克氏针茅sipakrylovii草原植被和土壤微生物的动态研究

克氏针茅sipakrylovii草原植被和土壤微生物的动态研究

在内蒙古的典型草甸中，由于常年过度放牧，草地植被的退化和发展对我国草地植被的生产和生态保护产生了重大影响。研究表明,典型草原过度放牧导致羊草(Leymuschinen-sis)、克氏针茅(Stipakrylovii)等禾本科植物盖度、生物量下降,而冷蒿(Artemisiafrigida)、星毛委陵菜(Potentillaacaulis)的变化则相反土壤养分是自然生态系统生产力的主要驱动因子之一,制约着生态系统植被的演替和对环境变化的响应土壤微生物是草原生态系统中重要的组成部分,土壤微生物群落数量和组成的变化与草地退化、放牧强度以及土壤营养元素有一定相关性丛枝菌根真菌(AMF)是一种广泛存在的内生真菌,其可侵染80%以上的陆生植物,形成共生体本试验研究典型草原不同退化程度草地植物及土壤间的差异,探讨草地退化对土壤中微生物的影响,以期为研究草原退化的恢复机理提供基础支持。1气候条件及气象条件试验地点位于中国科学院植物研究所多伦恢复生态学研究站内(42°02′N,116°16′E),海拔1344m。该地区属温带大陆性半干旱气候,夏季湿润温暖,冬季寒冷干燥。年均气温为1.6℃,最热月(7月)平均气温为19℃,最冷月(1月)平均气温为-21℃。年均降水量为385mm,60%~80%的降水发生在7-9月。草地类型是克氏针茅和冷蒿为优势种的典型草原,气候类型为大陆性温带半干旱气候。土壤类型为栗钙土。1.2化草地的围封禁牧根据当地的放牧历史和植被情况,选取不同退化程度的草地:未退化草地为1979年开始围封禁牧的克氏针茅草地;中度退化草地为适度放牧地;重度退化草地为过度放牧地。每种退化草地土壤的重复取样数为30个,植被调查及生物量测定的重复数为10个。1.3植物研究方法植被统计时间为2010年8月中旬,各退化草地各选10个1m×1m随机样方,调查植物多样性,采用针刺法1.4采样方法土壤试验取样时间为2010年5月至9月。每月20号,在各退化程度草地,随机选择30个取样点,每个取样点周围1m1.5测量土壤全N含量采用凯氏定氮法测定。土壤有效P用0.5mol·L1.6土壤微生物指标与土壤理化指标的双因素方差分析原始数据整理采用Excel软件完成。生物量数据采用单因素方差分析。对土壤全N、有效P、土壤微生物C、土壤微生物N、土壤真菌、细菌、放线菌,及土壤AMF孢子密度等指标进行双因素方差分析,退化程度和取样时间作为固定因素。用SNK方法对各退化程度草地和各取样时间的测定指标在0.05显著水平下进行多重比较。用Pearson相关系数分析土壤微生物指标与土壤养分指标间的相关性。方差分析、多重比较和相关性分析采用SPSS18.0统计分析软件进行。2不同退化程度草地地上、地下生物量及其来源重度退化草地地上和地下生物量均高于其它样地,其中地上生物量主要来源于冷蒿的贡献。未退化草地地上和地下生物量次之,其中克氏针茅约占地上部分生物量的50%。中度退化草地地上和地下生物量最低,其中地上生物量主要来源于冷蒿(图1)。不同退化程度草地地上部生物量除克氏针茅、冷蒿外其他植物地上生物量未见显著差异(P>0.05)。冷蒿重要值随退化程度的增加而增加,而克氏针茅表现出相反的趋势(表1)。未退化草地和中度退化草地的群落多样性无显著差异,但均显著(P<0.05)高于重度退化草地。2.2土壤全n含量重度退化样地土壤全N含量最高,未退化样地和中度退化样地相对较低。未退化样地和重度退化样地秋季土壤全N含量相对较低,春、夏季相对较高。重度退化样地土壤全氮含量最大值出现在7月,为2.02mg·g中度退化样地土壤有效P含量最高,重度退化样地最低(图2B)。各样地7月份土壤有效P含量最高,春、秋两季相对较低。未退化样地土壤有效P含量最高为5.43mg·kg2.3不同退化程度土壤微生物n含量变化未退化草地各月的土壤微生物N均高于中度及重度退化草地,土壤微生物N含量随季节变化波动幅度较大(图3A)。不同退化程度草地8月土壤微生物N含量最高,5月最低。未退化草地土壤微生物N含量最高为178.41mg·kg中度退化草地土壤微生物C含量最低(图3B)。除9月外,未退化草地土壤微生物C含量高于重度退化草地。各草地7月土壤微生物C含量最高,9月最低。未退化草地土壤微生物C含量最大为583.17mg·kg2.4各退化草地土壤真菌、放线菌数量未退化草地AMF孢子密度最大,重度退化草地孢子密度最低(图4A)。未退化和中度退化草地7月份孢子密度最高,每50g干土分别达254和207个。5月不同退化程度草地孢子密度最低,未退化草地土壤中AMF孢子密度为每50g干土176个。重度退化草地土壤中孢子密度最大时为每50g干土104个,最小时为每50g干土65个,明显小于未退化草地和中度退化草地。不同退化程度草地土壤中真菌数量除5、6月外,其它月份未退化草地土壤中真菌数量最高。重度退化草地总体最低(图4B)。各草地土壤真菌数量5月最低,未退化草地为1.66×10土壤细菌数量以未退化草地总体最多,其次为重度退化草地,中度退化草地土壤细菌数量最少(图4C)。土壤中细菌数量在7月份时达到峰值,未退化草地为4.38×10除5、6月份外,不同退化程度草地土壤中放线菌数量没有明显差异。土壤中放线菌数量5月至8月逐渐升高,9月放线菌数量有所减少(图4D)。2.5土壤微生物n与真菌、细菌、放线菌的关系土壤微生物C与真菌、细菌呈极显著正相关(P<0.01),与放线菌相关性不显著(P>0.05)。土壤微生物N与真菌、细菌、放线菌均呈极显著正相关(P<0.01)。土壤全N与土壤中真菌、细菌、放线菌,及微生物C、N均有显著相关性(P<0.05),其中与真菌、放线菌为负相关。而土壤有效P含量与其它指标没有显著相关性(P>0.05)。3冷蒿植物生物学特性随着草地退化程度的增加,冷蒿的重要值增加,而克氏针茅的重要值降低。内蒙古典型草原的克氏针茅草原在连续多年的过度放牧情况下,可退化演替到以冷蒿为优势种的植物群落,是典型草原的主要演替模式土壤中N的含量和可利用性受到家畜采食、践踏、排泄等行为的影响土壤微生物是草原生态系统中重要的组成部分微生物N是土壤N素转化的重要环节,也是土壤N素的重要储备库,能从一定程度上反映土壤供N能力的大小土壤微生物数量在一定程度上能够反映出参与土壤养分及枯落物转化的微生物数量,是土壤微生物活性的一种表现菌根的存在是健康生态系统的重要标志之一4土壤微生物数量的季节动态典型草原随退化程度的增加,植物群落的优势种由克氏针茅转变为冷蒿,重度退化草地群落多样性最低。重度退化草地土壤中全N含量最高而有效P含量最低,可能是受放牧家畜排泄物的影响。土壤全N、有效P和各微生物指标均在7月或8月达到最大值。不同退化程度草地土壤微生物数量大体呈细菌>放线菌>真菌。草地退化对AMF孢子密度、细菌、真菌和放线菌数量的影响随季节变化而不同。未退化草地土壤微生物C、N含量均高于重度退化草地,未退化草地真菌含量大于重度退化草地,7月、8月、9月未退化草地土壤中细菌、放线菌含量大于重度退化草地。未退化草地土壤AMF孢子密度大于中度、重度退化草地。