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陇东典型草原土壤硝化微生物及硝化作用对绵羊放牧强度的响应

刘天增  
【摘要】:黄土高原是我国典型的农牧交错带,草地面积约占土地总面积的37%,是重要的畜牧业生产基地和生态屏障,放牧是利用和管理草地的有效方式之一。本研究在陇东黄土高原区-甘肃省环县的典型草原,通过野外监测和实验室试验,研究了绵羊不同放牧强度对草地土壤微生物功能多样性、硝化细菌种群数量、土壤理化性质、酶活性和硝化作用的影响,主要研究结果如下: 1、采用31种碳源的Biolog ECO PlateTM分析了不同放牧强度下土壤微生物群落功能多样性。结果表明,指示土壤微生物群落代谢活性的平均颜色变化率(AWCD)在0羊/ha和5.3羊/ha放牧小区升高较快,2.7羊/ha和8.7羊/ha放牧小区AWCD变化缓慢。培养72h后,不同放牧强度下土壤微生物群落代谢活性差异显著(P0.05),5.3羊/ha放牧小区微生物碳源利用能力最强,8.7羊/ha放牧小区微生物碳源利用能力最弱。其利用的主要碳源共18种,包括5种氨基酸,4种糖,7种羧酸和2种聚合物。微生物群落功能多样性指数比较显示,丰富度指数和香农指数均是5.3羊/ha的放牧小区最高,2.7羊/ha的放牧小区最低,而均匀度指数表现为5.3羊/ha的放牧小区最低,优势度指数为2.7羊/ha的放牧小区最低。 2、土壤硝化细菌种群数量和硝化势均随放牧强度而增加,8.7羊/ha的放牧小区最大,0羊/ha的放牧小区最小。各放牧小区中的季节动态趋势基本一致,5—7月种群数量增加,7月达峰值,8—11月种群数量略减少。土壤硝化势与硝化细菌种群数量呈显著正相关。土壤硝化势的变化主要受到铵态氮含量和土壤含水量的影响。 3、野外原位培养实验结果表明,土壤矿化速率和硝化速率从6月开始逐渐增加,8月达到最高,8月以后开始下降。各放牧强度下土壤矿化和硝化速率表现出明显的季节动态。氮矿化速率变化为-0.14—1.31mg kg-1d-1,土壤硝化速率低于矿化速率,其变化范围为-0.14-0.29mg kg-1d-1,在整个培养过程中,8.7羊/ha放牧小区的氮矿化速率一直显著高于其他放牧小区。不同放牧强度下土壤净氮矿化速率与土壤C/N和pH呈正相关关系,硝化速率与土壤有机质呈负相关关系,但与土壤C/N呈正相关关系。 4、向供试草原土壤按四个浓度梯度添加人工合成羊尿,室内培养50天后,测定发现,施加羊尿后土壤铵态氮含量和pH值迅速上升,随着培养时间的增加,土壤铵态氮逐渐转化为硝态氮,pH值呈现出降低的趋势,而且在高浓度(500kg-N/ha)和中浓度(250kg-N/ha)施尿处理下铵态氮和硝态氮含量显著高于低浓度(50kg-N/ha)和对照(0kg-N/ha)处理。4个施尿梯度处理下土壤硝化势的变化趋势基本相似,均是随着施尿浓度的增加而增加,各施尿处理间土壤硝化势差异显著(P0.05),高浓度施尿处理硝化势最大,对照处理硝化势最小。 5、放牧强度和植物种对土壤无机氮、酶活性和硝化势有显著影响。参试三种植物胡枝子(Lespedeza davurica)、长芒草(Stipa bungeana)、茵陈蒿(Artemisia capillaries)的生物量对放牧的反应因种而异。长芒草和茵陈蒿根际土壤铵态氮含量在8.7羊/ha的放牧小区显著高于其他放牧小区。胡枝子(Lespedeza davurica)根际土壤硝态氮含量明显高于长芒草和茵陈蒿土的。随着放牧强度的增加,胡枝子土壤硝化势呈先降低后上升的趋势,长芒草土壤硝化势呈逐渐增加的趋势,而茵陈蒿土壤硝化势则呈现出先上升后降低的趋势;土壤蛋白酶和转化酶活性均呈现出下降的趋势,而脲酶活性则没显示出一定的变化规律,参试三种植物对放牧的反应因种而异。 6、向不同放牧强度小区土壤添加不同浓度重金属Zn2+和Cd2+,Zn2+设置了6个浓度梯度,Cd2+设置了8个浓度梯度。Zn2+和Cd2+处理下不同放牧强度土壤硝化速率的变化趋势基本相似,即都随着土壤中重金属浓度的增加而显著下降。8.7羊/ha放牧小区的土壤硝化速率最大,0羊/ha放牧小区的土壤硝化速率最小。低浓度重金属(Zn2+浓度小于10mg/100g;Cd2+浓度小于0.5mg/100g)对土壤硝化速率影响不大,高浓度重金属(Zn2+浓度大于10mg/100g;Cd2+浓度大于0.5mg/100g)对土壤硝化速率的抑制作用明显增加。


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