（动物学专业论文）放牧家畜粪便分解过程中微生物特征的研究.pdf

内蒙吉师范大学硕士学位论文 中文摘要 牲畜粪便是放牧生态系统营养物质的重要储存库，是系统物质循 环的重要环节。微生物是牲畜粪便分解的主要驱动者。牲畜粪便分解 过程中微生物活性特征的研究是全表了解放牧生态系统家畜粪便分 解特征的基础，对放牧生态系统的科学管理和利用有较实际的意义。 2 0 0 8 6 2 0 0 9 1 0 月，在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场，测定了人工 堆置于地表和埋入土壤2 种处理方式下马粪、牛粪和羊粪分解过程中 微生物活性、酶活性、呼吸速率和热值的变化。主要研究结果如下： 1 三种新鲜牲畜粪中，细菌和真菌数量在马粪中最高，牛粪中 次之，羊粪中最低，放线菌数量在三种粪中差别不明显。粪分解过程 中，3 大类微生物数量均呈上升趋势。埋入地下处理时，放线菌和真 菌在马粪和羊粪中的数量分别升高和降低，牛粪中变化不明显；细菌 数量似不受埋入地下处理的影响。 2 三种新鲜牲畜粪中，蛋白酶活性均较低。分解过程中，活性 明显升高，并三种粪均表现为分解3 0 d 和9 0 d 时较高；埋入地下处理 时马粪中蛋白酶酶活性降低，牛粪和羊粪则正相反。新鲜粪样中脲酶 活性的大小次序是马粪 牛粪 羊粪，分解3 0 d 时，马粪和牛粪中脲酶 活性降低，羊粪中升高，之后脲酶活性在3 种粪中基本保持不变，埋 入地下处理对3 种粪中的脲酶活性无明显影响。纤维素酶活性在粪分 解3 0 d 时最高，随分解时间延长，活性下降，至6 0 d 或9 0 d 时降至最 低，之后活性升高。 3 新鲜粪样呼吸速率的大小次序为马粪 羊粪 牛粪。随分解时 间的延长，3 种放牧家畜粪便的呼吸速率总体呈下降趋势，埋入地下 粪样的下降较堆置于地表粪样的平缓。埋入地下粪样的呼吸速率明显 高于堆置于地表粪样的呼吸速率，但牛粪和羊粪在分解3 0 d 时则为埋 入地下的粪样的呼吸速率低于堆置于地表的粪样的呼吸速率。 关键词：放牧生态系统，家畜粪便分解，微生物数量，酶活性，呼 吸速率 内蒙古师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t d u n gd e p o s i t i o nw a st h ei m p o r t a n tr e p o s i t o r yo fn u t r i e n t si ng r a z i n g e c o s y s t e m ，a n da l s oa ni m p o r t a n tp a r to fm a t e r i a lr e c y c l i n g m i c r o b i a l w a st h em a i nf a c t o ri n f l u e n c i n gt h ed e c o m p o s i t i o no fd u n gd e p o s i t i o n s t u d y i n g t h em i c r o b i a l a c t i v i t yi n t h e p r o c e s so fd u n gd e p o s i t i o n d e c o m p o s i t i o nw a st h eb a s i cf o rat h o r o u g hc o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n d i n g o fd u n gd e c o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f g r a z i n ge c o s y s t e m ，a n da l s oh a d ap r a c t i c a l s i g n if i c a n c ef o rs c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o no n g r a z i n ge c o s y s t e m i nb a i y i n x i l er a n c hi nx i l i n g u o l eo fi n n e rm o n g o l i a f r o mj u n e ，2 0 0 8t o n o v e m b e r , 2 0 0 9 c h a n g e so fm i c r o b i a la c t i v i t y , e n z y m ea c t i v i t y , r e s p i r a t o r yr a t ea n dc a l o r i f i cv a l u e sw e r em e a s u r e di n t h ed e c o m p o s i t i o np r o c e s so fh o r s e ，c a t t l ea n ds h e e p d u n gw i t ht w o d i f f e r e n ta p p r o a c h e sw h i c hw e r eo no ru n d e rt h eg r o u n da r t i f i c i a l l y t h e m a i nr e s u l t sw e r es h o w e da sf o l l o w s ： 1 i nf r e s h d u n go ft h e s e t h r e ea n i m a l s ，b a c t e r i a la n df u n g u s a b u n d a n c ew e r et h eh i g h e s ti nh o r s ed u n g ，t h es e c o n dw a sc o wd u n g ，t h e l o w e s tw a ss h e e pd u n g ，a c t i n o m y c e t e sn u m b e ri nt h r e ed u n gh a dn o o b v i o u sd i f f e r e n c e s i nt h ed e c o m p o s i t i o no f d u n g ，a l lm i c r o b i a lb i o m a s s o ft h r e ec a t e g o r i e sh a dag e n e r a lu p t r e n d w i t ht h ed e a l tu n d e r t h eg r o u n d , a c t i n o m y c e t e sa n df u n g u sn u m b e ri nh o r s ea n ds h e e pd u n gi n c r e a s e da n d d e c r e a s e dr e s p e c t i v e l y , a n dd i d n t c h a n g es i g n i f i c a n t l yi nc o wd u n g ； b a c t e r i an u m b e rs e e m e dn o tb e e ni n f l u e n c e dw i t ht h ed e a l tu n d e r 也e g r o u n d 2 t h ep r o t e a s ea c t i v i t yw a sl o wi nf r e s hd u n go f t h e s et h r e ea n i m a l s i nd e c o m p o s i t i o np r o c e s s ，t h e a c t i v i t y i n c r e a s e do b v i o u s l y , a n da l l s h o w e dh i g hw h e nd e c o m p o s e d3 0a n d 9 0 d a y s p r o t e a s ea c t i v i t yo fh o r s e d u n gw h i c hb u r i e du n d e rt h eg r o u n db e c a m el o w e rb u tc o wa n ds h e e p d u n ga p p e a r e do p p o s i t e t h eo r d e ro fu r e a s e a c t i v i t y i nf r e s hd u n g s a m p l e sw e r e ：h o r s ed u n g c a t t l ed u n g s h e e pd u n g w h e nd e c o m p o s e d 3 0d a y s ，u r e a s ea c t i v i t yi nh o r s ea n dc o wd u n gd e c r e a s e d b u ti n c r e a s e di n s h e e pd u n g ，a n dt h e na l lr e m a i n e d c o n s t a n ti nt h r e ed u n g u r e a s ea c t i v i t y i nt h r e ed u n gh a dn od i s c e r n i b l ee f f e c tw i t ht h ed e a l tu n d e rt h eg r o u n d c e l l u l a s ea c t i v i t yw a st h eh i g h e s tw h e nd e c o m p o s e d3 0 d ，w i t ht h e d e c o m p o s i t i o np r o l o n g e d ，a c t i v i t yd e c r e a s e da n db e c a m el o w e s tw h e n d e c o m p o s e d6 0o r9 0 d a y s ，a n dt h e ni n c r e a s e d 3 t h er e s p i r a t i o nr a t eo r d e ro ff r e s hd u n gw e r eh o r s ed u n g s h e e p d u n g c a t t l ed u n g w i t ht h ed e c o m p o s i t i o np r o l o n g e d ，r e s p i r a t i o n r a t eo f t h r e ek i n d so fg r a z i n gd u n gd e p o s i t i o nd e c l i n e do v e r a l l c o m p a r e dw i t h t h ed e a l tt h ed u n go nt h eg r o u n d ，l o w e r i n ge x t e n tw h i c hb u r i e di n t h e g r o u n d w a ss m o o t h r e s p i r a t o r yr a t eo fd u n gw h i c hu n d e rt h eg r o u n dw a s s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a ni t s o nt h eg r o u n d b u tt h er e s p i r a t o r yr a t eo f c a t t l ea n ds h e e pd u n gw h i c ho nt h eg r o u n dw a sh i g h e rt h a ni t su n d e r t h e g r o u n dw h e nd e c o m p o s e d1 m o n t h k e yw o r d s ：g r a z i n ge c o s y s t e m s ，l i v e s t o c k m a n u r ed e c o m p o s i t i o n ， m i c r o b eq u a n t i t y , e n z y m ea c t i v i t y , r e s p i r a t i o nr a t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。本人保证所呈交的论文不侵犯国家机 密、商业秘密及其他合法权益。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示感谢。 签名：缱日期：o 厂口年j 月f 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学 位论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：马乏导师签名：众叼“弘j 日期：7 - 6 ，矿年，月 i 前言 1 前言 放牧生态系统中，植物的仞级生产一部分进入食草动物体内，可以畜产品的形式 进入人类社会、以残体形式和以排泄物形式进入分解者亚系统，一部分以枯枝落叶形 式储存于地表，并最终在分解者生物的分解作用下归还到环境中。以排泄物形式进入 分解者贬系统的植物初级生产是放牧生态系统分解过程中的一个重要部分，家畜粪便 的分解可以促进生态系统的物质循环和能量流动的进程，而且可以对系统清洁状态的 维持起到积极的作用，同时，还为土壤一植物动物的互作关系添加了一级营养水平， 增加了生态系统中分解过程的多样性f h l 。 1 1 放牧生态系统家畜粪便分解研究概况 生态系统中的分解作用( d e c o m p o s i t i o n ) 是死有机物质的逐步降解过程。分解时， 无机元素从有机物质中释放出来，称为矿化，它与光合作用时无机营养元素的固定正 好是相反的过程。从能量而言，分解与光合也是相反的过程，前者是放能，后者是贮 能。分解作用实际上是一个复杂的过程，是碎裂、异化和淋溶三个过程的综合。由于 物理的和生物的作用，把死有机物质分解为颗粒状的碎屑称为碎裂；有机物质在酶的 作用下分解，从聚合体变成单体，例如由纤维素变成葡萄糖，进而成为矿物成分，称 为异化；淋溶则是可溶性物质被水所淋洗出，是一种纯物理过程。在死有机物质分解 中这三个过程是交叉进行、相互影响的【5 j 。 分解是在多方表因素的综合作用下进行的。粪便在分解过程中，表现最明显的是 其重量随着时间不断发生变化，可用分解速率和损失率来表达。这两个概念从不同角 度反映了分解过程中粪便的动态变化。分解速率即在单位时间内，单位有机质的重量 的变化量，它是一个随着时间变化的瞬时值。损失率是枯枝落叶经过一定时问分解后， 其损失的重量占初始重量的百分比( 6 1 。 在放牧生态系统中，食草动物摄取食物中总有一部分以排泄物的形式再进入环境 中，这些排泄物的降解是陆地生态系统物质循环和能量流动过程的环节之一。 放牧是草地最主要的利用方式，适度放牧促进了草地生物量和生物多样性的提 高、根系、凋落物、动物粪便以及土壤动物和微生物数量的增多川。而放牧生态系统 中家畜粪便的分解在一定程度上对土壤养分和土壤微生物有显著影响。微生物量碳在 4 羊h a 小区相对较高，土壤速效态n 、p 含量也有所增加。说明一定的放牧干扰可促 进土壤养分的循环，为牧草生长提供有效养分。 内蒙古师范大学硕士学位论文 粪便的归还是放牧影响草地生态系统的主要途径之一。近年来，随着畜牧业的迅 速发展，大量的牲畜粪便! i j 还改变了生态系统的物质和能量循环，引发了显著的生态 系统效应f 8 , 9 , 1 0 l 。 放牧家畜粪便中养分的归还状况，与养分的化学性质、粪便中的存在形式有关， 粪便中含有的大量p 、k 、c a 、m g 、s 归还环境而对放牧生态系统的物质循环起到重 要作用。在牛的全部养分摄入中，p 、k 、c a 、m g 、n a 大约分别6 5 、l l 、7 8 、8 0 、 2 9 经排泄物归还环境。可溶性矿质离子只有在较长时问降水时可以被淋洗出，m g 很难被淋洗出，夏季，粪中有机质在两个月内损失1 5 。同期内，粪中的能值减少 1 8 。牛粪中的磷在分解过程中归还入草地的量可达2 4 8 k g h a 。在牛粪分解中，一定 深度土壤范围内n 、p 和k 含量显著增加【i l 】，随着牛粪分解活动的进行，粪便中全磷 量下降，土壤中可重碳酸盐提取有机磷量在粪下的土壤中大幅度增加【1 2 , 1 3 , 1 4 l 。 m a c d i a r m i d 和w a t k i n t 1 研究发现，奶牛粪便下表的土壤及其周边范围内土壤氮、磷、 钾含量显著提高，而在国内已有的研究中，也证明了粪便可使土壤氮、磷、钾等养分 有显著提高【1 5 , 1 6 , 1 刀。 一般来说，牲畜所产生的排泄物能够直接增加土壤中养分的含量【l 引。p e t e r s e n 等 【1 9 】通过对美国一个奶牛牧场土壤养分的研究结果，单位表积内粪便的养分输入量分别 为n8 4 8k g h m 2 ，p 2 0 53 9 0k g h m 2 ，k 2 04 9 1 k g h m 2 ，从计算中得知，粪便输入系统的 养分含量对土壤养分的维持起着至关重要的作用。d i c k i n s o n 和c r a i g l 2 0 1 认为粪便中损 失掉的养分并不是全部进入粪便下表的表层土壤中，这些养分可能由于植物根生长而 向土壤的更下层以及周围移动。m a c d i a r m i d 和w a t k i n l 通过用同心圆实验的方法测 出，粪便中的氮元素进入土壤后，能够扩散到周围1 5 2 4 c m 处土壤中。此外，牛粪覆 盖土壤，能阻止土壤水分的蒸发。新鲜牛粪含水量较高，一般在7 5 9 0 ，牛粪中 水分能直接渗透到土壤中，使表层土壤形成界限分明的湿斑，湿斑深度平均达到4 4 0 7 c m ，水分渗透可提高牛粪下土壤含水量。牛粪覆盖作用可防止土壤水分蒸发及 牛粪中较低p h d 莹( 7 。5 6 ) 的溶液，有利于降低土壤p h 值【1 7 】。 放牧家畜排泄物回归草原是保证草原生态系统中物质循环和能量流动得以畅通 的主要渠道之一。粪便的分解主要是由分解者微生物完成，反过来粪便又为土壤微生 物提供了丰富的营养源。 家畜排泄物到地表，通过土壤动物的活动、雨水淋洗或者地表径流，进入到土壤 中，从而影响到土壤微生物的活性及其生物量。土壤微生物在土壤营养元素转化方表 具极其重要的作用，在很大程度上影响了碳、氮等元素的循环速斟2 1 1 ，而土壤微生物 2 l 前言 生物量( s m b ) 既是土壤有机质和土壤营养物质转化与循环的动力，也可作为土壤中植 物有效养分的储备库，它在各种不同的转化中有着重要影响，在土壤肥力和植物营养 方表也发挥着重要作用，土壤微生物生物量对土壤环境因子的变化极为敏感，土壤的 微小变动都会引起其活性的变化【2 2 1 。l o v e l l 和j a i s 【9 】对地表以下1 0 c m 的土壤研究得 出，粪便下表土壤微生物量并没有增加，他们认为这可能是由于粪便只对土壤表层的 ( o 5c m ) 微生物有影响所致。与此同时，在一个季节内，土壤微生物生物量碳和氮库 对于粪便归还的响应可能并不明显【2 3 1 。但从长期的作用来看，粪便对于土壤微生物生 物量碳和氮库的增加起着非常明显的作用。w i l l i a m s 和h a y n e s 2 4 1 通过研究发现，在 施用牛粪1 2 个月之后，土壤微生物生物量碳显著增加，而在短期内却不明显，说明 土壤微生物量对粪便的响应具有滞后性。 微生物从外界获取的营养物质，除在同化作用中用于组成细胞物质外，大部分在 呼吸作用中作为能源物质被氧化释放出能量，供生命活动需要。粪便所释放的能量被 分解者所利用，作为代谢活动的能源。粪中呼吸作用包括粪样中微生物的呼吸、一些 无脊椎动物的异养呼吸和其中含碳物质的化学氧化过程。有研究认为【2 5 , 2 6 】，微生物呼 吸在土壤呼吸中所占的比例约为6 0 ，而土壤动物呼吸和土壤中含碳物质在化学氧化 过程释放的c 0 2 占地表c 0 2 总排放的比例很小；即在土壤总呼吸中，微生物呼吸起 主要作用。目前尚无关于粪样呼吸组分量化测定的文献报道，粪样呼吸中各组分的贡 献率是一个值得进一步探讨的问题。 放牧草地中家畜粪便的分解主要与粪便类型、气候状况、植被、季节、分解者生 物的活动有关。其中气候状况和季节变化在粪便分解的非生物因子中具有最大的影响 2 7 , 2 8 1 。气候状况例如降雨对于粪便的碎裂以及分解有直接的干扰，因为在粪便的分解 作用中水分被认为是最具影响的因子【2 9 1 ，水分提供足够的湿度使粪便中微生物活动， 也促进了粪便的物理分解，让粪便的碎屑更容易进入土壤。d i c k i n s o n 等即】研究发现， 粪便在自然降水或模拟降水条件下其分解速率最快，而在整个试验过程中不给予降水 的粪便分解速率最慢，在荒漠草原马粪分解的研究j 中也发现人工淋水的情况下粪便 分解中有机碳含量的下降速率较无淋水作用快。而季节的变化，会让粪便中的微生物 活性发生不同程度的改变，这对粪便的分解作用起着一定的辅助作用。草地中牛粪的 分解速度也存在季节差异，一般在夏季的分解速度是最快的口2 1 。 在放牧生态系统中，许多生物与放牧家畜的粪便密切相关，微生物和节肢动物是 其中的主要类群。特别是鞘翅目中的粪食性金龟子对牛粪的分解和破碎化有重要作用 p 引。微生物则将粪便进一步分解成为简单无机分子或转化为腐殖物质。以真菌和放线 3 内蒙古师范大学硕士学位论文 菌生物量占优势的菌群，在粪便分解中起着重要作用，真菌属于分解纤维素和果胶质 能力较强的类群【3 4 1 。放线菌能够分解多数细菌和真菌所不能分解的化合物，它还参与 难分解物质的分解过程【3 5 l 。 不同哺乳动物的粪便在大小、外形上是有较大差别的，反刍动物( 牛、羊、山羊) 的排泄物含精细的物质其容易被同化，非反刍动物( 马) 产生大而高纤维的排泄物， 与反刍动物的排泄物相比较难被同化p 6 1 。 已有的对放牧牲畜粪便分解的研究报道，多集中在粪便分解对土壤养分的影响 【2 t 3 7 3 8 ”、粪甲虫与家畜粪便的关系【3 9 柏 4 l 】等方表，关于家畜粪便分解过程中微生物活 性和呼吸速率变化的研究则较为少见 4 2 1 。 1 2 选题背景和研究意义 放牧生态系统中，放牧牲畜粪便是一级重要的养分和能量储存库，是系统物质循 环和能量流动的主要环节之一。在分解者生物的作用下，牲畜粪便中的营养物质和能 量得以释放，对于系统的物质循环和能量流动起到积极的调节作用。微生物作为放牧 生态系统分解者生物中最活跃的成分，在放牧生态系统的物质分解过程中，分解者微 生物起着关键作用。 内蒙古典型草原是中国重要的畜牧业基地，由于其特殊的自然条件、地理位置和 优厚的牧草资源而有着显著的生态和经济意义。本文以内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧 场为研究地区，着重探讨放牧牲畜粪便分解过程中主要微生物类群的数量、微生物生 物量、酶活性和呼吸速率等特征的变化，以为全表了解典型草原生态系统放牧家畜粪 便的分解特征积累资料。 4 2 研究地区与研究方法 2 研究地区和研究方法 2 1 研究地区自然概况 研究地区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟中部，海拔高度在1 0 0 0 m 1 5 0 0 m ， 地势从东南与西北逐渐降低。地貌类型多样化，有丘陵、塔拉、风成沙地、熔岩 台地和河谷低地等基本类型。属大陆性半干旱中温带气候，年平均温度 1 1 , - 4 ) 2 ，最热月均温1 8 5 c ，无霜期9 0 - - 1 l o d ，年降雨量2 8 0 - - 3 4 5 m m ，多集 中在8 月。植被以大针茅( s t i p a g r a n d i s ) 、羊草( l e y m u sc h i n e n s i s ) 为建群种 的典型草原群落为主，群落优势植物还包括冰草( a g r o p y r o nc r i s t a t u m ) 、糙隐子 草( c l e i s t o g e n e ss q u a r r o s a ) 和葱类( a l l i u ms p p ) 等。 2 2 实验设置和样品采集 试验地点选择在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场，地理坐标为 1 1 6 0 0 7 一1 1 7 0 0 57 e 和4 3 0 2 67 4 4 0 0 87 n 。于2 0 0 8 年6 月底，收集新鲜的放牧家畜 粪便，以重约5 0 0 9 为1 个实验样品，采用人工堆置于地表和装入尼龙网袋后埋 入地下约l o o m 两种处理方法，设置了主要放牧家畜( 马、牛、羊) 粪便野外分 解实验样品6 0 0 个( 马粪、牛粪和羊粪每种处理各1 0 0 个) 。以每次5 个重复于 2 0 0 8 年6 - 9 月和2 0 0 9 年5 - 9 月每月的月底采集以上样品，称重，带回实验室， 2 0 0 8 年采集样品用于微生物和酶活性相关指标的测定。粪样热值的测定采用 2 0 0 8 年和2 0 0 9 年采集样品。 粪分解过程中微生物量磷含量和纤维素酶活性变化测定样品布置于2 0 0 9 年 5 月底，样品重量约2 0 0 9 ，采集时间为2 0 0 9 年6 - 9 月每月的月底，其他处理同 上。 同时采集无家畜粪便覆盖处o - 5 c m 和5 1 0 c m 深度土壤作为对照，每次5 个 重复。 2 3 采集样品的分析测试 带回室内的样品在4 c 下保存，测定前去除样品中的草根、石块等杂物，称 样品总重，适当粉碎后充分混匀，从每份重复中取适量样品，混合后用于相关指 标的测定。 采用风干法测定粪样的含水量。 5 内蒙古师范大学硕士学位论文 微生物数量的测定方法采用平板菌落计数法【4 3 1 。细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂 培养基培养，真菌马丁孟加拉红一链霉素培养基培养，放线菌用改良高氏i 号培 养基培养。接种好的细菌、真菌和放线菌平板倒置，细菌于3 7 c 恒温培养，真 菌和放线菌2 8 - - 一3 0 。c 恒温培养。细菌培养l 3 天，真菌培养3 - 5 天，放线菌培 养5 7 天。 氯仿熏蒸k 2 s 0 4 浸提法测定微生物生物量碳、氮，氯仿熏蒸一n a h c 0 3 浸提 法测定微生物生物量磷含量 4 4 1 。 酪蛋白酸钠分析方法测定样品中的蛋白酶活性【4 5 1 。参考章家恩描述的方法 测定样品中脲酶活性【4 引。蒽酮比色法测定样品中的纤维素酶活性【4 5 , 4 6 1 。 野外采用碱液吸收法【4 7 l 测定不同处理方式下家畜粪便的呼吸速率( 呼吸室 采用底部密封，直径2 5 c m 、高3 0 c m 的p v c 管制成) 。在粪分解的不同阶段( 6 9 月每个月的下旬) ，野外以静态室碱液吸收法【4 7 】测定不同方式处理下的粪呼吸强 度，每种处理采集5 个样品。 p a r r6 3 0 0 氧弹式热量计( 美国) 测定粪样干重热值。 数据计算采用m i c r o s o f te x c e l2 0 0 3 进行，统计分析采用s p s sl1 5 软件。 6 3 结果与分析 3 结果与分析 3 1 放牧家畜粪分解过程中含水量的变化 表3 1 为2 0 0 8 年6 月底布置，7 、8 和9 月底采集样品含水量的变化情况。 可以看出，新鲜粪样含水量的大小次序是马粪 牛粪 羊粪：随分解时间延长， 含水量呈下降趋势。堆置于地表处理粪样的含水量下降明显较快，埋入地下粪样 的含水量下降较慢。分解时间为9 0 d 时，堆置于地表处理方式下3 种粪样的含水 量降到基本相互接近；埋入地下处理方式下，马粪和牛粪的含水量较为接近，羊 粪含水量则较高。 表3 1 放牧家畜类分解过程中含水量的变化( ：2 0 0 8 年) t a b 3 一lc h a n g e so f w a t e rc o n t e n to f l i v e s t o c kd u n gd u r i n gt h ep r o c e s so f d e c o m p o s i t i o n 注：以风干重量计。 2 0 0 9 年粪样含水量( 表3 2 ) ，在粪样分解6 0 d 时较高，由于是降水的季节， 粪样含水量有所提高，随后粪样水分的蒸发较缓慢。与2 0 0 8 年野外布置的粪样 表3 2 放牧家畜粪分解过程中含水量的变化( ；2 0 0 9 年) t a b 3 - 2c h a n g e so f w a t e rc o n t e n to f t h el i v e s t o c kd u n gd u r i n gt h ep r o c e s so f d e c o m p o s i t i o n 注：以风干重量计 7 内蒙古师范大学硕士学位论文 含水量相比较，0 9 年粪样在3 0 d 时水分损失量多，可能是由于布置的时间不同 有关，5 月末6 月未( 分解0 d 3 0 d ) 处于较多风降雨量又少的季节。三种粪便中 埋入地下处理样粪样含水量均高于堆置于地表处理粪样含水量。 3 2 家畜粪便分解过程中微生物数量的变化 底物的性质和环境特征( 如温度和湿度) 是影响环境中微生物数量的最主要 因素，微生物数量决定着物质分解过程中各生化反应的活性。在许多研究中，细 菌、真菌和放线菌数量常被用作表征土壤肥力的重要指标。在放牧牲畜粪便的分 解中，微生物组成和数量变化可以直接反映粪的分解状况。 3 2 1 细菌 总体来看，粪样中细菌数量明显高于土样中的细菌数量( 表3 3 ) ，这显然与 牲畜粪便中有机质含量高有关。 新鲜马粪样中的细菌数量最高，在分解的9 0 d 中两种处理的马粪细菌数量均 呈上升趋势；堆置于地表处理的牛粪在分解过程中细菌数下降为1 0 1 9 x 1 0 7 个g - 1 ，埋入地下处理的牛粪则上升到3 0 3 6 x 1 0 7 个g - 1 ；新鲜粪样中羊粪细菌数 量最少，堆置于地表处理羊粪中细菌数量变化不明显，且数量也很少，埋入地下 处理的羊粪中细菌数量变化幅度很大，在分解6 0 d 时细菌数量从1 2 8 0 x 1 0 7 个g - 1 上升至1 5 8 9 9 x 1 07 个9 1 ，随后又下降。 表3 - 3 家畜粪便分解过程中细菌数量的变化( 1 0 7 个g - 1 ) t a b 3 - 3v a r i a t i o no fn u m b e ro fb a c t e r i u md u r i n gt h el i v e s t o c kd u n gd e c o m p o s i t i o n 马粪在分解3 0 d 和6 0 d 时，两种处理粪样的细菌数相差很小，分解9 0 d 时堆 置于地表处理的马粪中细菌数量高于埋入地下处理；牛粪中，细菌数量在分解初 期堆置于地表的高于埋入地下处理的，到第6 0 d 和9 0 d 时埋入地下处理的高于堆 8 3 结果与分析 置于地表的；对于羊粪，不同采样时间均显示埋入地下处理的粪样中的细菌数量 高于堆置于地表处理的粪样。 3 2 2 真菌 从表3 - 4 中得出，同细菌一样，粪样中的真菌数量也远高于土壤中的真菌数 量。且在土壤中，5 1 0 e m 土层中真菌数量要高于0 5 e r a 土层。真菌数量远不如 细菌数量多。 新鲜马粪中真菌的数量不是最多，在分解中真菌数量从开始的2 0 5 1 0 2 个g - 1 到分解的第9 0 d 时上升到9 2 9 0 8 x 1 0 2 个g - 1 ，埋入地f 处理- - - - 5 粪中数量降至 为1 7 3 4 x 1 0 2 个g - 1 ，在整个分解过程中堆置于地表处理的马粪中细菌数量总是高 于埋入地下处理的；牛粪中，从分解3 0 d 到第9 0 d 时，堆置于地表处理的牛粪中 真菌数量呈上升趋势而埋入地下处理的牛粪呈下降趋势：堆置于地表处理羊粪在 分解3 0 d 和9 0 d 时数量无明显差异，埋入地下处理羊粪中真菌数高于其它粪便中 的数量，在分解酊9 0 d 时为1 2 6 1 9 9 x 1 0 z 个g - 1 。 表3 4 家畜粪便分解过程中真菌数量的变化( 1 0 2 个g - 1 ) t a b 3 - 4v a r i a t i o no fn u m b e ro ff u n g id u r i n gt h el i v e s t o c kd u n gd e c o m p o s i t i o n 在分解6 0 d 时真菌数量最少，其他分解时间中埋入地下处理羊粪中真菌数远 远高于堆置于地表处理下粪样。三种粪样共同的特点是，新鲜粪样中真菌数量不 是最高，这与新鲜粪便中的微生物类群还未受环境影响有关。 3 2 3 放线菌 表3 5 数据显示，马粪中放线菌数量随着季节变化与粪的分解有升高 的趋势，分解9 0 d 时数量最多，堆置于地表上马粪放线菌数为8 1 5 5 x 1 0 3 个g - 1 ，埋入地下马粪放线菌数为8 9 3 4 5 x1 0 3 个g - 1 ，埋入地下处理的马粪样中放 9 内蒙古师范大学硕士学位论文 线菌数量在各个采样点始终高于堆置于地表处理的；牛粪分解中两种处理问的变 化规律互不相同，堆置于地表牛粪中放线菌数量迅速上升，而埋入地下牛粪在分 解6 0 d 时放线菌数最多，但两种处理下的牛粪放线菌数总体呈上升趋势；堆置于 地表上的羊粪中放线菌数量随着粪的分解增多，埋入地下处理羊粪在分解6 0 d 时数量最多。 表3 5 家备粪便分解过程中放线菌数量的变化( 1 0 3 个g - 1 ) t a b 3 5v a r i a t i o no fn u m b e ro fa c t i n o m y c e sd u r i n gt h el i v e s t o c kd u n gd e c o m p o s i t i o n 由于放线菌属于好氧菌，三种新鲜粪样中放线菌数量均很少，尤其新鲜牛粪 中没有放线菌，仅此时的土样中放线菌数量多于粪样中放线菌数，其他采样时间 粪样中放线菌数高于土样中数量。除堆置于地表处理牛粪分解9 0 d 时之外，埋入 地下各粪样中放线菌数量总是多于堆置于地表粪样中的放线菌。含水量的数据显 示( 表3 - 1 ) ，埋入地下处理粪样的含水量高于堆置于地表处理的，因此在粪样中 真菌( 除马粪之外) 和放线菌数量的测定结果表明，埋入地下处理的高于堆置于 地下处理的。 真菌和放线菌是参与有机质分解过程的主要成员之一。放线菌能分解多数真 菌和细菌不能分解的化合物【4 8 1 ，还能参与难分解的有机质的分解过程【4 9 】。因此， 在家畜粪便分解过程真菌和放线菌数量有上升趋势以参与难分解的有机质的分 解过程，在物质的转化及草原的生态恢复中具有很大的作用。 家畜粪便中三大类微生物类群数量远远多于土壤中微生物数量，说明粪便中 有丰富的能源和营养物质供微生物的生长。以上实验结果表明，无论是粪样中或 是在土壤中，在不同类群的土壤微生物中，细菌的数量最大，放线菌数量次之， 真菌数量最少。 3 3 家畜粪便分解过程中微生物生物量碳、氮和磷含量的变化 1 0 3 结果与分析 微生物生物量是有机质和养分c 、n 、p 、s 等转化和循环的动力，并参与有 机质的分解、腐殖质的形成、养分的转化循环等各个生化过程【5 0 1 ，微生物生物 量又是研究能量流动和物质循环的重要环节【5 。 3 3 1 微生物生物量碳 生态环境中微生物量碳是动植物残体转化有机碳代谢的驱动力，微生物量碳 能代表参与调控生态环境中能量和物质循环以及有机物转化的对应微生物的数 量，所以常作为评价环境质量的生物学指标【5 2 1 。 粪样中微生物量碳高于土壤微生物量碳，土壤中微生物量碳最高值为8 2 7 1 0 2 m g k 9 1 ，0 - s c m 的高于5 - 1 0 c m 土壤微生物量碳含量。 新鲜粪样中牛粪中微生物量碳最高，马粪次之，羊粪中最少。新鲜马粪微生 物量碳为3 0 0 4 x1 0 2 m g k 9 1 ，堆置于地表处理马粪样( 图3 i a ) 在分解中微生 物量碳含量有上升趋势，埋入地下处理马粪样分解6 0 d 时微生物量碳含量最高， 么3 0 0 l 玉2 5 0 目 屯2 0 0 兰1 5 0 蒿l o o 零5 0 划 器 o 03 06 09 0 分解时间( d ) o3 06 09 0 分解时问( d ) 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 l o o 5 0 o o3 06 09 0 分解时间( d ) 67 89 采样时间( 月) 图3 - 1 马粪( a ) 、牛粪( b ) 、羊粪( c ) 分解过程中微生物量碳豹变化。土壤( d ) 中微生 物生物量碳的季节变化 f i g 3 - lc h a n g e so f m i c r o b i a lb i o m a s scd u r i n gt h eh o r s ed u n g ( a ) 、c , a t t t ed u n g ( b ) a n ds h e e p d u n g ( c ) d e c o m p o s i t i o n s e a s o n a lv a r i a t i o no fm i c r o b i a lb i o m a s sci ns o i l ( d ) 分解9 0 d 时微生物量碳含量最低；堆置于地表处理牛粪( 图3 i b ) 从分解的第 的驰o 3 2 2 l l 一。堂暑皇b_【一舔捌器姘器 内蒙古师范大学硕士学伊论文 3 0 d 到9 0 d 时微生物量碳含量明显下降，降至为7 6 7x1 0 2 m g k 百1 ，埋入地下处 理的牛粪在分解6 0 d 时微生物量碳含量最高，为1 0 3 7 8x1 0 2 m g k 蕾1 ，之后迅速 下降；堆置于地表处理的羊粪( 图3 i c ) 在分解3 0 d 时含量最低，仅为o 7 2 1 0 2 m g k g ，到第6 0 d 时含量最高，而埋入地下处理羊粪在分解的第3 0 d 是含量 最高。 水分和温度对微生物生物量碳的作用最大【5 3 1 ，由于环境因素( 如温度和水 分) ( 表3 1 ) 季节性变化，每种粪样两种处理间微生物量碳含量最高值出现的时 间互不相同，并且总体来说，埋入地下处理粪样中微生物量碳含量高于堆置于地 下处理粪样。 3 3 2 微生物生物量氮 微生物生物量氮是土壤氮素的一个重要储备库，一般占土壤全氮的1 5 1 5 4 1 ，在土壤氮素循环与转化中起着重要的调节作用。 7 曲 6 0 j c 厶 5 0 目 屯4 0 兰 3 0 瑟2 0 雾 l o 划 帮0 03 0 6 09 0 分解时间( d ) 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 l o o 骄350；5 ；0 6 0 c 6 0 鱼f 囫埋入地下 毫f口堆置于地表 0 3 06 09 0 分解时间( d ) 03 06 09 0 分解时间( d ) 6789 采样时间( 月) 图3 - 2 马粪( a ) 、牛粪( b ) 、羊粪( c ) 分解过程中微生物量氮的变化。土壤( d ) 中微生 物生物量氮的季节变化 f i g 3 - 2c h a n g e so fm i c r o b i a lb i o m a s snd u r i n gt h eh o r s ed u n g ( a ) 、c a t t l ed u n g ( b ) a n ds h e e p d u n g ( c ) d e c o m p o s i t i o n s e a s o n a lv a r i a t i o no f m i c r o b i a lb i o m a s sn i ns o i l ( d ) 1 2 表 i j 地下 k 斧 一 堆埋蕴纽缓红器直咀a同咀 3 结果与分析 土样( 图3 - 3 d ) 微生物量氮含量极少，最高值是在7 月末出现的，上层土 样微生物量氮含量为1 0 5 1 0 2 m g k g 。下层土样微生物量氮含量为1 2 0 1 0 2 m g k g 。 新鲜马粪样中( 图3 - 2 a ) 微生物量氮含量最高，为4 9 3 0 x1 0 2 m g 。k g 。两 种处理的马粪样随着分解的进行呈下降趋势，埋入地下处理马粪在分解3 0 d 6 0 d 时微生物量氮并没有受季节的影响，变化平缓；两种处理下牛粪( 图3 - 2 b ) 的 微生物量氮呈下降趋势，分解0 - 6 0 d 时埋入地下处理牛粪样微生物量氮变化平缓， 变化范围为1 5 4 7 1 8 4 9 x1 0 2 m g k g - 1 ，随后埋入地下牛粪样微生物量氮开始下降， 到分解9 0 d 时降至1 8 9 x1 0 2 m g k g 1 ，同样，堆置于地表处理牛粪中微生物量氮 变化很平缓，变化范围是1 3 5 9 一1 7 6 6 x1 0 2 m g k 9 1 ，分解9 0 d 时降到0 9 8 x 1 0 2 m g k 9 1 ；两种处理羊粪样( 图3 - 2 c