土壤微生物是構成土壤生態系統的重要組成部分, 是土壤有機質和養分轉化與循環的主要動力, 在生物地化循環及生態系統功能中扮演著必不可少的角色, 對陸地生態系統發揮著至關重要的功能[1,2]。土壤中碳和氮的轉化主要是在微生物參與下進行的, 微生物在其生命活動過程中不斷同化環境中的碳, 同時又向外界釋放碳素 (代謝產物) , 不僅在養分轉化中起著重要作用, 而且其自身也是很大的養分供應源和儲備庫[3,4,5]。
峨眉山, 典型的高山地貌 (海拔3 099 m) , 地形復雜, 土壤種類多樣, 氣候垂直差異大, 植物種類繁多, 垂直帶譜明顯。峨眉山從低山到高山可劃分為4個植被帶:即常綠闊葉林帶、常綠與落葉闊葉混交林帶、針闊葉混交林帶和寒溫性針葉林帶。由于受長期自然和人類活動的影響, 各植被帶內又存在不同面積的多種人工栽培植被和森林破壞后形成的次生植被, 增加了峨眉山植被類型的復雜性。研究其土壤微生物成分, 并對其相互關系進行研究, 不僅具有重大的理論研究意義, 而且對發展可持續的生態農業系統具有重要的應用價值。然而, 目前尚未見峨眉山土壤微生物的相關報道, 因此, 本課題以峨眉山土壤為研究對象, 采用單因素方差分析法, 對不同海拔梯度下三大土壤微生物量碳、氮進行研究, 旨在為全球高山生態系統植被分布動態格局和土壤營養循環本質提供基礎資料。
1 材料與方法
1.1 樣地選擇和取樣
在峨眉山選取4個海拔梯度 (4個不同的植被帶分布類型) (見表1) , 每個海拔梯度選取3塊均一性較好的3m×3 m樣地, 除去表面調落物和沙石后, 用土鉆 (直徑為2.5 cm, 容量深度為15 cm) 對角線交叉取樣, 每個樣地取2份土樣, 每8管土混合為一個土樣, 裝入無菌自封袋, 帶回實驗室低溫保存 (重復6次) 。
1.2 數據處理
采用Microsoft Excel 2007對數據進行處理, 用SPSS13.0統計分析軟件進行單因素方差分析, 用Microsoft Excel 2007軟件繪圖, 并采用最小顯著差異法 (LSD) 比較不同數據組間的差異 (a=0.05) 。數據的變異性用標準差 (SD) 表示。
2 試驗結果
2.1 土壤基底值
測定土壤的本底理化值 (p H、全氮、全磷) 、微生物量碳氮見表2。由表2可知, 峨眉山土壤總體偏酸性 (因為峨眉山市周圍有大量的工廠, 長期受酸雨的侵蝕) , 樣地酸性A (金頂3 010 m)
2.2 土壤微生物量
對不同海拔梯度微生物量碳的實驗結果進行處理分析 (見圖1) , 在2 433 m海拔高度下既針葉林與闊葉林混交, 土壤微生物生物量碳含量最高, 達到123.798 3 mg/kg。在1 475 m海拔高度既常綠與落葉闊葉混交, 土壤微生物量碳最小為77.205 mg/kg。約1.6倍?？偟膩碚f, 海拔越高, 土壤微生物生物量碳含量越大。然而, 統計分析結果表明, B、C樣地之間差異明顯 (P=0.036<0.05) 。
對不同海拔梯度微生物量氮的實驗結果進行處理分析 (見圖2) , 在2 433 m海拔高度下既針葉林與闊葉林混交, 土壤微生物生物量氮含量最高, 達到24.171 7 mg/kg。在1 475 m海拔高度既常綠與落葉闊葉混交。土壤微生物量氮最小為18.506 7 mg/kg。約1.3倍?？偟膩碚f, 與微生物量碳的變化呈現相似趨勢:海拔越高, 土壤微生物生物量氮含量越大。其中結果表明, B、C樣地之間差異較大但并不明顯 (P=0.073>0.05) 。
3 討論
總體來看, 微生物量在高海拔梯度比低海拔要高, 呈現出正相關趨勢。在已有的一些研究結果中都表明, 影響土壤微生物量的其中一個十分重要的因素是土壤有機質含量[6,7], 土壤中的有機質影響整個土壤中代謝過程中的營養物和能量循環, 為微生物群落提供穩定的營養和能量, 是土壤微生物量形成的重要因素。因此土壤微生物量與土壤中有機質的量存在相似的關系, 一般來說該土壤的有機質越高那么該土壤的微生物量就越高, 微生物量碳、氮與總有機質碳和全氮含量呈現正相關性。這與本次試驗所得出的結果相類似, 本次試驗也為此規律提供了數據基礎。
本次研究表明, 隨著海拔梯度的升高, 每個海拔標志植物發生變化, 具體由亞熱帶喜暖性低山常綠闊葉林和亞熱帶耐寒性中山常綠闊葉林逐步變為亞高山常綠針葉林與灌叢草甸, 因此不論是地面生物量、植物凋落物厚度、土壤中有機質等因素也隨之發生相應變化。在A樣地其植物種類明顯發生變化, 灌叢草甸植物的一年生習性和在土壤表層的大量集中分布, 使得此地區微生物量高于其余海拔。然而, B樣地比A樣地的微生物生物量碳氮含量高, 可能是由于在B樣地 (針葉林與闊葉林混交) 采集的土壤是四個海拔中凋落物最多, 而凋落物的質量和數是土壤微生物量的一個重要的決定因子, 這也從一個角度解釋了為什么B樣地的微生物量要高于其余樣地。
之前在該地的其他研究表明, 微生物數量在A海拔高度時土壤中微生物數量巨大, 而根據一些已有的研究可以知道, 土壤中微生物的數量對有機質以及微生物量氮的數量有著很大的作用[8,9]。所以在A處理應是土壤微生物量碳、氮值最大處, 然而結果表明B>A, 根據另一個同學對這2個海拔土壤酶活性研究中由于溫度等因素的影響發現B地區的過氧化氫酶活性要明顯高于A地區, 而過氧化氫酶可以促進土壤中各種化合物的氧化, 可以通過酶促過氧化氫的途徑有效防止土壤中的細菌、微生物遭受生物體新陳代謝過程中產生的過氧化氫的毒害。這可能就是導致此結果的原因之一。同樣微生物量碳氮含量、p H值、含水量、有機質含量在C海拔最低, 而D海拔卻有所回升。其中在C海拔過氧化氫酶活性為5.545 1 mg/ (g·h) , D海拔為11.288 2 mg/ (g·h) , 因此D海拔較高的過氧化氫酶活性更好的保護了該樣地的一些細菌以及土壤微生物, 促使D海拔高度的微生物量碳氮含量要高于C海拔。
根據研究結果, 隨著海拔高度的變化土壤中的其他一些理化值也相應發生變化。土壤中的含水量隨著海拔高度的增加而增加, 這與前人的研究結果相一致, 本研究也加強了該結論。海拔的不斷升高致使氣溫逐漸下降, 到一定的溫度, 會引起降水增多, 而由于海拔升高所引起的氣溫的下降必然會導致土壤中水分的蒸發量減少, 在這一增一減中造成土壤濕度隨著海拔的升高而提高。而降水量和氣溫會對土壤中的有機質含量產生影響。簡單來看由于降水量和土壤濕度較大, 同時溫度相對降低, 會直接對分解、釋放動植物殘體造成影響, 致使大部分以有機物形式沉積在土壤中。土壤中氮磷的積累和消耗程度取決于土壤有機質的積累和分解[10]。這也表明土壤濕度會對微生物量碳、氮含量造成影響, 從另一個角度解釋了隨著海拔的升高, 土壤微生物量碳、氮含量總體呈增加趨勢的原因。
本次試驗還對不同海拔的p H值進行了分析, 其值在5.95~4.69, 在最低海拔酸性最高, 其余3個海拔地區酸性差異不大, 其原因可能是由于在較低的海拔地區, 空氣中存在的酸性物 (二氧化碳, 二氧化硫) 較多, 凝結成雨時造成酸性影響較大?？梢缘膶⒋俗鳛橐罁? 建議相關部門加強對我市空氣污染的治理, 保護好環境。通過此研究值并未發覺土壤p H與微生物量之間的明顯關系。同時可以看出, 土壤微生物量碳、氮、磷和土壤總有機碳、全氮、全磷含量隨海拔高度的升高以及海拔植被的變化有相似的規律, 但由于實驗分析不足, 并不能肯定其中的確切關系, 還需進行進一步的研究和實驗。
4 結論
本研究可得出以下幾點結論:土壤微生物量碳、氮含量總體呈現出隨著海拔的升高呈現升高的趨勢;土壤有機質、含水量、全氮、全磷、全鉀含量隨著海拔高度的升高而升高, 但其與微生物量碳、氮含量未呈現出明顯相關性;本研究中B、D兩個海拔高度的值都因為過氧化氫酶的較高活性而使得其微生物量碳、氮含量分別高于A、C兩地。所以過氧化氫酶對土壤微生物量碳、氮含量影響較為明顯。
摘要：土壤微生物是構成土壤生態系統的重要組成部分, 是土壤有機質和養分轉化與循環的主要動力, 對陸地生態系統發揮著至關重要的功能。以峨眉山土壤為研究對象, 對不同海拔梯度下土壤微生物量碳、氮進行研究。結果表明:峨眉山微生物量碳、氮含量總體趨勢是隨著海拔高度的升高而升高, 但由于某些環境因素 (如凋落物、微生物數量和酶活性等) 對實驗結果的綜合影響, 呈“V”字型變化趨勢。
關鍵詞：峨眉山,微生物量,碳,氮,海拔梯度
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