生物有机肥施加对荒漠草原植被-土壤-微生物的影响

doi:10.11686/cyxb2023141

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (3): 34-45.DOI: 10.11686/cyxb2023141

生物有机肥施加对荒漠草原植被-土壤-微生物的影响

李俊瑶¹^,²(), 蒋星驰¹^,³, 胡晋瑜⁴, 魏栋光⁵, 赵学勇¹, 王少昆¹()

^1.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃兰州 730000
^2.中国科学院大学资源与环境学院，北京 101408
^3.中国科学院大学生命科学学院，北京 101408
^4.国营榆林市横山区二石磕林场，陕西榆林 719109
^5.巴彦淖尔市林业和草原资源保护中心，内蒙古巴彦淖尔 015015

收稿日期:2023-04-28 修回日期:2023-06-05 出版日期:2024-03-20 发布日期:2023-12-27
通讯作者: 王少昆
作者简介:E-mail： wangsk@lzb.sc.cn
李俊瑶（1999-），女，辽宁辽阳人，在读硕士。E-mail： lijunyao2023@139.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(42071140);内蒙古乌拉特梭梭林自然保护区长期生态监测与评估项目(E2900510)

The effect of microbial organic fertilizers application on vegetation-soil-microbe in desert steppe

Jun-yao LI¹^,²(), Xing-chi JIANG¹^,³, Jin-yu HU⁴, Dong-guang WEI⁵, Xue-yong ZHAO¹, Shao-kun WANG¹()

^1.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.University of Chinese Academy of Sciences，College of Resources and Environment，Beijing 101408，China
^3.University of Chinese Academy of Sciences，College of Life Sciences，Beijing 101408，China
^4.State-owned Yulin City Hengshan District Two Stone Knock Forest Farm，Yulin 719109，China
^5.Bayannur City Forestry and Grassland Resources Protection Center，Bayannur 015015，China

Received:2023-04-28 Revised:2023-06-05 Online:2024-03-20 Published:2023-12-27
Contact: Shao-kun WANG

摘要/Abstract

摘要：

添加高效纤维素分解菌于农牧业有机冗余物中，通过有氧发酵制备出具有一定保水性、透气性和肥力的生物有机肥（MOF）。在乌拉特荒漠草原试验区进行MOF施加相关试验，施加量为1 kg·m^-2。结果表明，MOF的施加可以通过促进植被生长、改良土壤理化性质以及增加微生物数量等方式对退化荒漠草原植被-土壤-微生物系统起到快速恢复作用。其中，植被盖度增加了33%；土壤黏粉粒含量增加了2%，土壤全碳含量增加了9%，土壤全氮含量增加了0.9%；土壤细菌中11个门类数量变化差异显著，土壤真菌中1个门类数量变化差异显著；植被盖度增加的92%可由MOF的施加和土壤含水率共同解释，物种丰富度增加的84%可由MOF施加、土壤含水率和土壤电导率共同解释。试验结果为施加生物有机肥在干旱区荒漠草原产生的恢复作用提供了理论依据、数据支持以及技术支撑。

关键词: 生物有机肥, 荒漠草原, 植被特征, 土壤微生物

Abstract:

Microbial organic fertilizers （MOF） provide water retention， air permeability and fertility and are prepared from agriculture and animal husbandry waste through aerobic fermentation by high efficiency cellulose decomposer bacteria. An experimental 1 kg·m^-2 application of MOF experiment in the Urat desert steppe showed that applying MOF quickly restored the vegetation-soil-microbial system in degraded desert steppe through promoting vegetation growth， improving soil physical and chemical properties， increasing quantities of microbes and other similar effects. In this experiment it vegetation cover was significantly increased by 33%， soil sticky clay content was significantly increased by 2%， soil total carbon content was significantly increased by 9%， soil total nitrogen content was significantly increased 0.9%； And 11 phyla of soil bacteria and 1 phyla of soil fungi had significant differences in occurrence. Analytically， 92% of the increase in vegetation cover was explained by the MOF application and soil moisture content； 84% of the increase in species richness was explained by the effects of MOF application， soil moisture content and soil electrical conductivity. Overall， these results provide evidence of efficacy， data support and technical support for the restoration of arid desert steppe through application of microbial organic fertilizers.

Key words: microbial organic fertilizers, desert steppe, vegetation characteristics, soil microbes

李俊瑶, 蒋星驰, 胡晋瑜, 魏栋光, 赵学勇, 王少昆. 生物有机肥施加对荒漠草原植被-土壤-微生物的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(3): 34-45.

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图/表 7

图1 施肥后不同恢复年限植被特征CK：对照Control；Y1：施肥后恢复1年Recovery after fertilization for 1 year；Y2：施肥后恢复2年Recovery after fertilization for 2 years；Y3：施肥后恢复3年Recovery after fertilization for 3 years. ***： P<0.001； **： P<0.01； *： P<0.05. 下同The same below.

Fig.1 Vegetation characteristics in different restoration years after fertilization

表1 不同施肥处理荒漠草原土壤理化性质特征

Table 1 Physical properties of desert steppe soil in different fertilization treatments

处理 Treatment	机械组成 Soil particle size distribution			土壤含水率 Soil water content （SWC， %）	pH	电导率 Electrical conductivity （EC， μS·cm^-1）	全碳含量 Total carbon content （TC， %）	全氮含量 Total nitrogen content（TN， %）	碳氮比 Carbon/ nitrogen （C/N）
处理 Treatment	粗砂 Coarse sand （CS， %）	细砂 Fine sand （FS， %）	黏粉粒 Silt and clay （SC， %）	土壤含水率 Soil water content （SWC， %）	pH	电导率 Electrical conductivity （EC， μS·cm^-1）	全碳含量 Total carbon content （TC， %）	全氮含量 Total nitrogen content（TN， %）	碳氮比 Carbon/ nitrogen （C/N）
CK	81.7±1.4a	15.6±1.2a	2.7±0.8b	2.4±0.3b	8.93±0.04a	48.00±8.39b	5.7±1.6c	0.3±0.1b	16.54±2.75a
Y₁	83.0±3.4a	14.1±3.4a	2.9±0.4b	4.5±0.7a	8.78±0.17ab	88.17±47.57ab	7.3±0.7bc	0.5±0.0b	15.31±0.23ab
Y₂	81.1±0.4a	15.1±1.0a	3.8±0.7ab	4.0±0.9a	8.59±0.14b	98.17±21.87ab	10.1±2.1b	0.6±0.1b	17.57±0.86a
Y₃	77.9±4.5a	17.3±3.2a	4.8±1.3a	2.9±0.2b	8.61±0.24b	136.83±7.09ab	15.3±2.8a	1.2±0.3a	12.76±0.82b

图2 不同施肥处理荒漠草原土壤菌群基于OTU水平的Upset图

Fig.2 Upset map of soil microbes in desert steppe under different fertilization treatments based on OTU level

图3 施加MOF对荒漠草原土壤微生物群落的影响（基于门水平）

Fig.3 Effects of MOF addition on soil microbial community in desert steppe （based on phylum level）

图4 施肥后不同恢复年限土壤微生物α多样性

Fig.4 Soil microbial α diversity in different restoration years after fertilization

图5 MOF施加对土壤微生物β多样性的影响

Fig.5 Effects of MOF application on soil microbial β diversity

图6 分段结构方程模型箭头上的数值为标准差估计值，R2 表示解释度。整体模型Fisher’s C=53.102，P=0.874，AIC=113.102。The values on top of the arrows are standard deviation estimates and the asterisks indicate statistical significance， R2 means interpretation rate. Fisher’s C=53.102， P=0.874， AIC=113.102.

Fig.6 Piecewise structural equation model

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生物有机肥施加对荒漠草原植被-土壤-微生物的影响

The effect of microbial organic fertilizers application on vegetation-soil-microbe in desert steppe

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图/表 7

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