林芝地區(qū)不同草地土壤微生物區(qū)系分析

岳海梅，張新軍，鞏文峰，何建清，旺 姆

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝 860000； 2.西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所，西藏 林芝 860000；3.西藏農(nóng)牧學(xué)院生物技術(shù)中心，西藏 林芝 860000)

我國(guó)各大主要牧區(qū)近年來(lái)都存在不同程度的草地退化現(xiàn)象。土壤本身的退化、惡劣的環(huán)境條件、過(guò)度放牧和超強(qiáng)度機(jī)械操作等都是引起草地退化的主要原因。其中，土壤本身的退化是最重要的原因。土壤是植物和微生物生長(zhǎng)的大本營(yíng)，含有大量的微生物、各種有機(jī)質(zhì)和植物生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)成分。缺少這些，會(huì)使土壤層逐漸退化，致使在土壤中生存的植物因失去養(yǎng)分而大量死亡，最終導(dǎo)致草地退化。因此，研究退化草地生態(tài)系統(tǒng)中的微生物區(qū)系，可為退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建提供土壤微生物學(xué)方面的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

草地土壤微生物作為草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮著主導(dǎo)作用[1],原核微生物如細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線(xiàn)菌等，真核生物如真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物和地衣等都屬于草地土壤微生物。草地土壤微生物中數(shù)量最大的3個(gè)類(lèi)群是細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌，數(shù)量最多的是細(xì)菌，其次是真菌和放線(xiàn)菌。草地土壤微生物是土壤有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體的重要組成部分，它們是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，有巨大的生物化學(xué)能，直接影響到草地生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)。因此，對(duì)于土壤微生物生態(tài)學(xué)研究來(lái)說(shuō)，探究土壤微生物與環(huán)境之間相互關(guān)系、發(fā)掘土壤微生物資源、查明土壤中微生物的數(shù)量及其組成情況是十分必要的。青藏高原是地球上一個(gè)獨(dú)具特色的地理單元，具有獨(dú)特的地質(zhì)歷史，特殊的自然條件，豐富的生物組成和生物群落[2]。本研究探究林芝地區(qū)不同草地類(lèi)型土壤微生物區(qū)系，為更好地發(fā)掘土壤微生物資源在西藏草地生態(tài)系統(tǒng)中的作用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)域概況 林芝地區(qū)地處西藏東南部,位于29°40.25′ N，94°19.58′ E，海拔3 022 m，所有山脈都呈東西走向，北高南低，海拔高低懸殊。年降水量650 mm左右，年均溫8.7 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 022.2 h，無(wú)霜期180 d。冬季平均氣溫>0 ℃，夏季平均氣溫為20 ℃。 該區(qū)域自然環(huán)境獨(dú)特，易受西南季風(fēng)的影響。

1.2樣地選擇 本試驗(yàn)選取具有代表性的草地類(lèi)型：高寒草甸草地、沼澤草地和栽培草地，共選擇3個(gè)樣地。高寒草甸草地：以多年生草本植物為建群種發(fā)育成的矮草草地。在林芝地區(qū)廣泛分布，分布海拔差異很大，藏東南海拔3 800～4 400 m，藏西北4 300～5 300 m。面積2 587.7萬(wàn)hm2，占草地面積87.6%，是林芝地區(qū)主要草地類(lèi)型，主要優(yōu)勢(shì)植物有高山蒿草(Kobresiapygmaea)、 矮草蒿草(K.humilis)、華扁穗草(Blysmussinocmpressus)、圓穗蓼(Polygonummacrophyllum)、白頭苔草(Carexoxyleuca)、黑褐苔草(C.atrofusca)等。

栽培草地：夏季短暫，冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒，無(wú)霜期短。高山帶的氣候條件與寒帶相似。以禾本科植物為主，主要有草地早熟禾(Poapretensis)、紫羊茅(Festucarubra)、老芒麥(Elymussibiricus)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、黑麥草(Loliumperenne)、冬黑麥(Secalecereule)、黃花苜蓿(Medicagofalcata)等。

高寒沼澤草地：以沼生植物為建群種，可用以放牧或割草的沼澤植被。屬隱域類(lèi)型草地，在西藏分布面積較小，常占據(jù)水分補(bǔ)給充足的湖濱、扇緣潛水出帶、河谷洼地、河流低階地及冰潰洼地等地段[3]。主要優(yōu)勢(shì)植物有水麥冬(Triglochinpalustre)、芒尖苔草(C.doniana)、貝糟稈葶芥(Eleocharisvalleculosa)和燈心草(Juncuseffasus)等。

1.3土樣的采集 各樣地采用土壤剖面和五點(diǎn)取土法，分2個(gè)土壤層次(0～10、10～20 cm)分別采集土樣，將同一層次的土樣各采取3份混勻后，取1 kg，分別裝入無(wú)菌塑料袋中，帶回室內(nèi)4 ℃冰箱保存，盡快分離各類(lèi)微生物。

1.4培養(yǎng)基的配制及滅菌 牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基：牛肉膏1.5 g、瓊脂9 g、蛋白胨5 g、NaCl 2.5 g，pH值7.4～7.6，加水定容至1 000 mL。

高氏一號(hào)培養(yǎng)基：KH2PO40.5 g、MgSO4·7H2O 0.25 g、瓊脂9 g、蛋白胨0.25 g、鏈霉素15 mg·mL-1，加水定容至1 000 mL。

馬丁氏培養(yǎng)基：淀粉10 g、瓊脂9 g、NaCl 0.25 g、K2HPO40.25 g、FeSO40.005 g、KNO30.5 g、MgSO4·7H2O 0.25 g,pH值7.2～7.4,重鉻酸鉀25 mg·mL-1,并加水定容至1 000 mL。

將配制好的各種培養(yǎng)基及試驗(yàn)所需的無(wú)菌水、涂布棒、槍頭等采用高壓蒸汽滅菌法滅菌，培養(yǎng)皿采用鼓風(fēng)恒溫干燥箱進(jìn)行干熱滅菌。

1.5土壤含水量測(cè)定 取6種土樣(高寒草甸草地、沼澤草地和栽培草地3個(gè)草地類(lèi)型各采取0～10和10～20 cm 2個(gè)土層的土樣)，分別稱(chēng)取10 g，在鼓風(fēng)恒溫干燥箱中經(jīng)105 ℃烘干8 h，待冷卻后稱(chēng)量，分別計(jì)算含水量。

1.6土壤微生物分離 取6種土樣各5 g放入盛有45 mL滅菌水并帶有玻璃珠的三角瓶中，置搖床振蕩5 min，使土樣均勻分散在稀釋液中得到10-1土壤稀釋液。

待土壤充分分散后，用移液器吸取1 mL土壤稀釋液注入盛有9 mL無(wú)菌水的試管中，依次按10倍稀釋?zhuān)謩e獲得10-2、10-3、10-4土壤稀釋液。

真菌采用10-2稀釋液涂布于馬丁氏培養(yǎng)基平板上，放線(xiàn)菌采用10-3稀釋液涂布于高氏一號(hào)培養(yǎng)基平板上，細(xì)菌采用10-2稀釋液涂布于牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基平板上?？赊D(zhuǎn)動(dòng)皿底一定角度，繼續(xù)涂布，直至均勻。每個(gè)濃度做3個(gè)平板。真菌置于25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，細(xì)菌和放線(xiàn)菌置于28 ℃恒溫箱中培養(yǎng)(細(xì)菌培養(yǎng)3～5 d，真菌培養(yǎng)5～7 d，放線(xiàn)菌培養(yǎng)10～14 d)，按稀釋分離平皿菌落計(jì)數(shù)法計(jì)算細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌的活菌數(shù)量[4]。每克干土中含菌數(shù)=同一稀釋度的平均菌落數(shù)×稀釋倍數(shù)/接種量毫升數(shù)×(1-土壤含水量)。

1.7數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)用DPS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1土樣含水量 不同類(lèi)型草地土壤含水量有明顯差異(表1)。沼澤草地含水量最大，栽培草地含水量最小。栽培草地不同土層的土壤含水量差異不顯著，但沼澤草地和高寒草甸不同土層的土壤含水量差異顯著(P<0.05)。

2.2同一草地類(lèi)型微生物數(shù)量 同一類(lèi)型草地中真菌、細(xì)菌和放線(xiàn)菌的數(shù)量有顯著差異(表2)。栽培草地中微生物分布與沼澤草地一致,細(xì)菌數(shù)量較多，其次為放線(xiàn)菌和真菌；栽培草地,細(xì)菌占微生物總量的95.09%，放線(xiàn)菌占4.20%，真菌占0.71%。高寒草甸草地微生物分布有所區(qū)別，細(xì)菌較多，其次是真菌和放線(xiàn)菌。但在各類(lèi)型草地中細(xì)菌是優(yōu)勢(shì)種群所占比例均在82.40%以上。

2.3同一草地類(lèi)型不同土層微生物數(shù)量 同一類(lèi)型草地不同土層微生物的數(shù)量呈垂直分布(表2)：1)細(xì)菌，除栽培草地外，沼澤草地和高寒草甸草地樣地0～10 cm土層的數(shù)量均大于10～20 cm土層，土層間存在著顯著差異(P<0.05)；2)真菌，3個(gè)樣地均表現(xiàn)為0～10 cm土層的數(shù)量大于10～20 cm土層,土層間也存在著顯著差異；3)放線(xiàn)菌，3個(gè)樣地也均0～10 cm土層的數(shù)量大于10～20 cm土層。由此可見(jiàn)，表層土壤中微生物數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而栽培草地10～20 cm的土層更適宜細(xì)菌的生長(zhǎng)，其他類(lèi)型草地的土層均為表土層更能適宜細(xì)菌成長(zhǎng)。

表1 3種草地不同土層的土壤含水量

表2 3種不同草地類(lèi)型土壤微生物數(shù)量及比例

2.4不同類(lèi)型草地微生物數(shù)量 草地類(lèi)型不同，土壤微生物的總數(shù)也有差異(表2)。微生物總數(shù)為栽培草地>沼澤草地>高寒草甸草地。不同類(lèi)型草地的細(xì)菌數(shù)量均較多，真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量較少。

2.5不同土壤含水量對(duì)微生物數(shù)量的影響 土壤含水量順序?yàn)檎訚刹莸?高寒草甸草地>栽培草地(圖1)，不同濕度對(duì)土壤微生物區(qū)系有一定的影響(表2)，在低濕條件下放線(xiàn)菌數(shù)量最多而真菌數(shù)量最少，細(xì)菌數(shù)量和濕度關(guān)系不大。

3 討論與結(jié)論

細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌由于存在不同的生態(tài)屬性，它們的數(shù)量及所占的比例對(duì)生態(tài)條件有一定的指示意義。本研究結(jié)果表明，同一類(lèi)型草地土壤微生物種群中細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[5-6]，真菌和放線(xiàn)菌較少，說(shuō)明細(xì)菌對(duì)不同土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，土壤中有機(jī)質(zhì)、pH值等環(huán)境因子極大限制真菌和放線(xiàn)菌的生長(zhǎng)發(fā)育，這與劉世貴等[7]和趙吉等[8]研究報(bào)道的草地土壤微生物數(shù)量變化結(jié)果一致。說(shuō)明細(xì)菌在土壤分解過(guò)程扮演主要角色，為土壤有機(jī)物質(zhì)的分解提供了重要保障，僅根據(jù)微生物的數(shù)量來(lái)評(píng)價(jià)微生物在草地生態(tài)系統(tǒng)中的作用是不全面的[7]。

高寒草地土壤微生物的數(shù)量具有這樣的規(guī)律：隨著土層的加深，微生物數(shù)量逐漸減少。任何草地類(lèi)型的土壤表土層更適宜微生物的生長(zhǎng)，土壤微生物多數(shù)分布在土壤表層。這主要是因?yàn)橥寥辣韺泳奂舜罅扛导捌浞置谖?，為微生物活?dòng)提供豐富的基質(zhì)；表層土壤結(jié)構(gòu)疏松，微生物的通氣條件良好，表層土壤的水熱和通氣狀況好，利于微生物生長(zhǎng)繁殖[8-9]。

總體看來(lái)，土壤水分含量對(duì)土壤微生物代謝有一定影響，但相對(duì)較小，低濕條件有利于放線(xiàn)菌的生長(zhǎng)，但不利于真菌的生長(zhǎng)。

土壤微生物的動(dòng)態(tài)變化具有明顯的季節(jié)性，這種變化與土壤中的有機(jī)物、環(huán)境的溫濕和植物生長(zhǎng)狀況等有很密切的關(guān)系。環(huán)境中的溫度、水分等因素伴隨著季節(jié)變化而變化[10-11]。土壤微生物的動(dòng)態(tài)變化是非常復(fù)雜的。本研究?jī)H對(duì)林芝地區(qū)不同代表類(lèi)型草地中微生物進(jìn)行了初淺的研究，各草地類(lèi)型土壤微生物的季節(jié)動(dòng)態(tài)還有待于進(jìn)一步研究。研究各草地優(yōu)勢(shì)微生物和特有微生物的分布以及在草地中的作用，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)草地有益微生物資源，使微生物在高寒草地的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和改良中更好地發(fā)揮作用。

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