槐應．土壤微生物生態(tài)學及其實驗技術(shù)［M］．北京：科學出版社，2006．

［2］ 黃昌勇．土壤學［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：50－64．

［3］ Smith J L，Paul E A．The Significance of Soil Microbial Biomass Estimations［M］．New York：Marcel Dekker，1990：357－398．

［4］ Smith J L，Halvorson J J，Bolton H Jr．Soil properties and microbial activity across a 500melevation gradient in a semi－arid environment［J］．Soil Biology and Biochemistry，2002，34（11）：1749－1757．

［5］ 薛萐，劉國彬，戴全厚，等．不同植被恢復模式黃土丘陵區(qū)侵蝕土壤微生物量的影響［J］．自然資源學報，2007，22（1）：20－26．

［6］ 周濤，史培軍．土地利用變化對中國土壤碳儲量變化的間接影響［J］．地球科學進展，2006，21（2）：138－143．

［7］ Brookes P C．The soil microbial biomass：Concept，measurement and applications in soil ecosystem research［J］．Mirobes and Enviroments，2001，16：131－140．

［8］ Anderson T H．Microbial ecophysiological indicators to assess soil quality［J］．Agriculture，Ecosystems and Environment，2003，98：285－293．

［9］ He Z L，Yang X E，Baligar V C，et al．Microbiological and biochemical indexing systems for assessing quality of acid soils［J］．Advances in Agronomy，2003，78：89－138．

［10］ 郭明英，朝克圖，尤金成，等．不同利用方式下草地土壤微生物及土壤呼吸特性［J］．草地學報，2012，20（1）：42－48．

［11］ 許光輝，鄭洪元．土壤微生物分析手冊［M］．北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986：287－289．

［12］ 吳金水．土壤微生物生物量測定方法及其應用［M］．北京：氣象出版社，2006：54－78．

［13］ 中國科學院南京土壤研究所．土壤理化分析［M］．上海：上海科學技術(shù)出版社，1978．

［14］ 單貴蓮，初曉輝，羅富成，等．圍封年限對典型草原土壤微生物及酶活性的影響［J］．草原與草坪，2012（1）：1－6．

［15］ 曹葉飛，方光新，蔣平安，等．長期圍欄封育對巴音布魯克山地草原土壤微生物的影響［J］．新疆農(nóng)業(yè)科學，2008，45（2）：342－346．

［16］ Bardgett R D，leemans D K．The short term effect s of cessation of fertilizer applications，liming and grazing on microbial biomass and activity in a reseeded upland grassland soil［J］．Biology and Fertility of Soils，1995，19：148－154．

［17］ 李香真，陳佐忠．不同放牧率對草原植物與土壤C，N，P含量的影響［J］．草地學報，1998，6（2）：90－98．

［18］ 盛海彥，李松齡，曹廣民．放牧對祁連山高寒金露梅灌叢草甸土壤微生物的影響［J］．生態(tài)環(huán)境，2008，17（6）：2319－2324．

［19］ 高雪峰，韓國棟，張功，等．荒漠草原不同放牧強度下土壤酶活性及養(yǎng)分含量的動態(tài)研究［J］．草業(yè)科學，2007，24（2）：10－13．

［20］ 陳海軍，王明玖，韓國棟，等．不同強度放牧對貝加爾針茅草原土壤微生物和土壤呼吸的影響［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2008，22（4）：165－170．

［21］ 王少昆，趙學勇，趙哈林，等．不同強度放牧后沙質(zhì)草場土壤微生物的分布特征［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2008，22（12）：164－167．

［22］ Singh S K，Rai J P．Soil microbial population and enzyme activity related to grazing pressure in alpine meadows of Nanda Devi Biosphere Reserve［J］．Journal of Environmental Biology，2004，25（1）：103－107．

［23］ 趙帥，張靜妮，賴欣，等．放牧與圍欄內(nèi)蒙古針茅草原土壤微生物生物量碳、氮變化及微生物群落結(jié)構(gòu)PLFA分 析 ［J］．農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學 學 報，2011，30（6）：1126－1134．

［24］ 姚拓，馬麗萍，張德罡．我國草地土壤微生物生態(tài)研究進展及淺評［J］．草業(yè)科學，2005，22（11）：1－7．

［25］ 王鑫，徐秋明，曹兵，等．包膜控釋尿素對保護地菜地土壤肥力及酶活性的影響［J］．水土保持學報，2005，19（5）：77－84．

［26］ 王俊華，尹睿，張華勇，等．長期定位施肥對農(nóng)田土壤酶活性及其相關(guān)因素的影響［J］．生態(tài)環(huán)境，2007，16（1）：191－196．