高寒草甸群落地表植被特征与土壤理化性状、土壤微生物之间的相关性研究

草业学报 ›› 2010, Vol. 19 ›› Issue (6): 25-34.

高寒草甸群落地表植被特征与土壤理化性状、土壤微生物之间的相关性研究

王长庭^1,2,龙瑞军³,王根绪⁴,刘伟²,王启兰²,张莉^2,5,吴鹏飞¹

1.西南民族大学生命科学与技术学院,四川成都 610041;
2.中国科学院西北高原生物研究所, 青海西宁 810001;

3.兰州大学草地农业科技学院, 甘肃兰州 730070;
4.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,
四川成都 610041;
5.中国科学院研究生院,北京 100049

收稿日期:2009-12-18 出版日期:2010-06-25 发布日期:2010-12-20
作者简介:王长庭(1969-),男,青海湟源人,博士,副研究员,硕士生导师。E-mail:wcht6@hotmail.com,wct@nwipb.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金重点项目(No.30730069),西南民族大学高层次人才引进项目和国家973计划项目(No.2007CB411504)资助。

Relationship between plant communities, characters, soil physical and chemical properties, and soil microbiology in alpine meadows

WANG Chang-ting^1,2, LONG Rui-jun³, WANG Gen-xu⁴, LIU Wei²,
WANG Qi-lan², ZHANG Li^2,5, WU Peng-fei¹

1.College of Life Science and Technology, Southwest University for Nationalities, Chengdu 610041,
China;
2.Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining
810001, China;
3.College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou
University, Lanzhou 730070, China;
4.Institute of Mountain Hazards and
Environment, CAS, Chengdu 610041, China;
5.Graduate University of
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2009-12-18 Online:2010-06-25 Published:2010-12-20

摘要/Abstract

摘要： 以青藏高原高寒草甸4种主要草地类型为研究对象,分析了不同植被类型土壤的理化性质、土壤微生物数量、土壤酶活性与生态系统功能间的相互关系。结果表明,不同植被类型群落的土壤特性存在明显差异。藏嵩草沼泽化草甸0～40cm土层土壤容重、土壤含水量、土壤有机质、土壤全氮和土壤速效氮含量明显不同于矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛草甸,土壤物理特性的改变(土壤养分、土壤容重、土壤湿度等)会引起植被组成、物种多样性变化;细菌数量和真菌数量与植物群落地上生物量之间存在显著正相关关系(P＜0.05)、放线菌数量与生物量之间的相关性不显著,不同植被类型的群落生物量影响着土壤微生物数量和组成;不同草地类型植物群落地上生物量与土壤酶活性(磷酸酶、过氧化氢酶、蛋白酶、脲酶等)之间存在显著的正相关关系(P＜0.05),土壤酶活性对土壤有机质、腐殖质等的合成起到了积极作用。土壤酶活性的高低不仅影响了群落生物量,同时也影响群落物种多样性(物种丰富度),土壤酶活性的高低通过影响土壤微生物种类和数量、土壤养分含量,从而间接影响群落物种多样性。

Abstract: This study examined the relationship between soil physical and chemical properties, soil microbial quantity, soil enzyme activities, and ecosystem function in alpine meadows. There were obvious discrepancies in the soil characteristics of different vegetations. Soil bulk density, soil moisture, soil organic matter, soil total nitrogen and soil available nitrogen were significantly different in the 0-40 cm soil layer in Kobresia tibetica swamp meadow from those in a K. humlis meadow, K. pygmaca meadow, and a Potentilla froticosa shrub. The changes in community composition and plant species diversity resulted from variations in soil properties. Bacterial and fungal quantities showed a positive linear correlation with community biomass in four grasslands (P＜0.05), while actinomycete quantities showed no significant relationship with community biomass. The quantity and composition of soil microbes were influenced by different community biomass in different vegetations. Although aboveground biomasses showed significant correlation with different enzyme activities. These enzymes (urease, protease and phosphatase) were involved in soil carbon and nitrogen cycles. Soil enzyme activities influenced not only community biomass, but also plant species diversity (plant species richness) and community composition.

中图分类号:

王长庭,龙瑞军,王根绪,刘伟,王启兰,张莉,吴鹏飞. 高寒草甸群落地表植被特征与土壤理化性状、土壤微生物之间的相关性研究[J]. 草业学报, 2010, 19(6): 25-34.

WANG Chang-ting, LONG Rui-jun, WANG Gen-xu, LIU Wei,
WANG Qi-lan, ZHANG Li, WU Peng-fei. Relationship between plant communities, characters, soil physical and chemical properties, and soil microbiology in alpine meadows[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2010, 19(6): 25-34.

参考文献

[1] Rosenzweig M L. Species Diversity in Space and Time[M]. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1995.
[2] Tilman D. Secondary succession and the pattern of plant dominance along experimental nitrogen gradients[J]. Ecological Monographs, 1987, 57: 189-214.
[3] 曲国辉, 郭继勋. 松嫩平原不同演替阶段植物群落和土壤特性的关系[J]. 草业学报, 2003, 12(1): 18-22.
[4] 卢其明, 林琳, 庄雪影, 等. 车八岭不同演替阶段植物群落土壤特征的初步研究[J]. 华南农业大学学报, 1997, 18(3): 48-52.
[5] 张庆费, 宋永昌, 由文辉. 浙江天童植物群落次生演替与土壤肥力的关系[J]. 生态学报, 1999, 19(2): 174-178.
[6] Kellner O, Redbo-Torstensson P R. Effects of elevated nitrogen deposition on field layer vegetation on coniferous forests[J]. Ecological Bulletins, 1995, 44: 227-237.
[8] 王长庭, 龙瑞军, 王启兰, 等. 三江源区不同建植年代人工草地群落演替与土壤养分变化[J]. 应用与环境生物学报, 2009, 15(6): 737-744.
[9] 王启兰, 曹广民, 王长庭. 放牧对小嵩草草甸土壤酶活性及土壤环境因素的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(5): 856-864.
[10] 李香真, 曲秋皓. 蒙古高原草原土壤微生物量碳氮特征[J]. 土壤学报, 2002, 39: 97-104.
[11] 孙睿, 刘昌明, 朱启疆. 黄河流域植被覆盖度动态变化与降水的关系[J]. 地理学报, 2001, 56: 667-672.
[12] 王长庭, 王启兰, 景增春, 等. 不同放牧梯度下高寒小嵩草草甸植被根系和土壤理化特征的变化[J]. 草业学报, 2008, 17(5): 9-15.
[13] 王启兰, 王长庭, 杜岩功, 等. 放牧对高寒嵩草草甸土壤微生物量碳的影响及其与土壤环境的关系[J]. 草业学报, 2008, 17(2): 39-46.
[14] Zak D R, Holmes W E, White D C, et al. Plant diversity, soil microbial communities, and ecosystem function: Are there any links[J]. Ecology, 2003, 84: 2042-2050.
[15] 关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 农业出版社, 1983: 182-266.
[16] 吴彦, 刘庆, 乔永康, 等. 亚高山针叶林不同恢复阶段群落物种多样性变化及其对土壤理化性质的影响[J]. 植物生态学报, 2001, 25: 648-655.
[17] Harris J A. Measurements of the soil microbial community for estimating the success of restoration[J]. European Journal of Soil Science, 2003, 54: 801-808.
[18] Deacon L J, Millera E J P, Frankland J C, et al. Diversity and function of decomposer fungi from a grassland soil[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2006, 38: 7-20.
[19] Giai C, Boerner R E J. Effects of ecological restoration on microbial activity, microbial functional diversity, and soil organic matter in mixed-oak forests of southern Ohio, USA[J]. Applied Soil Ecology, 2007, 35: 281-290.
[20] 王长庭, 龙瑞军, 曹广民, 等. 三江源地区主要草地类型土壤碳氮沿海拔变化特征及其影响因素[J]. 植物生态学报, 2006, 30: 441-449.
[21] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000.
[22] Vance E D, Brooks P C, Jenkinson D S. An extraction method for measure soil microbial biomass C[J]. Soil Biology ＆ Biochemistry, 1987, 19: 703-707.
[23] 中国科学院南京土壤研究所微生物室. 土壤微生物研究法[M]. 北京: 科学出版社, 1985.
[24] 马克平, 刘玉明. 生物群落多样性的测度方法I. α多样性的测度方法(下)[J].生物多样性, 1994, 2: 231-239.
[25] 鲁如坤, 时正元. 退化红壤肥力障碍特征及重建措施Ⅲ. 典型地区红壤磷素积累及其环境意义[J]. 土壤, 2000, 6: 310-314.
[26] Pickett S T A, Kolasa J, Armesto J. The ecological community: A comment on the role of empiricism in ecology[J]. Oikos, 2002, 54: 515-525.
[27] Smith J L, Paul E A. The significance of soil microbial biomass estimations[A]. In: Bollag J, Stotsky G. Soil Biochemistry[M]. New York, USA: Maecel Dekker, 1990: 357-396.
[28] Zak D R, Grigal D F, Gleeson S, et al. Carbon and nitrogen cycling during secondary succession: Constraints on plant and microbial biomass[J]. Biogeichemistry, 1990, 11: 111-129.
[29] Tabatabai T, Dick W A. Enzymes in soil[A]. In: Burns R G, Dick R P. Enzymes in the Environment[M]. New York, USA: Marcel Dekker, 2002: 567-596.
[30] 胡斌, 段昌群, 王震洪, 等. 植被恢复措施对退化生态系统土壤酶活性及肥力的影响[J]. 土壤学报, 2002, 39: 604-608.
[31] 曹慧, 孙辉, 杨浩, 等. 土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展[J]. 应用与环境生物学报, 2003, 9: 105-109.
[32] 王友保, 张莉, 刘登义. 灰渣场土壤酶活性与植被和土壤化学性质的关系[J]. 应用生态学报, 2003, 14: 110-112.
[33] 邱莉萍, 刘军, 王益权, 等. 土壤酶活性和土壤肥力关系的研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2004, 10: 277-280.
[34] 张焱华, 吴敏, 何鹏, 等. 土壤酶活性与土壤肥力关系的研究进展[J]. 安徽农业科学, 2007, 35(34): 11139-11142.
[35] 焦婷, 常根柱, 周学辉, 等. 高寒草甸草场不同载畜量下土壤酶与土壤肥力的关系研究[J]. 草业学报, 2009, 18(6): 98-104.
[36] 侯彦会, 周学辉, 焦婷, 等. 甘肃永昌县放牧草地土壤脲酶活性与土壤肥力的关系初探[J]. 草业学报, 2009, 18(4): 111-116.

[1]	张志达，于应文，花立民，蒲训，王虎成，梁天刚. 甘肃省野生维管植物多样性分布格局分析[J]. 草业学报, 2014, 23(1): 22-30.
[2]	肖绪培,宋乃平,谢腾腾,方楷. 荒漠草原区围封草地群落特征及其形成机制[J]. 草业学报, 2013, 22(6): 321-327.
[3]	高凯,朱铁霞,韩国栋. 围封年限对内蒙古羊草-针茅典型草原植物功能群及其多样性的影响[J]. 草业学报, 2013, 22(6): 39-45.
[4]	李愈哲,樊江文,张良侠,翟俊,刘革非,李佳. 不同土地利用方式对典型温性草原群落物种组成和多样性以及生产力的影响[J]. 草业学报, 2013, 22(1): 1-9.
[5]	赵凌平,程积民,苏纪帅. 土壤种子库在黄土高原本氏针茅草地群落长期封禁演替过程中的作用[J]. 草业学报, 2012, 21(3): 38-44.
[6]	徐鹏彬,邓建明,赵长明. 甘肃尕海湿地不同海拔草地群落组分及物种多样性研究[J]. 草业学报, 2012, 21(2): 219-226.
[7]	陈明林, 涂传林. 安徽省级自然保护区沱湖湿地的群落生态学研究及其恢复重建策略[J]. 草业学报, 2012, 21(1): 93-102.
[8]	李海燕,李建东,徐振国,周景英,张建峰 . 内蒙古图牧吉自然保护区羊草种群营养繁殖特性的比较[J]. 草业学报, 2011, 20(5): 19-25.
[9]	宝音陶格涛,刘美玲,包青海,呼格吉勒图. 氮素添加对典型草原区割草场植物群落结构及草场质量指数的影响[J]. 草业学报, 2011, 20(1): 7-14.
[10]	魏淑珍,王菲凤,张江山. 基于SOFM网络法的天然草地分类[J]. 草业学报, 2011, 20(1): 175-182.
[11]	张震,徐丽,朱晓敏. 喜旱莲子草对不同生境植物群落多样性的影响[J]. 草业学报, 2010, 19(4): 10-15.
[12]	赵利,胡冠芳,王利民,党照,赵玮,张建平,牛俊义. 兰州地区胡麻田杂草消长动态及群落生态位研究[J]. 草业学报, 2010, 19(6): 18-24.
[13]	杨涛,宫辉力,胡金明,王丽. 长期水分胁迫对典型湿地植物群落多样性特征的影响[J]. 草业学报, 2010, 19(6): 9-17.
[14]	柴永青,曹致中,蔡卓山,万丽霞,李学玲. 肃北地区稀有植物裸果木种群的空间分布格局[J]. 草业学报, 2010, 19(5): 239-249.
[15]	李卫红,周洪华,杨晓明,丁辉. 干旱荒漠区草地植物群落地上生物量时空分布对地下水的响应[J]. 草业学报, 2010, 19(5): 186-195.