新疆野生櫻桃李林不同生態(tài)條件下土壤細(xì)菌數(shù)量變化及其影響因子研究

尚天翠， 衛(wèi) 剛， 趙 玉

(1. 伊犁師范學(xué)院化學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院， 新疆 伊寧 835000；2. 新疆伊寧衛(wèi)生學(xué)校專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科， 新疆 伊寧 835000)

新疆野生櫻桃李林不同生態(tài)條件下土壤細(xì)菌數(shù)量變化及其影響因子研究

尚天翠1， 衛(wèi) 剛2， 趙 玉1

(1. 伊犁師范學(xué)院化學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院， 新疆 伊寧 835000；2. 新疆伊寧衛(wèi)生學(xué)校專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科， 新疆 伊寧 835000)

采用稀釋平板法，研究了新疆野生櫻桃李林3種不同樣地土壤細(xì)菌數(shù)量變化及其與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明細(xì)菌數(shù)量在不同樣地間的差異較大，細(xì)菌數(shù)量為林下>溝邊>林窗，在P<0.01水平上，細(xì)菌數(shù)量在不同樣地間的差異性顯著，林下的細(xì)菌數(shù)量最多(79.15×106個(gè)/g)，林窗的最少(5.71×106個(gè)/g)。土壤細(xì)菌數(shù)量垂直分布均是隨著垂直深度的增加，細(xì)菌數(shù)量逐漸減少(P<0.05)，其中細(xì)菌數(shù)量在林下層次間差異性顯著(P<0.05)，在林窗不同層次間差異性不顯著(P>0.05)。土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的相關(guān)分析表明, 土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量間均存在極顯著正相關(guān)。

野生櫻桃李；土壤；細(xì)菌數(shù)量

土壤中含有大量的微生物，其中細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌是土壤微生物的主要類(lèi)群，它們?cè)陴B(yǎng)分循環(huán)、腐殖質(zhì)形成、土壤穩(wěn)定中起著十分重要的作用，也是維持和恢復(fù)土壤生產(chǎn)力的重要指標(biāo)之一[1-4]，是土壤生態(tài)系統(tǒng)必不可少的組成部分。細(xì)菌是土壤中數(shù)量最多、繁殖最快的微生物，70%～90%的土壤微生物都是細(xì)菌，它們?cè)谕寥牢镔|(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)中起著非常重要的作用[5]。夏北成等[6]在研究土壤細(xì)菌類(lèi)克隆群落及其結(jié)構(gòu)的生態(tài)學(xué)特征時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的種類(lèi)和數(shù)量隨土壤環(huán)境以及土壤層次的不同而變化，尤其表層土壤環(huán)境中細(xì)菌種類(lèi)最多。

野生櫻桃李(PrunusdivaricataLdb.)又名野酸梅，為薔薇科李屬植物，為中國(guó)特有種[8-9]，主要分布于中亞山地，新疆伊犁是它分布的最東端[7]。1987年被列為國(guó)家Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)物種和自治區(qū)Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)物種[8,10-12]。此種珍稀、瀕危，現(xiàn)僅分布于新疆伊犁谷地以北博羅霍洛山南麓的霍城縣大西溝和小西溝的10多條支溝中，是新疆野果林闊葉林森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成樹(shù)種之一[9]。近年來(lái)，有關(guān)新疆野生櫻桃李的研究主要集中在其植物學(xué)特征、生物學(xué)特性、土壤、植被 、生境等方面，對(duì)野生櫻桃李林土壤可培養(yǎng)細(xì)菌方面的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文主要以野生櫻桃李林不同樣地和不同土層深度土壤為研究對(duì)象，主要對(duì)其細(xì)菌數(shù)量變化，土壤中細(xì)菌數(shù)量與環(huán)境因子方面進(jìn)行相關(guān)分析, 旨在為野生櫻桃李種群恢復(fù)過(guò)程中幼苗定居的土壤生境選擇性和林地生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

供試土壤樣品采集于新疆伊犁谷地霍城縣的大西溝，位于伊犁河谷以北的博羅霍洛山的南麓，海拔高度為1100～1600 m，地處東經(jīng)81°30′～81°40′ ，北緯44°30′～44°35′。屬溫帶大陸性氣候，太陽(yáng)輻射總量為5600～5800 MJ /m2，年日照時(shí)數(shù)3150 h，土壤表面的年平均溫度7℃，年均降水量約500 mm。該地區(qū)的野生果樹(shù)主要有野生櫻桃李(PrunusdivaricataLdb.)、野蘋(píng)果(Malussieversii)、野杏(Ar-meniacavulgaris)、準(zhǔn)噶爾山楂(Crataegussongorica)等，草本植物主要有針茅(Stipacapillata)、大羊茅(Festucagigantea)、山地糙蘇(Phlomisoreophila)、偃麥草(Elytrigiarepens)、膜苞鳶尾(Irisscariosa)、白花車(chē)軸草(Trifoliumrepens)、綠草莓(Fragariaviridis)等。野生櫻桃李主要分布在大西溝的主溝和支溝內(nèi)，土壤主要以黑鈣土為主[13]。

1.2 土壤采集

2011年6月，分別在伊犁大西溝野生櫻桃李林下、林窗、溝邊采取土壤。用小鋤頭刮去土壤表面的殘枝，挖取林下、林窗和溝邊1～10 cm、10～20 cm和20～30cm層土壤，用保鮮袋裝好，貼好標(biāo)簽。運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室置于4℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 方法

1.3.1 土壤理化指標(biāo)的測(cè)定

土壤 pH值用酸度計(jì)分析，土壤含水量采用重量法分析，土壤電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀分析，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法，全氮用半微量凱氏法測(cè)定。

1.3.2 土壤細(xì)菌數(shù)量的測(cè)定

土壤微生物數(shù)量分析采用稀釋平板分析法。土壤細(xì)菌計(jì)數(shù)培養(yǎng)基采用SABA培養(yǎng)基[12]。各個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，最終結(jié)果取其平均值。 接種后倒置于28℃恒溫箱中培養(yǎng)5 d，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)，細(xì)菌菌落數(shù)選在 20～200 個(gè)之間的計(jì)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)的分析

不同樣地土壤理化性質(zhì)存在差異(表1)。土壤呈弱堿性，pH值范圍為7.23 ～ 7.63之間，含水量差異較大，最高含水量達(dá)到34.49%，最低為2.29%。不同土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮含量均隨著土層深度的增加而降低；同一土層，不同樣地土壤理化性質(zhì)也存在差異性。林下0～10 cm 土層有機(jī)質(zhì)、全氮含量最高，含量分別為110.52 g/kg和5.84 g/kg。

表1土壤的理化性質(zhì)

注：林下-Lin；林窗-Lch；溝邊-Gou。

2.2 不同樣地土壤細(xì)菌數(shù)量的變化

表2 不同樣地土壤細(xì)菌數(shù)量及差異

每行間小寫(xiě)字母不同表示同一樣地不同層間差異顯著(P<0.05)；總數(shù)列的大寫(xiě)字母不同表示樣地間差異極顯著(P<0.01)。

各樣地間的差異見(jiàn)表2。從表2可以看出，細(xì)菌數(shù)量在不同樣地間的差異較大，細(xì)菌數(shù)量為林下>溝邊>林窗。在P<0.01水平上，細(xì)菌數(shù)量在不同樣地間的差異性顯著，林下的細(xì)菌數(shù)量最多(79.15×106個(gè)/g)，林窗的最少(5.71×106個(gè)/g)。說(shuō)明林下的生態(tài)環(huán)境條件較其它地區(qū)更適合土壤細(xì)菌的生存繁殖。不同樣地間的細(xì)菌數(shù)量存在較大的差異，主要是由于采樣點(diǎn)的自然生態(tài)環(huán)境多種多樣。土壤中細(xì)菌數(shù)量變化較大，進(jìn)一步說(shuō)明細(xì)菌數(shù)量與其所處生態(tài)環(huán)境因子息息相關(guān)。

圖1 細(xì)菌垂直變化

2.3 土壤細(xì)菌數(shù)量的垂直變化

土壤細(xì)菌數(shù)量和土層深度有關(guān)，見(jiàn)表2和圖1。從圖1 可以看出，不同樣地土壤細(xì)菌數(shù)量均是 0～10 cm 層最多，隨著垂直深度的增加而逐漸減少，表明0～10 cm土層是土壤微生物的主要活動(dòng)區(qū)域。其中細(xì)菌數(shù)量在林下層次間差異性顯著(P<0.05)，在林窗不同層次間差異性不顯著(P>0.05)，溝邊的0～10 cm與10～20 cm和20～30 cm在P<0.05 水平上差異性顯著。表層與深層土壤的差異不僅表現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量等方面，還表現(xiàn)在其透氣性、溫濕度等方面，可以說(shuō)是多種因素共同作用的結(jié)果，從而造成了土壤不同深度細(xì)菌數(shù)量的不同。

2.4 土壤細(xì)菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)和全氮的相關(guān)性分析

對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量進(jìn)行相關(guān)分析表明(圖2)，土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量二者之間均有較好的相關(guān)性，土壤細(xì)菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)(R2=0.869，P<0.01)、全氮含量(R2=0.8999，P<0.01)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明土壤細(xì)菌活性很大程度上受有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量的影響。

圖2 夏季土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的相關(guān)分析

3 討論

對(duì)不同生態(tài)條件下土壤細(xì)菌數(shù)量的變化研究，結(jié)果表明，細(xì)菌數(shù)量在不同樣地間的差異較大，細(xì)菌數(shù)量為林下>溝邊>林窗。周曉梅等[14]對(duì)松嫩平原不同生境土壤細(xì)菌數(shù)量研究結(jié)果也表明不同生態(tài)環(huán)境下，各類(lèi)群細(xì)菌的數(shù)量存在著較大的差異。邵寶林等[15]對(duì)橫斷山北部高山區(qū)不同生態(tài)條件下土壤微生物研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物數(shù)量在不同地理區(qū)域間存在一定的差異。說(shuō)明不同生態(tài)條件對(duì)土壤微生物數(shù)量影響效果是有差異的。造成此現(xiàn)象的原因可能是林下的枯枝落葉積累多，營(yíng)養(yǎng)源豐富，水分充足，有利于細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，而林窗和溝邊野生櫻桃李分布少，凋落物積累少，土壤養(yǎng)分容易流失，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量減少。因此，在水熱條件充足的環(huán)境中，植被生長(zhǎng)良好，土壤微生物數(shù)量較高，生態(tài)系統(tǒng)良好。反之，微生物數(shù)量低，生態(tài)系統(tǒng)脆弱。

劉世貴等[16]在研究川西北退化草地土壤微生物數(shù)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤微生物數(shù)量存在顯著的垂直分布規(guī)律，且表土層數(shù)量大于深土層，而土壤微生物最活躍的集中于表土層。馮虎元等[17]對(duì)青藏高原多年凍土微生物的研究表明, 微生物數(shù)量隨土層深度的增加和凍土年代的遞增而顯著減少。本試驗(yàn)研究結(jié)果也符合這一規(guī)律，但又有其與所處環(huán)境相符和自身的特點(diǎn)。本試驗(yàn)中，不同樣地土壤細(xì)菌數(shù)量的垂直分布規(guī)律表現(xiàn)為：隨著土層深度的增加，微生物數(shù)量呈遞減的趨勢(shì)，在林下層次間的差異性極顯著(P<0.05)，在林窗不同層次間差異性不顯著(P>0.05)，溝邊的0 ～ 10 cm與10 ～ 20 cm和20 ～ 30 cm在P<0.05 水平上差異性顯著?？梢?jiàn)，土壤微生物多分布在土壤表層與枯枝落葉有密切關(guān)系，而且有充足的營(yíng)養(yǎng)源，水熱和通氣狀況都比較好，有利于微生物的生長(zhǎng)和繁殖。而隨著土層加深，有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)的含量減少，土壤溫度降低，微生物活動(dòng)能力減弱，其數(shù)量相應(yīng)降低減少。

研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)和全N含量對(duì)土壤微生物數(shù)量有顯著影響[14,18]，土壤有機(jī)質(zhì)和全 N作為微生物生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)與土壤細(xì)菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，野生櫻桃李林土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī) C和全 N 含量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明研究區(qū)域土壤有機(jī) C和全 N的含量分別是影響細(xì)菌數(shù)量的關(guān)鍵因素?？傊?，野生櫻桃李林不同生態(tài)條件下細(xì)菌數(shù)量的多少與其植被類(lèi)型以及其它環(huán)境因素相互作用、相互影響的結(jié)果。

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Number variation of bacteria in the soil of Xinjiang prunus divaricata under different elology conditions and its impact factors

SHANG Tian-cui1, WEI Gang2, ZHAO Yu1

(1. Chemistry and Bioscience school, Yili Normal University，Yining 835000;2. The professional foundation Course of Yining Health School, Yining 835000， China)

Bacteria quantity in three different soil in Daxigou of Xinjiang were studied using the dilution plate method as well as the factors that may affect the bacteria quantities.The results showed that the soil bacteria numbers were obviously varied in three different soils (P<0.01), that is, under forest>channel edge>forest gap,which was the most in underforest of 0-10 cm soil layers(79.15×106/g)79.15×106/g, and least in forest gap of 20 -30 cm soil layers(5.71×106/g). Vertical distribution of bacteria showed that they were decreased with the increasing vertical depth(P<0.05),and there was a significant difference for bacteria number in underforesty(P<0.05) and no significant difference in forest gap(P>0.05). Correlation analysis indicated the number of bacteria appeared extremely significant and positively correlated with the total organic C and total N in soil.

Prunusdivaricata; soil; bacteria quantity

2014-09-24；

2014-11-13

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41061009)

尚天翠，碩士研究生，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榄h(huán)境微生物學(xué),E-mail：shang2000_1@163.com。

S154.3

A

2095-1736(2015)02-0058-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.02.058