不同退化程度对草地微生物数量及土壤理化特性的影响

肖彦军

摘要：对不同退化程度草地土壤理化特性和微生物数量变化特征进行调查研究。于2021年8月分别采集轻度（LD）、中度（MD）、重度（SD）和极度（ED）退化草地的土样，测定其理化特性和微生物数量特征并分析二者动态变化。结果发现：随着退化程度加剧，土壤有机质、全氮和全磷含量逐渐减小，不同退化程度土壤全氮的变化趋势为MD>ED>LD>SD；微生物数量中，草地退化对细菌数量的影响最大，对真菌数量影响最小，LD和MD样地的土壤微生物数量随土层深度的下降而减小；相关分析发现，土壤含水量和有机质对微生物数量有显著影响（P<0.05）。

关键词：平板计数法；退化程度；土壤理化性质；微生物数量；相关性

中图分类号：S154.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）35-0129-04

Effects of Different Degradation Degrees on Microbial Population and Soil Physicochemical Properties in Grassland

XIAO Yanjun（Dongfanghong Middle School， Dingxi Gansu 743000）

Abstract： The characteristics of soil physicochemical properties and microbial population change in different de？ graded grassland were investigated. Soil samples from mildly （LD）， moderately （MD）， severely （SD） and extremely（ED） degraded grassland were collected in August 2021， and their physical and chemical characteristics and micro？ bial quantity characteristics were measured and their dynamic changes were analyzed. The results showed that the contents of soil organic matter， total nitrogen and total phosphorus decreased with increasing degradation degree， and the variation trend of soil total nitrogen in different degradation degrees was MD>ED>LD>SD. Grassland degrada？ tion had the greatest effect on the number of bacteria and the least effect on the number of fungi. The number of soil microbes in LD and MD plots decreased with the decrease of soil depth. Correlation analysis showed that soil mois？ ture content and organic matter had significant effects on microbial population （P<0.05）.

Keywords： plate counting；degrees of degradation；physical and chemical properties of soil；microbial count；correlation

甘南草原是青藏高原的重要組成部分和黄河首曲最大的生态湿地，对抵御高海拔地区各种自然灾害的频繁发生具有重要作用[1]。草原一方面在调节气候环境、抵制风沙袭扰、净化大气、补充水源、维护生态安全、提升土壤肥力和防止水土流失等方面起着重要作用[2]，另一方面也为经济发展提供了大量自然资源[3]。近年来，由于放牧和旅游等人为因素以及全球气候变化等自然因素的影响，草地退化严重。

草地的退化会导致土壤理化性质向不利于草地植被生长的方向发展。随着草地植物的不断退化，土壤肥力不断下降，引发恶性循环[4]。土壤微生物在草原生态系统中最为活跃，其中大部分为细菌，对草地生态系统中物质与能量的动态变化有着极其重要的作用，可以加快分解大部分土壤腐殖质。土壤微生物的主要功能是分解大部分的土壤有机碳，参与土壤养分的代谢循环[5]。土壤微生物群落结构与草原植物的分布之间存在着紧密的联系[6]。

随着国家可持续发展战略的进行，水源的保护及利用在甘南草原地区受到密切关注[7]。为了能够更好地治理和修复甘南草原草地退化及水分严重损失的状况，调查甘南草原不同退化程度土壤特性和微生物数量的变化并进行前后两者的相关性分析，对不同退化程度的草地土壤理化特性及微生物数量的变化特征进行深入研究，为该区域恢复退化草地提供理论依据。

1材料与方法

1.1样品采集

于2021年8月采集调查地区的土样。各样地内用五点法分别采集0～30 cm土样，每层10 cm，分3层，各土层分别混合均匀。利用四分法取土样两份，封装写好标签：一份放入冰盒，并及时测定微生物数量；另一份采取自然风干方式，用于土壤理化特性的测定。

1.2土壤测定方法

土壤全氮用半微量凯氏定氮法测定；土壤全磷用钼锑抗法测定；土壤有机碳用硫酸亚铁滴定法测定；土壤含水量用105℃烘干称重测定[8]。

采用涂抹平板计数法，对细菌、真菌、放线菌分别进行测定。细菌采用牛肉膏-蛋白胨培养基进行培养，真菌采用马丁-孟加拉红琼脂培养基进行培养，放线菌用琼脂培养基进行培养。按土壤微生物数量（CFU/g）=（菌落平均数×稀释倍数）÷土壤烘干质量来计算总量[9]。

1.3数据处理

应用Excel 2016对室内实验数据进行对比整理并绘制相对应的图表；用SPSS 24.0软件对相同季节同一土层下不同退化程度土壤理化特性和微生物数量进行单因素方差分析，对同一季节土壤理化特性及微生物数量进行相关性分析。

2结果与分析

2.1不同退化程度草地土壤含水量及养分变化

土壤含水量最高的是LD样地，最低的是SD样地，LD样地含水量比SD高52.83%。10～20 cm土层SD与ED样地间有显著差异（P<0.05），ED比SD样地含水量高11.85%；20～30 cm土层的含水量有显著差异性（P<0.05），SD样地含水量比LD样地低15.73%，ED样地比SD样地高11.49%。

土壤有機质含量与土层深度成反比。如表1所示：0～10 cm层，LD和MD与SD和ED样地的土壤有机质含量有显著性差异（P<0.05），土壤全磷含量在LD与ED样地之间有显著性差异（P<0.05）；10～20 cm土层中土壤有机质含量在MD与SD样地间有着显著性差异（P<0.05），各退化程度样地LD和MD与SD和ED样地全磷含量有显著性差异（P<0.05）；20～30 cm层SD与ED样地全氮含量有显著性差异（P<0.05），MD与SD样地相比，MD样地全钾含量较高且存有显著差异（P<0.05），各退化程度土壤有机质和全磷含量均有显著性差异（P<0.05）。

2.2不同退化程度草地微生物数量的变化

土层越深，土壤细菌和放线菌数量就越小，而在各样地10～20 cm土层的真菌数量均最大。在LD和MD样地，微生物数量在各层间无显著改变（P>0.05）；在0～20 cm层，细菌数量明显比20～30 cm层高（P<0.05）。土层越深，细菌数量越低。随退化程度的不断加重，0～10 cm层真菌和放线菌数量先增大后减小，如图1至图3所示。

2.3土壤理化性质与微生物数量相关性分析

退化草地各土壤因子与微生物数量相关性分析结果表明（见表2和图4），第1排序轴和第2排序轴土壤微生物数量和土壤因子关系的累积解释变量为39.87%，其中两轴的特征值分别为0.397 6和0.001 1，每一轴可解释的变量分别为39.76和0.11。

如图4所示，将3种土壤微生物与各土壤因子进行排序，排序图中实心箭头表示土壤微生物，空心箭头表示土壤因子。5种土壤因子的解释量为39.87%，前两轴的特征根分别为0.397 6和0.001 1，采用RDA分析前两轴的数据及土壤微生物数量与土壤因子之间的关系。土壤细菌与土壤因子TK和SOC呈显著正相关，呈显著负相关的土壤因子为SWC；土壤真菌和土壤放线菌与土壤因子TN、TP、TK和SOC呈显著正相关。

3讨论

3.1不同退化程度草地土壤理化性质的变化

近几年来草地退化程度不断加重，草地植被盖度受到严重影响而降低，导致水分难以保存于地表土壤。由于草地退化较严重，退化后的草地植被的地上部分逐渐减少，植物新陈代谢受阻，再加上不同种类毒草和杂草的入侵，植被凋落后的成分也会发生相应改变，严重改变了土壤有机质的含量。该结果与阿依敏·波拉提等[10]土壤养分含量随着草地退化程度的增加而下降的研究结果一致。

土壤全氮含量在首层处于最低值，土壤全氮含量在MD草地最大，在SD草地含量最小。此结论与崔宁洁等[11]的研究结果相吻合，这是由于大部分的土壤肥力均来源于土壤有机质，因此土壤有机质在土壤中的积累一定程度决定土壤全氮含量的变化趋势。此外，当草地植物群落遭到破坏时，土壤中的代谢活动大大减弱，严重时植物根系的代谢会停止。草地退化还会加速生物残体的降解，将有机氮逐渐转化为无机氮，并随着水土流失而减少[12]。

3.2不同退化程度对草地土壤微生物数量的影响

土壤细菌为土壤中的优势群体，在土壤微生物数量中所占比例最大[13]。此调查研究得出结论，在同一月份LD样地和MD样地土壤微生物数量与土层深度成反比，这可能是由于LD和MD样地土壤未被完全破坏。土壤表层是植物根系分布最多的区域，大量植被凋物聚集在表层，分解产生土壤有机质，而土壤有机质是微生物分解吸收的物质来源，加上水分、热量和通气条件相对适宜，有利于微生物的生长和高速繁殖，促进草地生态系统当中物质与能量的动态变化。在SD样地和ED样地中，由于失去草地植被在地表的保护作用，与没有退化的草地相比较，温度变化速率快、地表昼夜温差变化差距较大，导致水分和热量的大量散失及土壤抵御性减弱[14]，从而使土壤微生物数量大幅度减少，不利于植被生长，对土壤微生物的生长和繁殖有严重影响。

3.3不同退化程度草地土壤微生物数量与土壤因子之间的关系

本研究发现土壤微生物的数量与土壤因子有密切关联，在不同退化程度下微生物数量也有一定的差异。土壤微生物数量与土壤因子SWC和SOC呈显著正相关。高寒草原草地的退化程度较低时，其中有机质、全氮与土壤细菌有着显著的关联；在草地退化程度不断加深的情况下，土表层微生物群系中放线菌的优势增加；真菌在草地退化程度再次加深的情况下，在各土层中均为优势群体，生长繁殖良好，其有机质和全氮含量对细菌数量有明显影响。

研究发现，土壤有机质、含水量、全氮和全磷含量影响退化草地中微生物的分布情况。影响最大的是土壤水分含量，在10～20 cm层土壤含水量的损失对高寒草地土壤环境的影响最大[15]。因此，在退化草地治理过程中先要防止土壤水分的流失，再防止土壤营养的散失。在治理过程中要采取正确的措施，对不同退化程度的草地采取划区轮牧、禁牧、施肥和补播等多种不同的治理方式。

4结论

①随草地退化程度的加深，土壤含水量、有机质含量均逐渐减少，全氮、全磷含量亦逐渐减少；土壤微生物数量的影响各异，细菌数量受到的影响最大，真菌数量受到的影响最小。

②根据相关性分析，甘南高寒草地不同植被生长时期影响微生物数量的土壤理化性质不同，除土壤含水量外，其余指标对土壤微生物数量均有显著影响。

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