毛乌素沙地根际土壤微生物数量与植物盖度相关性的初步研究

李占宏，樊永军，高将，崔志永

(1.包头师范学院资源与环境学院，内蒙古包头014030;2.包头师范学院生物科学与技术学院，内蒙古包头014030)

土壤微生物是生态系统的重要成员，在生态系统的物质循环和能量流动中占有重要地位。在沙地生态系统中土壤微生物可以分解土壤中的有机物和植物残体;细菌可产生胞外代谢物，如多糖、脂类和蛋白质，起到胶结作用以稳定团聚体［1-2］;菌丝体将土壤细粒紧实地黏结，又通过微生物分泌物的黏结，促使土表的稳定性增强而避免风蚀和水蚀［3］。因此，土壤微生物对沙丘的固定发挥着重要作用。本文对不同生境条件下植被根际土壤中微生物类群的数量及其与植物盖度的相关性进行了研究，以期对沙地不同生境土壤微生物数量研究和土地沙化的监测有所助益。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

毛乌素沙地位于北纬37°27.5'～39°22.5'，东经107°20'～111°30'之间，总面积约40 000 km2。毛乌素沙地位于我国北方干旱半干旱区，是个多重意义、多层次的生态交错带［4-5］。植被属于干草原性质的本氏针茅、兴安胡枝子群落和小白蒿群落。土壤类型复杂，砂质盐化草甸土、灰棕钙土、灰钙土等类型土壤相间分布;地表组成物质松散、植被覆盖度低，有沙丘散布。气候干旱、多风，年均降雨量为300～400 mm，降水集中、季节变化大［6］。

1.2 方法

1.2.1 样品采集于2010年10月，在毛乌素沙地乌审旗境内，分别选择固定沙丘的不同地貌部位、杨树林、拂子毛荒草地等9个不同生境条件下的植被根部土壤进行采样。每处采样点在垂直方向按照0、10、20 cm深度采样。所取土壤样品经保鲜后带回实验室，供土壤微生物类群数量的测定。

1.2.2 微生物的数量测定微生物的分离和计数采用稀释平板法。细菌的培养采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基;真菌采用马丁氏(Martin)培养基;放线菌采用改良高氏1号培养基［7］。每个样品选用3个稀释度。接种后的细菌培养基置于37℃恒温培养箱中倒置培养3 d后计数，放线菌和真菌培养基置于28℃恒温培养箱中倒置培养5 d后计数。

2 结果与分析

2.1 不同微生物类群之间的差异

分别对细菌、真菌、放线菌的菌落数进行比较分析，其中细菌的数量最多，由表1可以看出9个样地中细菌平均数量为443 667×103个/g土，其次是放线菌和真菌，分别为1 722×103和13.889×103个/g土。毛乌素沙地不同生境条件下土壤细菌、真菌、放线菌数量差异显著。

细菌是土壤微生物中数量最多的一个类群，在土壤有机质的转化中起着重要作用。真菌和放线菌是参与土壤有机质分解的主要成员。真菌能够分解纤维素、木质素、果胶及蛋白质。放线菌在土壤中的分布数量仅次于细菌，能比真菌更强烈地分解氨基酸等蛋白物质，在生态系统的物质循环、促进土壤形成团粒结构及改良土壤中起着重要作用［8］。

2.2 不同生境条件下土壤微生物类群的数量变化

2.2.1 不同地貌部位土壤微生物的变化不同地貌部位微生物数量具有一定的差异，表层微生物数量由大到小依次是迎风坡＞背风坡＞丘间地＞丘顶(表1)，表层以下10 cm处微生物数量变化由大到小依次是丘间地＞迎风坡＞背风坡＞丘顶，表层以下20 cm处微生物数量由大到小依次是丘顶＞背风坡＞丘间地＞迎风坡。在同一地貌部位上，微生物数量垂直分布变化情况由表1可知，迎风坡微生物数量随剖面的加深呈递减的趋势，丘顶是随剖面深度的增加逐渐增多的趋势，背风坡呈先减少后增加的趋势，丘间地呈先增加后减少的趋势。从不同地貌部位微生物总量上看，固定沙丘迎风坡＞固定沙丘背风坡＞固定沙丘丘顶＞固定沙丘丘间地。说明不同地貌部位及同一地貌部位的不同深度上微生物的分布存在差异。

2.2.2 不同植被根部下土壤微生物的变化分别对沙地内杨树林裸露地、沙柳根际土、羊柴根际土、荒草地丛间根际土、拂子毛草地根际土5种土样进行土壤微生物数量的测定(表1)。结果表明，在固定沙丘不同地带的土壤中细菌、真菌和放线菌的类群总数量拂子毛草地根际土中最多，杨树林裸露地中最少，总体变化趋势为拂子毛草地根际土＞羊柴根际土＞荒草地丛间根际土＞沙柳根际土＞杨树林裸露地。其中细菌垂直分布变异较大，而真菌和放线菌在0～20 cm深度范围内的分布趋势均表现为表层较多而下层较少。细菌的垂直分布表现为在不同植被类型下表现各异，进行归类后发现，恢复较好的拂子毛草地和人为影响度较大的杨树林从表层到20 cm深度数量递增，沙生灌草丛根部表现为10 cm处数量最多。沙生植物防护着沙土免被风蚀，在生物学、化学和物理学诸因素长期作用下风沙土的理化性质逐渐发生变化。由于微生物数量是随环境变化而变异很大的值，随着植被类型的不同，微生物数量表现出很大的差异。

表1 毛乌素沙地不同生境下土壤微生物数量表(个/g土)Table 1 The amount of soil bacteria，fungi，actinomycetes at different habitat of MuUs sandy land(individual/g soil)

2.2.3 不同生境条件下土壤微生物多样性指数的变化生物多样性指数是用于描述生物类型和均匀度的一个度量指标，它在一定程度上可以反映生物群落中物种的丰富程度及其各类型之间的分布比例。一般而言，一个群落的生物多样性指数越高，则其群落中物种类型数就越多，而且各类型间分布比例就越均匀。因此，在对于研究微生物数量总数时，还应对土壤微生物3大类群多样性指数进行具体研究。本文采用Shannon-Wiener多样性指数［9］，公式如下:

式中为某群落中第i个类型的个体数占总个数的百分比。

根据以上公式分别计算不同生境条件下土壤微生物多样性指数(表2)。结果显示，不同生境下土壤微生物多样性指数存在一定的差别。具体表现为固定沙丘迎风坡＞固定沙丘丘间地＞固定沙丘丘顶＞固定沙丘背风坡。固定沙丘迎风坡的微生物多样性指数最高，为0.397。固定沙丘背风坡的微生物多样性指数最低，为0.085。不同植被表现为荒草地丛间＞沙柳根部＞杨树林裸露地＞羊柴根部＞拂子毛草地。即固定沙丘迎风坡以及荒草地丛间群落中物种类型较多，而且各类型间分布比例较均匀。说明在风蚀背景下，扰动强烈的地貌部位和恢复时间短状况差的植被类型下，其微生物多样性指数较高，这对于改善生态环境有积极的参考意义。

表2 不同生境条件下土壤微生物生物多样性指数Table 2 The soil microbial diversity index under the different habitat conditions

2.3 微生物群落数量与植物盖度的关系

表3 不同样地微生物数量与植物盖度的关系(个/g土)Table 3 The relationship of rhizosphere microorganismsand plant coverage(individual/g soil)

由表3可知，微生物菌落数量排序依次是拂子茅草地＞羊柴根部＞荒草丛间＞沙柳根部＞杨树林裸露地。不同样地植物盖度依次是羊柴根部＞沙柳根部＞拂子茅草地＞杨树林裸露地＞荒草丛间。对微生物菌落总数量及各样地表层菌落数与植物盖度进行相关性分析，发现两者与植物盖度并不存在明显的相关性。可见植物活生物量与微生物的数量并不存在直接的相关。

3 结论

对毛乌素沙地不同生境下植被根际土壤微生物细菌、真菌、放线菌数量进行研究，结果表明:不同微生物类群之间表现为细菌最多，放线菌次之，真菌最少;土壤微生物垂直分布存在多样性的变化规律，不同地貌部位、不同植物类型其下覆微生物垂直分布存在差异;同一地貌部位，同一植物类型下，微生物垂直分布也存在差异;微生物菌落总量在不同生境下存在明显差异。对生物多样性指数进行运算可知，固定沙丘迎风坡及荒草地的生物多样性指数高于其他地方，各微生物类群间分布比例较均匀。说明在风蚀背景下，扰动强烈的地貌部位和恢复时间短状况差的植被类型下，其微生物多样性指数较高，这对于改善生态环境有积极的参考意义。分析微生物数量与植物盖度的关系可知，植物活生物量与微生物的数量并不存在直接的相关。因此，在改善毛乌素沙地生态环境时，应关注植被演替的递续性和植物类型的配置。

［1］ Gupta S R，Germida J J.Distribution of microbial biomass and its activity in soil aggregate size classes as affected by cultivation［J］.Soil Biochem，1988，20(6):777-786.

［2］ Lynch J M.Interactions between biological processes，cultivation and soil structure［J］.Plant Soil，1984，76(1-3):307-318.

［3］ Lynch J M，Bragg E.Microorganisms and soil aggregate stability［J］.Advances in Soil Science，1985，(2):133-171.

［4］ 北京大学地理系，中科院自然资源综合考察委员会，中科院兰州沙漠所，等.毛乌素沙区自然条件及利用［M］.北京:科学出版社，1983:1-18.

［5］ 张新时.毛乌素沙地的生态背景及其草地建设的原则与优化模式［J］.植物生态学报，1994，18(1):1-16.

［6］ 杨思全，王薇.毛乌素沙地土地沙漠化评价［J］.干旱区地理，2010，33(2):258-262.

［7］ 许光辉，郑洪元.土壤微生物分析方法手册［M］.北京:农业出版社，1986.

［8］ 许冬梅，王堃.毛乌素沙地南缘生态过渡带土壤微生物特征［J］.中国沙漠，2007，27(5):805-808.

［9］ 骆世明，彭少麟.农业生态系统分析［M］.广州:广东科技出版社，1996:39-41.