内蒙古贝加尔针茅草原不同利用方式土壤微生物功能多样性

内蒙古贝加尔针茅草原不同利用方式土壤微生物功能多样性内容摘要：

DOI:10.13292/j.1000-4890.2012.0167 31（ 5） ： 1143 － 1149 生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 2012， 内蒙古贝加尔针茅草原不同利用方式 * 土壤微生物功能多样性 张海芳 1， 2 李 刚 1 宋晓龙 1 刘红梅 1 张静妮 1 杨殿林 1＊＊ 赵树兰 2 多立安 2 （ 1 农业部环境保护科研监测所，天津 300191； 2 天津师范大学生命科学学院，天津 300387） 摘 要 基于 Biolog-ECO 技术，研究了贝加尔针茅草原在自由放牧、刈割和围封 3 种不同 利用方式下土壤微生物群落功能多样性变化 。结果表明： 不同的利用方式能显著改变土壤 微生物群落代谢活性，反映微生物活性的平均颜色变化率表现为围封 ＞ 自由放牧 ＞ 刈割， 围封时土壤微生物群落代谢活性最高； 不同的利用方式改变了土壤微生物群落多样性指 数，自由放牧土壤微生物群落丰富度指数、均匀度指数和优势度指数均最高，围封次之，刈 割最低。主成分分析结果表明： 在自由放牧和刈割 2 种利用方式下土壤微生物群落碳源利 用模式及代谢功能相似，而围封土壤微生物群落具有不同的碳源利用模式和代谢功能； 糖 氨基酸类和代谢中间产物及次生代谢物为土壤微生物利用的主要碳源 。 不同的利用方 类、 式改变了贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性 。 针茅草原； 土壤微生物群落； Biolog-ECO． 中图分类号 S154． 36 文献标识码 A 文章编号 1000 － 4890（ 2012） 5 － 1143 － 07 Functional diversity of soil microbial communities in Stipa baicalensis steppe in Inner Mongolia as affected by different land use patterns． ZHANG Hai-fang1，2 ，LI Gang1 ，SONG Xiaolong1 ，LIU Hong-mei1 ，ZHANG Jing-ni1 ，YANG Dian-lin1＊＊ ，ZHAO Shu-lan2 ，DUO Li-an2 （ 1 Agro-Environmental Protection Institute， Ministry of Agriculture， Tianjin 300191， China； 2 College of Life Science，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China） ． Chinese Journal of Ecology，2012，31（ 5） ： 1143 － 1149． Abstract： By using Biolog-ECO technique，this paper studied the variations of the functional diversity of soil microbial communities in Stipa baicalensis steppe under effects of different land use patterns （ grazing，mowing，and fencing） ． Different land use patterns changed the metabolic activities of the soil microbial communities significantly． The average well color development which directly reflected the microbial activities changed in the order of fencing ＞ grazing ＞ mowing． Under the effects of the land use patterns，the diversity indices of the microbial communities varied． The richness index （ H） ，evenness index （ E） ，and dominance index （ D） were the highest under grazing，followed by under fencing and mowing． The principal component analysis （ PCA） showed that the carbon source utilization mode and metabolic function of the microbial communities were similar under grazing and mowing，but differed from those under fencing． Carbohydrates，amino acids，intermediate metabolites，and secondary metabolites were the main carbon sources utilized by the microbial communities． This study showed that different land use patterns changed the functional diversity of the soil microbial communities in the Stipa baicalensis steppe in Inner Mongolia． 关键词 Key words： Stipa baicalensis steppe； soil microbial community； Biolog-ECO． * 国家自然科学基金项目（ 31170435 和 31000242） 资助。 ＊＊通讯作者 E-mail： dlyang@ caas． net． cn 收稿日期： 2011-09-28 接受日期： 2012-01-18 生态学杂志 1144 贝加尔针茅 （ Stipa baicalensis） 草原是亚洲中部 草原区所特有的草原群系，是草甸草原的代表类型 1 第 31 卷 第5 期 研究地区与研究方法 之一，主要分布于松辽平原、蒙古高原东部的森林草 原地 带 （ 中 国 科 学 院 内 蒙 古 宁 夏 综 合 考 察 队， 1. 1 1985） ，在中国畜牧业生产中占有重要地位 。 但近 年来，由于长期不合理的利用，已发生了不同程度的 119°41'E） 位于内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗境内 ，海 拔高度 760 ～ 770 m。 年均气温 － 1. 6 ℃ ，年均降水 退化 （ 杨 殿 林 等，2006 ） 。 草 原 的 保 护 建 设 势 在 必 行，加强草原保护建设，合理利用草原资源，对中国 量 328. 7 mm，年蒸发量 1478. 8 mm，≥ 0 ℃ 年积温 2567. 5 ℃ ，年均风速 4 m·s － 1 ，其中年≥8 m 风速 经济社会的可持续发展具有重要的意义 。 日数 107. 5 d，年大风日数 24. 4 d，无霜期 113 d。土 壤为暗栗钙土。 植被类型为贝加尔针茅 （ Stipa ba- 土壤微生物是土壤生态系统的重要组分 （ Pankhurst et al． ， 1996） ，在维持土壤功能方面至关重要， 参与了土壤结构的形成、有机质的转化、有毒物质的 降解以及 C、N、P、S 的循环等重要过程 （ 申卫收等， 2008） 。研究表明，土壤微生物参与了约 90% 的土 1996） 。 土壤微生 壤反应过程 （ Coleman ＆ Crossley， 物群落功能多样性反映了土壤微生物群落的生态特 征（ 时鹏等，2010） 。 近年来，土壤微生物的研究已 成为 生 态 学 研 究 的 热 点 之 一 （ 何 寻 阳 等，2009 ） 。 García-Palacios 等（ 2011） 研究了退化草原恢复过程 中植被多样性与土壤微生物功能多样性变化的相关 性。Marshall 等（ 2011） 研究了土壤微生物对植被功 能性群落组成变化的响应。不同利用方式下植物群 落结构不同 （ 程积民和邹厚远，1998） ，会引起土壤 理化性质发生改变，进而改变土壤微生物群落 （ Loranger-Merciris et al． ，2006） 。 植物对土壤环境的重 要影响之一是改变土壤微生物群落特征 （ O' Donnell et al． ， 2001） ，不同的植物种类对土壤微生物群落的 影响 不 同 （ Buenemann et al． ，2004 ） 。 李 忠 佩 等 （ 2007） 研究表明，不同土地利用方式下土壤生物化 学性状有显著不同。Denef 等 （ 2009） 研究表明，草 地利用、管理和环境条件的变化能显著改变土壤微 生物群落组成和活性。 目前，国内外对于草原的研究更多的关注其地 上部分特征及土壤理化性质 （ Kahmen ＆ Poschlod， 2008； 贾乐等， 2011） ，针对贝加尔针茅草原的研究主 要集中于植物群落变化、土壤理化特性 （ 杨殿林等， 2006； 范国艳等， 2010） ，以及草原的合理利用及保护 2011） 。 本试验以内蒙古贝加尔针茅 建设（ 贾幼陵， 草原为研究对象，采用 Biolog-Eco 技术研究了贝加 尔针茅草原在自由放牧、刈割和围封 3 种不同的利 用方式下土壤微生物群落功能多样性变化 ，以探明 科学合理的草原利用方式，为贝加尔针茅草原的合 理利用及保护建设提供科学依据和技术支撑 。 研究区域概况 研究 区 域 （ 48° 27' N—48° 35' N，119° 35' E— icalensis） 和羊草 （ Leymus chinensis） 。 常见种有羽茅 （ Achnatherum sibiricum ） 、变 蒿 （ Artemisia commutata） 、日荫菅 （ Carex pediformis） 、扁蓿豆 （ Pocockia ruthenica） 、草地麻花头 （ Serratula yamatsutanna） 、祁州 漏芦 （ Rhaponticum uniflorum ） 、多 茎 野 豌 豆 （ Vicia multicaulis） 、寸草苔 （ Carex duriuscula） 和肾叶 唐 松 草（ Thalict