石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤理化及生物学特性研究

2016-01-27柴晓虹王理德姚拓韩福贵魏林源郭春秀张莹花

草业学报 2015年8期

关键词：土壤微生物

柴晓虹，王理德,，姚拓*，韩福贵，魏林源，郭春秀，张莹花

(1.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，

甘肃兰州 730070；2.甘肃省治沙研究所，甘肃兰州 730070；3.甘肃省河西走廊森林生态系统国家定位观测研究站，

甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室培育基地，甘肃武威 733000)

石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤理化及生物学特性研究

柴晓虹1，王理德1,2,3，姚拓1*，韩福贵2,3，魏林源2,3，郭春秀2,3，张莹花2,3

(1.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，

甘肃兰州 730070；2.甘肃省治沙研究所，甘肃兰州 730070；3.甘肃省河西走廊森林生态系统国家定位观测研究站，

甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室培育基地，甘肃武威 733000)

摘要：测定并分析了石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤理化(含水量、有机碳、硝态氮、铵态氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、缓效钾)及生物学(微生物量碳、氮、磷及真菌、细菌、放线菌数量)特性。结果表明，随退耕年限的延长，各土层(0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm，30~40 cm)土壤铵态氮及全磷呈下降趋势；土壤含水量、有机碳、硝态氮、有效磷、有效钾及缓效钾呈上升趋势；全钾与速效钾随退耕年限的变化不显著；除30~40 cm土层外，各土层土壤微生物量碳在退耕较短年限内(从1 a到5 a)呈下降的趋势，在退耕较长年限内(从8 a到31 a)呈上升趋势；土壤微生物量氮呈先上升(从1 a到4 a)再下降(从4 a到8 a)最后趋于稳定(从8 a到31 a)的趋势；除0~10 cm土层外，各土层土壤微生物量磷呈先下降(从1 a到2 a)再上升(从2 a到8 a)最后下降(从8 a到31 a)的趋势；不同年限退耕地土壤三大类微生物数量均表现为细菌>放线菌>真菌。

关键词：石羊河中下游；退耕年限；理化特性；土壤微生物

DOI：10.11686/cyxb2014395http://cyxb.lzu.edu.cn

柴晓虹，王理德，姚拓，韩福贵，魏林源，郭春秀，张莹花. 石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤理化及生物学特性研究. 草业学报, 2015, 24(8): 24-34.

Chai X H, Wang L D, Yao T, Han F G, Wei L Y, Guo C X, Zhang Y H. Effects of different years of cultivation abandonment on soil physical, chemical and microbial characteristics in the midstream and downstream of Shiyang River area. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(8): 24-34.

收稿日期：2014-09-18；改回日期：2014-10-25

基金项目：国家自然科学基金(41161049)和甘肃省农牧厅科技创新项目(GNXC-2012-45)资助。

作者简介：柴晓虹(1990-)，女，甘肃金昌人，在读硕士。E-mail：1106478496@qq.com

通讯作者*Corresponding author. E-mail：yaotuo@gsau.edu.cn

Effects of different years of cultivation abandonment on soil physical, chemical and microbial characteristics in the midstream and downstream of Shiyang River area

CHAI Xiao-Hong1, WANG Li-De1,2,3, YAO Tuo1*, HAN Fu-Gui2,3, WEI Lin-Yuan2,3, GUO Chun-Xiu2,3, ZHANG Ying-Hua2,3

1.CollegeofPrataculturalScience,MinistryofEducationKeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince,Sino-U.S.CenterforGrazingLandEcosystemSustainability,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China; 3.GansuHexiCorridorForestEcosystemResearchNationalStation,StateKeyLaboratoryBreedingBaseofDesertificationandAeolianSandDisasterCombating,Wuwei733000,China

Abstract:Soils have been investigated in midstream and downstream areas of the Shiyang River that had been previously cultivated but abandoned for different numbers of years. The research investigated physical and chemical properties (water content, organic carbon, nitrate nitrogen, ammonium nitrogen, total phosphorus, available phosphorus, total potassium, quick-available potassium, slow-available potassium) and microbes (microbial biomass C, N, P and the number of microorganisms). Results showed that soil ammonium nitrogen and total phosphorus content decreased the longer the land had been abandoned, while water content, organic carbon, nitrate nitrogen, available phosphorus, available potassium and slow-available potassium increased. There were however no significant differences in total potassium and quick-available potassium over the years. Microbial biomass C decreased in 30-40 cm soil layers in land abandoned for shorter periods (1-5 yrs), but increased for longer periods (8-31 yrs). The variability of microbial biomass N increased initially (1-4 yrs), then decreased (4-8 yrs) and finally stabilized (8-31 yrs). Except for 0-10 cm soil layers, the variability of soil microbial biomass P decreased at first (1-2 yrs), then increased (2-8 yrs) and finally decreased (8-31 yrs). Bacteria were the most frequent, followed by actinomycetes, and fungi were the least numerically significant during all stages.

Key words:midstream and downstream of Shiyang river; years of abandoned cultivated lands; physical-chemistry characteristics; soil microbes

石羊河流域位于甘肃省河西走廊东部，曾是植被茂密、物种丰富的天然柴湾[1]。然而，从20世纪70年代开始，该流域中下游地区出现了大规模开采地下水的现象，特别是民勤县更为严重，到1995年该县已打井11000余眼，造成地下水位下降4~17 m，使大面积土地撂荒[2]。据统计，1995年民勤全县实际播种面积仅占总耕地的1/2。近年来，由于政府采取了关井压田的政策，大面积土地退耕，形成了次生草地，如果管理不当，这些次生草地就会不断退化，甚至引起风蚀沙化，成为新的沙尘源，势必会加快石羊河中下游地区向我国沙尘源区和特级生态危机区转变，因此，如何保护与合理利用石羊河流域中下游绿洲退耕区次生草地关系到我国绿洲生态系统的安全及稳定。

土壤作为生态系统的组成成分和环境因子，为生态系统中生物的生长发育、繁衍生息提供了必要的环境条件[3]。土壤的物理、化学及生物学特性是土壤生态系统的重要特征，土壤物理特性包括土壤pH，含水率等；土壤化学特性包括土壤中各元素的含量，其中最主要的是土壤中N、P、K三大养分，是土壤肥力的内部表征，其变化反映了土壤管理措施的效果[4]；土壤生物学特性包括土壤微生物量及土壤微生物数量等，是影响土壤质量的重要因子，土壤微生物对环境变化非常敏感，是土壤环境质量的重要指标[5]，在一定程度上能反映土壤环境状况[6]。目前，对土壤质量演变的研究主要以土壤理化性质为目标[7-8]，而对石羊河流域较系统的综合土壤物理、化学、生物学特性的研究和分析较少。因此，本研究旨在开展石羊河流域中下游地区不同退耕年限次生草地土壤理化及生物学特性研究，为该区次生草地的保护、利用、修复及改善提供理论基础，同时对石羊河流域综合治理的实施提供基础资料和科学依据。

1材料与方法

1.1　研究区概况

研究区设在甘肃省民勤县北部的西渠镇黄辉村与自云村退耕地区域，海拔1300～1311 m，地理坐标为39°01′30″-39°03′28″ N、103°35′57″-103°37′56″ E。年均温度7.4℃，极端最高气温38.1℃，极端最低气温是-28.8℃；年均降水量110 mm，主要集中在7-9月，占年均降雨量的73%；年均蒸发量2644 mm，年日照时数2832.1 h；年平均风速2.3 m/s。灌木种主要有白刺(Nitrariaschoberi)、盐爪爪(Kalidiumfoliatum)、枸杞(Lyciumchinense)、小果白刺(Nitrariasibirica)、红砂(Reaumuriasongarica)等；草本植物有田旋花(Convolvulusarvensis)、藜(Chenopodiumalbum)、白茎盐生草(Halogetonarachnoideus)、顶羽菊(Acroptilonrepens)、碱蓬(Suaedaglauca)、骆驼蓬(Peganumharmala)、骆驼蒿(Peganumnigellastrum)和蒙古猪毛菜(Salsolaikonnikovii)等。

1.2　样地选择及土样采集

2012年9月，走访调查并查阅石羊河中下游各乡镇土地使用记录，选择没有因自然因素而导致地形的变迁、或因人为因素而引起的土壤物质再分配的地段作为试验区，在保证样地沙土母质相同的情况下，选择退耕1，2，3，4，5，8，15，24及31 a的9个撂荒地为样地。每个样地面积为1 hm2，按S形选择有代表性的5个地段作为固定样点，在每个固定样点上做好标记。并设置5 m×5 m的样方用于草本植物群落特征与土壤特征的测定；设置5～10 m×5～10 m的样方用于灌木、半灌木特征的调查(具体样方大小根据植物种及前期调查预试验确定)。在各个固定样点上挖土壤剖面，设3个重复，在剖面内按0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm四个层次用环刀取土样，将同一样地5个土样按相同层次均匀混合，用四分法取适量分两份带回实验室分析，1份用于土壤理化特性相关因子的测定，另1份保存在4℃的冰箱内(保存时间尽可能短)，用于土壤生物学特性相关因子的测定。样地的基本情况见表1。

表1　样地基本情况

1.3　土壤理化特性相关因子的测定

采用常规测定方法进行土壤理化特性相关因子的测定。土壤含水量采用恒温箱烘干法；土壤有机碳用重铬酸钾-硫酸外加热法；铵态氮采用靛酚蓝比色法；硝态氮采用紫外分光光度法；全磷用硫酸-高氯酸消煮，钼锑抗比色法；有效磷采用碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法；全钾、有效钾和速效钾采用原子吸收分光光度法[9]。

1.4　土壤微生物量的测定

采用氯仿熏蒸法[10]。称取经7 d预培养的新鲜土样(10 g)3份，分别放入50 mL烧杯中，将烧杯放入同一干燥器中，干燥器底部放置几张用水湿润过的滤纸，同时分别放入一个装有约50 mL(1 mol/L NaOH)溶液和一个装有约50 mL无乙醇氯仿的小烧杯(内加少量无水CaCl2，抗爆沸)，用少量凡士林密封干燥器，用真空泵抽气直至氯仿沸腾并保持至少2 min。随后，关闭干燥器阀门，在25℃黑暗条件下放置24 h之后打开阀门，如果没有空气流动声音，则表示干燥器漏气，应重新称样进行熏蒸处理。当干燥器不漏气时，取出之前的NaOH溶液和无乙醇氯仿小烧杯，再用真空泵反复抽气，直到土壤里闻不到氯仿气味为止。在熏蒸处理的同时设未熏蒸对照土样3份。

1.4.1土壤微生物量碳(SMBC)测定[11]土样经氯仿熏蒸后用0.5 mol/L K2SO4溶液提取，浸提液中碳测定采用重铬酸钾硫酸外加热法。

土壤微生物量碳=(Ec-Ec0)/0.38

(1)

式中，Ec为熏蒸土壤浸提液中有机碳量；Ec0为未熏蒸土壤浸提液中有机碳量；0.38为校正系数。

1.4.2土壤微生物量氮(SMBN)测定[11]土样经氯仿熏蒸后用0.5 mol/L K2SO4溶液提取，浸提液中氮测定采用凯氏定氮法。

土壤微生物量氮=(Ec-Ec0)/0.54

(2)

式中，Ec为熏蒸土壤浸提液中有机氮量；Ec0为未熏蒸土壤浸提液中有机氮量；0.54为校正系数。

1.4.3土壤微生物量磷(SMBP)测定[11]土样经氯仿熏蒸后用0.5 mol/L NaHCO3(pH=8.5)溶液提取磷，浸提液中磷测定采用钼锑抗显色法。

土壤微生物量磷=(Ec-Ec0)/0.4

(3)

式中，Ec为熏蒸土壤浸提液中有机磷量；Ec0为未熏蒸土壤浸提液中有机磷量；0.4为校正系数。

1.5　土壤三大类微生物数量测定

1.5.1真菌数量测定采用马丁—孟加拉红培养基，以平板表面涂抹法计数[12]。按下列公式计算真菌数量[12]。

N=M×鲜土/干土重

(4)

式中，M=a×u/v，N为每g干土的菌数；M为每g鲜土的菌数；v为每个培养皿中加悬浮液体积(本实验为50 μL)；a为培养皿中平均菌落数；u为稀释倍数。

1.5.2放线菌数量测定采用改良高氏一号培养基[13]，以平板表面涂抹法计数。按公式(4)计算放线菌数量。

1.5.3细菌数量测定采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，以平板表面涂抹法计数[12]。按公式(4)计算细菌数量。

1.6　数据处理及分析

数据分析采用Excel 2007和SPSS 17.0软件。用Oneway-ANOVA对石羊河流域中下游不同退耕年限次生草地土壤物理、化学及生物学特性相关因子的差异进行分析；用Pearson对该区土壤理化与生物学特性因子之间的相关性进行分析。

2结果与分析

2.1　不同退耕年限次生草地土壤理化特性空间变异特征

2.1.1不同退耕年限次生草地土壤含水量空间变异特征由表2可以看出，石羊河中下游地区不同退耕年限次生草地同一土层土壤含水量在退耕较短年限内(从1 a到4 a)随退耕年限的延长呈下降的趋势，在退耕较长年限内(从5 a到31 a)呈波动上升的趋势，其中，退耕第8年土壤含水量最高，各土层(0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm)分别为7.26%，9.61%，9.19%和10.00%。同一退耕年限，除第1年外，退耕第2，3，8，15，24及31年随土层加深含水量升高，但退耕第4和5年随土层的加深含水量变化不明显。

2.1.2不同退耕年限次生草地土壤有机碳空间变异特征对石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤有机碳的测定分析(表2)表明，不同退耕年限次生草地同一土层土壤有机碳随退耕年限的延长呈上升的趋势(除0~10 cm土层)，且演替后期(从24 a到31 a)土壤有机碳含量明显高于演替前期(从1 a到15 a)，各土层土壤有机质含量最高为231.17，272.43，230.68及412.43 mg/kg，分别在退耕第15，31，2及31年。同一退耕年限，土壤有机碳随土层的变化规律不尽相同，其中退耕第1及15年，土壤有机碳表聚效应明显。

2.1.3不同退耕年限次生草地土壤氮素空间变异特征对石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤氮素的测定分析(表2)表明，不同退耕年限次生草地同一土层，土壤硝态氮随退耕年限的延长呈上升的趋势，各土层硝态氮含量最高为28.41，24.09，18.11及16.85 mg/kg，分别在退耕第31，8，15及15年；土壤铵态氮随退耕年限的增加呈下降的趋势，各土层铵态氮含量最高为3.46，2.36，2.15及1.82 mg/kg，分别在退耕第1，2，1及4年。同一退耕年限，土壤硝态氮与铵态氮随土层的变化差别较大，表现为随土层的加深而降低，显示出明显的表聚效应。

2.1.4不同退耕年限次生草地土壤磷素及钾素空间变异特征对石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤磷素的测定分析(表3)表明，不同退耕年限次生草地同一土层，土壤全磷随退耕年限的增加呈下降的趋势，且变化差异显著(P<0.05)，各土层最高含量分别为最低含量的3.61，5.53，3.13及6.62倍，总体上在0.1~0.7 g/kg之间；土壤有效磷随退耕年限的增加呈上升趋势(除0~10 cm土层)，各土层最高含量分别为最低含量的44.87，62.29，4.56及7.95倍。同一退耕年限，全磷随土层的变化不明显；有效磷随土层的变化差别较大，显示出明显的表聚效应。

由表3还可以看出，不同退耕年限次生草地同一土层，土壤全钾随退耕年限的变化规律各不相同，变化范围在0.34~19.28 g/kg之间；有效钾随退耕年限的增加呈上升的趋势(除30~40 cm土层)，变化范围在472.14~1338.16 mg/kg之间；速效钾变化范围在136.05~541.22 mg/kg之间；缓效钾随退耕年限的增加呈上升的趋势，变化范围在321.84~702.07 mg/kg之间。

2.2　不同退耕年限次生草地土壤生物学特性空间变异特征

2.2.1不同退耕年限次生草地土壤微生物量C、N、P空间变异特征由表4可知，不同退耕年限次生草地同一土层，土壤微生物量碳表现为：0~30 cm土层，随退耕年限的延长，在退耕较短年限内(从1 a到5 a)呈下降的趋势，在退耕较长年限内(从8 a到31 a)呈上升趋势，各土层土壤微生物量C的最大值分别在退耕第8，31，31年，其值分别为979.13，610.00，480.22 mg/kg；30~40 cm土层，随退耕年限的增加呈下降的趋势，退耕第1年其含量最高，为327.74 mg/kg。同一退耕年限，土壤微生物量碳随土层的加深而降低，表现出明显的表聚性。

不同退耕年限次生草地的土壤微生物量氮表现为：随退耕年限的增加呈先上升(从1 a到4 a)再下降(从4 a到8 a)最后趋于稳定(从8 a到31 a)的趋势，各土层土壤微生物量N的最大值均在退耕第4年，分别为215.50，184.49，169.01及138.23 mg/kg。同一退耕年限，土壤微生物量N随土层的变化差异较大，表层大于深层，表聚现象明显。

不同退耕年限次生草地同一土层，土壤微生物量磷表现为：0~10 cm土层，随退耕年限的增加呈先上升(从1 a到4 a)后下降(从4 a到31 a)的趋势，退耕第4年其含量最高，为168.35 mg/kg；10~40 cm土层，随退耕年限的增加呈先下降(从1 a到2 a)再上升(从2 a到8 a)最后下降(从8 a到31 a)的趋势，且10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土层土壤微生物量P的最大值分别在退耕第3，8，8年，分别为119.65，117.43及109.43 mg/kg。同一退耕年限，微生物量P随土层的变化趋势与微生物量C、N相似。

2.2.2不同退耕年限次生草地土壤三大类微生物数量空间变异特征表5表明，石羊河中下游不同退耕年限次生草地土壤三大类微生物数量均为：细菌最高，放线菌次之，真菌最低。不同退耕年限次生草地同一土层，微生物总数表现为：0~10 cm土层，随退耕年限的增加呈下降的趋势，退耕第1年微生物总数最高，此时细菌数量为微生物总数的0.96倍，而真菌数量却很少。10~20 cm土层，随退耕年限的增加呈先上升(从1 a到8 a)后下降(8 a到31 a)的趋势，退耕第8年微生物总数最高。20~30 cm土层，随退耕年限的增加呈先下降(从1 a到24 a)后上升(31 a)的趋势，退耕第31年微生物总数最高。30~40 cm土层随退耕年限的变化微生物总数变化不明显。同一退耕年限，土壤三大类微生物数量均为表层大于深层，如退耕第1年表层细菌、真菌及放线菌的数量分别为最深层的51.24，5.54及8.00倍。

表2　不同退耕年限次生草地土壤含水量、有机碳及无机氮空间变异特征

注：同列不同小写字母表示不同退耕年限次生草地差异显著(P<0.05)，下同。

Note: The different lowercase letters in the same column indicate different years abandoned cultivated lands have significant difference (P<0.05), the same below.

表3　不同退耕年限次生草地土壤磷素及钾素空间变异特征

3讨论

3.1　不同退耕年限次生草地土壤理化特性空间变异特征

3.1.1不同退耕年限次生草地土壤含水量空间变异特征本研究表明，退耕能使土壤含水量在较短年限内(从1 a到4 a)下降，在较长年限内(从5 a到31 a)波动性上升，这是因为在退耕后较短年限内，一年生草本植物根部残留的水分比退耕后充足，但由于浅根草本植物生长迅速，随着此类植物根部对水分的激烈竞争，导致表土缺水，因此在退耕较短年限内，土壤含水量会出现随土层的加深而增加的趋势。但这种趋势会随着退耕年限的延长逐步得到缓解，因此土壤含水量在退耕较长时间内波动性上升。

表4　不同年限退耕地土壤微生物量空间变异特征

3.1.2不同退耕年限次生草地土壤有机碳及无机氮空间变异特征本研究中随退耕年限的延长，土壤有机碳含量呈上升趋势，这是因为由于退耕后，枯枝落叶的归还量大，利于土壤养分的积累[14]，同时，随着演替的正向进行，植被的发展引起了地下根量的增多，使深层土壤有机碳含量增多。另外，随着植被盖度的增加，新的凋落物大量的进入表层土壤，使其有机碳含量增加，从而提高了土壤养分含量，且越靠近表层，养分差异越显著。此外，由于作为土壤养分主要来源的枯落物与根系分泌物均聚集于土壤表层[15]，因此土壤有机碳随土层的加深而递减，这与杨树晶等[14]、王杰等[15]的研究结果一致。

铵态氮在土壤中大多被吸附在土壤胶体表面，而硝态氮不被土壤胶体吸附，移动性较强。由于土壤中的硝态氮含量易受铵态氮供给、硝化细菌数量、降水淋溶以及气态释放的影响，硝态氮含量比铵态氮含量具有更大的不稳定性，其空间变异性很大[16]。同时，植物对于铵态氮和硝态氮的吸收具有明显的偏向性[17]，即土壤铵、硝态氮含量变化也受植被种类的影响。本研究中，不同退耕年限各土层土壤硝态氮及铵态氮的变化趋势不同，退耕8，15及31 a后分别可提高10~20 cm、20~40 cm及0~10 cm土层硝态氮含量，退耕4 a后就可提高30~40 cm土层土壤铵态氮含量，且明显高于其他退耕年限，因此后期在对该区实施植被恢复的过程中，可根据其退耕年限及物种根系深度，选择适宜的植物种类[18]。同时，本研究还表明，土壤硝态氮与铵态氮随土层的变化差别较大，表现为随土层的加深而降低，显示出了明显的表聚效应，这是因为土壤氮素主要来自于凋落物的归还，使土壤氮素首先聚集在表层土壤，然后再随水或其他介质向下层迁移扩散，从而形成土壤氮素含量从表层到深层越来越低的分布格局，这与前人[19-20]的研究结果一致。

表5　不同退耕年限次生草地土壤三大类微生物数量空间变异特征

3.1.3不同退耕年限次生草地土壤磷素及钾素空间变异特征本研究中，不同退耕年限次生草地土壤全磷含量在0.1~0.7 g/kg，说明该区土壤中的磷素能满足草本及灌木的正常生长发育[20]。有效磷随退耕年限的延长呈上升趋势，这说明在演替的过程中土壤质量明显改善。同时，土壤全磷随土层的变化差异不明显，这是因为土壤磷素主要来源于岩石风化而岩石风化是一个漫长的过程，因此风化程度在0~40 cm土壤层次中差异不大。

此外，土壤速效钾随退耕年限的增长变化规律不明显，这可能是随着退耕年限的增长，该区土壤在侵蚀的过程中，尽管速效钾随径流泥沙而流失，但表层土壤的淋溶作用使土壤速效钾含量相对增加，使淋溶作用与侵蚀作用对土壤速效钾的影响效应相互抵消的缘故。同时，有效钾与缓效钾均随退耕年限的延长呈上升趋势，有利于改善土壤质量，恢复生态环境。

3.2　不同退耕年限次生草地土壤生物学特性空间变异特征

3.2.1不同退耕年限次生草地土壤微生物量C、N、P空间变异特征土壤微生物作为固定养分及释放养分的“源”与“库”，其周转速度很快，土壤微生物量是土壤有机质和土壤养分转化的动力，是表征土壤质量的主要生物学特性指标，能快速地指示土壤质量的变化[21]，现已成为国内外研究的热点之一。另外，土壤微生物量的大小和活性取决于多种因素，包括生物因素(如施肥等人为因素和植被类型)及非生物因素(如环境等)，土壤微生物量仅仅只占土壤有机质的1%~5%，但它是控制土壤生态系统中其他养分的关键[22]。目前，有关不同年限退耕地土壤微生物量变化特征的研究鲜见报道。本研究表明，退耕第8，31年可分别提高0~10 cm及10~30 cm土层土壤微生物量碳，退耕第4年可提高0~40 cm土层土壤微生物量氮，退耕第4，8年可分别提高0~10 cm及20~40 cm土层土壤微生物量磷，且其微生物量C、N、P明显高于其他退耕年限，因此，随着退耕年限的增加，植物的不断发育，根系会逐渐增多，使土壤养分不断积累，土壤微生物可利用基质也逐渐增多，但可根据实际情况适当的缩短退耕年限。同时，土壤微生物量C、N、P随土层的加深而降低，这是因为枯枝落叶凋落物大量聚集在表层土，使表层土养分充足，有利于微生物活动，且表层土水热条件和通气状况较好，加之细根和凋落物的快速周转，使微生物的生长更加旺盛，代谢更为活跃，对土壤中多种养分的生物有效性产生积极影响，所以表现出明显的表聚性，这与土壤养分随土层的变化规律一致。

3.2.2不同退耕年限次生草地土壤3大类微生物数量空间变异特征本研究中，土壤3大类微生物数量均为细菌最高，放线菌次之，真菌最低，这说明细菌是优势菌，可能原因是土壤微生物的数量分布与其所处土壤因子密切相关，如石羊河上下游流域土壤中性偏碱性，适宜细菌生长繁殖，而不利于真菌的生存，因此细菌数量远大于真菌数量。同时，本研究还表明，退耕第8及31年可分别提高10~20 cm及20~30 cm土层的微生物总数，这说明在其他影响因子不变的情况下，若要提高不同土层土壤微生物数量，则需要适当地延长退耕年限。本研究中，土壤三大类微生物数量均为表层大于深层，这与各土层有机质的含量有关，输入的有机质对细菌和真菌非常有益，可为微生物生长发育提供充足的碳源、氮源和能量[23]。

本文采用时空互代的方法研究了石羊河中下游流域不同年限退耕地土壤理化及生物学特性，然而土壤生态系统是一个复杂的物质代谢循环的过程，本研究在相对较小区域选取样点，同时一些外界因素可能对样地造成影响，并最终影响实验结果，因此，时空互代法有其不足之处，所以仍然需要长期的建立试验定位检测。

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