1、第 23 卷 第 12 期2010 年 12 月环 境 科 学 研 究Research of Environmental SciencesVol. 23， No. 12Dec. ， 2010科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤微生物学特征比较王少昆1， 2， 赵学勇1*， 曲 浩1， 2， 井向辉3， 连 杰1， 2， 云建英11. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 ， 奈曼沙漠化研究站 ， 甘肃 兰州 7300002. 中国科学院研究生院 ， 北京 1000393. 长庆油田公司第二采油厂地质研究所 ， 甘肃 庆阳 745100摘要 : 通过对科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中 0 10
2、 cm 和 10 20 cm 层土壤中微生物数量和生物量碳的比较表明 : 土壤微生物三大类群 ( 细菌 、放线菌和真菌 ) 数量和微生物生物量碳均表现为浑善达克沙地 科尔沁沙地 ， 其中两大沙地真菌数量差异显著 ， 细菌和放线菌数量差异不显著 ， 微生物生物量碳差异显著 ; 两大沙地土壤微生物数量和生物量碳在不同土壤层次均表现为 10 20 cm 层高于 0 10 cm 层 ， 其中微生物三大类群数量差异均不显著 ， 微生物生物量碳差异显著 . 土壤性质的差异导致两大沙地流动沙丘中微生物数量和生物量碳略有不同 . 细菌和真菌数量与土壤有机碳和土壤全氮呈显著正相关 ， 与土壤水分含量和 pH 呈
3、显著负相关 ， 微生物生物量碳与土壤有机碳和土壤全氮呈显著正相关 . 两大沙地土壤微生物与土壤养分的层化比率均小于 1， 科尔沁沙地中微生物数量 、生物量碳和土壤养分的层化比率均大于浑善达克沙地 ， 可以推断两大沙地的流动沙丘处于退化状态 ， 而且浑善达克沙地退化速度更快 .关键词 : 科尔沁沙地 ; 浑善达克沙地 ; 流动沙丘 ; 土壤微生物 ; 微生物生物量碳 ; 层化比率中图分类号 : X171 文献标志码 : A 文章编号 : 1001 6929( 2010) 12 1516 07收稿日期 : 2010 05 15 修订日期 : 2010 08 30基金项目 : 国 家 重 点 基 础
4、 研 究 发 展 计 划 ( 973 ) 项 目( 2009CB421303 ); 中 国 科 学 院 西 部 之 光 项 目( O928711001 ); 中国科学院西部之光博士项目( O828881001)作者简介 : 王少昆 ( 1982 )， 男 ， 陕西绥德人 ， wangsk lzb. ac. cn.* 责任作者 ， 赵学勇 ( 1963 )， 男 ， 内蒙古临河人 ， 研究员 ， 博士 ， 博导 ， 主要从事恢复生态学研究 ， nmzhaoxy yahoo. com. cnComparison of Soil Microbial Features in Mobile Dunes
5、from Horqin andOtindag Sands in Northern ChinaWANG Shao-kun1， 2， ZHAO Xue-yong1， QU Hao1， 2， JING Xiang-hui3， LIAN Jie1， 2， YUAN Jian-ying11. Naiman Desertification Research Station， Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute， Chinese Academyof Sciences， Lanzhou 730000， C
6、hina2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100039， China3. Research Center of Geology， No. 2 Oil Extraction Plant of Changqing Oilfield Company， Qingyang 745100， ChinaAbstract: Typical mobile dunes in Horqin Sands and Otindag Sands were chosen to investigate the soil microbia
7、l population andbiomass carbon in the 0-10 cm and 10-20 cm soil layers. Results showed that soil microbial population and biomass carbon inOtindag Sands were greater than those in Horqin Sands. The difference of fungal population between Horqin and Otindag wassignificant， while the differences of ba
8、cterial and actinomycetic population were both statistically insignificant. Their biomass carbonalso showed significant differences. Microbial population and biomass carbon at the two layers showed that the 10-20 cm was greaterthan the 0-10 cm layer in both the Otindag and Horqin Sands. The differen
9、ce of microbial population between the two layers was notsignificant， while microbial biomass carbon was significantly different. The differences of soil properties resulted in the differences ofmicrobial population and biomass carbon between the Horqin and Otindag Sands. Correlations were remarkabl
10、y positive among bacterialand fungal population， soil organic carbon content and soil total nitrogen content， but negative among bacterial and fungal population，soil water content and pH value. Microbial biomass carbondisplayed a significantly positive correlation with soil organiccarbon content and
11、 soil total nitrogen content. Soil microbial andorganic matter stratification ratios were below 1 in both Horqinand Otindag Sands. Microbial population， biomass carbon andorganic matter stratification ratios in Horqin Sands were higherthan those in Otindag Sands， which indicated that the mobiledunes
12、 in both Horqin and Otindag Sands were in a state ofdegradation. The degradation rate was greater in Otindag than in第 12 期 王少昆等 : 科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤微生物学特征比较Horqin Sands.Key words: Horqin Sands; Otindag Sands; mobile dune; soil microorganism; microbial biomass carbon; soil stratification ratio沙漠化是土地
13、退化最严重的形式之一 1. 沙漠化过程中 ， 土壤 、水文 、植被和微气象都会发生明显的变化 2-3. 科尔沁沙地和浑善达克沙地位于我国北方农牧交错带上 ， 其原始植被都是榆树疏林草原 ，由于受自然条件和人为干扰的共同作用 ， 两大沙地沙漠化 发 展 迅 速 ， 榆 树 疏 林 草 原 逐 渐 被 沙 丘 代替 4-6. 土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的成分 ， 担负着分解动植物残体的重要使命 ， 推动着生态系统的能量流动和物质循环 7. 土壤微生物参数可作为土壤质量变化的指标 8-9.科尔沁沙地和浑善达克沙地均处于中国北方农牧交错带 ， 该区域生态系统较为脆弱 ， 沙漠化发展迅速 . 刘军
14、会等 10利用遥感 ， GIS 和景观生态学的方法分析得出农牧交错带沙地面积从 19882000 年增加了 8 063 km2， 并以每年 672 km2的速度扩展 ， 其主要原因是草地的退化 . 以往对科尔沁沙地和浑善达克 沙 地 的 研 究 ， 主 要 集 中 在 沙 地 水 分 11-13、植被 14-15、土壤种子库 16-17和土壤理化性质 18-20等方面 ， 而在微生物方面的研究较少 . 陈祝春等 21和吕桂芬 22分别在 20 世纪 90 年代对科尔沁沙地沙丘中土壤微生物数量的分布特征和季节动态进行了研究 ， 近年来 ， 王少昆等 23对科尔沁沙地不同沙丘萌动期微生物数量的组成
15、进行了初步研究 ， 而对浑善达克沙地微生物方面的研究鲜见报道 . 由于科尔沁沙地和浑善达克沙地在地理 、气候和沙漠化程度上都有一定的相似性 ， 同时也存在一定的差异性 ， 所以对科尔沁沙地和浑善达克沙地的比较研究具有现实意义 . 然而 ， 到目前为止 ， 对于两大沙地之间的比较研究仅限于冰草群居多样性方面 24. 该研究对我国北方两大沙地流动沙丘中土壤微生物数量和生物量特征进行了比较研究 ， 以期补充浑善达克沙地微生物方面研究的空白 ， 同时也有利于沙地之间在沙漠化防治和生态重建方面相互借鉴 ， 从而为退化草场的恢复 、沙地生态系统分解者亚系统功能的维持提供一定的理论依据 .1 研究区概况及研
16、究方法1. 1 研究区概况科尔沁沙地和浑善达克沙地均处于中国北方农牧交错带上 ， 生态系统较脆弱 ， 沙漠化程度受人为影响较大 ， 两大沙地地理位置如图 1 所示 ， 基本生态状况如表 1 所示 4， 25.图 1 科尔沁沙地和浑善达克沙地地理位置Fig. 1 Location of Horqin and Otindag Sands1. 2 研究方法1. 2. 1 取样设计分别选取科尔沁沙地和浑善达克沙地 3 个典型的流动沙丘 ， 在每个沙丘上选择 5 5 m2的样方若干 ， 随机选取其中 3 个作为取样样方 ， 按 “S”型在每个取样样方中选 5 个采样点 ， 用已灭菌的直径为 20mm 土
17、 钻 在 每 个 采 样 点 上 分 别 取 0 10 cm 和10 20 cm 的土壤 ， 将相同深度的土壤分别混匀 ，用 75% 酒精灭菌后的土壤筛 ( 科尔沁沙地 ， w( SOC) 和 EC 差异显著 ， w( STN) 差异不显著 ; 土壤含水量 ( SWC) 为科尔沁沙地较高 ， 两大沙地之间差异显著 ; 两大沙地的土壤均为偏碱性 ， 而浑善达克沙地中 pH 更接近于中性 .在 0 10 cm 和 10 20 cm 的 2 层土壤间 ， 科尔沁沙地中除 SWC 差异显著外 ， w( SOC)， w( STN)， pH 和EC 差异均不显著 ; 浑善达克沙地 w( SOC)， SWC
18、 和 pH差异显著 ， w( STN) 和 EC 差异不显著 .表 2 科尔沁沙地和浑善达克沙地土壤理化特征Table 2 Physicochemical properties of soils in Horqin and Otindag Sands沙地 土壤层次 w( SOC) /( g/kg) w( STN) /( g/kg) SWC/% pH EC/( S/cm)科尔沁沙地0 10 cm 0. 387 0. 162a 0. 066 0. 019a 2. 28 0. 13a 7. 78 0. 07a 15. 50 0. 71a 10 20 cm 0. 512 0. 154a 0. 083
19、0. 015a 3. 08 0. 25b 7. 87 0. 14a 15. 00 1. 21a浑善达克沙地0 10 cm 1. 078 0. 061b 0. 120 0. 014b 0. 38 0. 07c 7. 09 0. 04b 63. 33 2. 44b 10 20 cm 1. 586 0. 016c 0. 155 0. 007b 1. 17 0. 04d 7. 29 0. 08c 51. 33 1. 53b注 : 同一列不同字母表示统计分析差异显著 ( P 科尔沁沙地 . 在 0 10 cm 和10 20 cm 的 2 层土壤中 ， 浑善达克沙地土壤细菌数量比科尔沁沙地分别多 40.
20、3% 和 53. 9% ， 差异不显著 ; 放线菌数量分别多 7. 9% 和 21. 2% ， 差异不显著 ; 浑善达克沙地真菌数量分别是科尔沁沙地的2. 52 和 3. 14 倍 ， 差异显著 . 两大沙地土壤微生物数量均表现为 10 20 cm 层高于 0 10 cm 层 . 科尔沁沙地和浑善达克沙地中 ， 10 20 cm 土壤层细菌数量比 0 10 cm 层分别高 9. 8% 和 20. 4% ， 放线菌数量分别高 17. 0% 和 31. 4% ， 真菌数量分别高8. 0% 和 34. 4% ， 同一沙地中不同层次土壤微生物数量差异不显著 ( 见图 2) .2. 3 科尔沁沙地和浑善
21、达克沙地土壤 w( 微生物生物量碳 ) 比较科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤w( 微生物生物量碳 ) 与微生物数量分布相似 ， 即浑善达克沙地 科尔沁沙地 ， 10 20 cm 层高于 0 10 cm 层 ( 见图 3) . 在 0 10 cm 层 ， 浑善达克沙地土壤 w( 微生物生物量碳 ) 比科尔沁沙地高 17. 16% ，8151第 12 期 王少昆等 : 科尔沁沙地和浑善达克沙地流动沙丘中土壤微生物学特征比较注 : 不同字母表示两大沙地微生物数量差异显著 ( P 10 20 cm 层高 56. 69% ， 差异显著 .两大 沙 地 0 10 cm 和 10 20 cm 2 层
22、的w( 微生物生物量碳 ) 差异显著 ， 科尔沁沙地和浑善达克沙地 10 20 cm 层 w( 微生物生物量碳 ) 分别是 0 10 cm 层的 1. 98 倍和 2. 65 倍 .注 : 不同大写字母代表两大沙地相同土壤层次w( 微生物生物量碳 ) 差异显著 ; 不同小写字母代 表同一沙地中不同土壤层次之间 w( 微生物生物量碳 )差异显著 ( P 科尔沁沙地 ， 但是两大沙地微生物数量除了所占比例不到 1% 的真菌差异显著外 ， 细菌和放线菌数量差异均不显著 ， 而 w( 微生物生物量碳 ) 在两大沙地中差异显著 . 这种差异主要由真菌引起 ， 有研究 30表明 ， 虽然真菌在微生物总数上
23、不占优势 ， 但是其生物量能占到微生物总生物量的 40% 以上 . 两大沙地微生物数量和 w( 微生物生物量碳 ) 均为 10 20 cm 层高于 0 10 cm 层 ，其 中 三 大 类 群 数 量 之 间 差 异 均 不 显 著 ， 而w( 微生物生物量碳 ) 差异显著 ， 这可能是由于细菌 、放线菌和真菌三者的叠加效应所致 .3 讨论3. 1 土壤微生物特征与土壤理化性质的相关关系对两大沙地流动沙丘中土壤微生物特征 微生物三大类群数量和 w( 微生物生物量碳 ) 与土壤理化性 质 w( SOC)， w( STN)， SWC， pH 和 EC的Pearson 相关分析 ( 见表 3) 可以
24、看出 : 细菌数量与w( SOC)， w( STN) 和 EC 呈极显著正相关 ， 与 SWC和 pH 呈极显著负相关 ; 放线菌数量与土壤因子的相关关 系 不 显 著 ; 真菌数量表现出与 w( SOC) 和w( STN) 显 著 正 相 关 ， 与 SWC 和 pH 呈 负 相 关 ;w( 微生物生物量碳 ) 与 w( SOC) 和 w( STN) 显著正相关 . 微生物特征之间的相关关系表现为 : 细菌 、放线菌和真菌数量之间除细菌和放线菌无相关关系外 ，其他两两之间均极显著正相关 ; w( 微生物生物量碳 ) 与细菌数量呈极显著正相关 ， 与放线菌和真菌数量统计上相关不显著 .该研究结
25、果与笔者对科尔沁沙地处于恢复阶段的流动 、半流动 、半固定和固定沙丘中微生物数量与环境因子之间的相关结果 23有所差异 . 突出表现在放线菌数量与其他生态特征的相关关系方面 ， 其原因可能是该研究只针对 2 个沙地的流动沙丘进行了研究 ， 而笔者对科尔沁沙地的研究包括沙丘恢复过程中的 4 个阶段 ， 即流动 、半流动 、半固定和固定沙丘 ， 使得放线菌 、细菌和真菌对环境因子的变化响应不同 ， 从而出现不同的结果 . 相同的是微生物数量与土壤含水量均呈现极显著负相关 ， 由此可以推断 : 在沙地正常水分范围内 ， 土壤微生物数量与土壤含水量呈负相关关系 . w( 微生物生物量碳 ) 与w( S
26、OC) 和 w( STN) 的极显著相关 ， 说明其明显受土壤养分的影响 . w( 微生物生物量碳 ) 与细菌数量呈显著正相关 ， 与放线菌和真菌数量相关不显著 ， 说明在流动沙丘中 ， 细菌不仅在数量上占绝对优势 ， 而且9151环 境 科 学 研 究 第 23 卷表 3 土壤微生物特征与土壤理化性质的相关关系Table 3 Correlations among soil microbial features and physicochemical properties项目 细菌数量 放线菌数量 真菌数量w( 微生物生物量碳 )w( SOC) w( STN) SWC pH EC细菌数量 1放
27、线菌数量 0. 378 1真菌数量 0. 7480. 8371w( 微生物生物量碳 ) 0. 6800. 184 0. 286 1w( SOC) 0. 9740. 237 0. 627*0. 6911w( STN) 0. 9840. 301 0. 6900. 6920. 9711SWC 0. 690 0. 058 0. 506* 0. 022 0. 718 0. 6701pH 0. 767 0. 052 0. 508* 0. 16 0. 795 0. 7650. 9701EC 0. 7130. 009 0. 438 0. 199 0. 7550. 713 0. 856 0. 9171注 : 为
28、在 P 科尔沁沙地 ， 其中真菌数量差异显著 ， 细菌和放线菌数量差异不显著 ;w( 微生物生物量碳 ) 表现为浑善达克沙地 科尔沁沙地 ， 差异显著 .b. 两大沙地不同土层微生物数量和 w( 微生物生物量碳 ) 均表现为 10 20 cm 层高于 0 10 cm层 ， 其中微生物三大类群数量之间差异均不显著 ，w( 微生物生物量碳 ) 差异显著 .c. 细菌和真菌数量与 w( SOC)， w( STN) 显著正相关 ， 与 SWC 和 pH 呈显著负相关 ; 放线菌数量与土壤因子的相关关系不显著 ; w( 微生物生物量碳 ) 与w( SOC)， w( STN) 显著正相关 . w( 微生物
29、生物量碳 ) 与细菌数量呈显著正相关 ， 说明在流动沙丘中 ，细菌不仅在数量上占绝对优势 ， 且对微生物生物量的贡献也最大 .d. 两大沙地流动沙丘中 ， 土壤微生物和土壤养分的层化比率均小于 1， 科尔沁沙地中微生物数量 、生物量碳和土壤养分的层化比率均大于浑善达克沙地 ， 可以推断该研究中两大沙地的流动沙丘处于退化状态 ， 而且浑善达克沙地退化速度更快 .参考文献 ( References): 1 朱震达 ， 陈广庭 . 中国土地沙质荒漠化 M . 北京 : 科学出版社 ， 1994: 16-230. 2 赵哈林 ， 周瑞莲 ， 张铜会 ， 等 . 科尔沁沙地植被的统计学特征与土地沙漠化
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39、综合性学术期刊 ， 为中文核心期刊 、中国科技论文统计源期刊及中国生物医学核心期刊 . 主要刊登环境科学领域的新成果 、新技术 、新方法 ， 环境管理的新理论 、新经验 ， 以及反映环保领域热点问题的学术论文 ; 通过特别约稿及时讨论环境重大问题及重要学术理论 . 为相关政府机构 、研究及教育部门 、企业 、各类环保团体 、环保科技人员 、管理干部 、高等院校师生服务 .该刊为月刊 ， 大 16 开 ， 每月 25 日出版 ， 用纸考究 、印刷精美 . 2011 年定价为 20. 00 元 /期 ， 全年定价 240元 . 欢迎国内读者到当地邮局订阅 ， 邮发代号 : 82 384; 国外由中国国际图书贸易总公司发行 ， 发行代号 :DK11025. 亦可向编辑部直接订阅 ( 免邮费 )， 需要 2010 年刊物及 2006 年前合订本的读者请与编辑部联系 .联系地址 : 北京朝阳区安外北苑大羊坊 8 号院邮政编码 : 100012收 件 人 : 环境科学研究 编辑部联系电话 : ( 010) 84915128传 真 : ( 010) 84914869E - mail: hjkxyj vip. 163. com网 址 : www. hjkxyj. org. cn2251
