黄土丘陵区植被类型与土壤微生物区系及生物量的关系

作者:田琴;牛春梅;谷口武士;山中典和;时伟宇;杜盛; 刊名:生态学报 上传者:易易

【摘要】以陕西延安黄土丘陵区5种不同植被类型(人工刺槐林、天然侧柏林、天然辽东栎林、灌丛和裸地)为研究对象,分析了土壤微生物生物量碳、氮含量、细菌和真菌的丰度变化规律及其与土壤基本化学性质的关系。结果表明:(1)4种植被类型的土壤质量较之裸地都有不同程度的改善,总体趋势:天然林地>人工林地>裸地;(2)土壤微生物生物量碳、氮的总体趋势:天然林地最高,人工林次之,裸地最低,且与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和速效磷(AP)极显著正相关(P<0.01);(3)裸地土壤的细菌丰度最低,人工刺槐林真菌含量显著低于天然辽东栎林。细菌丰度与土壤营养状况呈显著正相关(P<0.05),而真菌与土壤营养无明显相关性,只与土壤pH负相关。说明在该研究区域,植被类型与土壤质量对微生物资源都具有不同程度的作用。

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土壤微生物作为生态系统的分解者,是土壤中最具活力的部分,其不仅参与生态系统的能量转化、物质代谢[1],影响着地球生物化学循环;对土壤理化性质的改善也起着重要作用[2],间接促进植被生长。土壤微生物量是土壤养分的储存库,是土壤物质代谢的指标,其与土壤养分和健康状况有着密切的联系[2],其含量越高、微生物群落活跃程度越高,一定程度上可以反映该生态系统具有越强的物质循环能力和促进植被生长发育的能力[3]。土壤微生物对环境的变化非常敏感,即使在相同立地条件下,不同植被类型也会引起土壤微生物生物量较大的差异[4],从而改变生态系统功能。黄土丘陵区是黄土高原水土流失最严重的区域,也是国家植被恢复与重建的重点区域。自1999年实施了退耕还林工程以来,植被类型发生重大改变。目前区内天然植被破坏比较严重,现存植被类型主要有天然次生林、灌丛和大面积的人工林。随着对全球变暖的关注,目前对于森林生态系统碳库的收支状况存在很大争议,有的研究认为森林生态系统是碳源,有的认为是碳汇[5],其分歧主要源于对森林生态系统碳的输出。土壤异养呼吸是土壤碳库输出的唯一途径,为了回答该问题,首先要探明不同植被类型下土壤微生物及其土壤微生物量的特征,从而更好地解释该地区森林土壤碳源或碳汇争议。大量研究表明微生物的特征受到众多因素影响[6],植被覆盖可以增加土壤微生物生物量碳氮含量,植被类型对于微生物种群具有一定的选择性[7];同时土壤碳制约着植被的生长。国内对黄土高原地区也开展了大量研究[3],但微生物对于环境因子的响应随生态系统而异,即便在相同的气候条件和土壤类型下,不同植被类型的土壤微生物仍然存在较大差异[8]。黄土高原地区生态系统多样,地形复杂,人们尚未充分认识到该地区不同植被类型下土壤微生物的特征。本文以陕北黄土丘陵区典型人工林(刺槐(Blacklocust))、天然乔木林(辽东栎(Oak)、侧柏(Oriental arborvitae))、天然灌丛(shrubland)、撂荒裸地(bareland)五种植被类型的表层土壤(020cm)为研究对象,研究不同植被类型下土壤真菌和细菌的数量及土壤微生物生物量碳氮的特征,对预测和控制未来土壤生态系统中碳流的方向、速度以及全球碳循环具有重要的理论和实践意义,进而为解释该地区森林生态系统碳库的收支状况提供理论依据。随着国际微生物组计划的提出,全面认识地球微生物,也有助于解决影响全球生态圈的问题。更重要的是,为该地区生态建设中不同种植制度与森林结构的优化调整提供参考依据。1材料与方法1.1研究区概况本研究区位于陕西省延安市宝塔区柳林镇公路山林地(3625.40'N,10931.53'E,1353ma.s.l.),该地区位于森林区与森林草原区的过渡地带,为森林分布区的北缘,地貌属黄土高原丘陵沟壑区。该区属温带半干旱气候区,根据延安市气象局的统计资料(19712010a),该地区平均年降水量为504.7mm,其中69月份降水量约占全年降水量的71%,年均气温为10.1[9]。土壤类型主要是黄绵土,微碱性(pH7.88.5)。生长季从4月到10月,主要植被类型为天然林(辽东栎(Quercusliaotungensis)、侧柏(Platycladusorientalis)、油松(Pinustabuliformis)、山杨(Populusdavidiana)、白桦(Betulaplatyphyllalla))、人工林(刺槐(Robiniapseudoacacia)、油松及华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)等)、天然灌丛(小

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