呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物量及土壤酶活性研究

以呼伦贝尔5种不同草地类型(线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原)为研究对象,分析了不同草地类型土壤理化性状、土壤微生物数量、土壤微生物量、土壤酶活性的变化特征及其相互关系。研究表明,各类菌群数量分布在5种草地中均为细菌>放线菌>真菌,但不同菌群数量及区系组成在各草地类型间均存在显著差异(P<0.05)。细菌数量在5种草地中依次为:羊草>贝加尔针茅>克氏针茅>线叶菊>大针茅,真菌数量依次为:线叶菊>克氏针茅>羊草>贝加尔针茅>大针茅,放线菌数量依次为:克氏针茅>羊草>线叶菊>贝加尔针茅>大针茅。土壤微生物量碳、氮(SMBC、SMBN)在不同草地类型间差异显著(P<0.05),线叶菊草原土壤微生物量碳、氮均显著高于其他草地类型(P<0.05),其中大针茅草原、羊草草原土壤微生物量碳、氮均较低。研究还表明,各草地类型土壤酶活性的垂直分布均表现为表层土壤(0~10cm)酶活性大于下层土壤(10~20cm)酶活性,不同草地类型间土壤酶活性亦存在显著差异(P<0.05),线叶菊草原土壤过氧化氢酶和转化酶活性均显著高于贝加尔针茅草原和大针茅草原;土壤脲酶活性以克氏针茅草原最高,且与线叶菊草原、贝加尔针茅草原和大针茅草原差异显著;而土壤磷酸酶活性则为羊草草原显著高于其他样地。相关分析结果表明,不同草地类型土壤微生物数量、土壤微生物量、土壤酶活性、土壤理化性状之间均存在相关性,从回归分析得出的2个方程可知,土壤微生物量碳随着土壤含水量、细菌数量的增加而增加,随着土壤磷酸酶活性的增加而降低;土壤微生物量氮则随着土壤过氧化氢酶活性的增加而增加,而随着土壤磷酸酶活性与土壤容重的增加而降低。     

宁夏东部荒漠草原向灌丛地转变过程土壤微生物响应

为探究荒漠草原向灌丛地人为转变过程中土壤微生物及其酶活性的响应特征,选取宁夏东部荒漠草原近30年典型草地-灌丛地镶嵌体区域的荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为研究样地,开展各样地不同微生境（植丛和空斑）下的0~20 cm土层土壤理化性质、微生物数量、微生物生物量及其酶活性特征研究。结果显示：随转变过程各样地土壤水分、土壤有机碳、全碳、全氮以及全磷含量分别由6.84%、8.54 g·kg^-1、22.67 g·kg^-1、0.85 g·kg^-1、0.32 g·kg^-1显著下降至1.78%、5.85 g·kg^-1、6.63 g·kg^-1、0.16 g·kg^-1、0.23 g·kg^-1（P<0.05）,pH无明显变化。细菌数量呈先降后升变化,荒漠草地略高于灌丛地,真菌数量呈“下降-上升-再下降”非线性变化,灌丛地略高于荒漠草地,放线菌数量下降趋势明显。微生物生物量碳、氮含量分别由87.66、5.94 mg·kg^-1显著下降至9.94、1.85 mg·kg^-1（P<0.05）。过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性呈显著波动或线性下降趋势,荒漠草地均显著大于灌丛地（P<0.05）。土壤微生物特性和酶活性在各样地不同微生境均表现为植丛显著大于空斑（P<0.05）。随着植被转变过程土壤水分、全碳、全氮与土壤微生物（放线菌、土壤微生物量碳氮、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶）呈极显著正相关（P<0.01）,土壤有机碳、全磷与土壤微生物量碳、脲酶呈显著正相关（P<0.05）,pH与土壤微生物无显著关系（P>0.05）;放线菌数量、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶活性与微生物量碳、氮呈极显著正相关（P<0.01）,细菌、真菌数量和蔗糖酶活性与微生物量碳、氮呈正相关（P>0.05）。荒漠草原向灌丛地过渡转变过程,虽各指标存在升高、降低或过渡边界效应,但当过渡到灌丛地均显著低于荒漠草地,表明该年限灌丛地土壤微生物活性显著降低。     

温性荒漠化草原不同放牧强度下土壤酶与肥力的关系

为揭示放牧扰动下土壤养分供给水平的变化,对温性荒漠化草原不同放牧强度下土壤酶活性与肥力因子的关系进行了研究。结果表明:除对照区外,随放牧强度的增加,土壤容重增大;各层土壤含水量、全氮、速效氮、有机质和速效磷均随放牧强度的增加而下降,且随土层深度的加深含量递减;各层土壤速效钾则随放牧强度的增加表现"低-高-低-高"的变化趋势,随土层深度的增加含量递减(P<0.01);放牧区土壤呈弱碱性;除0~10 cm土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶随放牧强度的增加有增加趋势外,其他各层土壤3种酶活性均为LG>MG>CK>HG,与土壤主要肥力因子表现出相同的变化趋势,除个别土层外,3种酶土体层次间差异不明显。相关分析表明,土壤3种酶间、3种酶与土壤主要肥力因子间相关显著(P<0.05)或极显著(P<0.01),说明土壤酶可以用来表征土壤肥力状况;主成分分析同样得出土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性与土壤肥力之间具有良好的相关性,可以用来指示草原退化与恢复状况。     

围封年限对典型草原土壤微生物及酶活性的影响

选取不同围封年限的生长季围封恢复草地为研究对象,开展典型草原恢复演替过程中土壤微生物及酶活性变化规律的研究,探讨土壤微生物及酶活性与草地植被及土壤养分的相关性,结果表明:(1)与自由放牧草地相比,围封7、10、13、20年,土壤0～30cm土层细菌、放线菌、真菌数量显著增加,土壤转化酶、脲酶活性增强,土壤微生物量碳、氮含量显著增加(P<0.05),且随围封年限的延长呈增加的变化趋势。(2)典型草原恢复演替过程中土壤微生物及酶活性与草地植被及土壤养分呈基本一致的变化规律,三者呈密切的正相关关系,以土壤真菌数量、微生物量碳、氮含量与草地植被及土壤养分含量间的相关关系最为显著,其相关系数均达显著水平(P<0.05)。     

休牧对贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性的影响

采用Biolog-Eco微平板技术和氯仿熏蒸浸提法,以自由放牧地(zero rest grazing, RG₀)为对照,研究了休牧不同年限(RG_3a、RG_6a和RG_9a)贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的变化。结果表明,休牧后贝加尔针茅草原土壤微生物群落代谢活性显著升高。反映土壤微生物活性的平均颜色变化率(AWCD)呈以下变化趋势:RG_6a>RG_9a>RG_3a>RG₀。RG_6a和RG_9a样地AWCD值差异不显著(P>0.05),但均显著高于RG₀样地(P<0.05),RG_3a与RG₀样地差异不显著(P>0.05)。休牧不同年限贝加尔针茅草原土壤微生物群落Shannon-Wiener物种丰富度指数(H)、Shannon-Wiener物种均匀度指数(E)和Simpson优势度指数(D)均为RG_9a最高,其中RG_9a样地H值与其他样地差异显著(P<0.05);不同处理E值差异不显著(P＞0.05),RG_9a样地D值与RG₀差异显著(P<0.05)。主成分分析结果表明,RG₀,RG_3a和RG_6a样地土壤微生物群落碳源利用方式及代谢功能相似,而RG_9a样地土壤微生物群落具有不同的碳源利用方式和代谢功能。对不同碳源的分析结果表明,糖类、氨基酸类、脂类为土壤微生物利用的主要碳源。随休牧年限的增加,土壤微生物量呈增加趋势。RG_9a土壤微生物量碳、微生物量氮(soil microbial biomass C, N)含量均最高,分别为590.20和72.86 mg/kg。相关分析表明,AWCD值与土壤微生物H值呈显著正相关(P<0.05),与D值呈极显著正相关(P<0.01);H值与D值呈极显著正相关(P<0.01)。H值、D值均与土壤微生物量碳(SMBC)呈显著正相关(P<0.05);H值与土壤微生物量氮(SMBN)呈显著正相关(P<0.05)。由此可知,休牧使草原土壤微生物代谢功能增强,土壤微生物繁殖快、数量大,从而促进土壤微生物量碳、氮含量的增加。     

典型草原恢复演替过程中土壤微生物及酶活性动态变化研究

选取不同围封年限的生长季围封恢复草地为研究对象,开展典型草原恢复演替过程中土壤微生物及酶活性动态变化的研究,探讨土壤微生物及酶活性与草地植被及土壤养分的相关性。结果表明:与自由放牧草地相比,围封7年、10年、13年和20年的草地,其土壤0~30 cm土层细菌、放线菌和真菌数量显著增加,土壤转化酶、脲酶、蛋白酶和过氧化氢酶活性增强,土壤微生物量碳、氮含量显著增加(P<0.05),且随围封年限的延长呈增加的变化趋势。典型草原恢复演替过程中土壤微生物及酶活性与草地植被及土壤养分呈基本一致的变化规律,三者成密切的正相关关系。     

围封与放牧对土壤微生物和酶活性的影响

以阿拉善高原微温干旱温带半荒漠类草地为对象,研究了围封与放牧对土壤微生物量碳、氮及土壤酶活性的影响,旨在为荒漠区退化草地的恢复与重建提供科学依据。结果表明,1）围封与放牧地土壤微生物量碳含量无显著差异（P＞0.05）,而围封样地内土壤微生物量氮含量显著高于放牧样地（P＜0.05）,从而使得其土壤微生物量碳氮比显著低于放牧样地,且围封与放牧条件下不同土层的土壤微生物量碳、氮含量变化规律均为表层（0~10 cm）土壤高于下层（10~20 cm）土壤。2）围封样地表层土壤脲酶和碱性磷酸酶的活性均高于放牧样地,下层土壤的碱性磷酸酶的活性也高于放牧样地,而脲酶活性则显著低于放牧样地。对于土壤蔗糖酶活性,围封样地仅下层土壤显著高于放牧样地,而表层土壤无差异。另外,围封和放牧条件下3种酶的活性在不同土层间的高低规律也不一致。3）围封与放牧条件下土壤微生物量碳和氮含量与土壤酶活性的关系表现不同,围封条件下,仅土壤微生物量碳含量与土壤脲酶活性呈显著正相关,而与土壤蔗糖酶活性呈显著负相关。放牧条件下,土壤微生物量碳和氮均与土壤脲酶活性呈显著负相关,而与蔗糖酶和碱性磷酸酶活性呈显著正相关。另外,土壤微生物量碳氮比与脲酶活性在放牧条件下也呈显著正相关性。     

典型草原自然演替过程中土壤理化性质动态变化

以内蒙古巴林右旗退化典型草原为研究对象,采用空间序列代替时间序列的方法,探讨围封条件下,退化典型草原自然恢复过程中土壤物理性质及养分的动态变化。结果表明:围封对典型草原土壤含水量产生深刻影响,土壤水分含量呈增加趋势,增加最明显的是土壤表层0~5 cm;典型草原群落自然恢复过程中,土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾增加极显著(P<0.01),全磷和速效磷增加较为显著(0.01<P<0.05),同时,土壤养分有明显的表聚现象;典型草原群落去除放牧践踏的干扰后,土壤物理性状得以改善,恢复6年和10年的0~5 cm土层土壤容重分别为1.27和1.25 g/cm3,显著低于恢复初期的土壤容重(P<0.05)。     

紫花苜蓿人工草地土壤养分及土壤微生物特性

以不同生长年限的紫花苜蓿(Medicago sativa L.)人工草地为研究对象,于2008年分别测定了生长1~5年的紫花苜蓿人工草地土壤的微生物生物量碳和微生物氮、土壤养分和微生物数量。结果表明:不同生长年限的紫花苜蓿人工草地土壤微生物特性及其养分含量存在差异,其中以生长4年的各项指标为最高;土壤表层微生物碳、氮含量高于土层10~20 cm中的含量,土壤养分存在"表聚"现象;表层土壤微生物数量高于10~20 cm土层,固氮菌占优势,真菌的数量较少;土壤有机质含量影响土壤微生物碳、氮含量,微生物碳与土壤速效钾(P<0.05,r=0.916)、微生物氮与速效磷均存在显著正相关(P<0.05,r=0.995)。     

不同利用方式下草地土壤微生物及土壤呼吸特性

通过对呼伦贝尔羊草(Leymus chinensis)草甸草原土壤呼吸特性及土壤微生物的测定,研究了3种不同利用方式(围封、放牧和刈割)对天然草地土壤呼吸特性及土壤微生物的影响,为草甸草原土壤呼吸研究提供基础理论依据。结果表明:不同利用方式下土壤呼吸速率、土壤微生物量碳含量与土壤酶活性(除脲酶)均表现为草地围封比放牧和刈割呼吸速率高(含量高、活性强);土壤微生物量氮含量、脲酶活性和微生物数量表现为草地放牧和刈割比围封的含量高(活性强、数量多);土壤微生物量碳、氮含量、土壤酶活性(除脲酶)和土壤微生物数量均以表层(0～10cm)最高(活性最强、数量最多),随着土层深度增加而降低(活性下降、数量减少)。土壤呼吸速率与微生物量碳、土壤酶活性(除过氧化氢酶)成正相关,与微生物量氮、过氧化氢酶和微生物数量成负相关,其中只与微生物量氮相关性显著,而其余之间均不显著。     

放牧对温带典型草原植物物种多样性及土壤养分的影响

为探讨放牧强度对植物多样性及土壤养分的影响,本文以内蒙古温带典型草原毛登牧场为研究对象,选取围封、中度放牧、重度放牧3个放牧强度的试验样地,运用方差分析法研究不同放牧强度下植物多样性和土壤养分含量的差异性,采用典范对应分析揭示植物多样性与土壤养分间的关系。结果表明,植物群落物种组成受放牧强度影响变化显著,部分优势种重要值降低;放牧强度增大对植物群落多样性指数影响不显著,围封样地植物群落Pielou均匀度指数显著大于中度放牧、重度放牧样地（P<0.05）;围封样地土壤全钾（0~20 cm）、土壤有机质（0~40 cm）含量显著（P<0.05）大于中度放牧、重度放牧样地,硝态氮、铵态氮、全磷含量在不同强度放牧样地间差异不显著。典范对应分析结果表明,放牧干扰下温带典型草原多年生禾本科草本植物多样性与全钾、土壤有机质、铵态氮含量呈正相关,多年生非禾本科草本植物多样性与硝态氮、全磷含量呈正相关。     

藏北高寒草原土壤酶活性对氮添加的响应及其影响因素

为阐明藏北高寒草原土壤酶活性对氮沉降响应规律,本研究于2013年开展模拟氮沉降试验(氮添加水平：0,2,5和10 g·m^-2·yr^-1),采用样方法对植物取样,双对角线法对土壤取样,分析土壤酶活性在氮添加5年后的变异特征及影响土壤酶活性的主要环境要素。结果表明：蔗糖酶、纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性在氮添加后显著降低(P<0.01),而脲酶和中性磷酸酶活性在氮添加后显著增加(P<0.01)。通过相关性分析和冗余分析表明：氮添加未显著影响土壤pH,土壤pH对土壤酶不存在显著影响。氮添加增加土壤活性氮含量,提高凋落物量和地下生物量,降低根系木质素含量;氮添加增加土壤中易分解的碳氮资源,降低碳相关水解酶和氧化酶活性,提高脲酶活性;氮添加提高了植物对磷的需求,增强磷酸酶活性。因此,氮添加引起植物特征的变化是影响土壤酶活性的主要因素。     

不同放牧强度和水分处理下荒漠草原土壤呼吸与群落地下生物量的关系

为比较短花针茅（Stipa breviflora）荒漠草原不同放牧强度下不同水分处理对土壤呼吸、根系现存量和根系净生长量的影响,揭示土壤呼吸与地下生物量之间的关系,本研究在内蒙古荒漠草原不同放牧强度试验区进行对比性试验。放牧强度试验采用完全随机区组设计,将50 hm²试验样地分为不放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4个梯度,3次重复。每个放牧强度下设有4个不同水分处理（减水50%、自然降水、增水50%和增水100%）。在不同水分处理小区内,采用开路式土壤碳通量测量系统LI-8100测定土壤呼吸速率,用根钻法测定根系现存量,根袋法测定根系净生长量。结果表明：不同放牧强度对土壤呼吸和群落地下生物量没有产生显著性影响（P>0.05）;土壤呼吸速率随着降水的增多显著增加（P<0.05）;在整个生长季中,土壤呼吸速率呈现先增高后下降的趋势;群落地下生物量在减水50%处理下显著降低（P<0.05）,根系净生长量在增水100%处理下最高,显著高于减水50%处理（P<0.05）;土壤呼吸速率与根系现存量和根系净生长量存在显著的正相关关系（P<0.05）。因此,在干旱的荒漠草原,水分是影响土壤呼吸和群落生长发育的主要因素。     

温带典型草原土壤理化性质及微生物量对放牧强度的响应

为了研究不同放牧强度对草地土壤理化性质及微生物量的影响,本文以内蒙古温带典型草原为研究对象,设置了4个放牧梯度：对照（围封）、28只羊每月放牧3天（轻度）、6天（中牧）、12天（重牧）,采用控制实验分析了不同放牧处理下草原土壤理化性质和土壤微生物量之间的相关关系。结果表明：放牧强度和土壤深度均对土壤pH值、硝态氮和速效磷含量产生极显著影响（P<0.01）,土壤总氮和总有机碳含量受放牧强度极显著影响（P<0.01）,轻牧处理含量显著高于其他处理样地。土壤微生物量碳、磷含量受放牧强度影响显著（P<0.05）。因子分析及相关分析结果表明,土壤MBP含量与土壤因子F1（TN,AN,NO₃^--N,TOC,AP,NH₄⁺-N）极显著正相关（P<0.01）,土壤MBN含量与土壤因子F1显著正相关（P<0.05）,说明MBN和MBP与土壤理化指标之间具有统一性,微生物量氮、磷可以灵敏地反映出放牧强度变化下的土壤理化性质和微生物生物量的变化。     

贝加尔针茅草原土壤酶活性及微生物量碳氮对养分添加的响应

通过草地养分添加控制试验,研究了贝加尔针茅(Stipa Baicalensis)草原在CK,K,P,N,PK,NK,NP,NPK不同养分添加方式下土壤酶活性、土壤微生物量碳氮的变化以及他们与土壤养分间的相互关系。结果表明:土壤蔗糖酶在含磷养分添加条件(NP,NPK,P,PK)下活性显著高于CK,脲酶活性在氮磷组合添加条件下(NP,NPK)下有显著提高,碱性磷酸酶活性在NP,NPK和NK处理下有显著的提高,过氧化氢酶在不同养分添加条件下活性与CK无显著差异;NP,NPK,N和PK处理下微生物量碳显著高于其他处理,NP处理下微生物量氮显著高于CK;过氧化氢酶、蔗糖酶活性与速效磷含量呈显著正相关,微生物量碳与脲酶和碱性磷酸酶活性呈显著正相关,与蔗糖酶活性呈极显著正相关,微生物量氮与速效磷、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性呈显著正相关。综合分析表明,氮磷养分组合添加可以提高贝加尔针茅草原土壤酶活性和微生物量碳氮含量,有利于土壤肥力状况改良。     

三江源区不同退化梯度高寒草原土壤重金属含量及其与养分和酶活性的变化特征

为了探讨不同退化梯度高寒草地土壤重金属含量对土壤养分和酶活性的影响,本试验以三江源区玛多县周边高寒草地未退化（Non-degraded grassland,ND）、轻度退化（Light degraded grassland,LD）、中度退化（Moderate degraded grassland,MD）以及重度退化（Heavy degraded grassland,HD）4种不同退化梯度为研究对象,分别采取高寒草地0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm的土样,对土壤理化性质（全氮、全磷、全钾和全碳等）、酶活性（脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶）和重金属含量（铜Cu、铬Cr、铅Pb、锌Zn和镉Cd）进行测定和分析。试验结果表明,土壤理化性质、酶活性和重金属含量随着高寒草地退化程度的加剧呈先降低后上升再降低的趋势。土壤理化性质中,不同退化程度草地0~10 cm土层土壤全碳、硝态氮和pH差异显著（P<0.05）;10~20 cm土层土壤全氮、硝态氮、全碳和pH差异显著（P<0.05）;20~30 cm土层土壤全氮和全碳差异显著（P<0.05）。土壤酶中,不同退化程度草地0~10 cm土层土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶,差异显著（P<0.05）;10~20 cm和20~30 cm土层土壤脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶差异显著（P<0.05）。土壤重金属元素含量中,不同退化程度草地0~10 cm和10~20 cm土层土壤Cu,Cd,Zn以及20~30 cm土层Cu,Cr,Cd差异显著（P<0.05）。同一退化程度随土层加深重金属含量具富集趋势。相关性分析显示5种重金属含量与土壤理化性质和土壤脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶以及过氧化氢酶显著相关（P<0.05）。根据土壤污染负荷指数法计算,各退化梯度土壤均属于重金属中度污染。综上所述,本试验分析了不同退化草地土壤物理变化、酶活性变化及重金属含量变化,可为三江源高寒草地土壤健康、资源可持续利用、防止土壤退化提供参考。