呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究.pdf 125页

分类号Q945.79学校代码10129UDC582.4学号08100088呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究StudyonVegetationCharacteristics,SoilPropertiesandMicrobialDiversityofMainGrasslandTypesinHulunbeier申请人：文都日乐学科门类：理学学科专业：植物学研究方向：草地植物生理生态指导教师：易津教授杨殿林研究员论文提交日期：二〇一一年四月 摘要草地生态系统中，植物、土壤、土壤微生物相互作用构成了一个有机整体。长期以来，对草地生态系统的研究主要集中在地上植被和土壤理化特性部分，而对土壤微生物一直了解甚少。因此，探究植被-土壤-土壤微生物之间的关系对草地生态系统而言具有重要的意义。本论文对呼伦贝尔主要草地类型进行对比研究，研究内容包括群落植物多样性、群落盖度、草地生产力、主要植物营养及光和色素特性、土壤理化特性、土壤酶活性、土壤微生物多样性及其间的相关性。主要研究结果如下：1.呼伦贝尔主要草地类型植被特征研究表明，5种草地类型的群落盖度、物种丰富度、Shannon-wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数均存在显著差异（P<0.05），且除Simpson指数外均依次为：线叶菊草原（FSS）>贝加尔针茅草原（SBS）>羊草草原（LCS）>大针茅草原（SGS）>克氏针茅草原（SKS），Simpson指数为：FSS>LCS>SBS>SGS>SKS。5种草地类型地上生物量亦存在显著差异（P<0.05），表现为FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。多样性指数与地上生物量的相关分析结果表明，5种草地类型植物多样性指数与地上生物量均呈正相关线性关系。植物多样性指数之间亦呈正相关关系（r>0.689）。2.呼伦贝尔主要草地类型植物特性与营养成分研究表明，5种草地类型主要植物重要值、营养成分（全氮、全磷、可溶性糖）、光和色素含量（叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶绿素总含量）间均存在显著差异（P<0.05）。比较分析5种草地类型建群种的结果为，植物全氮含量依次为：LCS>FSS>SKS>SBS>SGS；全磷含量依次为：FSS>LCS>SGS>SKS>SBS；可溶性糖含量依次为：SGS>SBS>SKS>LCS>FSS；叶绿素a含量依次为：LCS>FSS>SKS>SBS>SGS；叶绿素b含量依次为：SKS>FSS>LCS>SBS>SGS；胡萝卜素含量依次为：LCS>SGS>FSS>SKS>SBS；叶绿素总含量依次为：SKS>LCS>FSS>SBS>SGS。营养成分与光和色素含量的相关分析结果表明，5种草地类型植物全氮、全磷、可溶性含量与光和色素含量均有正相关关系，且植物全氮与光和色素含量的相关关系达显著或极显著水平。3.呼伦贝尔主要草地类型土壤理化性质研究表明，呼伦贝尔5种草地类型土壤理化因子有显著差异（P<0.05）。土壤含水量：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS，土壤容重：SKS>SGS>LCS>SBS>FSS，pH值：LCS>SGS>SBS>SKS>FSS，全氮：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS，全磷：FSS>LCS>SBS>SGS>SKS，铵态氮：FSS>LCS>SGS>SBS>SKS，硝态氮：SBS>SKS>FSS>SGS>LCS，速效磷：FSS>SBS>SKS>SGS>LCS，有机质：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。土壤理化因子的垂直分布情况：除了pH值垂直变化不明显，土壤容重为0-10cm>10-20cm之外其他土壤理化性质均为0-10cm<10-20cm。土壤理化因子相关分析结果表明，呼伦贝尔草原土壤理化因子之间存在不同程度的相关性。 4.呼伦贝尔主要草地类型土壤酶活性研究表明，5种草地类型土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶活性均存在显著差异（P<0.05）。各草地类型土壤酶活性的垂直分布均表现为0-10cm>10-20cm，线叶菊草原土壤过氧化氢酶和转化酶显著高于贝加尔针茅草原和大针茅草原；土壤脲酶以克氏针茅草原最高，且与线叶菊草原、贝加尔针茅草原和大针茅草原差异显著；而土壤磷酸酶则为羊草草原显著高于其他样地。土壤酶活性之间的相关分析结果表明，土壤酶活性之间存在不同程度的相关性。5.呼伦贝尔主要草地类型土壤微生物多样性研究表明：（1）土壤微生物量碳、氮在5种草地类型间差异显著（P<0.05），线叶菊草原土壤微生物量碳、氮均显著高于其他草地类型，大针茅草原、羊草草原土壤微生物量碳、氮均较低。（2）各类菌群数量分布在5种草地中均为细菌>放线菌>真菌，但不同菌群数量及区系组成在各草地类型间均存在显著差异（P<0.05）。细菌数量依次为：LCS>SBS>SKS>FSS>SGS，真菌数量依次为：FSS>SKS>LCS>SBS>SGS，放线菌数量依次为：SKS>LCS>FSS>SBS>SGS。（3）呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物的利用碳源的整体能力、碳源利用类型及利用程度均有差异（P<0.05），5种草地类型土壤微生物AWCD值大小依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。（4）呼伦贝尔5种草地类型土壤磷脂脂肪酸（PLFA）总含量、各类菌群的PLFA含量均存在显著差异（P<0.05）。PLFA总含量在5种草地类型中依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。5种草地类型土壤微生物的优势类群存在差异。线叶菊草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0、i18:0；贝加尔针茅草原为15:0、a15:0、i16:0、16:1ω7c；羊草草原为15:0、i16:0、18:1ω9t、18:1ω9c；大针茅草原为15:0、a15:0、i16:0；克氏针茅草原为15:0、16:0、i16:0。（5）呼伦贝尔5种草地类型土壤细菌的优势菌群均为变形菌门（Proteobateria），但土壤细菌群落组成在草地类型间仍存在差异。线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原检测到硝化螺旋菌门（Nitrospirae）和拟杆菌门（Bacteroidetes），壁厚菌门（Firmicutes）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）为克氏针茅草原特有菌群、疣微菌门（Verrucomicrobia）则为线叶菊草原特有的菌群。（6）5种草地类型土壤微生物多样性指数间存在显著差异（P<0.05）。土壤微生物功能、群落结构、遗传（16SrDNA）多样性Shannon-wiener指数均依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。6.植被-土壤-土壤微生物的相关分析表明，土壤微生物（生物量、数量、多样性）与植被特征、土壤理化因子、土壤酶活性之间有着密切的关系。关键词：呼伦贝尔；草地类型；植被特征；土壤特性；微生物多样性 StudyonVegetationCharacteristics,SoilPropertiesandMicrobialDiversityofMainGrasslandTypesinHulunbeierAbstractIngrasslandecosystems,plant,soilandsoilmicroorganismwereinteractingwitheachotherandformedanorganicwhole.Foralongtime,themainlyfocusedresearchpartaboutvegetationandsoilphysicochemicalproperties,butsoilmicroorganismwasunderstoodveryfew.So,exploringtherelationshipsbetweenvegetation–soil–soilmicroorgnismisimportantsignificanceofgrasslandecosystems.Inthisthesis,comparativestudybetweenthemaingrasslandtypesofHulunbeier,includestheplantcommunity,diversitycoverageandgrasslandproductivity,nutritioncharacteristicsandphotosyntheticpigmentsofmainplant,soilphysicochemicalproperties,soilenzymeactivityandsoilmicrobialdiversity.Themainresultsasfollows:1.ThestudyofvegetationcharacteristicsofHulunbeiermaingrasslandtypeshasshow:thecommunitycoverage,speciesrichness,Shannon-wienerindex,Simpsonindex,Pielouevennessindexoffivegrasslandtypesweresignificantlydifferent(P<0.05),andinadditiontosimpsonindex,theorderoftheotherfourindicatorsinfivegrasslandtypesis:Filifoliumsibiricumsteppe(FSS)>Stipabaicalensissteppe(SBS)>Leymuschinensissteppe(LCS)>Stipagrandissteppe(SGS)>Stipakryrowisteppe(SKS),Simpsonindex:FSS>LCS>SBS>SGS>SKS.Theabovegroundbiomassoffivegrasslandtypesisalsosignificantlydifferent(P<0.05),theorderis:FSS>SBS>LCS>SGS>SKS.Correlationanalysisbetweenplantdiversityindexwithabovegroundbiomassshowedthatplantdiversityandabovegroundbiomassoffivetypesgrasslandwerepositivelyrelatedtothelinearrelationshipandbetweenplantdiversityindexwaspositivelycorrelated(r>0.689).2.ThestudyofplantcharacteristicsandplantnutrientsofHulunbeiermaingrasslandtypes(fivedifferenttypesofgrassland)showthatplantnutrients(totalnitrogen,totalphosphorus,solublesugarcontent)andphotosyntheticpigmentscontent(chlorophylla,chlorophyllb,carotenoids,totalchlorophyllcontent)differences(P<0.05).Comparativeanalysisconstructivespeciesoffivegrasslandtypesresultis:planttotalnitrogencontentwasLCS>FSS>SKS>SBS>SGS;totalphosphoruswasFSS>LCS>SGS>SKS>SBS;solublesugarcontentinordertoSGS>SBS>SKS>LCS>FSS;chlorophyllacontentwasLCS>FSS>SKS>SBS>SGS;chlorophyllbcontentwasSKS>FSS>LCS>SBS>SGS;carotenecontentwasLCS>SGS>FSS>SKS>SBS;totalchlorophyllcontentwasSKS>LCS>FSS>SBS>SGS.Nutrientswiththephotosyntheticpigmentscontentoffive grasslandtypesanalysisshowedthatplantstotalnitrogen,totalphosphorus,solublesugarwithphotosyntheticpigmentscontentarepositivelycorrelated,andplanttotalnitrogenwithphotosyntheticpigmentscontentwassignificantorhighlysignificant.3.SoilpropertiesresearchofHulunbeiermaingrasslandtypesshowedthatsoilphysicalandchemicalfactorsoffiveHulunbeiergrasslandtypesweresignificantlydifferent(P<0.05).Soilmositure:FSS>SBS>LCS>SGS>SKS,soilbulkdensity:SKS>SGS>LCS>SBS>FSS,pHvalue:LCS>SGS>SBS>SKS>FSS,totalnitrgen:FSS>SBS>LCS>SGS>SKS,totalphosphorus:FSS>LCS>SBS>SGS>SKS,ammoniumnitrogen:FSS>LCS>SGS>SBS>SKS,nitratenitrogen:SBS>SKS>FSS>SGS>LCS，availablephosphorus:FSS>SBS>SKS>SGS>LCS,organicmatter:FSS>SBS>LCS>SGS>SKS.Verticaldistributionofsoilphysicalandchemicalfactors:pHvalueoftheverticaldidnotchangesignificantlyandsoilbulkdensitywas0-10cm>10-20cm,theotherphysicalandchemicalpropertiesofsoilare0-10cm<10-20cm.SoilphysicalandchemicalfactorsrelatedanalysisshowedthatsoilphysicalandchemicalfactorsofHulunbeierfivegrasslandtypeshavedifferentdegreesofrelevancetoeachother.4.Resultsalsoshowedthatsoilactivity(soilurease,hydrogenperoxidase,phosphatase,invertaseactivity)reducedsignificantly(P<0.05)indifferentgrasslandswith0-10cmhigherthan0-20cmintheverticaldistribution.SoilactivitoesofhydrogenperoxidaseandinvertaseactivitiesofFilifoliumsibiricumsteppeweresignificantliyhigherthanStipagrandissteppe,Stipabaicalensissteppe;SoilureaseactivityofStipakryrowisteppewasthehighestandsignificantlydifferentfromStipagrandissteppe,Filifoliumsibiricumsteppe,soilphosphataseactivityinLeymuschinensissteppewasthehighestandsignificantlydifferentfromothers.Correlationanalysisbetweensoilenzymeactivityshowedthatsoilenzymeactivitiesbetweenthedifferentdegreesofrelevance.5.TheresearchofsoilmicrobialdiveisityformaingrasslandtypesonHulunbeiershowsthat:(1)SoilmicrobialbiomassC,N(SMBC,SMBN)reducedsignificantly(P<0.05)indifferentgrasslands.ThemicrobialbiomasscarbonandnitrogeninFilifoliumsibiricumsteppesoilweresignificantlyhigherthanothers,soilmicrobialbiomassCandNinStipagrandissteppeandLeymuschinensissteppewerelower.(2)Thenumberofmicroorganismsindifferenttypesofgrasslandwereinthesamechangingtrends:bacteria>actinomycetes>fungi,butthenumberofeachmicroorganismandcompositionreducedsignificantly(P<0.05).Thebacterianumberin5differenttypes ofglasslandswasLCS>SBS>SKS>FSS>SGS,thefunginumberwasFSS>SKS>LCS>SBS>SGS,theactinomycetesnumberwasSKS>LCS>FSS>SBS>SGS.(3)Inthe5typesgrasslandonHulunbeier,theSoilmicroorganismsabilityofcarbonsourcesutilizationandcarbonsourceutilizationreduceddifference(P<0.05),AWCDvalueof5typesgrasslandonHulunbeierwasFSS>SBS>LCS>SGS>SKS.(4)Thetotalphospholipidfattyacid(PLFA)contentandvarioustypesoffloraofPLFAcontentreducedsignificantlydifferentin5typesgrasslandonHulunbeier(P<0.05).ThetotalcontentofPLFAin5typesgrasslandonHulunbeierwasFSS>SBS>LCS>SGS>SKS.Dominantgroupsofsoilmicroorganismsbetween5typesgrasslandonHulunbeierweredifference.dominantgroupsofFilifoliumsibiricumsteppewere15:0,a15:0,i16:0,i18:0;Stipabaicalensissteppewere15:0,a15:0,i16:0,16:1ω7c;Leymuschinensissteppewere15:0,i16:0,18:1ω9t,18:1ω9c;Stipagrandissteppewere15:0,a15:0,i16:0;Stipakryrowisteppewere15:0,16:0,i16:0.(5)Soilbacterialcommunitystructurereduceddifferencesin5differenttypesgrasslandonHulunbeierandtheydominantgroupwasProteobateria.Filifoliumsibiricumsteppe,StipabaicalensissteppeandLeymuschinensissteppedetectedNitrospiraeandBacteroidetes,StipagrandissteppedetectedFirmicutesandGemmatimonadetes,VerrucomicrobiawaspeculiargroupofFilifoliumsibiricumsteppe.(6)Soilmicrobialdiversityreducedsignificantlydifferentin5differenttypesgrassland(P<0.05).Shannon-wienerindexofsoilmicrobialfunctionaldiversity,structuraldiversityandgeneticdiversity(16SrDNA)wasFSS>SBS>LCS>SGS>SKS.6.Correlationanalysisofvegetation,soilandsoilmicrobeindicatedthatsoilmicroorganism(microorganisms,microbialbiomass,microbialdiveisity)withvegetationcharacteristicsandsoilproperitieshavecloserelationship.Keywords:Hulunbeier;grasslandtypes;vegetation;soilproperties;microbialdiversityDirectedby:Prof.YiJin,Prof.YangDianlinApplicantforDoctordegree:WenDurile(Botany)(CollegeofAgronomy,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Huhhot010018,China) 目录1引言...............................................................11.1草原植被特征研究进展............................................11.1.1草原植物生物多样性研究........................................11.1.2草地生产力研究................................................21.1.3草地植物营养特性研究..........................................31.1.4呼伦贝尔草原植被特征研究现状..................................41.2草地土壤理化特性及土壤酶活性研究进展............................51.2.1草地土壤理化特性研究..........................................51.2.2草地土壤酶活性研究............................................71.2.3呼伦贝尔草原土壤理化特性及土壤酶活性研究现状..................81.3草地土壤微生物研究进展..........................................91.3.1草地土壤微生物数量与生物量研究................................91.3.2草地土壤微生物多样性研究.....................................101.3.3呼伦贝尔草原土壤微生物研究现状...............................101.4植被-土壤-土壤微生物相关性研究现状.............................111.5本论文研究目的、意义和主要内容.................................121.5.1研究目的.....................................................121.5.2研究意义.....................................................121.5.3研究内容及技术路线...........................................132呼伦贝尔主要草地类型植被特征与生产力研究..........................152.1研究区域概况与方法.............................................152.1.1研究区域概况.................................................152.1.2材料与方法...................................................172.1.3数据处理.....................................................182.2结果与分析.....................................................182.2.1呼伦贝尔不同草地类型植物多样性差异的分析.....................182.2.2呼伦贝尔不同草地类型生产力差异的分析.........................192.2.3呼伦贝尔草原植物多样性与生产力的相关性分析...................212.3讨论...........................................................222.3.1不同草地类型群落植物多样性差异研究...........................232.3.2不同草地类型草地生产力差异研究...............................232.3.3群落植物多样性与草地生产力的相关性研究.......................23 2.4小结..........................................................243呼伦贝尔主要草地类型植物特性及营养成分研究........................253.1研究材料和方法................................................253.1.1研究材料....................................................253.1.2研究方法....................................................253.2结果与分析....................................................263.2.1呼伦贝尔不同草地类型植物重要值差异的分析....................263.2.2呼伦贝尔不同草地类型植物营养特性差异的分析..................263.2.3呼伦贝尔不同草地类型植物光和色素差异的分析..................283.2.4植物光合色素与营养元素的相关性分析..........................333.3讨论..........................................................333.3.1呼伦贝尔不同草地类型主要植物重要值差异的研究................333.3.2呼伦贝尔不同草地类型主要植物营养特性差异的研究..............343.3.3呼伦贝尔不同草地类型主要植物光合特性差异的研究..............343.3.4呼伦贝尔不同草地类型植物光合色素与营养成分的相关性研究......353.4小结..........................................................354呼伦贝尔主要草地类型土壤理化性质研究..............................364.1研究材料与方法................................................364.1.1研究材料....................................................364.1.2研究方法....................................................364.1.3数据处理....................................................364.2结果与分析....................................................374.2.1呼伦贝尔不同草地类型土壤物理特性差异的分析..................374.2.2呼伦贝尔不同草地类型土壤化学特性差异的分析..................384.2.3呼伦贝尔草原土壤理化特性的相关性分析........................444.3讨论..........................................................444.3.1呼伦贝尔不同草地类型土壤理化特性差异的研究..................444.3.2呼伦贝尔不同草地类型土壤理化特性的相关性研究................454.4小结..........................................................465呼伦贝尔主要草地类型土壤酶活性分布特征研究........................475.1材料与方法....................................................475.1.1研究材料....................................................475.1.2测定方法....................................................475.1.3数据处理....................................................49 5.2结果与分析.....................................................495.2.1呼伦贝尔不同草地类型土壤脲酶活性差异的分析...................505.2.2呼伦贝尔不同草地类型土壤过氧化氢酶活性差异的分析.............505.2.3呼伦贝尔不同草地类型土壤磷酸酶活性差异的分析.................515.2.4呼伦贝尔不同草地类型土壤转化酶活性差异的分析.................525.2.5呼伦贝尔草原不同土壤酶活性相关性分析.........................535.3讨论...........................................................545.3.1呼伦贝尔不同草地类型土壤酶活性差异的研究.....................545.3.2呼伦贝尔草原不同土壤酶活性相关性研究.........................545.4小结...........................................................546呼伦贝尔主要草地类型土壤微生物多样性研究..........................566.1材料与方法.....................................................566.1.1研究材料.....................................................566.1.2研究方法.....................................................566.1.3数据分析.....................................................606.2结果与分析.....................................................616.2.1呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物量分析.........................616.2.2呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物区系组成分析...................636.2.3呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物功能多样性分析.................646.2.4呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物群落结构多样性分析.............676.2.5呼伦贝尔不同草地类型土壤细菌16SrDNA基因多样性分析..........726.3讨论...........................................................786.3.1呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物生物量差异的研究...............786.3.2呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物数量差异的研究.................786.3.3呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物多样性差异的研究...............786.4小结...........................................................807植被-土壤-土壤微生物相关性研究....................................827.1材料与方法.....................................................827.1.1研究材料.....................................................827.1.2分析方法.....................................................827.2结果与分析.....................................................827.2.1土壤微生物与植被特征的相关性分析.............................827.2.2土壤微生物与土壤理化因子的相关性分析.........................847.2.3土壤微生物与土壤酶活性的相关性分析...........................86 7.3讨论..........................................................877.3.1呼伦贝尔草原土壤微生物与植被特征的相关性研究................877.3.2呼伦贝尔草原土壤微生物与土壤理化因子的相关性研究............887.3.3呼伦贝尔草原土壤微生物与土壤酶活性的相关性研究..............887.4小结..........................................................898讨论与结论........................................................908.1讨论..........................................................908.1.1呼伦贝尔5种草地类型植被与土壤理化特性差异的分析............908.1.2呼伦贝尔5种草地类型土壤酶活性差异的分析....................918.1.3呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物差异的分析....................918.1.4呼伦贝尔草原植被-土壤-土壤微生物的相关性分析................918.2主要结论......................................................928.3本研究的创新之处..............................................94致谢.............................................................95参考文献.......................................................96作者简介......................................................115 内蒙古农业大学博士学位论文11引言1.1草原植被特征研究进展1.1.1草原植物生物多样性研究生物多样性（Biodiversity）是地球上所有生物（动物、植物、微生物等）、它们所包含的基因以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统的多样化程度[1]。植物多样性是研究草地群落结构水平的重要指标之一，它可以体现草地群落的组织水平、退化程度以及生境差异，对于草地学的研究有着重要的生态学意义[2,3]。一直以来草地植物多样性是研究草原生态系统的重要内容之一。王占军、蒋齐、刘华等在2008年以宁夏河东沙地退化草场的不同放牧方式为研究对象，对植物群落结构及多样性的进行研究，结果表明：不同放牧方式一定程度上改变了植物群落优势种的分布，增加了物种数，使植物群落逐渐趋于稳定性，采用不同放牧方式一定程度上提高了草产量，并且以6区轮牧的效果较好[4]。包秀霞等在2009年研究了不同放牧方式下典型草原群落植物多样性的变化特点，结果表明植物群落结构对比能看出，四季轮牧建群种克氏针茅重要值最大，定居放牧区一年生植物所占的比例明显增加。两年度内除均匀度指数外其他三个多样性指数都有所增加，两年度内均匀度指数存在下降的趋势，并且四季与两季轮牧植物优势度均低于定居[5]。赵忠、何毅、李青等2010年对肃南、肃北草地类型及草地植物物种多样性现状进行调查，共测定草本2植被样方226个，灌丛植被样方125个，草灌乔植被样方32个；现场标图约22500km，调查路线长18500km。按照《中国草地类型的划分标准和中国草地类型分类系统》确定肃南县草地类型有9类、18个亚类、24组、29型；肃北县草地类型有9类、17个亚类、19组、29型；采集植物标本986份381种，分属53科，176属；其中牧草类植物300种。肃北、肃南草场的总体状况在退化，局部地方保护较好；调查区草地植物的物种多样性没有遭到大的破坏，但各种群的优势度变化较大，表明群落中种群关系已经发生了变化，生物多样性受到威胁[6]。冯缨、许鹏、安沙舟等2005定量比较天山北坡中段乌鲁木齐地区各草地植被垂直带中具代表性的16个主要草地类型的植物多样性指数、物种丰富度指数和均匀度指数。从各草地类型多样性指数大小来看，山地草甸>草甸草原>典型草原>荒漠草原>亚高山草甸>高寒草甸>荒漠。其中分布于山地草甸的鸭茅+草原老鹳草+杂类草的草地类型和草原老鹳草+杂类草+禾草的草地类型的物种多样性指数最大，而分布于荒漠带土质生境的散枝猪毛菜+角果藜的草地类型和小蓬草地类型的物种多样性指数最小。其结果反映了生境异质性沿着水、热生态梯度变化的规律；从草地物种多样性的角度，揭示了不同草地类型在组成、结构、功能和动态的差异；通过指数间相关关系的分析，探讨草地类型多样性与草地生产力的相互影响，可为该地区的生物多样性资源保护提供科学依据[7]。 2呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究王长庭、龙瑞军、丁路明等2004年对不同类型草地功能群多样性和组成与植物群落生产力之间的关系进行了探讨。结果表明：（1）在藏嵩草沼泽化草甸和小嵩草草甸中，虽然杂类草、C3植物和莎草科植物功能群的生产力占群落初级生产力的比例较大，但二者在统计上没有显著性差异，这表明群落生产力除受物种多样性的影响外，也受物种本身特征和环境资源的影响，更主要的是受到功能群内物种密度和均匀度的影响，即功能群组成比功能群多样性更能说明对生态系统过程的影响。（2）不同类型草地群落植物功能群盖度与群落初级生产力呈显著的线性相关。（3）不同类型草地群落生产力与功能群内物种数的变化均表现为单峰曲线关系，即功能群内物种数处于中间水平时，群落生产力最高[8]。杨利民2008年对羊草茎、叶显微结构的生态可塑性及群落结构功能群组成和多样性进行研究，结果表明：不同草原群落类型物种变化的耐牧性不同，群落生物量与物种多样性关系研究表明，二者呈显著线性正相关关系，即随着群落物种多样性的增加，群落初级生产力明显增加[9]。王国杰、汪诗平、郝彦宾等2005年应用样线法对放牧对内蒙古草原沿水分梯度分布的主要植物群落：小针茅(Stipaklemenzii)群落、大针茅(Stipagrandis)群落、羊草(Leymuschinensis)群落和羊草杂类草群落多样性、生产力以及两者关系的影响进行了研究，结果表明：除羊草杂类草群落外，物种多样性、生活型多样性和水分生态类型多样性随放牧强度的加大而降低，但适度放牧增加了羊草杂类草群落的上述多样性指标。群落地上现存量一般随放牧强度的增大而下降，但小针茅群落反之。多样性和生产力间的关系在群落水平上的趋势是不同的，但放牧影响下内蒙古草原4种群落多样性与生产力总体而言呈线性增加关系；用水分生态类型多样性比物种多样性更能反映与地上地下总生产力间的关系，得到放牧影响下内蒙古草原植物群落地上地下总生物量与水分生态类型多样性的回归方程[10]。物种的多样性是从生态学角度对群落的组织水平、形成演化及维持机制进行研究[11]。许多研究表明：由于自然界植被构成的复杂性、多变性和对环境的依赖性、物种的多样性在不同环境不同质地下表现不同。因此，群落的稳定性的研究可以通过其物种多样性反映出来。1.1.2草地生产力研究草地生产力是除植物多样性之外，另一个研究草地生态系统的重要内容[12-14]。王明君、韩国栋、赵萌莉等在2005~2007年，在内蒙古草甸草原上选择3个具有典型放牧梯度的重复样地，用样方法测定草地植物群落特征，分析不同放牧强度对草地基况和生产力的影响以及草地生产力与草地基况的关系。结果显示：草地基况与草地生产力不能构成相关模型，但良好的草地基况能够维持较高的生产力，较高的生产力是草地基况和环境条件的综合反映，即在较好的环境条件（降水丰沛）下，较差基况水平的草地也能产生较高的生产力；在较差的环境条件下，良好的草地基况水平依然能[15]够维持较高的生产力。 内蒙古农业大学博士学位论文3近47年内蒙古高原荒漠草原植物气候生产力表现出不显著的线性增加趋势；内蒙古高原荒漠草原植物气候生产力水平呈南高北低的状态，西南部气候生产力不断增长，东南部逐渐减少；气候生产力变化速率由西北向东南方向递增，47年来东南部朱日和地区气候生产力减少幅度最大，该区也是气候生产力变化的敏感区[16-19]。王静、赵萌莉、WalterWILLMS等2010年通过连续5年对退化草地进行凋落物添加处理，分析不同处理强度植物群落动态，探讨凋落物对草地地上和不同功能群生产力的影响。结果表明：凋落物添加对草地地上生产力有显著的促进作用，草地地上生产力随着凋落物添加强度的增加而变化不大。处理效应主要表现在处理后第一年，重度处理与对照有极显著差异（P<0.05），以后几年差异不显著（P>0.05），年度间差异极显著（P<0.01）。凋落物添加对植物群落各功能群生产力无显著影响。年度间不同处理各功能群相对生物量随年际变化的主成分分析（PCA）结果说明：草地生产力主要是由多年生丛生型禾草与多年生杂类草在生态系统中的竞争补偿作用决定的，随着凋落物添加强度的增加，二者的竞争作用减弱，相关性下降，多年生丛生型禾草占更大优势，预示着多年生杂类草与一二年生草本、灌木、多年生根茎型禾草的竞争补偿作用增大[20-22]。白永飞等[23]2000年对锡林河流域草原群落植物多样性和初级生产力的变化的进行了研究，用样带法研究了草原群落植物多样性和初级生产力沿海拔和水分梯度的变化，结果表明：在样带梯度上,物种丰富度、多样性和群落初级生产力与海拔高度、年降水量和土壤有机C及全N含量呈正相关，而与年平均气温和干燥度呈负相关。随着海拔高度的降低，降水量的减少，热量和干燥度的增加，以及土壤有机C和全N含量的降低，草原群落的物种丰富度、多样性和初级生产力逐渐降低。典型相关分析的结果揭示出，土壤有机C含量和干燥度是对草原群落物种丰富度和初级生产力具有更大的影响。同时，草地的利用方式和强度对群落植物多样性和生产力也具有较强的影响[24-26]。王占军、蒋齐、潘占兵等2005年对退化草原恢复演替过程中物种多样性与生产力的变化做了分析，对种植不同林龄柠条后物种的多样性、群落结构及草地生产力进行了研究，结果表明：种植柠条林对退化草地的植被恢复有积极的作用，植物群落的多样性随柠条林龄的增加而增加，而且随林龄年份的增加，群落结构更趋于稳定。草地生产力由于土壤储水量相对较高，表现为随林龄的增加，草产量受季节降水量变化的影响较小，相对稳定的趋势[27]。1.1.3草地植物营养特性研究不同草地类型、不同时间内牧草的营养物质含量有很大变化，而家畜对牧草营养的需要却是相对稳定的。因此，牧草营养物质供给的不均衡性和家畜营养需要的长期稳定性之间的矛盾构成了草地畜牧业生产的主要矛盾。解决这一矛盾的关键是摸清牧 4呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究草的营养动态规律，据此研究草地营养动态的工作历来备受重视。国内外许多学者研究了栽培牧草和不同草地类型天然草地的营养动态，但对内蒙古草地营养动态进行全面研究还鲜见报道[28]，仅见有报道局部区域或普遍区域内局部草地植物营养动态的研究。金花、苏楞高娃、敖特根等于2005年11月~2006年11月，对苏尼特右旗境内典型荒漠草原草地营养成分（CP、EE、Ash、Ca、P、CF）进行了测定，研究结果表明：该草地营养成分随季节变化呈现不同的变化动态，但总体上，夏季草地营养价值最高，秋季次之，冬、春季最低劣[29]。阿里穆斯、刘颖茹、杨持2001年测定了锡林郭勒草原中12种常见植物种群在不同的物候期、不同器官、中6种营养元素的含量，以其探索随物候期的变化，营养元素在生殖分配上的动态规律。结果如下：1、茎中的营养元素不随物候期的变化而变化；营养元素含量在营养期叶中既与不同物候期的叶有明显区别，又与同一物候期的不同器官（营养期茎）有明显差异。2、不同植物种群的6种营养元素生殖分配只在营养物候内表现一致，叶中分配比例明显大于茎中的，在茎中占20%-35%，叶中占65%-80%[30]。邢旗、刘永志、韩志敏2010研究了内蒙古典型草原的代表群系羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原、本氏针茅草原地上生物量的季节动态和年度动态规律及其与水热条件的相关关系，并研究了群落粗蛋白质、粗纤维、无氮浸出物含量的动态规律。结果表明：群落地上生物量积累过程与降水量和温度密切相关，可用Logistic曲线进行模拟[31]。曹仲华、呼天明、曹社会等2010年对西藏山南地区6种野生牧草的营养价值采用在羊体内装有瘘管的方法进行测定研究，结果表明6种牧草的干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）的瘤胃降解消失率和降解特征存在很大差异；随着样品在瘤胃内停留时间的延长，降解消失率也随之提高，在3-48h时，增加的幅度较快，48h后，增加的速度放缓；到72h，狗尾草的降解消失率最大，其DM、CP和NDF的降解消失率均超过60%；蛋白质较高、纤维含量较低的狗尾草和白草，其DM、CP、NDF和ADF的快速降解部分、慢速降解部分及有效降解率均比其他4种牧草高；而白茅和沙生针茅营养成分表现出比其他4种牧草差的降解特征。综合考虑6种牧草所含营养成分及其在绵羊体内的降解能力，狗尾草和白草利用价值较高，白茅和沙生针茅利用价值较低[32]。1.1.4呼伦贝尔草原植被特征研究现状呼伦贝尔草原是欧亚大陆草原的重要组成部分，是我国北方的生态屏障，对于维护东北乃至华北地区的生态安全具有重要的战略意义。因此，近些年呼伦贝尔草原已受到许多学者的关注。陈涛、柳小妮、辛小平等在2008年对不同退化程度下呼伦贝尔羊草草甸草原植物多样性进行了研究。结果表明：随草原退化程度加重，植物种数 内蒙古农业大学博士学位论文5目逐渐减少，其中禾本科植物物种明显下降；生活型内多年生草本植物和半灌木类植物种逐渐减少，中旱生和旱生植物所占比例逐渐上升；在草原退化过程中，植物群落发生了羊草+杂类草草原-羊草+寸草苔-寸草苔的逆向演替；随草原退化加剧，群落α-多样性明显下降，其中重度退化草地的物种丰富度、多样性、均匀度分别比轻度退化草地下降了27%、62%、61%；β-多样性指数表明，轻度退化草地与中度、重度退化草地的群落结构相似性较低，中度与重度退化草地之间相似性较高[33]。植物多样性在一定程度上也可以反应草原的发展阶段以及草原的生产力水平[34]。杨殿林、韩国栋、胡跃高等2006年研究了不同放牧强度对呼伦贝尔贝加尔针茅草原群落植物多样性和生产力的影响，结果表明，在牧压梯度上，不同的植物表现出不同的生态适应对策，贝加尔针茅种群随着牧压的增加，种群株丛破碎化、小型化，羊草耐牧性较强，在中牧阶段生产力最高[35]。郑晓翾、王瑞东、靳甜甜等（2008）研究了呼伦贝尔草原不同草地利用方式下生物多样性与生物量的关系，结果表明不同形式的草地利用方式对草地群落结构和生产力都有显著的影响，从而影响物种丰富度和生物量的关系[36]。张静妮、赖欣、李刚等（2010）以呼伦贝尔贝加尔针茅草甸草原为研究对象，研究了不同放牧干扰对贝加尔针茅群落植物多样性、土壤理化性状及养分特征的影响，结果表明，不同强度的放牧干扰不同强度的放牧干扰对贝加尔针茅草原植物多样性及土壤养分状况的影响具有显著的差异。轻度放牧，草地植物多样性升高、地上生物量增加、土壤物理性状得到改善且养分资源的持续供给能力提高并得以维持，草地生态系统处于健康稳定状态。而中度及重度放牧，植物多样性降低、植被盖度减小、土壤容重增加，含水量降低、土壤有机碳含量显著下降，草地出现退化的迹象[37]。1.2草地土壤理化特性及土壤酶活性研究进展1.2.1草地土壤理化特性研究土壤是草地生态系统中的重要组成部分，是物质和能量交换的重要场所。土壤有基本的物理（比重、容重、孔隙度）和化学性质（土壤酸碱度、全氮、全磷、有机质等）。有关草地土壤理化特性的研究多数集中在家畜对草地土壤的影响上。1.2.1.1草地土壤物理性质研究早在1996年贾树海等研究发现，放牧压力对土壤容重的影响仅限于0~10cm的土壤，且0~10cm土壤容重随放牧强度的增加而增加，其中对0~5cm土壤的影响最明显[38]，María[39]在2001年的研究中也得出同样的结论。姚爱兴等研究发现，轮牧草地土壤的容重较小，含水量较高，孔隙度增加；连续放牧使土壤的紧实度增加，含水量降低，容重较高，透气性变得较差[40]。Altesor,A.等研究表明放牧大大降低了[41]土壤容重，增加了土壤含水量。N.T.Donkor等报道指出，放牧明显降低了土壤水 6呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究分含量，且自由放牧区的土壤水分含量高于短周期高强度放牧区的土壤水分含量[42]。Kobayashi等[43]研究发现，家畜践踏虽然减少阳坡的土壤水分，但对阴坡土壤有效水无显著影响。包秀霞在2010年对中蒙两国毗邻针茅草原不同放牧样地进行了比较，发现内蒙古草原样地采用的划区轮牧和定居放牧方式的表层土壤含水量明显低于蒙古国传统的四季游牧放牧方式[44]。1.2.1.2草地土壤化学性质研究土壤是陆地生态系统中的重要组成部分，其所含有的有机碳和氮素作为生态系统中极为重要的生态因子，一直倍受生态学、土壤学等科学工作者的关注，目前又成为国际全球变化问题和生态系统可持续发展研究的核心内容之一。草地生态系统碳、氮循环在草地可持续发展和全球生态环境中的重要作用，目前对不同草地类型的土壤有机碳和全氮含量进行的研究一般的主要是在探讨草原的碳、氮营养特征的差异、以及其理化特征与生产力等反面的关系，为草地基况评价、健康评价及其草地畜牧业的可持续发展和草地生态系统平衡发展提供基础资料[45]。高安社、郑淑华、赵萌莉等2005年对典型草原和荒漠草原的土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）进行了比较分析，结果表明：两种草原土壤SOC和TN含量差异显著，且典型草原的SOC和TN含量高于荒漠草原；在0~20cm土层内，两种草原的SOC和TN含量随土壤深度的增加呈下降趋势。典型草原的气候、植被及土壤质地状况优于荒漠草原，可能是导致上述结果的可能原因[46]。在土壤理化性质和生态系统功能的研究中，自然状态下的草地生态系统越来越受到关注，特别是自然状态下植物群落物种的土壤理化性质的变化，国内外多项实验研究都集中在土壤营养的多方面对生产力、植物多样性、植物群落演变等方面的影响[47-49]。王长庭、龙瑞军、曹广民等2008年研究了高寒草甸不同类型草地土壤养分与多样性—生产力之间的关系，即物种多样性对生产力的效应如何受到资源供给率等因素的影响。结果表明：以莎草类为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落其总生物量（包括地上和地下生物量）最高、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落为中等水平、矮嵩草草甸群落为最低。在藏嵩草沼泽化草甸群落中，总生物量和物种丰富度呈显著负相关（P<0.05）；地上生物量与土壤有机质、土壤含水量和群落盖度显著正相关（P<0.05）；地下生物量和土壤含水量显著正相关（P<0.05）。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸、金露梅灌丛群落中，地上生物量与土壤有机质和土壤总氮显著正相关（P<0.05）。以上结果说明生物量的分布与土壤营养和水分变化相一致。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛中，多样性有随土壤养分的增加而增加的趋势；在藏嵩草沼泽化草甸中,则呈现负相关的关系[50]。杨玉海、陈亚宁、李卫红等2008年结合塔河下游大西海子至台特玛湖区段的8个地下水监测断面、31个土壤剖面的217个土样分析数据，分析了塔河下游土壤特性及其对物种多样性变化的影响。研究 内蒙古农业大学博士学位论文7结果表明：塔河下游土壤除全磷外，有机质等指标存在垂直分布差异，出现显著差异的土层深度为50cm。塔河下游上段的土壤养分含量相对较高，下段较低；物种多样性指数自上段至下段的下降趋势与有机质等的变化相同，而植物群落退化则表现为从复合群落到单一群落的演变趋势，即从乔（胡杨为主）、灌（柽柳为主）、草复合群落演变到单一的柽柳灌丛群落。灰色关联分析表明塔河下游上层（0~50cm）土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量与物种多样性的相关性较高。塔河下游土壤有机质、全氮、全磷、全钾等在一定程度上对物种多样性变化有一定影响[51]。杨成德、龙瑞军、陈秀蓉等2008年在青藏高原东祁连山以杜鹃灌丛、高山柳灌丛、金露梅灌丛、珠芽蓼草甸、禾草草地、沼泽草地和嵩草草地为研究对象，对土壤理化性质和土壤碳、氮、磷密度进行了研究。结果表明：2005年土壤表层碳、氮、磷密度分别介于2222224.66kg/m-6.63kg/m、0.31kg/m-0.59kg/m和0.07kg/m-0.16kg/m，2006年分别介222222于5.27kg/m-6.84kg/m、0.40kg/m-0.51kg/m和0.10kg/m-0.20kg/m；土壤碳、氮和磷密度受植物群落和根系分布特征影响，样地间及土层间差异明显[52]。萨娜斯琴、易津、包秀霞在2010年研究了不同放牧方式对中蒙荒漠草原植被和土壤特性的影响发现，游牧区的土壤全氮、速效钾均极显著高于定居放牧区（P<0.01），定居放牧区的表层土壤全钾高于游牧区[53]。1.2.2草地土壤酶活性研究土壤作为陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的纽带，与周围环境不断进行着物质、能量的交换与转化。而土壤酶作为土壤质量的生物活性指标在土壤生态系统中扮演着重要的角色。土壤酶是指催化土壤生物化学反应的蛋白质，它主要来自植物、土壤动物以及土壤微生物[54,55]。随着科学的发展将土壤酶活性与土壤生产力及土壤肥力、土壤质量联系起来取得了一定的成功。将土壤酶活性与日益突出的生态环境问题的解决相结合，应用酶活性的敏感性作为指标，解决一系列的环境问题将是今后土壤酶学的研究重点之一[56-58]。土壤酶活性反映了土壤营养循环过程的速率，可作为土壤生物功能多样性的指标[59]、土壤生产力[60]和微生物活性潜力的指标[61]，土壤酶活性能够及时反映土地利用和生物的改变[62]。王启兰、王溪、王长庭等2010年对高寒矮嵩草草甸土壤性质及酶活性进行研究，分析了土壤性质与酶活性之间的关系。结果表明：在0~20cm土层随土壤深度的增加，土壤容重、pH值和全钾升高，有机质、全氮、有效氮、全磷、有效磷、有效钾、阳离子交换量均明显下降；所测的7种土壤酶中，除多酚氧化酶活性呈现随土壤层次加深而升高外，过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、纤维素酶、转化酶、碱性磷酸酶均明显降低。相关分析表明：土壤有机质和有效钾除与多酚氧化酶呈显著负相关外，与其余6种酶呈显著正相关；通径分析表明：各种土壤因子不仅直接影响土壤 8呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究酶活性的大小，还通过相互之间的作用间接调控土壤酶活性[63]。邹军、喻理飞、李媛媛等2010年在贵州西南部花江典型喀斯特峡谷区选择裸地、草本、灌木、乔林四个植被恢复阶段作为退化植被恢复过程中不同恢复阶段，然后在一年中四个季节的每一季节分别对四个阶段样地进行取土，带回实验室风干磨细。分别用比色法测定脲酶活性，用比色法测定淀粉酶活性，用碘量滴定法测定多酚氧化酶活性。通过一年的实验结果表明，土壤酶活性随植被恢复过程逐渐提高，即裸地阶段＜草本群落阶段＜灌木群落阶段＜乔林阶段。土壤酶在土壤中分布是根际土大于非根际土。脲酶、淀粉酶、多酚氧化酶活性在一年中总体表现为春夏季高，冬季低的特点，具体的酶表现不尽相同。各层次酶活性季节性变化趋势相同[64]。徐杰、宁远英2010年对科尔沁沙地不同样地生物结皮的土壤酶活性进行了研究，结果表明：除多酚氧化酶外，脲酶、蛋白酶和转化酶均随土壤深度的增加而出现降低趋势，且结皮层土壤酶含量和层下土壤酶含量有显著差异（P<0.05），藓结皮脲酶、蛋白酶与转化酶的活性均大于藻结皮，其差异性与放牧强度有关[65]。1.2.3呼伦贝尔草原土壤理化特性及土壤酶活性研究现状自20世纪80年代以来，由于长期不合理的利用，呼伦贝尔草原发生了不同程度的退化。王明君等研究了不同放牧强度对呼伦贝尔草甸草原土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和机械组成的影响，结果表明，表层土壤的有机碳和全氮在轻度放牧和中度放牧的情况下没有显著差异，但都显著高于重度放牧的草地。0~20cm的土层中，SOC和TN有显著地线性相关关系，两者与土壤机械组成没有显著的线性相关关系[66]。刘清泉等研究了呼伦贝尔草甸草原土壤含水量对地上生物量的影响，得出内蒙古草甸草原土壤含水量在整个生长季节中表现出“U”形曲线的变化特点，表层土壤的含水量波动剧烈，对江水反应迅速，下层土壤含水量波动幅度较小，30~40cm土壤含水量对植物的生长具有重要意义[67]。范国艳[68]，张静妮[27]，文都日乐[69]等研究了放牧对呼伦贝尔贝加尔针茅草原土壤理化特征的影响，随着放牧强度的增加，土壤容重增加、土壤含水量降低、土壤养分含量也出现不同程度的降低。朱立博[70]，文都日乐[71]分别研究了呼伦贝尔典型草原不同植被类型和不同草地类型的土壤特征，结果发现呼伦贝尔不同植被和草地类型间土壤理化特性均存在显著差异。近几年才开始对呼伦贝尔草原土壤酶活性进行研究。放牧干扰对呼伦贝尔贝加尔针茅草原土壤酶活性的研究结果中指出，随着放牧强度的增加土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶均呈现下降的趋势[69]。赵帅等研究了放牧与围封对呼伦贝尔3种针茅草原（贝加尔针茅草原、大针茅草原、克氏针茅草原）土壤酶活性和理化性质的影响，发现围栏内外草原土壤理化性质和土壤酶活性均呈现差异显著。各植被类型草原土壤碱性磷酸酶和转化酶放牧样地较围封样地呈现活性增加的趋势，脲酶和过氧化 内蒙古农业大学博士学位论文9氢酶的活性变化因植被类型不同而各有差异。土壤酶活性与土壤有机质、全氮、速效磷之间具有显著的相关性，可以用来指示草原退化与恢复状况[72]。文都日乐、李刚、张静妮等2010年以呼伦贝尔5种不同草地类型为研究对象，分析了不同草地类型土壤酶活性的变化特征。研究表明，各草地类型土壤酶活性的垂直分布均表现为表层土壤（0~10cm）酶活性大于下层土壤（10~20cm）酶活性，不同草地类型间土壤酶活性亦存在显著差异（P＜0.05），线叶菊草原土壤过氧化氢酶和转化酶活性均显著高于贝加尔针茅草原和大针茅草原；土壤脲酶活性以克氏针茅草原最高，且与线叶菊草原、贝加尔针茅草原和大针茅草原差异显著；而土壤磷酸酶活性则为羊草草原显著高于其他样地[71]。1.3草地土壤微生物研究进展1.3.1草地土壤微生物数量与生物量研究草地土壤微生物是草地生态系统的重要组成部分，在草地生态系统物质转化和能量流动过程中起主导作用，具有巨大的生物化学活性，因此，对于以探究土壤微生物与环境之间相互关系为基本内容、以发掘土壤微生物资源和对土壤微生物实行定向控制为目的的土壤微生物生态学研究来说，查明土壤中微生物的数量及其组成情况无疑是十分必要的[73]。大多数研究表明[74-76]，细菌、放线菌和真菌是草地土壤微生物中数量最大的3个类群，且细菌>放线菌>真菌。Bardgett[77]，Grayston[78]用熏蒸法、PLFA和CPLL测定了土壤微生物生物量和土壤微生物群落结构，研究表明不同草地类型间土壤微生物量、微生物群落、真菌和细菌的数量均存在极显著差异，并且真菌和细菌在8月份数量较高。屈冉、李俊生、肖能文等2010年不同植被类型土壤除真菌数量随海拔升高而增多之外，放线菌、细菌都是随海拔升高呈单峰变化趋势。土壤呼吸速率与土壤细菌、放线菌呈极显著正相关性（P＜0.01），与真菌则呈极显著负相关（P＜0.01），而与海拔梯度呈显著相关（P＜0.05），表明土壤呼吸受土壤微生物群落影响较大[79]。吕桂芬、吴永胜、李浩等2010年对我国荒漠草原生态系统不同退化阶段土壤微生物数量、微生物生物量进行研究。结果表明，随着草原退化程度加剧，土壤微生物数量、微生物生物量表现出不同程度的变化。其中，土壤微生物数量、生物量随退化程度的加剧而有递减的趋势，各项值在总体上呈现出轻度退化>中度退化>重度退化，荒漠草原的退化明显影响到土壤微生物的数量、生物量，土壤微生物对草原退化有响应。同时，相关性研究表明，土壤微生物数量和土壤微生物活性之间呈较好的相关关系，这些指标可作为评价土壤肥力的有效指标[80]。 10呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究1.3.2草地土壤微生物多样性研究土壤是微生物的大本营，微生物在土壤养分转化与腐殖质形成过程中有着重要的作用。土壤中微生物多样性受耕作方式、地理位置、土壤层次、植被、土壤肥力、气候变化及土壤类型等诸多因素的影响，反之，土壤微生物的多样性又影响土壤生态系统的结构、功能及过程，它是维持土壤生产力的重要组分[81-83]。土壤微生物多样性是一门近来在土壤学、微生物学及生物多样性领域均给予较多关注的新兴交叉学科。研究土壤微生物多样性对于探索自然生命机制、应对全球气候变化、治理各类环境污染、维持生态服务功能及促进土壤持续利用等方面具有重要意义[84-87]。保持微生物的多样性对于人类农业生产亦具有重要意义[88-92]。韩芳、邵玉琴、赵吉2002年对皇甫川流域不同草地类型土壤微生物的物种多样性指数、均匀度、丰富度、优势度进行了研究。研究结果表明：芽孢型细菌多样性指数为恢复草地大于人工草地和退化草地；放线菌及真菌的多样性指数均为恢复草地大于退化草地和人工草地[93]。魏媛、张金池、俞元春等2010年采用微生物培养法研究了退化喀斯特植被恢复对土壤微生物数量、群落功能多样性的影响。研究结果表明：随着退化喀斯特植被的恢复，土壤微生物数量增加，表现为乔木群落阶段＞灌木群落阶段＞草本群落阶段＞裸地阶段。总之，植被恢复使得土壤微生物数量增加，碳源平均利用率增强。因此，创造了更好的土壤条件更有利于退化喀斯特植被的恢复[94]。毕江涛等利用BiologEco板技术对呼伦贝尔不同植被类型土壤微生物群落功能多样性研究发现，5种植被类型土壤微生物群落代谢活性有显著的差异（P<0.01），5种植被类型土壤微生物群落利用碳源的种类也存在差异，氨基酸类、羧酸类和糖类是其主要的碳源利用类型。在BiologECO板培养基接种培养96h后，5种植被类型土壤微生物群落多样性显示，物种丰富度指数（R）和均匀度指数（EH）差异显著，Shannon指数(H)差异不显著[95]。1.3.3呼伦贝尔草原土壤微生物研究现状对于呼伦贝尔草原的研究一直是热点，但近几年的热点方向由地上植物的研究逐渐转为地下土壤微生物地的研究。陈海军等（2008）在一个生长季内，对呼伦贝尔贝加尔针茅草甸草原不同强度放牧地段土壤微生物数量进行了测定。结果表明，不同强度放牧对土壤微生物数量均产生不同程度影响，即在非牧段，土壤微生物数量最多；其余各放牧段，随着放牧强度增加，微生物数量增加，但在各放牧段间均未达到差异显著水平（P>0.05）[96]。而文都日乐等（2010）研究了不同放牧干扰对呼伦贝尔贝加尔针茅草原土壤微生物数量的影响，发现随着放牧强度的增加，土壤微生物总数量显著降低（P<0.05）；各放牧区土壤微生物数量均表现为：细菌>固氮菌>放线菌>真菌；[69]垂直分布为0~10cm>10~20cm。文都日乐等（2010）对呼伦贝尔5种不同草地类 内蒙古农业大学博士学位论文11型土壤微生物数量、微生物数量进行了研究。结果表明，微生物数量（细菌、真菌、放线菌）、微生物量（碳、氮）在不同草地类型间均存在显著差异（P<0.05）[72]。张永生等（2010）利用变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术，研究了放牧对贝加尔针茅草原土壤细菌群落结构的影响[97]。李梓正等（2010）研究了呼伦贝尔草地不同退化程度、不同季节土壤细菌群落结构的变化[98]。他们的研究均表明，变形菌门（Proteobacteria）类群。Liu等（2010）年研究了呼伦贝尔草原土壤微生物的功能多样性及其影响因子。结果表明，呼伦贝尔草原土壤微生物的功能多样性在区域尺度上主要受植被的生物量、土壤含水量和土壤N/P比值的影响。由于温带草原植被生物量主要受土壤水分和氮素的可获得性的限制，植被生物量可以很好地指示资源的可获得性。因此，该研究认为，[99]。1.4植被-土壤-土壤微生物相关性研究现状有关陆地生态系统中植被、土壤、土壤微生物三者的研究，主要集中在从单方面或者两者之间的关系研究，对于植被-土壤-土壤微生物三者之间的相关性研究至今为止还非常的少。钟芳、赵瑾、孙荣高等（2010）对兰州南北两山5类乔灌木林草地土壤养分和土壤微生物空间分布进行了研究。结果表明，植被类型、土壤养分和土壤微生物群落结构三者之间存在相互制约、相互依存的互作关系[100]。王长庭等[101]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，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。贾丽（2007）对珍稀濒危植物白皮松土壤微生物多样性研究发现，土壤微生物多样性与土壤有机之间存在中度相关关系；与水分之间的关系表现为的弱的相关关系，与植物群落呈负相关[102]。植物物种多样性及生物量与土壤理化性质、微生物特性之间的关系是比较复杂的问题，这也是许多生态学家孜孜以来，深入研究的一个热点问题。可是生态系统是如此的复杂，不同的生态过程，不通过的生态类型，可能有着不同的植物多样性与土壤微生物多样性关系，而且，来自生态系统内部和外部的程度不同的扰动，短期内不容易观察到相应的生态效应，需长期的动态监测[103]。 12呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究1.5本论文研究目的、意义和主要内容1.5.1研究目的本论文通过野外定点监测和实验室分析，应用现代生态学原理与方法及现代分子生物学技术，比较研究了呼伦贝尔不同草地类型（线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原）的群落植物多样性、草地生产力、土壤特性以及土壤微生物多样性，旨在揭示区域土壤微生物的生态分布、基因的分子多态性和区域性；阐明区域土壤微生物多样性、生化特性以及微生态演替的影响机制，探索呼伦贝尔草原土壤微生物与植物多样性、草原生产力、土壤肥力、土壤活性之间的关系。对于科学评价呼伦贝尔草原生态系统的健康状况、草地资源的合理利用与保护管理，以及退化草地生态系统的恢复与重建提供重要的理论依据；还为更一般意义上的生物多样性与生态系统功能关系，以及全球自然生态系统的变化提供研究基础。1.5.2研究意义天然草地植被是陆地生态系统的主体类型之一，占陆地生态系统总面积的41%[104，105]。草地生态系统具有维持生物多样性、维护全球CO2平衡和水分循环等重要的生态功能[106,107]，是约占世界总人口17%的9.38亿人类的家园[108]。随着人口的不断增长，以及人类经济活动范围的扩大和资源利用强度的加深，草地退化日益严重、物种多样性不断降低，草地生态系统受到严重胁迫，人类面临的生态风险在不断加剧[109-112]。加强草地生态系统研究成为人类社会实现可持续发展的重大研究课题之一[108]。呼伦贝尔草原是世界著名大草原之一，位于内蒙古高原东部，大兴安岭西麓，地0000处东经11531′00″～12134′30″，北纬4720′00″～5050′30″，是欧亚大陆草原的重要2组成部分，具有温带草原的典型特征。呼伦贝尔草原总面积785.32万hm。草原类2型复杂多样，其中温性草甸草原141.90万hm，占草原总面积的18.07%，主要草地类型有线叶菊（Filifoliumsibiricum）草原、贝加尔针茅（Stipabaicalensis）草原2等；温性典型草原431.41万hm，占总面积的54.93%，主要草地类型有羊草（Leymuschinensis）草原、大针茅（Stipagrandis）草原、克氏针茅（Stipakryrowii）草原等[113,114]。呼伦贝尔草原作为世界草地资源研究和生物多样性保护的重要基地，一直备受国内外科技界的高度重视和关注[115]。加强对呼伦贝尔草原生态系统的研究，不仅对该区域的可持续发展具有重大指导意义和应用前景，而且可为中国乃至世界温带草原生态系统研究，推动生态学学科发展做出贡献[115]。然而，伴随着生态学近100余年的探索与发展，在草地生态系统的研究方面主要集中于地上部分研究。从而使得草地生态系统过程研究中出现一些致命的不足，地下生态成为目前草地生态学过程研究中的“瓶颈”。当今的生态学家已经越来越强烈地认识到，鲜为人知的地下部分已成为草地生态系统结构、功能与过程研究中最不确定 内蒙古农业大学博士学位论文13的因素[116,117]。因此，开展地上和地下的整合研究不仅是生态系统生态学发展的要求，而且是完整地认识草地生态系统的结构和功能的必然，目前被认为是生态系统研究最有效的途径，将成为21世纪生态学研究的主流之一[118]。研究掌握地上植被、土壤特性、土壤微生物之间的关系在草原生态系统保护、恢复及重建中具有重要理论和实践意义[119-124]，也是草地生态系统地下研究的主要内容之一。1.5.3研究内容及技术路线根据研究的总体思路，确定如下主要内容：1.5.3.1研究内容（1）呼伦贝尔不同草地类型植被特性与生产力的研究：采用α多样性指数法和样方法，比较分析了不同草地类型群落丰富度、群落盖度、群落盖度、Shannon-wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数、地上生物量以及其间的关系。（2）呼伦贝尔不同草地类型植物特性与营养成分的研究：比较分析了不同草地类型主要植物（优势植物和建群种）的全氮、全磷、可溶性糖、光和色素含量以及与植物多样性的关系。（3）呼伦贝尔不同草地类型土壤理化特征的研究：比较分析了不同草地类型土壤容重、含水量、pH值、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、速效磷、有机质等土壤理化因子特征，并分析了土壤理化因子之间的关系。（4）呼伦贝尔不同草地类型土壤酶活性的研究：比较分析了不同草地类型土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶活性的分布特征及土壤酶活性之间的关系。（5）呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物特性的研究：比较分析了不同草地类型土壤微生物数量、土壤微生物生物量、土壤微生物多样性（功能多样性、群落结构多样性、遗传多样性）。（6）呼伦贝尔草原植被-土壤-土壤微生物之间的关系研究：分析了呼伦贝尔草原土壤微生物特性与植物多样性、草地生产力、土壤理化特性、土壤酶活性的关系，为呼伦贝尔草原生态系统的合理利用提供理论依据。 14呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究1.5.3.2研究技术路线呼伦贝尔草原植被、土壤特性及土壤微生物多样性研究对植被发育及生境的影响呼伦贝尔草原线叶菊草原贝加尔针茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原植被土壤土壤微生物植物草地植物土壤土壤土壤土壤土壤微土壤微土壤细菌多样生产营养理化酶活微生微生生物功生物群16SrDNA物数物生性研力研特性因子性研能多样落结构基因多样研究究量研物量究究研究究研究性研究多样性性研究研究BiologPCR群落物种地主要植物土壤pH、土壤脲平板培氯仿磷脂-DGGE丰富度、群上光合色素含水量、酶、过养分析熏蒸-脂生肪落盖度、生含量(chl容重、全氧化氢（细法分态酸板分分Shannon-w物a、chlb、氮、全磷、酶、磷菌、真析（土分析析iener指数、量chl(a+b)、有机质、酸酶、菌、放壤微析Simpson指分类胡萝卜铵态氮、转化酶线菌及生物数、Pielou析素)和营养硝态氮、活性分微生物量碳、均匀度指成分(N、P、速效磷常析总数氮）数及其相可溶性糖)规法进行量）关分析分析分析1探讨呼伦贝尔5种草地类型植物多样性、草地生产力、植物营养特性、土壤理化因子、土壤酶活性及土壤微生物特性的差异；2揭示呼伦贝尔草原植被-土壤-土壤微生物之间的关系，为呼伦贝尔草原生态系统的合理利用以及可持续发展提供理论依据 内蒙古农业大学博士学位论文152呼伦贝尔主要草地类型植被特征与生产力研究生物多样性是指生物种的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性。它包括植物、动物和微生物的所有种及其组成的群落和生态系统[125]。生物多样性是生态系统结构的可测定指标，多样性的变化可以通过改变之物群落结构、关键物种的缺失以及改变物种对资源的利用方式等来影响生态系统功能[111,126-127]。在草地生态系统中，植物多样性是植被结构因子之一，同时又显著影响着植物群落盖度、枯落物凋落量、个体密度和高度等群落结构的形成[128-130]，而草地生产力作为草地生态系统功能的重要表现形式，其与植物多样性关系的研究已成为生态学研究的热点[131-134]。有关草地生态系统的控制实验结果表明，生态系统生产力随着物种数的增加而增加。物种之间存在着生态位互补效应，物种增加使物种间相互作用更紧密，生态系统利用资源和抵御外来干扰的能力加强，从而获得较高的系统生产力[135,136]。Tilamn和Wedln研究发现，植物群落的生物多样性在很大程度上维持着草地生态系统可持续性和草地生产力[134]。因此草地生态系统植物多样性与生产力作为草地属性的重要评价指标，可来诊断草地生态系统的健康状况，从而研究植物群落物种多样性与生产力的关系，对于揭示植物多样性对生态系统功能的作用具有重要的意义。群落植物多样性的研究主要从α多样性和β多样性方面进行研究[137]，α多样性指数（包括物种丰富度指数、Shannon-wiener指数、Simpson指数及群落均匀度指数等）用以测度群落内的物种多样性，β多样性指数则用以测度群落的物种多样性沿着环境梯度变化的速率[138,139]。本文主要比较分析了呼伦贝尔5种草地类型（线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原）群落α多样性和草地生产力以及其之间的关系，旨在为呼伦贝尔草原合理利用和深入研究提供基础数据。2.1研究区域概况与方法2.1.1研究区域概况2.1.1.1自然条件呼伦贝尔草原位于内蒙古自治区东北部，是蒙古高原的一部分，东经2115°31′00″-121°34′30″，北纬47°20′00″-50°50′30″，总面积为756.09万hm，是世界著名大草原之一。地势大致东南稍高，略向西北倾斜，中部稍低。地形广阔坦荡，波状起伏。呼伦湖东岸最低，海拔高度仅540m。它南部与兴安盟相连，东起海拔700~1000m大兴安岭西麓；西至呼伦湖西岸的低山丘陵，北有海拔650~1000m的陈巴尔虎山地，北和西北部以额尔古纳河为界与俄罗斯接壤，南隅与蒙古高原连成一片，四周多为山地和丘陵环抱。中部的海拉尔台地是构成呼伦贝尔高平原的主体，海拔在650~750m之间。 16呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究草地上的河流多发源于大兴安岭西北坡，如海拉尔河、伊敏河和莫日根河，草地上的河流多发源于大兴安岭西北坡，如海拉尔河、伊敏河和莫日根河，入额尔古纳河为外流水系。哈拉哈河入贝尔湖再经乌尔逊河与呼伦湖相连。呼伦湖又接克鲁伦河构成了内陆水系，草原上河流虽然很多，但分布不均匀，东部较多，西部较少，西部存在大面积的缺水草场。呼伦贝尔草地属温带大陆季风气候，年降水250~400mm，自东南向西北递减，年均温-3~0℃，自东南向西北递增，年蒸发量为降水的2~7倍，光、热、风能资源丰富，年均风速3.0~4.6m/s，无霜期80~120d，土壤从东向西由黑钙土地带逐渐过渡到栗钙土地带，隐域性土壤有沙土、草甸土、沼泽土和盐碱土。在呼伦贝尔草地上有三条沙带，一条在海拉尔河南岸，从海拉尔到满洲里的铁路沿线，长约150公里，宽约4~10公里；另一条沙带是自新巴尔虎左旗的阿木古郎镇一直向东延伸至鄂温克旗的辉苏木,长约80公里，宽15公里；第三条沙带是高原东缘的樟子松林带，从鄂温克旗的莫和尔吐、锡尼河至新巴尔虎左旗的罕达盖。2.1.1.2植被特征2呼伦贝尔草地是欧亚草原区亚洲中部草原的一部分，总面积756.09万hm，由于气候、土壤等生态条件的规律性变化，地带性植被从东向西明显的分为温性草甸草原和温性典型草原；隐域性植被为低平地草甸、山地草甸和沼泽。2（1）温性草甸草原类：面积141.90万hm，占呼伦贝尔草地总面积的18.07%，该2类草地包括三个亚类，即平原、丘陵温性草甸草原（71.81万hm，占总面积的29.14%）；山地温性草甸草原（49.26万hm，占6.27%）和沙地温性草甸草原（20.832万hm，占2.65%）。草群草层高度一般20~60cm，盖度50%~80%，一平方米种的饱和度在20种左右，优势植物主要有日荫菅（Carexpediformis）、线叶菊（Filifoliumsibiricum）、贝加尔针茅（Stipabaicalensis）、羊草（Leymuschinensis）等。2（2）温性典型草原类：面积431.41万hm，占呼伦贝尔草地总面积的54.93%。2该类草地包括二个亚类，即平原、丘陵温性典型草原(401.29万hm，占总面积的251.10%)；沙地温性典型草原（30.12万hm，占3.83%）。草层高度15~45cm，盖度40%~65%，一平方米种的饱和度10~20种。优势植物主要有羊草、大针茅（Stipagrandis）、克氏针茅（Stipakryrowii）、糙隐子草（Kengiasquarrosa）、冷蒿（Artemisiafrigida）等。2（3）低平地草甸类：面积126.47万hm，占呼伦贝尔草地总面积的16.11%。该2类草地包括三个亚类，即平原草甸（50.06万hm，占总面积6.38%）；低地盐生草22甸（69.90万hm，占8.90%）；低地沼泽草甸（6.51万hm，占0.83%）。草层高度30~100cm，盖度80%~95%，一平方米种的饱和度在10种左右，优势植物主要有红顶草（Agrostisgigantea）、碱蓬（Suaedaheteropera）、碱茅（Puccinelliatenuiflora）等。 内蒙古农业大学博士学位论文172（4）山地草甸类：面积38.94万hm，占呼伦贝尔草地总面积的5.15%。草层高度40~60cm，盖度85%~100%，一平方米种的饱和度在20种以上，优势植物主要有日荫菅、山野豌豆（Viciaamoena）、地榆（Sanguisorbaofficinalis）、拂子茅（Calamagrostisepigejos），无芒雀麦（Bromusinermis）等。2（5）沼泽类：面积17.38万hm，占呼伦贝尔草地总面积的2.30%。草层高度50~150cm，盖度95%~100%，一平方米种的饱和度在10种以下。优势植物主要有塔头苔草（Carexappendiculata）、大叶樟（Deyeuxialangsdorffii）、芦苇（Phragmitesaustralis），扁杆镳草（Scipuspianiculmis）等。2.1.1.3植物多样性呼伦贝尔草地植物资源十分丰富，有维管束植物1352种（包括10个亚种，110个变种和12个变型），它们隶属108科，468属。其中可供家畜饲用的野生植物794种，集中分布在菊科（141种）、禾本科（112种）、豆科（66种）、蔷薇科（56种）和莎草科（48种）中。具有较高栽培驯化价值的优良牧草有19种，主要的有羊草、披碱草（Elymusdahuricus）、老芒麦（Elymussibiricus）、黄花苜蓿（Medicagofalcata）、冰草、无芒雀麦、山野豌豆、野火球（Trifoliumlupinaster）等。天然草地上有毒植物46种，有害植物28种。禾本科、菊科、莎草科和豆科植物是呼伦贝尔天然草地的主体成分。在区系地理成分上，植被组成十分复杂。呼伦贝尔植物区系应属泛北极植物区域，但呼伦贝尔草原西与蒙古草原接壤，北与达乌里草原相邻，受草原气候的影响，处于达乌里-蒙古种分布区域内，所以达乌里—蒙古成分、东西伯利亚成分、东亚成分、古北极成分和东古北极成分都占有重要地位。2.1.2材料与方法2.1.2.1试验样地基本情况试验地选在呼伦贝尔市境内，地理位置为北纬47°05′-53°20′，东经115°31′-126°04″。该地区属温带大陆性季风气候，年均气温-2.2℃左右，年降水量339mm，年蒸发量1478.8mm，≥0℃年积温2567.5℃，年均风速4m/s，无霜期115~124天。本试验以呼伦贝尔市境内的草甸草原（线叶菊草原、贝加尔针茅草原）及典型草原（羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原）为研究对象，在植被典型、地势开阔平缓的区域，分别选择自2001年以来的围栏草地作为试验样地，围封年限均为8年，具体样地设置见表2-1。 18呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究2.1.2.2野外调查及样品采集本研究于2009年7月进行野外调查及采样工作。每个样地上各设置10个1m×1m观测样方，相临样方间隔不少于100m，调查每个样方内出现的物种，详细记录群落总盖度，每个物种的高度、盖度和多度，再齐地面分种收集地上植物，带回实验室称重，在60℃下烘干48h后称其干重。其中，群落物种数以每个样地内出现的物种数计算。表2-1观测样地基本情况Table2-1Generalconditionsofsampleplots草地类型经度Longitude(E)海拔(m)常见植物种土壤类型Grasslandtype纬度Latitude(N)ElevationCommonplantspeciesSoiltype线叶菊草原E：119°53′42″817线叶菊、贝加尔针茅、日荫黑钙土F.sibiricumsteppe（FSS）N：49°49′54″菅、柴胡、地榆等贝加尔针茅草原E：119°30′42″732贝加尔针茅、羊草、线叶菊、暗栗钙土S.baicalensissteppe（SBS）N：49°30′56″日荫菅、羽茅等羊草草原E：119°04′12″639大针茅、冰草、斜茎黄芪、栗钙土L.chinensissteppe（LCS）N：49°14′55″草地麻花头、草地早熟禾等大针茅草原E：119°17′45″723大针茅、羊草、冰草、糙隐栗钙土S.grandissteppe（SGS）N：48°25′30″子草、洽草等2.1.2.3植物多样性的计算方法α多样性指数的计算以种的重要值为运算单位，选用丰富度指数（S）、多样性指数（H、D）和均匀度指数（E）为参数，计算公式如下：（1）物种丰富度S=N（2）Shannon-wiener指数H=-∑PiLnPi2（3）Simpson指数D=1-∑(Pi)（4）Pielou指数E=H/LnS式中：S为样方内出现的物种总数目；Pi为第i个物种的生物量占群落总生物量的百分比[36,37]。2.1.3数据处理采用SPSS16.0软件One-wayANOVA方法对数据进行差异显著性分析及Pearson相关分析。2.2结果与分析2.2.1呼伦贝尔不同草地类型植物多样性差异的分析物种多样性是一个包括了群落中物种数量、种的个体数及其所占比例的综合概念，不仅反映了群落中物种的丰富度和分布的均匀性，也在一定程度上反映了群落组成结构的复杂性和稳定性，是维持区域生态系统稳定和生产的基础[135]。群落物种的 内蒙古农业大学博士学位论文19多样性显示群落种群过程与环境的关系，它能客观地反映群落内物种组成结构的变化。丰富度指数能反映出群落内植物种类的多少，其数值愈大，表明群落中植物种类越丰富，相应指示环境越稳定；群落均匀度是指群落中各个种类的个体数量分配的比例。Shannon-wiener指数、Simpson指数和Pielou指数能较全面地反映群落物种的多样性和植物个体在种群中分布的均匀程度，从而反映出群落的客观实际情况。表2-2呼伦贝尔主要草地类型植物多样性及生产力Table2-2Plantdiversityandabove-groundprimaryproductivityofdifferentgrasslandtypesinHulunbeier测定项目线叶菊草原贝加尔针茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原（FSS）（SBS）（LCS）（SGS）（SKS）群落盖度(%)82±3.88a73±2.78b66±2.17c55±2.72d45±3.16eCoverageofcommunity群落物种数（种）68±6.38a56±4.78b39±2.87c36±2.35c31±5.05dSpeciesnumberofcommunity（S）Shannon-Wiener指数2.60±0.21a2.41±0.17a1.87±0.38b1.60±0.22c1.23±0.23dShannon-Wienerindex（H）Simpson指数0.89±0.03a0.74±0.14b0.85±0.04a0.71±0.09b0.58±0.11cSimpsonindex（D）Pielou指数0.62±0.05a0.60±0.04b0.52±0.11b0.47±0.06b0.34±0.06cPielouindex（E）2地上生物量(g/m)184.74±30.81a175.53±70.35ab170.0±28.44ab135.72±25.75b76.62±23.53cAbovegroundbiomass注:同列不同字母表示差异显著（P<0.05），n=10。Note:Differentletterswithinthesamelineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.n=10.由表2-2、图2-1~图2-5可知，呼伦贝尔不同草地类型间群落盖度、群落物种多样性（物种丰富度、群落盖度、Shannon-wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数）均有显著差异（P<0.05），且其变化趋势基本一致。5种草地类型中线叶菊草原群落总盖度最高，达82%，且物种数最多（68），Shannon-wiener指数（2.60）、Simpson指数（0.89）、Pielou均匀度（0.62）亦较其他草地类型为最高；而克氏针茅草原则物种数最少，仅有31种草地植物，盖度最低，为45%，Shannon-wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数亦均最低，分别为45、1.23、0.58、0.34。2.2.2呼伦贝尔不同草地类型生产力差异的分析草地生态系统生产力主要是指植物第一性生产力，即在单位时间内，单位面积上植物群落生产有机质的速率，又称初级生产力[114]。由表2-2、图2-6可知，呼伦贝尔25种草地类型初级生产力间有显著差异（P<0.05），依次为：线叶菊草原184.74g/cm>222贝加尔针茅草原175.53g/cm>羊草草原170.0g/cm>大针茅草原135.72g/cm>克氏针2茅草原76.62g/cm。 20呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究图2-1呼伦贝尔不同草地类型群落盖度图2-2呼伦贝尔不同草地类型群落物种数Fig2-1CoverageofcommunityofdifferentgrasslandFig2-2SpeicesnumberofcommunityofdifferenttypesinHulunbeiergrasslandtypesinHulunbeier图2-3呼伦贝尔不同草地类型Shannon-wiener指数图2-3呼伦贝尔不同草地类型Shannon-wiener指数Fig2-3Shannon-wienerindexofdifferentgrasslandFig2-3Shannon-wienerindexofdifferentgrasslandtypesinHulunbeiertypesinHulunbeier图2-5呼伦贝尔主要草地类型Pielou指数图2-6呼伦贝尔不同草地类型地上生物量Fig2-5PielouindexofdifferentFig2-6AbovegroundbiomassofdifferentgrasslandgrasslandtypesinHulunbeiertypesinHulunbeier注：不同字母表示差异显著（P<0.05），n=10。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.n=10.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文212.2.3呼伦贝尔草原植物多样性与生产力的相关性分析呼伦贝尔主要草地类型地上生物量与植物多样性的相关分析结果表明（表2-2），草地地上生产力与植物多样性有正相关关系，其中线叶菊草原地上生物量与群落丰富度、Shannon-wiener指数、Simpson指数呈极显著正相关（P<0.01），相关系数为0.996、0.983、0.869，与Pielou均匀度指数呈显著正相关（P<0.05），相关系数为0.771；贝加尔针茅草原地上生物量与群落丰富度（r=0.893）、Shannon-wiener指数（r=0.871）呈极显著正相关（P<0.01），与Simpson指数（r=0.803）、Pielou均匀度指数（r=0.641）呈显著正相关（P<0.05）；羊草草原和大针茅草原地上生物量均与群落丰富度（rLCS=0.797、rSGS=0.760）、Shannon-wiener指数（rLCS=0.772、rSGS=0.681）、Simpson指数（rLCS=0.776、rSGS=0.754）、Pielou均匀度（rLCS=0.696、rSGS=0.673）呈显著正相关（P<0.05），克氏针茅草原地上生物量与群落丰富度、Shannon-wiener指数呈显著正相关，相关系数分别为0.705、0.652，与Simpson指数、Pielou均匀度指数无显著关系（P>0.05）。上述结果说明，草地生产力随着植物多样性的增加而增加，这与许多学者的研究结果一致[104,133,140]。表2-2呼伦贝尔草原地上生物量与植物多样性的相关关系Table2-2Correlationofplantdiversityandabove-groundprimaryproductivityinHulunbeiergrassland地上生物量SHDE线叶菊草原（FSS）0.996**0.983**0.869**0.771*贝加尔针茅草原（SBS）0.893**0.871**0.803*0.641*羊草草原（LCS）0.797*0.772*0.776*0.696*大针茅草原（SGS）0.760*0.681*0.754*0.673*克氏针茅草原（SKS）0.705*0.652*0.5820.572注：S-群落丰富度，H-Shannon-wiener指数，D-Simpson指数，E-Pielou指数；*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:S-Speciesnumberofcommunity，H-Shannon-wienerindex，D-Simpsonindex，E-Pielouindx,;*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).表2-3呼伦贝尔草原植物多样性之间的相关关系Table2-3Correlationofplantdiversityandabove-groundprimaryproductivityinHulunbeiergrasslandSHDES1H0.964**1D0.689*0.775*1E0.889*0.974**0.832*1注：S-群落丰富度，H-Shannon-wiener指数，D-Simpson指数，E-Pielou指数；*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:S-Speciesnumberofcommunity，H-Shannon-wienerindex，D-Simpsonindex，E-Pielouindx,;*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01). 22呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究由表2-3可知，植物多样性指数之间亦存在相关关系，即物种丰富度与Simpson指数、Pielou均匀度指数呈显著正相关，相关系数分别为0.689、0.889，与Shannon-wiener指数呈极显著正相关，相关关系为0.964；Shannon-wiener指数与Simpson指数呈显著正相关，相关系数为0.775，与Pielou均匀度指数呈极显著正相关，相关系数为0.994；Simpson置身于与均匀度指数呈显著正相关，相关系数为0.832。图2-7-1群落物种数与地上生物量的关系图2-7-2Shannon-wiener指数与地上生物量的关系Fig2-7-1RelationshipofspeciesnumberofcummunityFig2-7-2RelationshipofShannon-wienerindexandabove-groundbiomassandabove-groundbiomass图2-7-3Simpson指数与地上生物量的关系图2-7-4Pielou指数与地上生物量的关系Fig2-7-3RelationshipofsimpsonindexandFig2-7-4Relationshipofpielouindexandabove-groundabove-groundbiomassbiomass图2-7呼伦贝尔草原植物多样性与地上生物量的关系Fig2-7Relationshipofplantdiversityandabove-groundbiomassinHulunbeiergrassland注：FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe.2.3讨论维持生态系统的生物多样性是全球生物多样性与生态系统管理的中心目标之一[141,142]，草地群落多样性是草地群落可测性特征之一，体现了草地群落的结构类型、组织水平、 内蒙古农业大学博士学位论文23发展阶段、稳定程度和生境差异，因此，其作为研究草地群落结构水平的重要指标，具有重要的生态学意义[143]。生物多样性包括不同的水平，每个水平的多样性都有各自的特点，很难用统一的方法和标准予以测度。但就物种多样性水平来看，物种丰富度可以用于物种水平的多样性，即用一定面积内的物种数目表示。更精确的方法是考虑物种之间的关系，即测度分类学多样性。生物群落多样性测度的方法相对比较成熟，除物种丰富度外，还有物种相对多度、物种多样性指数和均匀度[144]。2.3.1不同草地类型群落植物多样性差异研究本研究用物种丰富度、群落盖度、物种多样性指数（Shannon-wiener指数、Simpson指数）和均匀度（Pielou指数）等指标来比较分析了呼伦贝尔5种草地类型群落植物多样性。结果表明，不同草地类型具有不同的群落植物多样性，主要是因为，不同的草地类型间其地形、海拔、水热条件等不同，导致群落的组成、结构及物种多样性差异明显[145]。5种草地类型中线叶菊草原植物物种数最多，群落盖度最高，多样性指数（Shannon-wiener指数、Simpson指数）及均匀度指数亦表现为比其他四种草地类型高；而大针茅草原则与其相反，物种数较少、盖度、多样性指数和均匀度指数均较低。分析原因为，线叶菊草原隶属于草甸草原，大针茅草原则隶属于典型草原，由于草甸草原水、热、土壤条件等优越于典型草原，从而草甸草原植物组成较丰富，群落植物多样性亦高于典型草原，这与冯缨等[7]研究结果一致。气候、水热条件均是草地类型形成的决定因素。水热状况在地球上的分布受纬度、经度和山地海拔高度三维空间的影响，在一定的水平与垂直气候带内反应出来，相应地由一定的地带类型的发育。2.3.2不同草地类型草地生产力差异研究地上生物量是反应生态环境的指标，其大小可判断草原状况和生产潜力[146]。本研究结果表明，呼伦贝尔5种草地类型间地上生物量差异显著（P<0.05），其中线叶菊草原地上生物量最高，大针茅草原地上生物量则最低，这与群落植物多样性结果相吻合。天然草原牧草生产，从区域水平上讲，主要还是决定于气候、地形和土壤等环境条件。不同区域间气候、水热因子、地形、土壤条件等均不同，从而其牧草生产量亦不同。2.3.3群落植物多样性与草地生产力的相关性研究生物多样性与生产力的关系是当前生态学中研究的重点之一[36]。许多学者对草地生物多样性与草地生产力的关系进行了研究，发现较高的生物多样性可以维持较高的草地生产力、并且还可以增加群落稳定性[133,140]。本研究结果表明，呼伦贝尔5种草地类型群落植物多样性均与草地生产力呈线性关系（图2-7），即群落植物多样性高则 24呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究草地生产力亦高，群落植物多样性指数之间也存在非常密切的关系，这与王明君[104]的研究结果一致。说明未受干扰的草地生态系统在长期以来已有的自身环境条件下，形成了稳定的群落结构及物种组成，从而植物物种多样性与地上生物量呈显著正相关，而另外一种物种多样性与生产力的相关性格局的表现形式—非线性单峰关系主要解释的说由生产力变化而导致的中间竞争等问题[147,148]。2.4小结1呼伦贝尔5种草地类型间群落盖度有显著差异（P<0.05），5种草地类型中均依次为线叶菊草原>贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原。呼伦贝尔5种草地类型间群落植物多样性差异显著（P<0.05）。物种丰富度、Shannon-wiener指数、Pielou均匀度指数在5种草地类型中均依次为线叶菊草原>贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原，Simpson指数为线叶菊草原>羊草草原>贝加尔针茅草原>大针茅草原>克氏针茅草原。2呼伦贝尔5种草地类型间地上生物量差异显著（P<0.05），排列顺序为：线叶菊草原>贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原。3呼伦贝尔5种草地类型植物多样性指数与地上生物量均呈正相关线性关系。植物多样性指数之间亦呈正相关关系（r>0.689）。 内蒙古农业大学博士学位论文253呼伦贝尔主要草地类型植物特性及营养成分研究依据中国草地资源评价原则及标准，产草量并不是评价草地资源质与量的唯一标准。牧草营养价值的高低，也是影响草地资源品质的重要因素[149]。牧草的营养成分受环境、自身生育阶段的影响；是决定草地营养价值的重要指标[150]。DeAngelis[151]曾研究发现，陆地生态系统的初级生产力，总是被一种或多种大量或微量元素所限制。营养元素的生物积累及其分配是草地生态系统物质循环研究的重要内容[152]，而土壤和植物是草地生态系统中2个主要的营养物质贮存库[153]，因此化学元素特征不仅是草地生态系统物质循环研究的重要内容，也是其利用价值高低重要依据之一[154]。氮素是蛋白质、核酸和核蛋白的重要组成成分，故被称为“生命元素”[155]。在植物各器官的含量对其生理活动有重大的影响，而土壤中氮的供给量则影响着植物对氮的吸收以及其在植物体内的分配[156]。在植物生化进程中，叶片的光合作用是对氮供给最敏感的反应之一。植物氮素缺乏或过量都会导致叶绿素含量、酶含量和酶活性的下降[157]。磷素是构成植物体内许多重要化合物的组分，同时以多种方式参与植物体内的各种代谢过程[158]。若植物体内缺乏磷时，使光合磷酸化过程中的有机磷循环受阻，限制叶片的光合作用。本文主要比较分析了呼伦贝尔5种草地类型主要植物的全氮、全磷、可溶性糖等营养成分含量及光和色素含量，旨在为呼伦贝尔草原的草地营养评价及合理利用提供参考数据和理论依据。3.1研究材料和方法3.1.1研究材料从每个样方中采取建群种、优势种、伴生种等主要植物，并带回实验室，自然风干后在室内采用常规生理实验的法进行分析。3.1.2研究方法3.1.2.1植物营养成分测定方法（1）全氮含量的测定：采用凯氏定氮法进行测定[159]，称取植物样品0.3000g消化后用凯氏定氮仪进行自动滴定，并计算样品中含氮量。每处理重复3次。（2）全磷含量的测定：采用磷钼蓝法进行测定[159]，称取植物样品0.3000g消化后用紫外分光光度计进行比色测定，并计算样品中含磷量。每处理重复3次。（3）可溶性糖含量的测定：采用蒽酮法测定[160]可溶性糖含量。每处理重复3次。3.1.2.2植物光合色素含量的测定称取样品0.02g共3份，80%丙酮5ml萃取光合色素，离心后；在663nm、645nm、[159]652nm和470nm波长下测定。按照公式计算叶绿素a、b、a+b和类胡萝卜素含量。 26呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究3.1.2.3数据处理及分析3.1.2.3.1植物重要值计算方法重要值=某一植物种的地上生物量/样方内全部物种的地上生物量×100%3.1.2.3.2数据分析采用SPSS16.0统计分析软件中单因素方差分析法（One-wayANOVA）对主要植物重要值以及建群种的全氮、全磷、可溶性糖、光合色素含量在不同草地类型间的差异显著性进行检验。数据之间的差异在P<0.05为显著，P<0.01水平时为极显著，在P>0.05水平时为不显著。采用SPSS16.0的Pearson相关分析方法，对主要植物全氮、全磷、可溶性糖和光合色素之间进行相关分析。3.2结果与分析3.2.1呼伦贝尔不同草地类型植物重要值差异的分析由表3-1、图3-1可知，呼伦贝尔不同草地类型主要植物（建群种、优势种和伴生种）重要值之间存在显著差异（P<0.05）。5种草地类型建群种的重要值依次为：羊草草原（53.36）>大针茅草原（42.00）>克氏针茅草原（38.31）>贝加尔针茅草原（32.39）>线叶菊草原（21.23）；优势种重要值依次为：羊草草原（45.91）>线叶菊草原（31.05）>克氏针茅草原（30.14）>贝加尔针茅草原（25.51）>大针茅草原（20.23）；伴生种重要值在大针茅草原最高，为22.04，其次是线叶菊草原（19.24）、贝加尔针茅草原（17.58）、克氏针茅草原（11.95），羊草草原最低，为9.78。3.2.2呼伦贝尔不同草地类型植物营养特性差异的分析由表3-2可知，呼伦贝尔5种草地类型主要植物的营养成分含量存在差异。建群种的全氮、全磷、可溶性糖含量均存在显著差异（P<0.05）（表3-2，图3-1）。5种草地类型主要植物全氮含量研究结果表明（表3-2、图3-1-4），羊草草原建群种的全氮含量最高，达15.25g/kg，其次是线叶菊草原、克氏针茅草原、贝加尔针茅草原，分别为13.53g/kg、13.00g/kg、9.34g/kg，大针茅草原则最低，仅含9.30g/kg；5种草地类型优势种的全氮含量为：线叶菊草原10.62~10.91g/kg、贝加尔针茅草原12.96~15.54g/kg、羊草草原12.57~15.65g/kg、大针茅草原9.64~11.15g/kg、克氏针茅草原15.58~16.59g/kg；伴生种全氮含量：线叶菊草原10.49~17.39g/kg、贝加尔针茅草原13.15~17.99g/kg、羊草草原14.13~27.59g/kg、大针茅草原9.82~14.63g/kg、克氏针茅草原15.76~27.94g/kg。 内蒙古农业大学博士学位论文27表3-1呼伦贝尔不同草地类型主要植物重要值Table3-1MainplantimportantvalueatdifferentgrasslandtypesinHulunbeier草地类型种群成分主要植物种重要值GrasslandtypeSpeciescompositionMainplantspeciesImportantvalue线叶菊Filifoliumsibiricum21.23±1.09建群种建群种重要值合计21.23±1.09贝加尔针茅Stipabaicalensis8.64±0.64优势种日荫菅Carexpediformis22.41±1.45优势种重要值合计31.05±2.21线叶菊草原柴胡RootofChneseThorowax1.27±0.34（FSS）洽草Koeleriaaltaica3.29±0.87唐松草Thalictrumaquilegifolium5.47±0.77伴生种草地麻花头Serraturakomarovii1.50±0.22地榆Sanguisorbaofficinalis7.71±0.87伴生种重要值合计19.24±1.21贝加尔针茅Stipabaicalensis32.39±1.56建群种建群种重要值合计32.39±1.56羊草Leymuschinensis11.96±0.66优势种线叶菊Filifoliumsibiricum13.55±1.10优势种重要值合计25.51±2.65贝加尔针茅草原柴胡RootofChneseThorowax2.74±0.43（SBS）沙参AdenophorastrictaMiq.3.31±0.66糙隐子草Carexduriuscula0.70±0.02伴生种洽草Koeleriaaltaica1.31±0.05日荫菅Carexpediformis9.52±0.99伴生种重要值合计17.58±2.46羊草Leymuschinensis53.36±2.12建群种建群种重要值合计53.36±2.12大针茅Stipagrandis41.03±1.59优势种冰草Agropyroncristatum4.88±0.89优势种重要值合计45.91±5.76羊草草原早熟禾PoaannuaLinn.0.88±0.03（LCS）麻花头Serraturakomarovii2.75±0.34伴生种洽草Koeleriaaltaica0.60±0.01糙隐子草Carexduriuscula2.71±0.55苔草Carexduriuscula2.84±0.62伴生种重要值合计9.78±1.08大针茅Stipagrandis42.00±1.27建群种建群种重要值合计42.00±1.27羊草Leymuschinensis4.50±0.96优势种冰草Agropyroncristatum15.80±1.52优势种重要值合计20.30±4.45大针茅草原洽草Koeleriaaltaica7.81±0.82（SGS）羽茅Achnatherumsibiricum2.98±0.35苔草Carexduriuscula2.71±0.40伴生种糙隐子草Carexduriuscula4.12±0.87变蒿Artemisiacommutata4.42±0.81伴生种重要值合计22.04±4.32克氏针茅Stipakrylovii38.31±1.22建群种建群种重要值合计38.31±1.22糙隐子草Carexduriuscula21.72±1.24优势种冰草Agropyroncristatum8.42±0.92优势种重要值合计30.14±3.45克氏针茅草原草地麻花头Serraturakomarovii7.09±0.68（SKS）矮葱Alliumanisopodium1.42±0.11细叶葱Alliumtenuissimum1.72±0.13伴生种苔草Carexduriuscula1.33±0.09洽草Koeleriaaltaica0.38±0.02伴生种重要值合计11.95±1.96注：平均值±标准差；Note:Mean±SD. 28呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究5种草地类型主要植物全磷含量研究结果表明（表3-2、图3-1-5），线叶菊草原建群种的全磷含量最高，达2.39g/kg，其次是羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原，分别为1.71g/kg、1.18g/kg、0.91g/kg，贝加尔针茅草原则最低，仅含0.65g/kg；5种草地类型优势种的全磷含量为：线叶菊草原1.72~1.75g/kg、贝加尔针茅草原1.17~1.48g/kg、羊草草原1.05~1.93g/kg、大针茅草原1.47~1.60g/kg、克氏针茅草原0.94~1.00g/kg；伴生种全氮含量：线叶菊草原1.79~2.62g/kg、贝加尔针茅草原0.97~1.84g/kg、羊草草原1.62~2.94g/kg、大针茅草原1.08~2.03g/kg、克氏针茅草原0.92~2.38g/kg。5种草地类型主要植物可溶性糖含量研究结果表明（表3-2、图3-1-6），大针茅草原建群种的可溶性糖含量最高，达7.23g/kg，其次是贝加尔针茅草原、克氏针茅草原、羊草草原，分别为6.08g/kg、5.00g/kg、3.57g/kg，线叶菊草原则最低，仅含3.36g/kg；5种草地类型优势种的可溶性糖含量为：线叶菊草原5.92~10.62g/kg、贝加尔针茅草原3.89~4.66g/kg、羊草草原2.99~3.65g/kg、大针茅草原9.50~9.69g/kg、克氏针茅草原5.78~6.93g/kg；伴生种全氮含量：线叶菊草原3.89~9.40g/kg、贝加尔针茅草原2.18~7.43g/kg、羊草草原2.39~4.17g/kg、大针茅草原5.32~9.59g/kg、克氏针茅草原4.03~8.18g/kg。3.2.3呼伦贝尔不同草地类型植物光和色素差异的分析由表3-2可知，呼伦贝尔5种草地类型主要植物的光和色素含量存在差异。建群种的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素总含量均存在显著差异（P<0.05）（表3-3，图3-3）。5种草地类型主要植物叶绿素a含量研究结果表明，羊草草原建群种的叶绿素a含量最高，达0.90g/kg，其次是线叶菊草原、克氏针茅草原、贝加尔针茅草原，分别为0.88g/kg、0.78g/kg、0.51g/kg，大针茅草原则最低，仅含0.50g/kg；5种草地类型优势种的叶绿素a含量为：线叶菊草原0.61~1.62g/kg、贝加尔针茅草原0.75~1.08g/kg、羊草草原0.95~1.09g/kg、大针茅草原0.46~0.58g/kg、克氏针茅草原1.04~1.60g/kg；伴生种叶绿素a含量：线叶菊草原0.97~1.39g/kg、贝加尔针茅草原0.61~1.48g/kg、羊草草原1.03~1.87g/kg、大针茅草原0.59~0.97g/kg、克氏针茅草原1.19~1.64g/kg。5种草地类型主要植物叶绿素b含量研究结果表明，克氏针茅草原建群种的叶绿素b含量最高，达1.08g/kg，其次是线叶菊草原、羊草草原、贝加尔针茅草原，分别为0.47g/kg、0.42g/kg、0.36g/kg，大针茅草原则最低，仅0.28g/kg；5种草地类型优势种的叶绿素b含量为：线叶菊草原0.48~0.69g/kg、贝加尔针茅草原0.45~0.55g/kg、羊草草原0.49~0.56g/kg、大针茅草原0.23~0.25g/kg、克氏针茅草原0.65~0.73g/kg；伴生种叶绿素b含量：线叶菊草原0.58~0.81g/kg、贝加尔针茅草原0.27~0.64g/kg、羊草草原0.51~1.01g/kg、大针茅草原0.27~0.52g/kg、克氏针茅草原0.63~0.82g/kg。 内蒙古农业大学博士学位论文29表3-2呼伦贝尔不同草地类型主要植物营养特征Table3-2MainplantnutritioncontentatdifferentgrasslandtypesinHulunbeier草地类型主要植物种全氮含量全磷含量可溶性糖含量GrasslandtypeMainplantspeciesNitrogenPhosphorusSolublesugarcontentcontentcontent(g/kg)(g/kg)(g/kg)(J)线叶菊Filifoliumsibiricum13.52±1.492.39±0.183.36±0.58(Y)贝加尔针茅Stipabaicalensis10.62±0.101.75±0.3110.62±0.10(Y)日荫菅Carexpediformis10.91±0.521.72±0.095.92±0.62线叶菊草原(B)柴胡RootofChneseThorowax15.94±0.042.62±0.023.89±0.19（FSS）(B)洽草Koeleriaaltaica10.49±0.191.91±0.096.00±0.80(B)唐松草Thalictrumaquilegifolium17.39±0.112.01±0.239.40±0.32(B)草地麻花头Serraturakomarovii16.67±0.382.13±0.084.30±0.18(B)地榆Sanguisorbaofficinalis12.79±0.191.79±0.254.78±0.82(J)贝加尔针茅Stipabaicalensis9.34±0.020.65±0.146.08±0.21(Y)羊草Leymuschinensis12.96±0.431.48±0.064.66±0.58(Y)线叶菊Filifoliumsibiricum15.54±0.231.17±0.423.89±0.66贝加尔针茅(B)柴胡RootofChneseThorowax16.23±0.711.25±0.272.18±0.81草原（SBS）(B)沙参AdenophorastrictaMiq.16.93±0.221.84±0.102.45±0.72(B)糙隐子草Carexduriuscula17.99±0.321.32±0.152.84±0.06(B)洽草Koeleriaaltaica13.15±0.240.97±0.183.88±0.72(B)日荫菅Carexpediformis13.53±0.171.20±0.227.43±0.67(J)羊草Leymuschinensis15.25±0.161.71±0.343.57±0.70(Y)大针茅Stipagrandis12.57±0.341.05±0.093.65±0.11(Y)冰草Agropyroncristatum15.65±0.381.93±0.482.99±0.53羊草草原(B)早熟禾PoaannuaLinn.14.13±0.072.04±0.373.64±0.40（LCS）(B)麻花头Serraturakomarovii27.59±0.162.94±0.443.09±0.41(B)洽草Koeleriaaltaica16.49±0.362.10±0.123.56±0.18(B)糙隐子草Carexduriuscula15.08±0.172.09±0.102.39±0.19(B)苔草Carexduriuscula16.48±0.201.62±0.234.17±0.23(J)大针茅Stipagrandis9.30±0.581.18±0.207.23±0.17(Y)羊草Leymuschinensis11.15±0.891.47±0.219.50±0.32(Y)冰草Agropyroncristatum9.64±0.401.60±0.159.69±0.28大针茅草原(B)洽草Koeleriaaltaica11.36±0.101.63±0.156.78±0.51（SGS）(B)羽茅Achnatherumsibiricum10.94±0.221.08±0.068.69±0.23(B)苔草Carexduriuscula11.95±0.231.21±0.289.59±0.27(B)糙隐子草Carexduriuscula9.82±0.381.40±0.177.09±0.45(B)变蒿Artemisiacommutata14.63±0.462.03±0.055.32±0.67(J)克氏针茅Stipakrylovii13.00±0.490.91±0.195.00±0.88(Y)糙隐子草Carexduriuscula16.59±0.081.00±0.235.78±0.61(Y)冰草Agropyroncristatum15.58±0.910.94±0.216.93±0.32克氏针茅草原(B)草地麻花头Serraturakomarovii15.76±0.551.12±0.076.16±0.85（SKS）(B)矮葱Alliumanisopodium30.59±0.902.38±0.153.29±0.35(B)细叶葱Alliumtenuissimum27.94±0.381.96±0.294.03±0.94(B)苔草Carexduriuscula16.92±0.230.92±0.018.06±0.28(B)洽草Koeleriaaltaica17.78±0.560.95±0.088.18±0.43注：平均值±标准差。J-建群种，Y-优势种，B-伴生种；Note:Mean±SD.J-constructivespecies,Y-dominantspecies,B-companionspecies. 30呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究图3-1-1建群种重要值图3-1-2优势种重要值Fig3-1-1ImportantvalueofconstructivespeciesFig3-1-2Importantvalu1eofdominantspecies图3-1-3建群种重要值图3-1-4建群种全氮含量Fig3-1-3ImportantvalueofcompanionspeciesFig3-1-4Nitrogencontentofconstructivespecies图3-1-5建群种全磷含量图3-1-6建群种可溶性糖含量Fig3-1-5PhosphoruscontentofconstructivespeciesFig3-1-6Solublesugarcontentofconstructivespecies图3-1呼伦贝尔不同草地类型主要植物重要值和建群种营养成分含量Fig3-1MainplantimportantvalueandConstructivespeciesnutritioncompositioncontentofdifferentgrasslandtypesinHulunbeier注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文31表3-3呼伦贝尔主要草地类型主要植物光和色素含量Table3-3MainplantphotosyntheticpigmentsofdifferentgrasslandtypesinHulunbeier草地类型主要植物种叶绿素叶绿素类胡萝卜叶绿素总含量GrasslandMainplantspeciesa含量b含量素含量TotaltypeChlorophyllaChlorophyllaCarotinchlorophyll(g/kg)(g/kg)content(g/kg)(g/kg)(J)线叶菊Filifoliumsibiricum0.88±0.040.47±0.010.07±0.001.28±0.14(Y)贝加尔针茅Stipabaicalensis0.61±0.020.48±0.100.04±0.001.05±0.04(Y)日荫菅Carexpediformis1.62±0.080.69±0.100.15±0.002.35±0.14(B)柴胡RootofChneseThorowax0.99±0.110.65±0.030.03±0.001.55±0.00线叶菊草(B)洽草Koeleriaaltaica0.97±0.010.58±0.070.05±0.001.59±0.02原（FSS）(B)唐松草Thalictrum1.39±0.040.78±0.030.13±0.012.17±0.07aquilegifolium(B)草地麻花头Serratura1.20±0.040.81±0.020.09±0.001.96±0.09komarovii(B)地榆Sanguisorbaofficinalis1.18±0.010.75±0.020.08±0.001.82±0.01(J)贝加尔针茅Stipabaicalensis0.51±0.040.36±0.040.03±0.000.80±0.06(Y)羊草Leymuschinensis0.75±0.110.42±0.010.04±0.011.15±0.13(Y)线叶菊Filifoliumsibiricum1.08±0.090.55±0.010.11±0.001.67±0.06贝加尔针(B)柴胡RootofChneseThorowax0.87±0.050.42±0.010.13±0.061.11±0.07茅草原(B)沙参AdenophorastrictaMiq.0.61±0.010.27±0.010.02±0.000.85±0.10（SBS）(B)糙隐子草Carexduriuscula1.48±0.060.64±0.030.06±0.002.17±0.05(B)洽草Koeleriaaltaica0.86±0.100.44±0.010.08±0.001.25±0.05(B)日荫菅Carexpediformis0.83±0.020.48±0.100.07±0.001.31±0.03(J)羊草Leymuschinensis0.90±0.010.42±0.020.13±0.021.32±0.10(Y)大针茅Stipagrandis0.95±0.090.49±0.010.12±0.011.43±0.11(Y)冰草Agropyroncristatum1.09±0.050.56±0.040.13±0.001.65±0.09羊草草原(B)早熟禾PoaannuaLinn.1.03±0.010.51±0.010.09±0.001.54±0.03（LCS）(B)麻花头Serraturakomarovii1.56±0.041.01±0.110.23±0.032.41±0.09(B)洽草Koeleriaaltaica1.87±0.040.98±0.080.23±0.012.85±0.05(B)糙隐子草Carexduriuscula1.57±0.030.58±0.010.17±0.012.11±0.14(B)苔草Carexduriuscula1.43±0.070.66±0.030.20±0.012.03±0.01(J)大针茅Stipagrandis0.50±0.010.28±0.010.08±0.000.78±0.01(Y)羊草Leymuschinensis0.58±0.030.23±0.010.12±0.000.81±0.08(Y)冰草Agropyroncristatum0.46±0.010.25±0.000.08±0.000.70±0.01大针茅草(B)洽草Koeleriaaltaica0.85±0.000.46±0.030.14±0.001.23±0.05原（SGS）(B)羽茅Achnatherumsibiricum0.59±0.030.27±0.010.10±0.010.84±0.01(B)苔草Carexduriuscula0.93±0.020.40±0.010.18±0.011.33±0.03(Y)糙隐子草Carexduriuscula0.84±0.000.32±0.020.10±0.011.15±0.00(B)变蒿Artemisiacommutata0.97±0.020.52±0.010.07±0.011.43±0.09(J)克氏针茅Stipakrylovii0.78±0.031.08±0.060.06±0.001.54±0.24(Y)糙隐子草Carexduriuscula1.60±0.080.73±0.080.10±0.002.36±0.12(Y)冰草Agropyroncristatum1.04±0.020.65±0.070.06±0.011.65±0.00克氏针茅(B)草地麻花头Serratura1.21±0.040.65±0.030.22±0.011.86±0.08草原komarovii（SKS）(B)矮葱Alliumanisopodium1.64±0.010.77±0.030.21±0.012.44±0.02(B)细叶葱Alliumtenuissimum1.19±0.080.63±0.010.13±0.011.82±0.08(B)苔草Carexduriuscula1.40±0.090.75±0.050.14±0.012.13±0.14(B)洽草Koeleriaaltaica1.32±0.040.82±0.010.07±0.022.15±0.03注：平均值±标准差。J-建群种，Y-优势种，B-伴生种；Note:Mean±SD.J-constructivespecies,Y-dominantspecies,B-companionspecies. 32呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究5种草地类型主要植物类胡萝卜素含量研究结果表明，羊草草原建群种的类胡萝卜素含量最高，达0.13g/kg，其次是大针茅草原、线叶菊草原、克氏针茅针茅草原，分别为0.08g/kg、0.07g/kg、0.06g/kg，贝加尔针茅草原则最低，仅0.03g/kg；5种草地类型优势种的类胡萝卜素含量为：线叶菊草原0.04~0.15g/kg、贝加尔针茅草原0.04~0.11g/kg、羊草草原0.12~0.13g/kg、大针茅草原0.08~0.12g/kg、克氏针茅草原0.06~0.10g/kg；伴生种类胡萝卜素含量：线叶菊草原0.03~0.13g/kg、贝加尔针茅草原0.02~0.13g/kg、羊草草原0.09~0.23g/kg、大针茅草原0.07~0.18g/kg、克氏针茅草原0.07~0.22g/kg。5种草地类型主要植物叶绿素总含量研究结果表明，克氏针茅草原建群种的叶绿素总含量最高，达1.54g/kg，其次是羊草草原、线叶菊草原、贝加尔针茅草原，分别为1.32g/kg、1.28g/kg、0.80g/kg，大针茅草原则最低，仅0.78g/kg；5种草地类型优势种的叶绿素总含量为：线叶菊草原1.05~2.35g/kg、贝加尔针茅草原1.15~1.67g/kg、羊草草原1.43~1.65g/kg、大针茅草原1.00~1.23g/kg、克氏针茅草原1.65~2.36g/kg；伴生种叶绿素总含量：线叶菊草原1.55~2.17g/kg、贝加尔针茅草原0.85~2.17g/kg、羊草草原1.54~2.85g/kg、大针茅草原0.84~1.43g/kg、克氏针茅草原1.82~2.44g/kg。图3-2呼伦贝尔主要草地类型建群种光和色素含量Fig3-2ConstructivespeciesphotosyntheticpigmentsofdifferentgrasslandtypesinHulunbeier注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文333.2.4植物光合色素与营养元素的相关性分析由表3-4可知，呼伦贝尔5种草地类型植物营养成分与光和色素呈正相关关系，其中线叶菊草原植物全氮含量与叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素总含量呈极显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.614、0.603、0.519、0.621；贝加尔针茅草原植物全氮含量与叶绿素a（r=0.643）、叶绿素总含量（r=0.553）呈极显著正相关（P<0.01）；羊草草原植物全氮含量与叶绿素a呈显著正相关（r=0.446，P<0.05），与叶绿素b（r=0.740）、类胡萝卜素（r=0.649）、叶绿素总含量呈（r=0.518）极显著正相关（P<0.01），全磷含量与叶绿素a、类胡萝卜素、叶绿素总含量呈显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.453、0.424、0.490，与叶绿素b呈极显著正相关（r=0.578，P<0.05）；大针茅草原植物全氮含量与叶绿素a（r=0.852）、叶绿素b（r=0.835）、叶绿素总含量（r=0.840）呈极显著正相关（P<0.01），植物全磷含量与叶绿素b呈显著正相关（r=0.446，P<0.05），可溶性糖含量与类胡萝卜素呈显著正相关（r=0.480，P<0.05）；克氏针茅草原植物全氮含量与叶绿素a、类胡萝卜素、叶绿素总含量呈显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.501、0.512、0.427，植物全磷含量与类胡萝卜素呈极显著正相关（r=0.563，P<0.05）。从上述结果可知，植物营养成分中主要由全氮含量来影响植物的光合作用。3.3讨论3.3.1呼伦贝尔不同草地类型主要植物重要值差异的研究地球表面，从大的尺度来讲，水热条件及其组合是决定植物群落分布的主要因素[160]。植物种类组成作为植物群落最重要最基本的特征之一[161]，是群落结构形成及植物资源开发利用的基础。植物种类重要值的大小可作为群落中植物种优势度的一个度量标志，可指出群落中的每种植物的相对重要性及植物的最适生境[162]。本研究结果表明，呼伦贝尔不同草地类型植物群落结构组成不同，从而主要植物物种及其重要值亦存在显著差异。刘长娥等曾研究发现，山地复合体不同坡位草地植物群落的主要牧草重要值间存在差异，且温度与光照是影响山地复合体植被组成差异的主要影响因子[163]。陈俊华等对卧龙巴朗山川滇高山栎灌丛主要木本植物种群生态位特征进行了研究，发现不同海拔高度主要植物物种重要值存在差异[164]。研究还发现，5种草地类型的建群种重要值为21.23~53.36、优势种重要值为20.23~45.91、伴生种重要值为9.78~22.04，羊草草原的建群种、优势种重要值在5种草地类型中表现为最高，伴生种重要值最低，线叶菊草原建群种重要值最低，优势种、伴生种重要值较高。说明在羊草草原，其建群种和优势种具有绝对重要的生态地位，来维持羊草草原的稳定，而在线叶菊草原植物物种较其他草地类型复杂多样化，不单是建群种、优势种有着重要的生态地位、其伴生种也有着一定的生态地位，从而建群种、优势种、伴生种共同来维持线叶菊草原的稳定。 34呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究表3-4植物营养成分与光合色素间相关关系矩阵Table3-4Correlationcoefficientbetweenplantnutritioncontentandphotosyntheticpigments草地类型叶绿素a叶绿素a类胡萝卜素叶绿素总量GrasslandtypeClla(g/kg)Clla(g/kg)Carotinoid(g/kg)Cll(a+b)(g/kg)全氮N(g/kg)0.614**0.603**0.519**0.621**线叶菊草原全磷P(g/kg)0.1980.0350.3650.190（FSS）可溶性糖Solublesugar0.1840.1720.0720.504content(g/kg)全氮N(g/kg)0.643**0.3500.2960.553**贝加尔针茅草原全磷P(g/kg)0.0640.1640.0720.035（SBS）可溶性糖Solublesugar0.3170.0050.1830.187content(g/kg)全氮N(g/kg)0.446*0.740**0.649**0.518**羊草草原全磷P(g/kg)0.453*0.578**0.424*0.490*（LCS）可溶性糖Solublesugar0.1740.0700.0790.112content(g/kg)全氮N(g/kg)0.852**0.835**0.1180.840**大针茅草原全磷P(g/kg)0.3770.446*0.3170.392（SGS）可溶性糖Solublesugar0.2180.3880.480*0.313content(g/kg)全氮N(g/kg)0.501*0.3100.512*0.427*克氏针茅草原全磷P(g/kg)0.4020.1970.563**0.315（SKS）可溶性糖Solublesugar0.0690.0260.3550.057content(g/kg)注：*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).3.3.2呼伦贝尔不同草地类型主要植物营养特性差异的研究草地植物的营养物质含量是衡量草地品质和评价饲用价值的重要基础，也是核定草地承载能力的科学依据。牧草的营养价值直接受控于其本身遗传特性，随生长周期而发生动态变化[165]。本研究结果表明，呼伦贝尔不同草地类型主要植物的全氮、全磷、可溶性糖含量存在差异，且建群种的营养成分间的差异达显著水平。5种草地类型的建群种中，线叶菊和羊草的全氮、全磷含量较其他草地类型建群种高，可溶性糖含量较低；大针茅与贝加尔针茅与其相反，全氮与全磷含量较低，可溶性糖含量较高。3.3.3呼伦贝尔不同草地类型主要植物光合特性差异的研究叶片中的光和色素主要是参与光合作用过程中光能的吸收、传递和转化而使太阳能转变为化学能的色素。光和色素含量直接影响植物的光合能力从而影响其生长、发育，其中叶绿素和类胡萝卜素更是与光合作用密切相关，尤其是叶绿素含量的多少与植物的光合能力强弱关系更为密切[166]。本研究结果表明，呼伦贝尔5种草地类型主要植物的叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总含量均存在差异，且建群种的光和素色含量间的差异达显著水平。5种草地类型建群种中，羊草的叶绿 内蒙古农业大学博士学位论文35素a与类胡萝卜素含量较高，克氏针茅的叶绿素b与叶绿素总含量较高；大针茅的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量最低，贝加尔针茅的类胡萝卜素含量最低。3.3.4呼伦贝尔不同草地类型植物光合色素与营养成分的相关性研究植物的全氮、全磷等营养成分含量与植物光和色素、酶、酶活性等有密切关系。曾有学者研究发现，氮素供应正常而磷素胁迫时，光合作用受到抑制，进而造成碳固定的下降；当磷素供应正常而氮胁迫时，光合速率急剧下降，碳固定量先上升后迅速下降[167]。由此可知，植物氮和磷素的含量高低均会影响植物光合作用。本研究结果表明，呼伦贝尔5种草地类型植物全氮、全磷、可溶性糖含量均与光和色素含量有不同程度的正相关关系，其中全氮与光和色素的正相关关系较显著或极显著。DaMatta曾在研究中指出，植物体内氮素的缺乏导致叶绿素含量和酶活性的下降，并进一步使植物叶面积减少，光合作用降低[168]。Henley也发现植物叶片氮的缺乏可诱导光合抑制物的增加，阻碍光合的进程和光合效率的提高[169]。说明，植物全氮含量比全磷和可溶性糖含量更能影响植物的光和作用。3.4小结1呼伦贝尔不同草地类型主要植物重要值间存在显著差异（P<0.05）。5种草地类型建群种重要值依次为：LCS>SGS>SKS>SBS>FSS；优势种重要值依次为：LCS>FSS>SKS>SBS>SGS；伴生种重要值依次为：SGS>FSS>SBS>SKS>LCS。2呼伦贝尔不同草地类型主要植物营养成分（全氮、全磷、可溶性糖）间存在差异。5种草地类型建群种的营养成分存在显著差异（P<0.05），植物全氮含量依次为：LCS>FSS>SKS>SBS>SGS；全磷含量依次为：FSS>LCS>SGS>SKS>SBS；可溶性糖含量依次为：SGS>SBS>SKS>LCS>FSS。3呼伦贝尔不同草地类型主要植物光和色素含量（叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶绿素总含量）间存在差异。5种草地类型建群种的光和色素含量存在显著差异（P<0.05），叶绿素a含量依次为：LCS>FSS>SKS>SBS>SGS；叶绿素b含量依次为：SKS>FSS>LCS>SBS>SGS；胡萝卜素含量依次为：LCS>SGS>FSS>SKS>SBS；叶绿素总含量依次为：SKS>LCS>FSS>SBS>SGS。4呼伦贝尔不同草地类型植物全氮、全磷、可溶性糖与光和色素含量有密切的关系。5种草地类型植物全氮、全磷、可溶性含量与光和色素含量均有正相关关系，且植物全氮与光和色素含量的相关关系达显著或极显著水平。 36呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究4呼伦贝尔主要草地类型土壤理化性质研究土壤是草地植物根系着生的物理空间和水分与矿物质营养的贮存库（pool）。土壤本身有它自己的结构和理化性质，是介于无机物和有机物之间、含有微生物群的特殊物质。草地土壤是在草地进化过程中，通过特定的物理、化学和生物学过程而形成的，为草地生物的生存提供着必要的矿物质元素、水分和基础环境，构成了草地生态系统的重要组成部分，为草地生物的生存提供着必需的矿物质元素、水分和基本环境，构成了草地生态系统的重要组成部分。土壤是草地生态系统中物质与能量交换的重要场所，同时，它又是生态系统中生物部分和无机环境部分相互作用的产物。母岩不同、气候不同，生成的土壤常常具有不同的理化性质，并生长发育着不同的生物区系。由于植物根系和土壤之间具有极大的接触面，在植物与土壤之间发生着频繁的物质交换，彼此强烈影响，即不同的土壤环境下生长着不同的植被，而植被的出现及其演替，反过来也将影响土壤的形成和发育，特别是土壤理化性质和肥力变化及分布状况，因而土壤是一个重要的草地生态因子。本研究比较分析了呼伦贝尔5种草地类型土壤理化特征，并深入探讨不同草地类型的土壤理化因子之间的关系。4.1研究材料与方法4.1.1研究材料：土壤样品的采集每个样地内按照S型曲线选择40个点，每个取样点之间间隔大于100m，去除表面植被，用直径为5cm的土钻，分别取0~10cm和10~20cm土层的土壤样品，将各层40份土样同层混匀过筛去除根系和土壤入侵物，采用“四分法”每层均选取1kg土样再进行混匀后冷藏带回实验室保存于-70℃超低温冰箱，用于土壤微生物的测定，其余土样带回实验室风干后过0.15mm和0.1mm筛用于土壤理化性质和土壤酶活性分析。4.1.2研究方法：土壤理化特性的测定方法[158]土壤容重和含水量采用环刀法测定；pH值测定采用酸度计法(1:5土水比)(GB7859-87)；全氮含量采用半微量凯氏法(GB7113-87)；全磷含量采用浓硫酸-双氧水消煮-钼锑抗比色法；土壤有机质（重铬酸钾容量法（外加热法））；铵态氮采用靛酚蓝比色法；硝态氮采用紫外分光光度法；速效磷采用0.5mol/LNaHCO3法4.1.3数据处理采用SPSS16.0软件统计分析，采用单因素方差分析（One-WayANOVA）对不同草地类型土壤理化因子进行显著性检验，P<0.05为5种草地类型间差异显著，P>0.05为无显著差异；采用Pearson相关分析法对土壤因子之间进行相关性分析。 内蒙古农业大学博士学位论文374.2结果与分析4.2.1呼伦贝尔不同草地类型土壤物理特性差异的分析表4-1不同草地类型土壤化学性状Table4-1Soilnutrientsofdifferentgrasslandstypes土层深度线叶菊贝加尔针茅羊草大针茅克氏针茅SD（cm）草原草原草原草原草原（FSS）（SBS）（LCS）（SGS）（SKS）土壤含水量（%）0-1028.78±1.91a20.88±1.32b11.90±1.29c9.00±1.11d8.23±1.41dSoilmoisture10-2026.68±1.29a13.52±1.46b13.62±1.50b9.44±1.26c4.11±1.10d3容重（g/cm）0-101.01±0.01d1.00±0.00d1.17±0.01c1.48±0.01b1.66±0.02aBulkdensity10-200.98±0.02e1.15±0.01d1.18±0.01c1.49±0.01b1.80±0.01a注：同行不同字母表示差异显著(P<0.05)；表中数据是平均数±标准误差。Note：DifferentlettersrepresentthesignificantdifferenceatP<0.05.DatesinthetableareMean±SE.4.2.1.1土壤含水量测定结果土壤水分直接影响草地植被的生长状况和土壤微生物的活动，土壤含水量是衡量土壤坚实度和土壤渗透率的主要指标[170]。由表4-1、图4-1和4-2可知，土壤含水量在5种草地类型中有显著差异（P<0.05）。随着土层深度的增加，线叶菊草原、贝加尔针茅草原和克氏针茅草原土壤含水量均呈下降趋势，而羊草草原和大针茅草原10-20cm土壤含水量高于0-10cm。但5种草地类型土壤含水量在0-10cm和10-20cm土层中变化趋势一致，均为线叶菊草原（28.78%、26.68%）>贝加尔针茅草原（20.88%、13.52%）>羊草草原（11.90%、13.62%）>大针茅草原（9.00%、9.44%）>克氏针茅草原（8.23%、4.11%）。图4-1不同草地类型土壤含水量（0-10cm）图4-2不同草地类型土壤含水量（10-20cm）Fig4-1SoilmoistureofdifferentgrasslandFig4-2Soilmoistureofdifferentgrasslandtypes(0-10cm)types(10-20cm)注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 38呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究4.2.1.2土壤容重测定结果土壤容重是土壤紧实度的指标之一，它反映了土壤的松紧度和对地表水的蓄积能力[171-173]。研究结果表明（表4-1、图4-3、图4-4），土壤容重在5种草地类型中差异显著（P<0.05）。随着土层的增加，除了线叶菊草原，其他草地类型土壤容重均呈上升趋势。土壤容重在0-10cm和10-20cm土层中均为克氏针茅草原为最高，分别达1.6633333g/cm、1.80g/cm，其次是大针茅草原（1.48g/cm、1.49g/cm）、羊草草原（1.17g/cm、3331.18g/cm）、贝加尔针茅草原（1.00g/cm、1.15g/cm），线叶菊草原土壤容重最低，33为1.01g/cm、0.98g/cm。图4-3不同草地类型土壤容重（0-10cm）图4-4不同草地类型土壤容重（0-10cm）Fig4-3SoilbulkdensityofdifferentgrasslandFig4-4Soilbulkdensityofdifferentgrasslandtypes(0-10cm)types(10-20cm)注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe.4.2.2呼伦贝尔不同草地类型土壤化学特性差异的分析4.2.2.1pH值测定结果pH值是指示土壤酸碱程度的指示，它对于土壤肥力、土壤微生物活动、土壤有机质合成与分解、各种营养元素的转化和释放及其有效性、土壤动物在土壤中的分布等都有着重要影响[174]。本研究表明（表4-2、图4-5、图4-6），土壤pH值在不同草地类型间差异显著(P<0.05)。土壤pH值在5种草地类型中，除了羊草草原，其他草地类型均随着土层深度的增加而增加，0-10cm土层中，pH值在羊草草原最高，为7.10，其次是大针茅草原（6.76）、克氏针茅草原（6.33）、贝加尔针茅草原（6.27），线叶菊草原最低，为6.02。10-20cm土层中依次为，贝加尔针茅草原（7.43）>羊草草原（6.91）>大针茅草原（6.61）>克氏针茅草原（6.39）>线叶菊草原（6.17）。 内蒙古农业大学博士学位论文39表4-2不同草地类型土壤化学性状Table4-2Soilnutrientsofdifferentgrasslandstypes土层深线叶菊草原贝加尔针茅草羊草草原大针茅草原克氏针茅草度SD（FSS）原（SBS）（LCS）（SGS）原（SKS）（cm）pH值0-106.02±0.01c6.27±0.04bc7.10±0.59a6.76±0.08ab6.33±0.07bcpHvalue10-206.17±0.02e7.43±0.12a6.91±0.04b6.61±0.07c6.39±0.02d(H2O)全氮(g/kg)0-102.12±0.09a2.66±0.02b1.91±0.02c1.33±0.02e1.67±0.02dTotalnitrogen10-201.37±0.02c1.57±0.01a1.57±0.01a0.99±0.01d1.47±0.01b全磷(g/kg)0-100.88±0.01a0.34±0.01c0.59±0.00b0.22±0.01e0.25±0.01dTotal10-200.86±0.02a0.25±0.01c0.56±0.02b0.20±0.02d0.22±0.01dphosphorus铵态氮0-1019.23±2.85a9.53±1.38c14.72±0.16b14.10±1.61b8.20±1.20c（mg/kg）10-2014.77±0.98ab12.45±2.14b8.45±1.71c15.97±2.42a7.97±0.67c+NH4-N硝态氮0-103.23±0.98b6.18±0.65a2.23±0.36b2.97±0.09b5.56±1.33a（mg/kg）10-201.78±1.02bc4.30±1.76a2.82±0.12ab0.87±0.12c2.19±0.12bc-NO3-N速效磷0-107.44±0.64a4.26±0.16b3.31±0.03bc2.99±0.57c4.04±0.71b（mg/kg）10-205.74±0.34a2.76±0.10bc1.83±0.17d2.22±0.45cd3.13±0.46bavailablephosphorus有机质0-1098.14±1.56a54.98±4.63b39.01±2.12c24.64±0.80d25.33±3.87d（mg/kg）10-2056.17±1.67a31.84±0.46b29.11±2.88b19.49±0.46d24.87±0.96cOrganicmatter注：同行不同字母表示差异显著(P<0.05)；表中数据是平均数±标准误差。Note：DifferentlettersrepresentthesignificantdifferenceatP<0.05.DatesinthetableareMean±SE.图4-5不同草地类型土壤pH值（0-10cm）图4-6不同草地类型pH（10-20cm）Fig4-5pHvalueofdifferentgrasslandtypes(0-10cm)Fig4-6pHvalueofdifferentgrasslandtypes(10-20cm)注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 40呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究4.2.2.2土壤全氮测定结果在草地生态系统中，氮（N）素是植物生长发育最重要的元素之一，是决定草地生产力的重要指标[175]。由表4-2、图4-7、图4-8可知，不同草地类型土壤全氮含量有显著差异（P<0.05），且均随着土层的加深而急剧下降。0-10cm土层中土壤全氮含量在贝加尔针茅草原最高，为2.66g/kg，其次是线叶菊草原（2.12g/kg）、羊草草原（1.91g/kg）、克氏针茅草原（1.67g/kg），大针茅草原最低，仅为1.33g/kg；10-20cm土层中则依次为，贝加尔针茅草原=羊草草原（1.57g/kg）>克氏针茅草（1.47g/kg）>线叶菊草原（1.37g/kg）>大针茅草原（0.99g/kg）。4.2.2.3土壤全磷测定结果图4-7不同草地类型土壤全氮（0-10cm）图4-8不同草地类型土壤全氮（10-20cm）Fig4-7SoiltotalnitrogenofdifferentgrasslandFig4-8Soiltotalnitrogenofdifferentgrasslandtypes(0-10cm)types(10-20cm)图4-9不同草地类型土壤全磷（0-10cm）图4-10不同草地类型土壤全磷（10-20cm）Fig4-9SoiltotalphosphorusofdifferentFig4-10Soiltotalphosphorusofdifferentgrasslandtypes(0-10cm)grasslandtypes(10-20cm)注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文41磷是生物体的重要组成成分，是植物必需的大量元素之一，以广泛的形式参与有机体的生命代谢过程。磷素的变化直接影响到生态系统的稳定和生产力的大小[176,177]。由表4-2、图4-9、图4-10可知，不同草地类型土壤全磷含量有显著差异（P<0.05）。全磷含量随着土层的加深而下降，但是下降幅度均不大，且0-10cm和10-20cm土层中均以线叶菊草原土壤全磷含量表现为最高，分别为0.88g/kg、0.86g/kg，其次是羊草草原（0.59g/kg、0.56g/kg）、贝加尔针茅草原（0.34g/kg、0.25g/kg）、克氏针茅草原（0.25g/kg、0.22g/kg），而大针茅草原则最低（0.22g/kg、0.20g/kg）。4.2.2.4土壤铵态氮测定结果土壤中92~98%全氮以有机态存在，但是有机态但不能被植物吸收利用，必须通过土壤微生物的矿化作用转化为无机氮形态（铵态氮和硝态氮）方可被植物吸收利用。铵态氮和硝态氮，二者均为水溶性的。土壤有效氮组成变化往往受光照、水分和温度等环境因子与土壤pH值、凋落物数量和质量、土壤动物、微生物种群和活性等基质条件的影响[178-180]。因此，研究土壤有效氮含量对了解土壤地上植被的生产力和氮素的循环转化有重要的意义。由图由表4-2、图4-11和图4-12可知，不同草地类型土壤铵态氮含量有显著差异（P<0.05）。线叶菊草原、羊草草原、克氏针茅草原0-10cm土层土壤铵态氮含量均高于10-20cm，而贝加尔针茅草原和大针茅草原土壤铵态氮含量则表现为10-20cm>0-10cm。5种草地类型土壤铵态氮含量在0-10cm土层中依次为：线叶菊草原（19.23mg/kg）>羊草草原（14.72mg/kg）>大针茅草原（14.10mg/kg）>贝加尔针茅草原（9.53mg/kg）>克氏针茅草原（8.20mg/kg）；10-20cm土层中则依次为：大针茅草原（15.97mg/kg）>线叶菊草原（14.77mg/kg）>贝加尔针茅草原（12.45mg/kg）>羊草草原（8.45mg/kg）>克氏针茅草原（7.97mg/kg）。4.2.2.5土壤硝态氮测定结果由表4-2、图4-13和图4-14可知，不同草地类型土壤硝态氮含量有显著差异（P<0.05）。除了羊草草原之外，其它四种草地类型0-10cm土层土壤硝态氮均高于10-20cm土层。0-10cm土层中，贝加尔针茅草原土壤硝态氮含量最高，为6.18mg/kg，其次是克氏针茅草原（5.56mg/kg）、线叶菊草原（3.23mg/kg）、大针茅草原（2.97mg/kg），羊草草原最低，仅为2.23mg/kg；10-20cm土层中则依次为：贝加尔针茅草原（4.30mg/kg）>羊草草原（2.82mg/kg）>克氏针茅草原（2.19mg/kg）>线叶菊草原（1.78mg/kg）>大针茅草原（0.87mg/kg）。 42呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究图4-11不同草地类型土壤铵态氮（0-10cm）图4-12不同草地类型土壤铵态氮（10-20cm）Fig4-11SoilammoniumnitrogenofdifferentFig4-12Soilammoniumnitrogenofdifferentgrasslandtypes(0-10cm)grasslandtypes(10-20cm)图4-13不同草地类型土壤硝态氮（0-10cm）图4-14不同草地类型土壤硝态氮（10-20cm）Fig4-13SoilnitratenitrogenofdifferentgrasslandFig4-14Soilnitratenitrogenofdifferentgrasslandtypes(0-10cm)types(10-20cm)图4-15不同草地类型土壤速效磷（0-10cm）图4-16不同草地类型土壤速效磷（10-20cm）Fig4-15Changesofavailablephosphorusin0-10cmFig4-16Changesofavailablephosphorusin10-20cmlayerundergrazinggradientlayerundergrazinggradient注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文434.2.2.6土壤速效磷测定结果土壤速效磷是土壤肥力的重要指标之一，它对牧草生长发育起着重要作用[181]。由表4-2、图4-15和图4-16可知，土壤速效磷在5种草地类型间差异显著(P<0.05)，且随着土层深度的增加，均呈现下降趋势。0-10cm土层中，线叶菊草原土壤速效磷含量最高，为7.44mg/kg，其次是贝加尔针茅草原（4.26mg/kg）、克氏针茅草原（4.04mg/kg）、羊草草原（3.31mg/kg），大针茅草原最低，仅为2.99mg/kg；10-20cm土层中，线叶菊草原土壤速效磷含量亦最高，为5.74mg/kg，其次是克氏针茅草原（3.13mg/kg）、贝加尔针茅草原（2.76mg/kg）、大针茅草原（2.22mg/kg），羊草草原则最低，为2.76mg/kg。4.2.2.7土壤有机质测定结果土壤有机质是陆地生物圈生物地球化学循环的主要成分之一，是指示土壤健康的关键指标[182]。它占整个系统有机碳的90%左右[183,184]，并且是植物养分元素循环的中心，影响水分关系和侵蚀潜力[185]。研究表明（表4-2、图4-17、图4-18），5种草地类型间土壤有机质有显著差异（P<0.05），且均随着土层的加深而急剧下降。不同草地类型土壤有机质在0-10cm和10-20cm土层中的排列顺序均为：线叶菊草原（98.14g/kg、56.14g/kg）>贝加尔针茅草原（54.98g/kg、31.84g/kg）>羊草草原（39.01g/kg、29.11g/kg）>克氏针茅草原（25.33g/kg、24.87g/kg）>大针茅草原（24.64g/kg、19.49g/kg）。图4-17不同草地类型土壤有机质（0-10cm）图4-18不同草地类型土壤有机质（10-20cm）Fig4-17Changesofwatercontentin0-10cmlayerFig4-18Changesofwatercontentin0-10cmlayerundergrazinggradientundergrazinggradient注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 44呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究4.2.3呼伦贝尔草原土壤理化特性的相关性分析土壤是一个复杂的平衡系统，在这个系统中，各种生物体和非生物体相互依存，相互作用[69]。不仅如此，土壤性质之间，包括物理、化学及生物性质相互关联、相互作用。本研究中对呼伦贝尔不同草地类型土壤理化因子进行相关分析，结果表明（表4-3），土壤容重与土壤含水量、全氮、全磷、有机质呈极显著负相关（P<0.01），相关系数分别为-0.827、-0.789、-0.672、-0.763；土壤含水量与全氮、全磷、速效磷、有机质呈极显著正相关（P<0.01），相关系数为0.691、0.768、0.854、0.973，与pH值呈显著负相关（r=-0.584，P<0.05），与铵态氮呈显著正相关（r=0.517，P<0.05）；pH值与铵态氮呈极显著负相关（r=-0.663，P<0.01），与有机质呈显著负相关（r=-0.567，P<0.05）；全氮与有机质呈显著正相关（r=0.563，P<0.05）；全磷与铵态氮、速效磷、有机质呈极显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.771、0.763、0.866；铵态氮与硝态氮呈极显著负相关（r=-0.716，P<0.01），与速效磷（r=0.547）、有机质（r=0.630）呈显著正相关（P<0.05）；速效磷与有机质呈极显著正相关（r=0.901，P<0.01）。表4-3呼伦贝尔草原表层土壤理化因子之间的相关分析Table4-3CorrelationanalysisofsurfacesoilrespirationintensitiesinHulunbeiergrassland+-BDSMpHTNTPNH4-NNO3-NAPOMBD1SM-0.827**1pH0.259-0.584*1TN-0.789**0.691**-0.3801TP-0.672**0.768**-0.2250.3281+NH4-N-0.4360.517*0.001-0.0690.771**1-NO3-N0.0670.047-0.4280.440-0.422-0.716**1AP-0.4910.854**-0.663**0.3990.763**0.547*-0.0181OM-0.763**0.973**-0.567*0.563*0.866**0.630*-0.0840.901**1+—注：BD-土壤容重、SM-土壤含水量、TN-全氮、TP-全磷、NH4-N-铵态氮、NO3N-硝态氮、AP-速效磷、SOM-有机质。*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。+Note:BD-Bulkdensity,SM-Soilmoisture,TN-Totalnitrogen,TP-Totalphosphorus,NH4-N-ammoniumnitrogen,—NO3N-nitratenitrogen,AP-availablephosphorus,OM-Organicmatter.*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).4.3讨论4.3.1呼伦贝尔不同草地类型土壤理化特性差异的研究在草地生态系统中，土壤作为植物生长和发育的重要基质，要给植物提供生存所需空间的同时还要不断地供给植物正常生长所需的水分、能量和营养物质。因此，土壤的理化特性对草地植物群落生产力具有一定的掌控作用；同时，植物生产力水平、死亡后植物的凋落物状况、植物的地下生物量以及植物的分布特征影响着土壤的性质。土壤水分是土壤的重要组成部分，是土壤物质交换和能量流动的主要载体，作为 内蒙古农业大学博士学位论文45植物生存所必需的物质，供给植物所需水分。土壤水分主要来自于大气降水、灌溉水、地下水和水气的凝结。本研究结果表明：不同草地类型间土壤含水量有显著差异，其中线叶菊草原土壤含水量为最高，克氏针茅草原则最低。主要原因为线叶菊草原是草甸草原的一种草地类型，其植物丰富度、植被覆盖度及土壤性状均优于克氏针茅草原。谢静[186]等曾研究也发现，锡林郭勒草原不同植被类型的土壤水分含量不同。影响土壤水分含量的因素诸多，气候特征、植被类型、植被覆盖度、地形条件、水文条件和土壤性状等，各个因素并不是单独作用于土壤水分，而是同时作用，互相影响，互相制约，综合发挥作用[187,188]。研究还表明，不同草地类型的土壤含水量垂直分布均表层高于底层，是因为采样时间为植物生长盛期，且正是降雨季节，因此土壤表层吸收的水分要高于底层。土壤容重是土壤紧实度的指标之一，与土壤中的孔隙度和渗透率密切相关。呼伦贝尔草原不同草地类型土壤容重亦不同，是因为不同草地类型的地上植[189]被特征、土壤特性（孔隙度和渗透率）存在差异。康冰等研究发现，广西大青山南亚热带11种植被类型土壤容重间存在差异。土壤养分是指植物所必需的，主要由土壤来提供的营养元素。土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土壤肥力的重要组成因素。本研究结果表明，呼伦贝尔草原5种草地类型间土壤养分含量（全氮、全磷、有机质、铵态氮、硝态氮、速效磷）有显著差异，且垂直分布状况基本为0-10cm>10-20cm。主要是因为不同草地类型的植物物种丰富度、植被盖度及地上生物量有所不同，凋落物量亦不同，从而归还于土壤的营养成分及多寡存在差异，这与牟静[190]的研究结果一致。大量的研究发现，地下生物量大部分集中于表层土壤中，说明表层土壤养分含量要高于底层土壤养分含量[68,191]。4.3.2呼伦贝尔不同草地类型土壤理化特性的相关性研究草地土壤是一个复杂的系统[192,193]，土壤理化因子之间构成了一个相互影响的统一整体。本研究对呼伦贝尔不同草地类型土壤理化因子之间做相关分析结果表明，土壤容重与土壤含水量、土壤养分含量（全氮、全磷、有机质）均呈极显著负相关；土壤含水量与土壤养分含量（全氮、全磷、有机质、速效磷）呈极显著正相关，与铵态氮呈显著正相关、与pH呈显著负相关；土壤养分之间也存在不同程度的相关关系。分析原因为，土壤容重作为土壤紧实度的指标之一，与土壤孔隙度和渗透率密切相关，且其大小受土壤有机质含量、土壤质地等的影响，而土壤渗透率的高低能反映土壤水分和养分保蓄能力的大小。因此，土壤容重越高，土壤含水量、土壤养分则越低。王启兰等（2007）研究发现，放牧干扰下草甸草原土壤表层孔隙度减小，土壤紧实度增加，从而土壤渗透力和蓄水能力减弱，导致土壤含水量下降[194]。土壤有机质是土壤肥力的指标之一，土壤全氮的95%和全磷的40%~60%来源于土壤有机质，同时也间[195]接影响和改变土壤的物理性状（土壤容重、结构及孔隙度）。说明土壤养分含量之间也存在密切的正相关关系。 46呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究4.4小结1呼伦贝尔5种草地类型土壤理化因子有显著差异（P<0.05）。5种草地类型土壤物理因子大小排序为，土壤含水量：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS，土壤容重：SKS>SGS>LCS>SBS>FSS；化学因子，pH值：LCS>SGS>SBS>SKS>FSS，全氮：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS，全磷：FSS>LCS>SBS>SGS>SKS，铵态氮：FSS>LCS>SGS>SBS>SKS，硝态氮：SBS>SKS>FSS>SGS>LCS，速效磷：FSS>SBS>SKS>SGS>LCS，有机质：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。土壤理化因子的垂直分布情况：土壤容重0-10cm>10-20cm，土壤含水量、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、速效磷、有机质基本为0-10cm<10-20cm，pH值垂直变化不明显。2土壤理化因子相关分析结果表明，土壤容重与土壤含水量、全氮、全磷、有机质呈极显著负相关；土壤含水量与全氮、全磷、速效磷、有机质呈极显著正相关，与pH值呈显著负相关，与铵态氮呈显著正相关；pH值与铵态氮呈极显著负相关，与有机质呈显著负相关；全氮与有机质呈显著正相关；全磷与铵态氮、速效磷、有机质呈极显著正相关；铵态氮与硝态氮呈极显著负相关，与速效磷、有机质呈显著正相关；速效磷与有机质呈极显著正相关。 内蒙古农业大学博士学位论文475呼伦贝尔主要草地类型土壤酶活性分布特征研究土壤酶是土壤中生物活动的产物，主要来自土壤微生物、植物、动植物残体[69]。包括存在于活细胞中的胞内酶和存在于土壤溶液或吸附在土壤颗粒表面的胞外酶[196]。土壤酶是最活跃的有机成分之一，对土壤生物过程具有调节作用[197]，其参与土壤中的各种代谢过程和能量转化，比如腐殖质的合成和分解、有机化合物、高等植物和微生物残体的水解及其转化成为可利用的形态，以及氧化还原反应等等[198-200]，并且酶的分[197,201]解作用是物质循环过程的限制性步骤，因此，酶活性的高低直接影响物质转化循环的速率，因而土壤酶活性对生态系统功能有很大的影响。而土壤酶活性是土壤中生物学活性的总体现，它表征了土壤的综合肥力特征及土壤养分转化进程，且对环境等外界因素引起的变化较敏感，因此土壤酶活性可以作为衡量生态系统土壤质量变化的预警和敏感指标。在几乎所有生态系统的监测和研究中，土壤酶活性的检测似乎成了必不可少的测定指标[202]。广泛分布于土壤中的脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶等，对于土壤的生物呼吸和C、N、P等主要营养物质的转化等都起着主要作用[203]。本文主要对呼伦贝尔5种草地类型土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶等4种土壤酶活性的分布特征进行了比较并分析了土壤酶活性之间的相互关系，旨在为呼伦贝尔草原土壤酶系统的深入研究提供理论依据。5.1材料与方法5.1.1研究材料同4.1.15.1.2测定方法[203]5.1.2.1脲酶测定方法（1）标准曲线绘制精确称取0.4717g硫酸铵溶于水并稀释至1000ml，则1ml含0.1mg氮的标准液。绘制标准曲线时，可再将此液稀释10倍供用。吸取稀释的标准液1、3、5、7、9、11、13ml，移于50ml容量瓶中，然后加蒸馏水至20ml。再加4ml苯酚钠溶液和3ml次氯酸钠溶液，随加随摇匀。20min后显色，定容。1h内在分光光度计上于波长578nm处比色。以光密度值为横坐标，以氨的浓度为纵坐标绘制标准曲线。（2）样品测定步骤取5g风干土于50ml三角瓶中，加1ml甲苯。15min后加10ml10%尿素液和20mlpH6.7柠檬酸盐缓冲液。摇匀后在37℃恒温箱中培养24h。过滤后取3ml滤液注入50ml容量瓶中，然后按绘制标准曲线的显色方法进行比色测定。 48呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究脲酶活性以24h后1g土壤中NH3—N的mg数表示。NH3-N(mg)=2a式中a——从标准曲线查得的NH3—N的mg数2——换算成1g土的系数5.1.2.2过氧化氢酶活性测定方法过氧化氢酶促过氧化氢的分解，有利于防止它对生物体的毒害作用。利用滴定法测定酶活性的原理是，酶促反应的底物是过氧化氢，以KMnO4反滴定剩余的过氧化氢来表示酶活性。称取2.000g风干土于100ml的三角瓶中加入40ml蒸馏水，再加入5ml0.3%过氧化氢溶液，在复式振荡机上振荡20min（120r/min）。完毕之后加入5ml3N的H2SO4，用慢速滤纸过滤，取25ml滤液用0.1N的KMnO4滴定成淡粉红色。土壤过氧化氢酶活性以所消耗的KMnO4的mg数来表示。另做无土壤对照。其活性单位是0.1NKMnO4ml/g干土·20min。5.1.2.3磷酸酶测定方法磷酸酶可加速有机磷的脱磷速度。反应以苯基磷酸盐作基质，以酚的释放量表示酶活性。（1）标准曲线绘制测定磷酸酶主要根据酶促作用生成的有机基团量或无机磷量计算磷酸酶活性。无机磷含量法是测定不同种类的磷酸酯作基质时，水解生成不同的有机基团和磷酸盐量。本实验采用了苯磷酸二钠作为基质测定酸性磷酸酶活性。磷酸酶有3种最适pH：4～5，6～7和8～10，所以，测定酸性、中性和碱性反应土壤，要提供相应的pH缓冲液才能测出该土壤的磷酸酶的最大活性。测磷酸酶活性常采用的pH缓冲体系有醋酸盐缓冲液（pH5.0～5.4）、柠檬酸缓冲液（pH7.0）和硼酸缓冲液（pH9～10）。苯磷酸二钠在酸性磷酸酶的作用下生成了酚，，根据有机基团酚的含量来计算酶活性的大小。酚的标准溶液的配制：酚原液——取1g重苯酚溶于蒸馏水中，稀释至1L，溶液贮于棕色瓶中。取10ml酚原液稀释至1L（每ml含0.01mg酚）。1、3、5、7、9、11、13ml，移于50ml容量瓶中，与测定磷酸酶活性同样的方法进行显色，比色后以光密度值为横坐标，P2O5浓度为纵坐标绘制成标准曲线。（2）样品测定称取5g风干土，置于50mL三角瓶中，加5滴甲苯后再加20mL0.5%磷酸苯二钠，充分振荡后于37℃恒温培养箱中，培养2h。取培养后滤液5mL，分别加入20mL蒸馏水，再加入0.25mL缓冲液、0.5mL4-氨基安替吡啉液，0.5mL铁氰化钾液。每次 内蒙古农业大学博士学位论文49加入试剂要充分摇动，静置10min，最后定容至50mL。在分光光度计上于510nm处比色测定溶液的光密度。磷酸酶活性以2h后100g土壤中P2O5的毫克数表示。P2O5（mg）=a×80×0.32×2.29式中：a—5mL滤液中酚的毫克数；80—换算成100g土壤的系数；0.32—以磷单位表示结果的系数（在磷酸苯二钠中，1个重量单位的酚，相当于0.32重量单位的磷）；2.29—以P换算成P2O5的系数。5.1.2.4转化酶测定方法（1）标准曲线绘制将葡萄糖先在50-58℃条件下，真空干燥至恒重。然后取500mg溶于l00mL苯甲酸溶液中（5mg还原糖/mL），即成标准葡萄糖溶液。再用标准溶液制成1mL含0.1-0.5mg葡萄糖的工作溶液。取1mL不同浓度的工作液，并按与测定蔗糖酶活性同样的方法进行显色，比色后以吸光值为纵坐标，葡萄糖浓度为横坐标绘制成标准曲线。（2）样品测定称5g风干土，置于50mL三角瓶中，注入15mL8％蔗糖溶液，5mLpH5.5磷酸缓冲液和5滴甲苯。摇匀混合物后，放入恒温箱，在37℃下培养24h。到时取出，迅速过滤。从中吸取滤液lmL，注入50mL容量瓶中，加3mL3，5-二硝基水杨酸，并在沸腾的水浴锅中加热5min，随即将容量瓶移至自来水流下冷却3min。溶液因生成3-氨基-5-硝基水杨酸而呈橙黄色，最后用蒸馏水稀释至50mL，并在分光光度计上于波长508nm处进行比色。为了消除土壤中原有的蔗糖、葡萄糖而引起的误差，每一土壤需做无基质对照，整个试验需做无土壤对照。转化酶活性以24h后1g土壤葡萄糖的毫克数表示。葡萄糖（mg）=a×4式中：a——从标准曲线查得的葡萄糖毫克数；4——换算成1g土的系数5.1.3数据处理用SPSS16.0对不同草地类型不同土层的土壤酶活性进行单因素方差分析，土壤酶活性之间做Pearson相关分析。5.2结果与分析本研究通过对呼伦贝尔主要草地类型0~10cm和10~20cm的土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶活性进行比较分析，探讨这4种土壤酶活性在不同草地类型中分布状况。呼伦贝尔主要草地类型主要草地类型土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶具体测定结果见表5-1： 50呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究表5-1不同草地类型土壤酶活性分布特征Table5-1Soilenzymeindifferentgrasslandstypes土层深线叶菊草原贝加尔针茅羊草草原大针茅草原克氏针茅度SD（FSS）草原（SBS）（LCS）（SGS）草原（SKS）（cm）脲酶(mg/g)0-100.033±0.001c0.028±0.001b0.040±0.000a0.027±0.001b0.045±0.004aurease10-200.021±0.006bc0.018±0.002bc0.027±0.001b0.013±0.001c0.032±0.001a过氧化氢酶0-103.430±0.019a3.130±0.022b3.140±0.031b2.360±0.076c3.370±0.024a(mL/g)hydrogen10-202.960±0.027a2.510±0.012c2.720±0.075b2.000±0.010d2.780±0.030bperoxidase磷酸酶0-101.642±0.016b0.833±0.010d1.797±0.019a0.929±0.064d1.407±0.021c(mg/100g)10-201.250±0.086b0.321±0.007d1.501±0.055a0.405±0.010d0.679±0.032cphosphatase转化酶(mg/g)0-1066.500±1.206a36.885±1.311c61.584±0.223b33.957±1.847c36.627±0.382cinvertase10-2053.648±0.625a23.919±2.628c30.490±0.204b18.351±0.975c20.249±3.191c注：同行不同字母表示差异显著(P<0.05)；表中数据是平均数±标准误差。Note：DifferentlettersrepresentthesignificantdifferenceatP<0.05.DatesinthetableareMean±SE.5.2.1呼伦贝尔不同草地类型土壤脲酶活性差异的分析土壤脲酶在自然界中广泛分布，主要来源于微生物和植物,。它是一种专性较强的酶，能酶促酰胺态有机氮化物水解转化为植物可能直接吸收利用的无机氮化物，在某些方面可反映土壤的供N水平与能力[204]。土壤脲酶活性在不同草地类型间差异显著（P<0.05）（见表5-1，图5-1）。5种草地类型土壤脲酶活性在表层土壤（0~10cm）中均高于下层土壤（10~20cm），并且在0~10cm、10~20cm的变化顺序一致，为克氏针茅草原>羊草草原>线叶菊草原>贝加尔针茅草原>大针茅草原。0~10cm中克氏针茅草原土壤脲酶活性为0.045mg/g，分别为羊草草原、线叶菊草原、贝加尔针茅草原和大针茅草原的1.125、1.364、1.607、1.667倍；在10~20cm土层中克氏针茅草原土壤脲酶活性为0.032mg/g，是其他4种草地类型的1.185、1.524、1.778和2.462倍。5.2.2呼伦贝尔不同草地类型土壤过氧化氢酶活性差异的分析过氧化氢酶是参与土壤中物质和能量转的一种重要氧化还原酶，具有分解土壤中对植物有害的过氧化氢物的作用，在一定程度上反映了土壤生物化学过程的强度[205,206]。土壤过氧化氢酶活性在不同草地类型间差异显著（P<0.05）（见表5-1，图5-2）。5种草地类型土壤过氧化氢酶活性在表层土壤（0~10cm）中均高于下层土壤（10~20cm），并且在0~10cm、10~20cm的变化顺序一致，为线叶菊草原>克氏针茅草原>羊草草原>贝加尔针茅草原>大针茅草原。0~10cm中线叶菊草原土壤过氧化氢酶活性为3.430ml/g，分别为克氏针茅草原、羊草草原、贝加尔针茅草原和大针茅草原的1.018、1.092、1.096、1.453倍；在10~20cm土层中线叶菊草原土壤过氧化氢酶活性为2.960ml/g，是其他4种草地类型的1.065、1.088、1.179和1.480倍。 内蒙古农业大学博士学位论文51图5-1不同草地类型土壤脲酶活性Fig5-1Soilureaseactivityofdifferentgrasslandtypes图5-2不同草地类型土壤过氧化氢酶活性Fig5-2Soilhydrogenperoxidaseactivityofdifferentgrasslandtypes注：小写字母表示土壤脲酶与过氧化氢酶活性在不同草地类型0-10cm土层间的差异显著（P<0.05），大写字母表示土壤脲酶与过氧化氢酶活性在不同草地类型10-20cm土层间的差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentsmalllettersindicatedsoilureaseactivityandsoilhydrogenperoxidaseactivityin0-10cmsoildepthofdifferentgrasslandtypessignificantdifferencesatP<0.05,Differentcapitalindicatedsoilureaseactivityandsoilhydrogenperoxidaseactivityin10-20cmsoildepthofdifferentgrasslandtypessignificantdifferencesatP<0.05.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe.5.2.3呼伦贝尔不同草地类型土壤磷酸酶活性差异的分析土壤磷酸酶是一类催化土壤有机磷化合物矿化的酶，其活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性。土壤有机磷是一种重要的土壤磷素资源，其含 52呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究量一般占土壤磷素总量的30~70%，磷酸酶活性的高低直接影响到土壤中有机磷的转化和分解，进而影响到生态系统内植物磷素营养状况。所以，磷酸酶也可用于表征土壤磷素的转化及供应能力[56]。土壤磷酸酶活性在不同草地类型间差异显著（P<0.05）（见表5-1，图5-3）。5种草地类型土壤磷酸酶活性在表层土壤（0~10cm）中均高于下层土壤（10~20cm），并且在0~10cm、10~20cm的变化顺序一致，为羊草草原>线叶菊草原>克氏针茅草原>大针茅草原>贝加尔针茅草原。0~10cm中羊草草原土壤磷酸酶活性为1.797mg/100g，分别为线叶菊草原、克氏针茅草原、大针茅草原和贝加尔针茅草原的1.094、1.273、1.934、2.157倍；在10~20cm土层中羊草草原土壤磷酸酶活性为1.501mg/100g，是其他4种草地类型的1.201、2.211、3.706和4.676倍。图5-3不同草地类型土壤磷酸酶活性Fig5-3Soilphosphataseactivityofdifferentgrasslandtypes注：小写字母表示土壤磷酸酶活性在不同草地类型0-10cm土层间的差异显著（P<0.05），大写字母表示土壤磷酸酶酶活性在不同草地类型10-20cm土层间的差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentsmalllettersindicatedsoilphosphataseactivityin0-10cmsoildepthofdifferentgrasslandtypessignificantdifferencesatP<0.05,Differentcapitalindicatedsoilphosphataseactivityin10-20cmsoildepthofdifferentgrasslandtypessignificantdifferencesatP<0.05.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe.5.2.4呼伦贝尔不同草地类型土壤转化酶活性差异的分析土壤转化酶可酶促蔗糖分子水解成葡萄糖与果糖，为土壤微生物活动提供充分能源，促进土壤中物质的生物循环过程，其活性反映了土壤有机碳累积与分解转化的规律，是土壤中一种参与碳循环的重要的酶，被广泛研究用来表征土壤中生物化学过程的动向与强度[207,208]。土壤磷酸酶活性在不同草地类型间差异显著（P<0.05）（见表5-1，图5-3）。5种草地类型土壤转化酶活性在表层土壤（0~10cm）中均高于下层土壤（10~20cm），并且在0~10cm、10~20cm的变化顺序一致，为线叶菊草原>羊草草原> 内蒙古农业大学博士学位论文53贝加尔针茅草原>克氏针茅草原>大针茅草原。0~10cm中线叶菊草原土壤转化酶活性为66.500mg/g，分别为羊草草原、贝加尔针茅草原、克氏针茅草原和大针茅草原的1.080、1.803、1.816、1.958倍；在10~20cm土层中羊草草原土壤磷酸酶活性为53.648mg/g，是其他4种草地类型的1.760、2.243、2.649和2.923倍。图5-4不同草地类型土壤转化酶活性Fig5-4Soilinvertaseactivityofdifferentgrasslandtypes注：小写字母表示土壤过氧化氢酶活性在不同草地类型0-10cm土层间的差异显著（P<0.05），大写字母表示土壤过氧化氢酶活性在不同草地类型10-20cm土层间的差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentsmalllettersindicatedsoilhydrogenperoxidaseactivityin0-10cmsoildepthofdifferentgrasslandtypessignificantdifferencesatP<0.05,Differentcapitalindicatedsoilhydrogenperoxidaseactivityin10-20cmsoildepthofdifferentgrasslandtypessignificantdifferencesatP<0.05.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe.5.2.5呼伦贝尔草原不同土壤酶活性相关性分析大量研究表明，土壤酶活性之间存在紧密的互作关系[63,209,210]。由表5-2可知，土壤脲酶与土壤过氧化氢酶、磷酸酶呈显著正相关（P<0.05），相关系数分别为0.626、0.538；土壤过氧化氢酶与土壤磷酸酶（r=0.540）和转化酶（r=0.598）呈显著正相关（P<0.05）；土壤磷酸酶与转化酶呈极显著正相关（r=0.765，P<0.01）。表5-2呼伦贝尔草原土壤酶活性之间的相关分析（0-20cm）Table5-2CorrelationanalysisbetweensoilenzymeactivitiesinHulunbeiergrassland（0-20cm）脲酶过氧化氢酶磷酸酶转化酶脲酶1过氧化氢酶0.626*1磷酸酶0.538*0.540*1转化酶0.1030.598*0.765**1注：*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01). 54呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究5.3讨论5.3.1呼伦贝尔不同草地类型土壤酶活性差异的研究土壤酶活性是土壤中各种生化反应的催化剂，是联系土壤营养和土壤生物的桥梁，主要来源于土壤微生物和植物分泌物[211]。在草地生态系统中，土壤酶活性的高低是土-草环境变化的一个重要表征[212]，比土壤有机质、养分含量等理化性状能更敏感地对土壤质量的变化作出响应。土壤脲酶是一种专性酶，直接参与土壤含N有机化合物的转化，其活性强度常用来表征土壤氮素供应强度[213]；过氧化氢酶表征土壤腐殖化强度和有机质积累程度；转化酶促进糖类的水解，加速土壤碳素循环；磷酸酶是存进有机磷化合物分解的酶类，能增加土壤中磷素和易溶性营养物质[194]。本研究结果表明，土壤过氧化氢酶、转化酶、脲酶、磷酸酶活性在5种草地类型中均有差异，不同的土壤酶活性在5种草地类型的变化程度不一致。主要是因为草地土壤酶活性的大小受多种因素的影响，而就不同的土壤酶对植被变化的响应也是不同的。胡忠良对贵州中部喀斯特山区不同植被的土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸等3种酶活性研究发现，不同植被类型下土壤酶活性存在差异，并且在不同植被土壤中的变化程度亦不同[214]。本研究还发现，土壤酶活性均随土层的加深呈递减趋势，这与侯彦会等[215]的研究结果一致，主要原因在于土壤表层累积了较多的枯枝落叶和腐殖质，有机质含量高，有充分的营养源以利于土壤微生物的生长，再加之水热条件和通气状况，微生物生长旺盛，代谢活跃，呼吸强度加大而使表层积聚了较高的土壤酶活性。随着土层的加深，土壤有机质含量急剧下降，地下生物量也随着减少。5.3.2呼伦贝尔草原不同土壤酶活性相关性研究土壤酶活性之间存在着一定的线性关系。本研究对呼伦贝尔草原5种草地类型土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶之间做相关分析表明，4种土壤酶活性间有正相关关系，其中土壤脲酶与土壤过氧化氢酶、磷酸酶相关关系达显著水平；土壤过氧化氢酶与土壤磷酸酶和转化酶相关关系达显著水平；土壤磷酸酶与转化酶正相关关系则达极显著水平。表明土壤中有机磷的转化、多糖的转化及氮素循环之间有密切的关系，这与吕春花[216]等的研究结果一致。土壤酶在酶促土壤有机质转化过程中不仅显示专性特征，同时存在着共性关系。酶的专性性质能反映土壤中与某些酶相关的有机化合物转化进程，而又共性关系酶的总体活性在一定程度上反映土壤营养状况[217,218]。5.4小结1呼伦贝尔5种草地类型间土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶活性均有显著差异（P<0.05），且垂直分布均为表层土壤（0-10cm）高于（10-20cm）土壤。土壤脲酶活性在5种草地类型土壤中的大小排序为：SKS>LCS>FSS>SBS>SGS；土壤过 内蒙古农业大学博士学位论文55氧化氢酶：SKS>FSS>LCS>SBS>SGS；土壤磷酸酶：LCS>FSS>SKS>SGS>SBS；土壤转化酶：FSS>LCS>SBS>SKS>LCS。2土壤酶活性之间的相关分析结果表明：壤脲酶与土壤过氧化氢酶、磷酸酶呈显著正相关；土壤过氧化氢酶与土壤磷酸酶和转化酶呈显著正相关；土壤磷酸酶与转化酶呈极显著正相关。 56呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究6呼伦贝尔主要草地类型土壤微生物多样性研究土壤微生物是草地生态系统的重要组成部分[219]。土壤微生物作为土壤物质循环和能量流动的主要参与者，是土壤生态系统中最活跃的组分，推动着土壤有机质的矿化分解和土壤养分C、N、P、S等的循环与转化，对维持草原生态系统过程和功能具有重要作用[74,220]。土壤微生物群落组成极其复杂性，每克土壤中栖息着大约100亿个微生物。土壤微生物多样性包括群落结构多样性物种多样性、遗传（基因）多样性和功能多样性[221]。传统的平板分离或富集等微生物培养技术仅能观察到的微生物不到5%[222]。长期以来，大量土壤微生物的不可培养性成为传统微生物生态学在揭示草地土壤微生物群落结构、生态功能及其相互关系研究中的最大障碍。由于土壤微生物多样性研究方法的缺陷性[223]，加之观察、取样及控制上的限制，许多研究只从某一侧面或某个角度来近似地或间接地描述土壤微生物多样性状况。对草地生态系统中土[98,123,224]壤微生物的研究也较单一、缺乏系统性。土壤微生物多样性的维持受到非生物因素的控制，同时也影响着生态系统过程的运转[225]，并反过来对小尺度非生物环境以及大尺度上的生物地化过程产生影响[226]。其它因素对微生物多样性和生态系统功能之间的关系会有决定或修正功能。将非生物因素、土壤微生物多样性变化、草地生态系统功能之间的交互关系整合到一个统一框架中进行研究是十分必要的[227,228]。本文从土壤微生物量、土壤微生物区系组成、土壤微生物多样性（群落结构多样性、功能多样性、遗传多样性）等方面系统的研究了呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物分布特征以及与土壤理化因子、土壤酶活性、群落植物多样性的关系，为揭示呼伦贝尔草原生态系统的结构和功能提供基础数据，同时为该地区的可持续发展提供理论依据。6.1材料与方法6.1.1研究材料同4.1.16.1.2研究方法6.1.2.1土壤微生物量分析采用氯仿熏蒸—0.5mol/LK[229]2SO4提取法测定。称20g新鲜土样放入铝盒，将铝盒放入真空干燥器中，干燥器内铺一层湿滤纸，内放盛有纯氯仿的小烧杯（内加碎玻璃，氯仿的纯化过程是在分液漏斗中2:1的比例分别加入水和氯仿，将氯仿中的乙醇除去），盖好干燥器后用真空泵抽至氯仿沸腾，5min后关闭活塞。将干燥器在25℃生化培养箱中暗处放置48h。打开干燥器，取出盛氯仿的烧杯，置于通风橱下抽尽氯仿。将铝盒中的土壤转移到大塑料瓶中，加入60mL0.5M硫酸钾，200r/h振荡浸提1h，过滤上层滤液于三角瓶中。吸取5mL滤液于测定瓶中，加入20mL水，上TOC仪进行分析。对照土样为不用氯仿熏蒸，其余相同。每个土样做3个样品、3个对照。 内蒙古农业大学博士学位论文576.1.2.2土壤微生物区系组成分析采用平板培养法[73]。准确称取待测土样10g，放入装有90ml无菌水的250ml三-1角瓶中，置摇床上振荡25分钟，使微生物细胞分散，静置5分钟，即成10稀释液；-2-3再用枪吸取上清液1ml放入9ml无菌水中，稀释成10浓度，然后依次稀释到10、-4-5-610、10、10浓度，混合均匀备用。每个平板上涂100ul菌液，3个梯度、3个重复。-4-5-6-3-4-5-2-3-4细菌：10、10、10；放线菌：10、10、10；真菌：10、10、10。在培养箱中倒置培养后计数。培养基配方如下：（1）放线菌培养基（改良高氏GauseⅠ号培养基）可溶性淀粉20.0g，硝酸钾（KNO3）1.0g，磷酸氢二钾（K2HPO4）0.5g，硫酸镁（MgSO4·7H2O）0.5g,，硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）0.01g，氯化钠（NaCl）0.5g，琼脂1.5g/100ml，H2O1000ml，pH7.2-7.4将淀粉先加少量冷水调成糊状后，再加入沸水中，临用时在已熔化高氏GauseⅠ号培养基中加入重铬酸钾（K2Cr2O7）溶液，以抑制细菌和霉菌的生长。每300ml培养集中加3%重铬酸钾1ml(100微克/毫升)（2）细菌培养基（LB培养基）NaCl5.0g，胰蛋白胨10g，酵母浸取物10g，琼脂1.5g/100ml，H2O1000ml（3）真菌（孟加拉红琼脂培养基）孟加拉红培养基31.56g溶于1000mlH2O6.1.2.3Biolog分析TM试验采用有31种碳源的BiologEcoPlate系统分析微生物群落的代谢特征，即代谢功能多样性（metabolicfunctionaldiversity）。Eco板的接种液的制备采用Classen[230]的方法。在生物安全柜里称取10g土样，放入90ml无菌水中，室温下在摇-2-3床上中速振荡30min，然后按逐步稀释法，依次稀释为10、10梯度液。用8孔移-3液器向Eco板各孔中加入10稀释液，接种量为150μl，每样一板（3次重复）。将接种好的Eco板加盖放入28℃的恒温培养箱中连续培养144h，每隔12h用BiologReader（美国BIOLOG公司）读取在590nm和720nm波长的数值。6.1.2.4磷脂脂肪酸分析取新鲜土样8g，利用Blight/Dyer法通过氯仿-甲醇-柠檬酸缓冲液振荡提取总脂，经硅胶柱层析分离得到磷脂脂肪酸（PLFAs），甲酯化后溶于含有正十九烷脂肪酸甲酯（nonadecanoicacidmethylester，SigmaAldrichCo.，USA）内标物的正己烷中，进行GC-MS检测[231-233]。采用HP6890-HP5973型气相色谱质谱联用仪（GC-MS，美国Agilent公司）分析PLFAs的组成，检测中使用的升温程序如下：进样后在50℃ 58呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究保持1min，之后以12℃/min的速率升到180℃，保持2min后，以6℃/min的速率上升到220℃，停留2min后以15℃/min的速率上升到240℃，保持1min后以15℃/min的速率达到最终温度260℃，并在此保持15min。气相色谱与质谱之间得连接温度为280℃，用高纯氦气（1mL/min）作载气。质谱仪采用电子电离（EI）方式，电子能量为70eV。PLFA的定性根据质谱标准图谱和已有的相关报道，以正十九烷脂肪酸甲酯内标物进行定量计算。采用Tunlid和White（1992）的方法进行脂肪酸的系统命名[234]。以总碳原子数：双键数和双键距离分子末端位置命名，i和a分别表示支链的异构（iso）和反异构（anteiso），c和t分别表示双键的顺式和反式结构，环丙基脂肪酸用cy表示，10Me表示一个甲基团在距分子末端第10个碳原子上。根据Wilkinson（1988）的研究，用脂肪酸16:0（10Me），17:0（10Me），18:0（10Me），a15:0，i15:0，i16:0，a17:0和i17:0的总含量来估算革兰氏阳性细菌的含量，16:1ω5c，16:1ω7t，16:1ω9c，cy17:0，18:1ω5c，18:1ω7c和cy19:0的总含量来估算革兰氏阴性[235]细菌的含量。细菌的生物量通过脂肪酸i15:0，a15:0，15:0，i16:0，16:1ω7c，16:1ω5c，a17:0，i17:0，cy17:0，17:0，18:1ω7c和cy19:0的总含量估算[236]。脂肪酸18:2ω6,9c和18:0（10Me）分别代表真菌[237,238]和放线菌[239]的生物量。6.1.2.5变性梯度凝胶电泳分析6.1.2.5.1土壤总DNA的提取试剂盒法：采用BioBasicInc.公司的EZ-10SpinSoilDNAExtractionkit试剂盒，按照使用说明进行提取，提取3次，用1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测DNA质量。具体操作过程如下：165℃预热溶液A，待其沉淀融化后，充分混匀。21.5mL离心管中称取取混合好0.5g的土壤，加入500μL预热溶液A，震荡器上剧烈震荡3min（一定要让管底的土壤震荡起来）。3将离心管置于65℃水浴中保温至少5min。413000-15000g室温离心3min，将上清转移到一心离心管中（上清的体积一般在300-400mL）。5在上清液中加入等体积的溶液B，上下颠倒30s充分混匀，溶液将呈白色或淡黄色混浊状。6将离心管冰浴至少10min。713000-15000g室温离心3min，转移上清到新的1.5mL离心管中，上清液颜色将比第四步得到的上清的颜色稍淡，体积在700μL左右。8加入200μL的氯仿（自备），震荡器上充分振荡30s混匀（同第二部）。 内蒙古农业大学博士学位论文59912000-15000g室温离心3min，小心转移上清到新离心管中（上清液转移量不要超过600μL，否则没有空间加溶液C）。10加入1.5倍体积的溶液C，上下颠倒30s混匀。11分两次上柱（即先转移一般的混合液到离心管吸附柱中，12000-15000g室温离心0.5min，弃穿透夜，然后再将剩下的混合液到离心吸附柱中，离心0.5min，弃穿透夜）。12加700mL通用洗柱液到离心吸附柱中，12000-15000g室温离心0.5min，弃穿透夜。13再加300mL通用洗柱液到离心吸附柱中，室温离心0.5min，弃穿透夜。增加一步洗涤能使最后得到的DNA的纯度稍有提高。1412000-15000g室温离心0.5min。此步十分重要，否则残留的通用洗柱液会污染DNA。15将离心吸附柱转移到一新的1.5mL塑料离心管中，加入50-100μL通用洗脱液。16温室放置离心吸附柱1-2min。1712000-15000g室温离心0.5min，离心管中溶液即为DNA样品，可以立即使用或存放于冰箱待用。6.1.2.5.2PCR扩增所提取的土壤DNA使用细菌16SrDNAV3可变区通用引物对341f-GC和534r进行扩增[240]，引物序列分别为：341f-GC(5"-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGGCCTACGGGAGGCAGCAG-3")和534R(5"-ATTACCGCGGCTGCTGG-3")，由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。反应体系：25pmol每种引物，1.25U的ExTaqpolymerase（Takara），5μL的10×ExTaqBuffer（withMgCl2），400μmol/LdNTP（每种10μmol/L），20ng的模板DNA，加无菌水将终体积为50μL。采用TouchdownPCR方法，反应条件如下：95℃预变性7min；10个循环的94℃30s，61℃30s，72℃30s，每个循环降低0.5℃；再25个循环的94℃30s，56℃30s，72℃30s；最后在72℃下延伸7min。扩增产物用于DGGE分析。6.1.2.5.3DGGE分析TM采用Dcode通用突变检测系统（Bio-Rad，USA），按照操作说明进行。聚丙烯酰胺凝胶（37.5：1）浓度为8%，变性剂梯度为40%~60%（100%变性剂含有7M尿素和40%（v/v）去离子甲酰胺），电泳缓冲液为1×TAE。将25μLPCR产物和5μL 60呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究6×LoadingBuffer混合后用微量进样器加入胶孔中，在60℃、200V的恒定电压下电TM泳5h。电泳完毕后立即用0.1μg/mL的SYBRGreenI避光染色30min，然后用GelDoxXR凝胶成像系统（Bio-Rad，USA）观察与拍照记录。6.1.2.5.4DGGE条带回收测序和系统发育分析采用QuantityOne凝胶成像图像处理软件（Bio-Rad，USA）对DGGE图谱中条带的迁移位置进行数字化处理，根据其迁移率，对DGGE图谱中差异条带进行割胶回收，用341f和534r引物扩增。PCR产物用WizardSVGelandPCRClean-upSystem试剂盒（Progema，USA）纯化后与载体pMD™19-TVector（Takara，Japan）连接，转化到E.coliJM109中，用菌落PCR方法检测阳性克隆[241]。阳性克隆子送上海生工生物技术公司进行测序，测序结果于NCBI上进行Blast比对，获取相近典型菌株序列.利用ClustalX1.83和Mega4.1中的邻接法（Neighbor-Joining）建立细菌16SrDNA系统发育树。6.1.3数据分析6.1.3.1土壤微生物量计算方法：微生物量碳氮的单位为mg/kg微生物量碳（MBC）=Ec×5×60×k/mEc—TOC仪测得的数值，mg/L5—测定时取原液5mL，加20mL水，相当于稀释5倍60—熏蒸完后加入硫酸钾的体积，mLK—换算系数，K=0.45m—土样干重，g微生物量氮（MBN）=EN×5倍×60×k/mEc—TOC仪测得的数值，mg/L5—测定时取原液5mL，加20mL水，相当于稀释5倍60—熏蒸完后加入硫酸钾的体积，mLK—换算系数，K=0.54m—土样干重，g6.1.3.2土壤微生物数量计算方法：每g干土的菌数=同一稀释度几次重复的菌落平均数×10×稀释倍数/（1-鲜土含水量） 内蒙古农业大学博士学位论文616.1.3.3土壤微生物多样性计算方法Biolog微孔板的单孔颜色平均值（averagewellcolordevelopment,AWCD）计算采用Classen等的方法[230]。即将单孔在590nm和750nm的光密度值分别减去对照孔光密度值，然后再用每个对应孔590nm得值减去750nm的值，即为单孔实际颜色反应而测得的光密度值。其中数值小于0.6时按0处理[242]。单孔平均光密度值计算按照Garland和Mills的方法[243]，即AWCD(590～750nm)=Σ（C590-750）/31，其中31为BiologEcoPlate上供试碳源的种类数。DGGE图谱采用QuantityOne软件（Bio-Rad，USA）进行分析处理。在图像处理过程中，对于在DGGE电泳图上肉眼可见，但被软件忽略掉的一些条带进行手动添加处理，条带的密度由软件自动算出，采用UPGMA法对DGGE后图谱各样品的相似性进行聚类分析。磷脂脂肪酸定量测定用峰面积和内标曲线法。PLFA含量nmol/g表示。采用Shannon指数（H）、Pielou均匀性指数（E）来评价土壤微生物多样性（ShannonandWeaver,1949），计算公式如下：H=-ΣPilnPiE=H/lnS对于Biolog分析，式中：Pi为单孔的相对光密度值（培养时间为96h），即Pi=C590-750/Σ(C590-750)；S为微生物群落利用的底物碳源数；对于PLFA分析，，Pi为第i种脂肪酸的浓度与同一样品所有脂肪酸总浓度的比值，S为每一样品总脂肪酸种类数；对于DGGE分析，Pi为第i条带灰度占该样品总灰度的比率，S为每一条泳道的条带数目。采用SPSS16.0统计软件进行方差分析和聚类分析。6.2结果与分析6.2.1呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物量分析33土壤微生物量是指土壤中体积小于5×10μm的生物总量，它是活的土壤有机质部分，但是大型动物和活的植物根系等不包括在内[244]。土壤微生物量碳、氮（SMBC、SMBN）在不同草地类型间差异显著（P<0.05）（表6-1、图6-1、图6-2）。线叶菊草原土壤微生物量碳最高，为636.6mg/kg，分别是贝加尔针茅、羊草、大针茅、克氏针茅的2.66，3.35，2.59，3.07倍；土壤微生物量氮在5种草地类型依次为线叶菊草原>羊草草原>贝加尔针茅草原>大针茅草原>克氏针茅草原，除贝加尔针茅草原与羊草草原外，其他样地差异显著（P<0.05），线叶菊草原土壤微生物量氮（79.95mg/kg）分别为贝加尔针茅、羊草、大针茅、克氏针茅的1.46，1.36，2.27，2.86倍。 62呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究表6-1不同草地类型土壤微生物量Table6-1Soilmicroorganism’squantityunderdifferentgrasslandtypes草地类型微生物量碳微生物量氮GrasslandtypeSoilmicrobialbiomassCSoilmicrobialbiomassN线叶菊草原（FSS）636.56±59.64a79.98±3.62a贝加尔针茅草原（SBS）239.32±16.33a77.04±4.24a羊草草原（LCS）189.83±17.5b62.04±5.69b大针茅草原（SGS）246.22±8.83b35.22±1.68c克氏针茅草原（SKS）207.33±14.77b28.00±1.13d注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。n=5；表中数据是平均数±标准误差。Note:DifferentletterswithinsamelineindicatesignificantdifferenceatP<0.05.n=5.DatesinthetableareMean±SE.图6-1不同草地类型土壤微生物量碳Fig6-1SoilmicrobalbiomassNofdifferentgrasslandtypes图6-2不同草地类型土壤微生物量氮Fig6-2SoilmicrobalbiomassNofdifferentgrasslandtypes注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文636.2.2呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物区系组成分析土壤微生物的生物量主要由细菌、放线菌和真菌等三大类群构成，它们的区系组成和数量变化常能反映出土壤生物活性水平[245]。本研究结果表明（表6-2、图6-3~图6-6），不同草地类型之间土壤微生物的组成及其数量均有差异（P<0.05），不仅表现在总生物量上，而且在不同类群生物量的组成比例上也因不同生境而异。5种草地类型土壤中细菌数量均表现为对微生物总量贡献率最大，占微生物总量的62.63%~74.74%，其次是放线菌占24.90%~33.93%，真菌为最少，占0.35%~0.86%。5羊草草原在5种草地类型中土壤微生物总量为最高（51.92×10个/g干土），其中细菌数量占微生物总量的73.19%，放线菌数量占26.39%，真菌数量占0.42%；大针茅草5原土壤微生物总量为最低（29.97×10个/g干土），其中细菌、放线菌、真菌数量分别占微生物总量的65.63%、33.93%、0.43%。图6-3不同草地类型土壤细菌数量图6-4不同草地类型土壤真菌数量Fig6-3NumberofbacteriumofdifferentgrasslandFig6-4Numberoffungiofdifferentgrasslandtypestypes图6-5不同草地类型土壤放线菌数量图6-6不同草地类型土壤微生物总数量Fig6-5NumberofActinomycesofdifferentgrasslandtypesFig6-6Totalamountofdifferentgrasslandtypes注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:Differentletterlineindicatedsignificantdifferenceat0.05level.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 64呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究6.2.3呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物功能多样性分析6.2.3.1土壤微生物AWCD值平均吸光值（averagewellcolordevelopment,AWCD）可作为微生物整体活性的有效指标[243]。从图6-7可以看出，不同草地类型间土壤微生物利用碳源的整体能力有所差异，随着培养时间的延长，微生物利用碳源量均呈逐渐增加的趋势。不同草地类型，最终达到的AWCD值大小依次为：线叶菊草原>贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原，即5种不同草地类型土壤微生物群落代谢能力在线叶菊草原最强，克氏针茅草原则最差。表6-2不同草地类型土壤微生物的组成与数量5Table6-2Soilmicroorganism’squantityunderdifferentgrasslandtypes10个/g干土草地类型细菌Bacteria真菌Fungus放线菌Actinomyces微生物总量Grassland数量占总数数量占总数数量占总数Totalamounttype（%）（%）（%）线叶菊草原32.50±2.65a69.770.40±0.11a0.8613.68±1.50ab29.3746.58±7.55b（FSS）贝加尔针茅36.25±1.89a74.740.17±0.03bc0.3512.08±0.59b24.9048.50±4.03b草原（SBS）羊草草原38.00±6.08a73.190.22±0.06bc0.4213.70±1.24ab26.3951.92±5.36a（LCS）大针茅草原19.67±6.43b65.630.13±0.03c0.4310.17±0.67c33.9329.97±5.65c（SGS）克氏针茅草35.67±1.15a69.570.27±0.05b0.5315.33±1.10a29.9051.27±6.32a原（SKS）注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。n=5。Note:DifferentletterswithinsamelineindicatesignificantdifferenceatP<0.05.n=5.0.8000.700线叶菊草原(FSS)0.600贝加尔针茅草原(SBS)AWCD0.500羊草草原(LCS)0.400大针茅草原(SGS)0.300克氏针茅草原(SKS)平均吸光值0.2000.1000.00024h48h72h96h120h144h时间Time（h）图6-7不同草地类型土壤微生物在Biolog-ECO板上的平均吸光值（AWCD）Fig6-7AWCDofsoilmicrobeindifferentsteppeonBiolog–ECOplates 内蒙古农业大学博士学位论文656.2.3.2不同草地类型土壤微生物对不同类型碳源的利用表6-3不同草地类型土壤微生物对不同类型碳源的利用Table6-3Useefficiencyofdifferentcarbonsourcesbysoilmicrobesfromdifferrentsteppetype线叶菊草原贝加尔真茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原(FSS)(SBS)(LCS)(SGS)(SKS)氨基化合物类1.07±0.02Ba1.29±0.01Ca0.13±0.00Cb0.01±0.00Cb1.07±0.01Aa氨基酸类4.60±0.05Ab5.77±0.06Aa2.30±0.01Ac1.13±0.01Bcd0.82±0.01Ad糖类4.56±0.07Aa3.22±0.05Bab2.04±0.03ABbc3.32±0.03Aab0.72±0.00Ac羟酸类4.45±0.05Aa2.68±0.01Bb1.43±0.03ABbc0.46±0.00BCs1.21±0.00Abc双亲化合物类1.38±0.00Ba0.64±0.00Dcd0.93±0.00BCbc1.21±0.02Bab0.40±0.00Ad聚合物1.43±0.01Ba1.58±0.04Ca1.46±0.02ABa0.24±0.00BCb0.37±0.00Ab注：同列不同大写字母表示差异显著（P<0.05），同行不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。n=3。Note：DifferentletterswithinsamelineindicatesignificantdifferenceatP<0.05.n=3.76AaAa线叶菊草原（FSS）Aa贝加尔针茅（SBS）Aa5羊草草原（LCS）大针茅草原（SGS）4Aab克氏针茅草原（SKS）BabBb3AbABbcABbc2AaBbAcCaBaBaBaCaBabBaAcAcBCbc
1DcdBbcAdAbCbBbCb0氨基化合物类氨基酸类糖类羟酸类双亲化合物类聚合物图6-8不同草地类型土壤微生物对不同类型碳源的利用Fig6-8Useefficiencyofdifferentcarbonsourcesbysoilmicrobesfromdifferrentgrasslandtype（氨基酸化合物类Aminoacidscompounds;氨基酸类Aminoacids;糖类Carvohydrates;羟酸类Carboxylicacides;双亲化合物类Parentscompounds;聚合物类Polymers）注：图中小写字母不同代表不同草地类型对同一类型碳源的利用程度在P<0.05水平上差异显著；大写字母不同代表同一草地类型对不同类型碳源的利用程度在P<0.05水平上差异显著Note:Differentsmalllettersinthefiguremeantsignificantdifferenceat0.05levelamongdifferentsteppetypesforthesamecarbonsubstrateutilizationdegree；Differentcaptialinthefiguremeantsignificantdifferenceat0.05levelamongdifferentcarbonsubstrateutilizationdegreeforthesamesteppetypesBiologEcoPlate含有31种不同种类的碳源，其中氨基化合物类2种，氨基酸类6种，糖类7种，羧酸类9种，双亲化合物类3种，聚合物4种[246]。由5种草地类型土壤微生物对微孔板上6大类碳源的相对利用率分析结果可知（表6-3、图6-8），5种不同草地类型下土壤微生物对不同碳源的利用程度均存在显著差异 66呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究（P<0.05），而土壤微生物对不同碳源的利用程度在单一植被类型下除了克氏针茅草原其他草地类型间差异显著（P<0.05）。5种不同草地类型土壤微生物对碳源的利用主要集中在氨基酸类、糖类、羟酸类等三大类物质，对氨基化合物类和双亲化合物类的利用程度相对较低。总体来讲，线叶菊草原土壤微生物对糖类和羟酸类物质的利用率较其他草地类型高，贝加尔针茅草原土壤微生物对氨基酸类物质的相对利用能力高于其他草地类型，而大针茅草原土壤微生物对6大类碳源的相对利用率与其他草地类型相比均较低（图6-8、图6-9）。线叶菊草原(FSS)贝加尔针茅草原(SBS)羊草草原(LCS)大针茅草原(SGS)克氏针茅草原(SKS)氨基化合物类氨基酸类糖类羟酸类双亲化合物类聚合物图6-9不同草地类型土壤微生物对不同类型碳源的利用Fig6-9Useefficiencyofdifferentcarbonsourcesbysoilmicrobesfromdifferrentgrasslandtype（氨基酸化合物类Aminoacidscompounds;氨基酸类Aminoacids;糖类Carvohydrates;羟酸类Carboxylicacides;双亲化合物类Parentscompounds;聚合物类Polymers）6.2.3.3不同草地类型土壤微生物功能多样性分析不同草地类型间土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数与Pielou均匀度指数均存在显著差异（P<0.05）（表6-4）。Shannon-Wiener多样性指数与Pielou均匀度指数大小均依次为：线叶菊草原（2.78、0.84）>贝加尔针茅草原（2.57、0.80）>羊草草原（2.22、0.68）>大针茅草原（1.93、0.64）>克氏针茅草原（1.37、0.43）。 内蒙古农业大学博士学位论文67表6-4不同草地类型土壤微生物多样性指数Table6-4Diversityindicesofsoilmicrobialcommunitiesindifferentgrasslandtypes线叶菊草原贝加尔真茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原(FSS)(SBS)(LCS)(SGS)(SKS)H*2.78±0.10a2.57±0.04ab2.22±0.06bc1.93±0.21c1.37±0.28dE*0.84±0.03a0.80±0.01a0.68±0.01b0.64±0.05b0.43±0.10c注：同行不同字母表示差异显著（P<0.05）。n=5。H*-Shannonn-wiener指数，E*-Pielou均匀度指数。Note：DifferentletterswithinsamerowindicatesignificantdifferenceatP<0.05.n=5.H*-Shannonn-wienerindex，E*-Pielouindex.6.2.3.4不同草地类型对不同碳源利用的聚类分析从呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物对不同碳源利用的聚类分析可知（图6-10），5种草地类型可距为两大类，分别是线叶菊草原与贝加尔针茅草原为一类，羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原聚为另一类。说明，线叶菊草原和贝加尔针茅草原土壤微生物对不同碳源的利用较相似。图6-10不同草地类型土壤微生物对不同碳源利用的聚类分析Fig6-10Clusteranalysisofusingdifferentcarbonsourcesbysoilmicrobesfromdifferrentsteppetype注：FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe.6.2.4呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物群落结构多样性分析6.2.4.1土壤微生物磷脂脂肪酸种类呼伦贝尔草原土壤中共检测出包括饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、环丙烷脂肪酸和甲基脂肪酸在内的30种磷脂脂肪酸（C13~C19）（图6-11），5种草地类型间土壤微生物的PLFA的种类差异较大，其中线叶菊草原有20种、贝加尔针茅草原有22种、羊草草原18种、大针茅草原20种、克氏针茅草原18种。有些磷脂脂肪酸生物标记在5种草地类型土壤中均分布，称完全分布，如15:0、a15:0、16:0、i16:0、16:1ω7c、17:0、i17:0、a17:0、18:0、i18:0、10Me18:0、18:1ω9t、18:2ω(6,9)c、i19:0；而有些磷脂脂肪酸生物标记只分布于特定的草地类型，称为不完全分布，如16:1ω5t、16:1ω9c、cy17:0、i17:1ω5t只分布于线叶菊草原、16:1ω7t、18:2ω只分布于羊草草原、a13:0、18:1ω8t只分布于大针茅草原。 68呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究图6-11呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物PLFA的图谱Fig6-11SoilmicrobialPLFAprofilesofdifferentgrasslandtypesinHulunbeier 内蒙古农业大学博士学位论文695种草地类型土壤微生物的优势类群存在差异。线叶菊草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0、i18:0，占PLFA总含量的49.26%；贝加尔针茅草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0、16:1ω7c，占PLFA总含量的47.38%；羊草草原的优势类群为15:0、i16:0、18:1ω9t、18:1ω9c，占PLFA总含量的49.36%；大针茅草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0，占PLFA总含量的51.41%；贝加尔针茅草原的优势类群为15:0、16:0、i16:0，占PLFA总含量的41.50%。6.2.4.2磷脂脂肪酸（PLFA）总含量及菌群PLFA含量方差分析结果表明（表6-5、图6-12），PLFA总含量在5种草地类型中差异显著（P<0.05），其中线叶菊草原PLFA总含量最高、为27.79nmol/g，其次是贝加尔针茅草原（27.77nmol/g）、羊草草原（25.19nmol/g）、大针茅草原（14.54nmol/g），克氏针茅草原最低，仅为10.19nmol/g，上述结果表明，呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物数量有差异。表6-5不同草地类型土壤微生物群落结构Table6-5Soilmicrobialcommunitiesindifferentsteppe线叶菊草原贝加尔真茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原(FSS)(SBS)(LCS)(SGS)(SKS)细菌Bacteria24.57±4.10a24.27±4.23a20.84±3.70b12.46±1.09c9.16±1.00d真菌Fungi2.58±1.03b2.82±1.00b3.29±1.12a1.40±0.47c0.54±0.10d放线菌Actinomycetes0.64±0.09b0.68±0.11b1.06±0.96a0.67±0.46b0.48±0.10c+革兰氏阳性细菌G14.38±0.65a11.93±0.70b12.56±0.54b8.45±0.76c4.00±0.30d-革兰氏阴性细菌G5.93±0.60b7.06±0.60a3.42±0.85c1.56±0.80d1.84±0.55d+-G/G2.43±0.44c1.69±0.48d3.67±0.62b5.42±0.22a2.18±0.56cPLFA总含量TotalPLFA27.79±3.48a27.77±4.50a25.19±3.90b14.54±2.98c10.19±2.58d注：同行不同字母表示差异显著（P<0.05）。n=5。Note：DifferentletterswithinsamerowindicatesignificantdifferenceatP<0.05.n=5.由表6-5、图6-13~6-15可知，不同菌群PLFA含量在5种草地类型中表现差异显著（P<0.05）。细菌PLFA含量在5种草地类型中的排序为：线叶菊草原（24.57nmol/g）>贝加尔针茅草原（24.27nmol/g）>羊草草原（20.84nmol/g）>大针茅草原（12.46nmol/g）>克氏针茅草原（9.16nmol/g）。真菌PLFA含量依次为：羊草草原（3.29nmol/g）>贝加尔针茅草原（2.82nmol/g）>线叶菊草原（2.58nmol/g）>大针茅草原（1.40nmol/g）>克氏针茅草原（0.54nmol/g）；放线菌PLFA含量在5种草地类型分布的状况与真菌PLFA含量一致，分别羊草草原（1.06nmol/g）>贝加尔针茅草原（0.68nmol/g）>线叶菊草原（0.67nmol/g）>大针茅草原（0.64nmol/g）>克氏针茅草原（0.48nmol/g）。 70呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌PLFA含量在呼伦贝尔5种草地类型间存在显著差异（P<0.05）。革兰氏阳性细菌PLFA含量在线叶菊草原中表现为最高，为14.38nmol/g，其次是羊草草原（12.56nmol/g）、贝加尔针茅草原（11.93nmol/g）、大针茅草原（8.45nmol/g），克氏针茅草原表现为最低，4.00nmol/g。革兰氏阴性细菌在5种草地类型中的依次为：贝加尔针茅草原（7.06nmol/g）>线叶菊草原（5.93nmol/g）>羊草草原（3.42nmol/g）>克氏针茅草原（1.84nmol/g）>大针茅草原（1.56nmol/g）。+-G/G：大针茅草原>羊草草原>线叶菊草原>克氏针茅草原>贝加尔针茅草原。6.2.4.3不同草地类型土壤微生物群落结构多样性分析不同草地类型间土壤微生物群落结构Shannon-Wiener多样性指数与Pielou均匀度指数均存在显著差异（P<0.05）（表6-6）。Shannon-Wiener多样性指数在线叶菊草原最高，为2.70，其次是贝加尔针茅草原（2.65）、羊草草原（2.59）、大针茅草原（2.51），克氏针茅草原最低，仅为2.36。Pielou均匀度指数大小均依次为：羊草草原（0.90）>贝加尔针茅草原（0.88）>线叶菊草原（0.87）≈大针茅草原（0.87）>克氏针茅草原（0.79）。表6-6不同草地类型土壤微生物群落结构多样性指数Table6-6Diversityindicesofsoilmicrobialcommunitiesindifferentgrasslandtypes线叶菊草原贝加尔真茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原(FSS)(SBS)(LCS)(SGS)(SKS)H*2.70±0.10a2.65±0.04a2.59±0.06c2.51±0.21d2.36±0.28eE*0.87±0.03b0.88±0.01b0.90±0.01a0.87±0.05b0.79±0.10c注：同行不同字母表示差异显著（P<0.05）。n=5。H*-Shannonn-wiener指数，E*-Pielou均匀度指数。Note：DifferentletterswithinsamerowindicatesignificantdifferenceatP<0.05.n=5.H*-Shannonn-wienerindex，E*-Pielouindex.6.2.4.4不同草地类型PLFA的聚类分析图6-18不同草地类型PLFA的聚类分析Fig6-18ClusteranalysisofPLFAfromdifferrentgrasslandtypes注：FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文71图6-12不同草地类型土壤PLFA总含量图6-13不同草地类型土壤细菌PLFA含量Fig6-12TotalPLFAofdifferentgrasslandtypesFig6-13BacteriaPLFAofdifferentgrasslandtypes图6-14不同草地类型土壤真菌PLFA含量图6-15不同草地类型土壤放线菌PLFA含量Fig6-14FungiPLFAofdifferentgrasslandtypesFig6-15ActinomycetesPLFAofdifferentgrasslandtypes+-+-图6-17不同草地类型土壤G、GPLFA含量、G、G比值+-+-Fig6-17G,GPLFAandG/Gofdifferentgrasslandtypes注：不同字母表示差异显著（P<0.05）。Note：DifferentlettersindicatesignificantdifferenceatP<0.05.图中大写字母不同代表革兰氏阳性细菌在不同草地类型间在P<0.05水平上差异显著；小写字母不同代表革兰氏阴性细菌在不同草地类型间在P<0.05水平上差异显著。FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。+Note:Differentcaptialinthefiguremeantsignificantdifferenceat0.05levelamongdifferentsteppetypesforG；Differentsmalllettersinthefiguremeantsignificantdifferenceat0.05levelamongdifferentsteppetypesfor-G.FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 72呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究从呼伦贝尔5种草地类型PLFA含量的聚类分析可知（图6-18），5种草地类型可聚为两大类，克氏针茅草原为一类，另一类是线叶菊草原与贝加尔针茅、羊草草原与大针茅草原分别相聚，两个小分类再相聚。说明，克氏针茅草原土壤群落结构与其他四个草地类型差异显著。6.2.5呼伦贝尔不同草地类型土壤细菌16SrDNA基因多样性分析6.2.5.1土壤总DNA的提取如图6-19所示，经1.0％琼脂糖凝胶电泳检测，电泳分析结果表明：土壤样品基因组DNA是无断裂的DNA片段，并且片段较亮，说明所选DNA提取方法可以得到完整的土壤细菌基因组DNA，且浓度较高，DNA提取效果良好。6.2.5.2细菌16SrDNAV3区PCR扩增16SrDNA既具有保守区域，又具有高变区域，是生物种属鉴定和系统的重要分[247]子基础。由图6-20可知，以大多数细菌的16SrDNA的V3区通用引物扩增获得片段为235bp左右，且无其它非特异性条带，说明扩增效果良好，适用于下一步的DGGE凝胶电泳实验。图6-19土壤总DNA电泳图图6-20土壤16SrDNA基因的PCR扩增片段Fig.6-19AgarosegelelectrophoresisofsoiltotalDNAFig6-20PCRamplified16SrDNAgeneofdifferentMarker:λ-HindIIIdigestDNAMarkersoilsamplesMarker：100bpDNALadderMarker注：FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 内蒙古农业大学博士学位论文736.2.5.3变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析应用DGGE技术分离16SrDNAV3片段PCR产物，可以分离出数目不等、位置各异的电泳条带，从而能够分析不同草地类型土壤中微生物群落结构的差异和多样性。根据DGGE能分离长度相同而序列不同DNA的原理，每一个条带大致与群落中的一个优势菌群或操作分类单元(OperationalTaxonomicUnit,OTU)相对应，从而条带数与土样中细菌种群的数量相关，条带的亮度则反映该种细菌数量的多少。从图6-21可知，呼伦贝尔5种草地类型土壤细菌16SrDNADGGE图谱的条带数、条带位置和亮度存在一定的差异。从条带分布状况来看（表6-7），有些条带（条带2、4、7、9、13、15、16、20、23）为5种草地类型土壤共有条带，但其明暗程度不同，说明这一类细菌群并非全是优势菌群。有些条带则是某个样地所特有条带，如条带8、12、33为克氏针茅草原所特有，条带19为贝加尔针茅草原所特有，条带10为线叶菊草原所特有条带，这说明5种草地类型间土壤细菌群落结构组成有所差异。图6-21不同草地类型土壤细菌16SrDNADGGE电泳图谱Fig6-21DGGEfingerprintingofSoilbacteriafromdifferentgrasslandtypes注：FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 74呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究表6-7不同草地类型土壤细菌16SrDNADGGE电泳图谱条带分布情况Table6-7DistributionofbandofDGGEfingerprintingofSoilbacteriafromdifferentgrasslandtypes条带编号线叶菊草原贝加尔针茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原BandNo.FSSSBSLCSSGSSKS1√√√√2√√√√√3√√√√4√√√√√5√√√√6√√√7√√√√√8√9√√√√√10√√11√√√√12√13√√√√√14√√√15√√√√√16√√√√√17√√√√18√√√19√20√√√√√21√√√√22√√√23√√√√√24√√√25√√√26√√√27√√√√28√√√29√√√√30√√√31√√√√√32√√√33√6.2.5.4系统发育分析根据不同草地类型土壤细菌16SrDNADGGE图谱结果，选取主要共有和特异条带割胶共回收33条带。回收条带在NCBI上进行Blast比对并建立系统发育树，结果见表6-8、图6-22。由测序结果可知，33个阳性克隆分属于变形菌门（α、β、γ、δ）、放线菌门（Actinobacteria）、酸酐菌门（Acidobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、壁厚菌门（Firmicutes）、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)等。条带2、5、7、12、15、18、23、25、26、29、30、33 内蒙古农业大学博士学位论文75等序列分别与Unculturedalphaproteobacteriumclone,UnculturedAcidobacteriabacterium,UnculturedFirmicutesbacteriumclone,UnculturedNovosphingobiumsp.Clone,UnculturedHyphomicrobiaceaebacteriumclone,Unculturedgammaproteobacteriumgene,UnculturedXanthomonadalesbacteriumclone,Unculturedactinobacteriumclone,UnculturedMethylocystaceaebacteriumclone,UnculturedGemmatimonadetesbacterium序列同源性达到100%；其余条带序列与NCBI数据库中序列的同源性达94%以上。表6-8DGGE回收条带比对序列特征Table6-8TheblastcharactersofbandsequenceextractedfromDGGEgel条带编号GenBank登录号比对菌描述相似度BandNo.GenBankaccessionNo.DiscriptionofclosestrelativesSimilarity(%)1EU079347.1Unculturedalphaproteobacteriumclone982EU503088.1Unculturedalphaproteobacteriumclone1003EF664322.1Unculturedactinobacteriumclone964EF664268.1Uncultureddeltaproteobacterium985FM209066.1UnculturedAcidobacteriabacterium1006EU298517.1UnculturedSphingobacteriabacteriumclone987FN811222.1UnculturedAcidobacteriabacterium1008HM566924.1Bacillussp.999EU979070.1Unculturedgammaproteobacteriumclone9810EU298744.1UnculturedVerrucomicrobiabacteriumclone9911DQ154570.1Unculturedsoilbacteriumclone9812GQ249601.1UnculturedFirmicutesbacteriumclone10013GQ302547.1Uncultureddeltaproteobacteriumclone9714HM062486.1UnculturedAcidobacteriabacteriumclone9715HQ183846.1UnculturedNovosphingobiumsp.clone10016FJ568826.1Unculturedactinobacteriumclone9417HM151803.1Sphingomonassp.9818HM062487.1UnculturedAcidobacteriabacteriumclone10019HM452770.1UnculturedHymenobactersp.clone9620EU503087.1UnculturedVariovoraxsp.clone9921EF664459.1UnculturedHyphomicrobiaceaebacteriumclone9922FJ468343.1Segniliparusrotundusstrain9723EU300181.1UnculturedHyphomicrobiaceaebacteriumclone10024HM062251.1UnculturedAcidobacteriabacteriumclone9725AB451769.1Unculturedgammaproteobacteriumgene10026GQ926873.1UnculturedXanthomonadalesbacteriumclone10027FJ889322.1UnculturedSphingomonadalesbacteriumclone9928EU374032.1UnculturedNitrospiraebacteriumclone9629AY186841.1Unculturedactinobacteriumclone10030FJ889297.1UnculturedMethylocystaceaebacteriumclone10031GU194284.1Unculturedactinobacteriumclone9732AJ224041.1Nitrospirasp.clone9433AM935840.1UnculturedGemmatimonadetesbacterium100 76呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究条带8、17、22、32为可培养的细菌，分别属于厚壁菌门、α变形菌门、放线菌门和硝化螺旋菌门。可培养细菌约占总细菌数的12.12%。5种草地类型土壤优势菌群为变形菌门，但草地类型间仍存在差异。线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原检测到硝化螺旋菌门和拟杆菌门，壁厚菌门和芽单胞菌门为克氏针茅草原特有菌群、疣微菌门则为线叶菊草原特有的菌群。86EU503088.1UnculturedalphaproteobacteriumcloneBand287FJ889322.1UnculturedSphingomonadalesbacteriumclone77Band27FJ889297.1UnculturedMethylocystaceaebacteriumclone94Band30AlphaproteobateriaEU300181.1UnculturedHyphomicrobiaceaebacteriumclone99Band23EU503087.1UnculturedVariovoraxsp.clone98Band21EU079347.1UnculturedalphaproteobacteriumcloneGammaproteobateria100Band9AB451769.1Unculturedgammaproteobacteriumgene100Band26Band25GammaproteobacteriaGQ926873.1UnculturedXanthomonadalesbacteriumclone98EU503087.1UnculturedVariovoraxsp.cloneBetaproteobacteriaBand2099EU079347.1UnculturedalphaproteobacteriumcloneBand188HQ183846.1UnculturedNovosphingobiumsp.cloneAlphaproteobateriaBand1599HM151803.1Sphingomonassp.6-589Band17100EU298517.1UnculturedSphingobacteriabacteriumcloneBand6Bacteroidetes100HM452770.1UnculturedHymenobactersp.cloneBand19100DQ154570.1UnculturedsoilbacteriumcloneBand11Unkown100EF664268.1UncultureddeltaproteobacteriumcloneBand4Deltaproteobateria97HM566924.1Bacillussp.DB42(2010)Band8Firmicutes100GQ249601.1UnculturedFirmicutesbacteriumclone97Band12GQ302547.1UncultureddeltaproteobacteriumcloneDeltaproteobateria98Band13100AY186841.1Unculturedactinobacteriumclone5266Band29ActinobacteriaBand22FJ468343.1SegniliparusrotundusstrainAM935840.1UnculturedGemmatimonadetesbacterium100Band33GemmatimonadetesEU374032.1UnculturedNitrospiraebacterium84AJ224041.1Nitrospirasp.cloneNitrospiraeBand28Band3268EF664322.1UnculturedactinobacteriumcloneBand3Band16ActinobateriaFJ568826.1UnculturedactinobacteriumcloneGU194284.1Unculturedactinobacteriumclone86Band31100FM209066.1UnculturedAcidobacteriabacteriumAcidobacteriaBand557EU298744.1UnculturedVerrucomicrobiabacteriumcloneVerrucomicrobia100Band1094HM062251.1UnculturedAcidobacteriabacteriumcloneBand24Band1497Band7AcidobacteriaFN811222.1UnculturedAcidobacteriabacterium100HM062486.1UnculturedAcidobacteriabacteriumHM062487.1UnculturedAcidobacteriabacteriumBand180.02图6-22呼伦贝尔草原土壤细菌16srDNA系统进化树Fig6-22PhylogenictreeoftheHulunbeiergrasslandsoilbacteriabasedon16SrDNAsequencing 内蒙古农业大学博士学位论文776.2.5.5不同草地类型土壤细菌16SrDNA基因多样性分析根据电泳图谱中每个条带的强度，对不同草地类型细菌多样性指数（H）、丰富度（S）和均匀度（EH）进行分析。由表6-9可知，5种草地类型土壤中线叶菊草原多样性指数最高，为3.16；其次是贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原，分别为2.96、2.93、2.68；克氏针茅草原则最低，仅为2.51。均匀度指数在5种草地类型中依次为线叶菊草原（0.83）>贝加尔针茅草原（0.81）＞羊草草原（0.78）＞大针茅草原（0.75）>克氏针茅草原（0.72）表6-9不同草地类型土壤细菌16SrDNA多样性Table6-9Diverisityof16SrDNAindifferentsteppetypes线叶菊草原贝加尔真茅草原羊草草原大针茅草原克氏针茅草原(FSS)(SBS)(LCS)(SGS)(SKS)S45a39b42a35b32bH*3.16±0.09a2.96±0.02b2.93±0.03b2.68±0.01c2.51±0.08dE*0.83±0.01a0.81±0.01a0.78±0.02b0.75±0.05b0.72±0.01b注：同行不同字母表示差异显著（P<0.05）。n=3。S-条带数，H*-Shannon-wiener指数，E*-Pielou均匀度指数。Note：DifferentletterswithinsamerowindicatesignificantdifferenceatP<0.05.n=3.S-Bandnumber,H*-Shannon-wienerindex,E*-Pielouindex6.2.5.6不同草地类型土壤细菌16SrDNA聚类分析使用Bio-Rad公司QuantityOne图像分析软件绘制了不同土壤之间的遗传簇关系（图6-23），该图通过DGGE中各泳道所代表遗传簇的异同，表示各样品的基因多样性及亲缘关系。5种草地类型土壤细菌群落结构聚为两类：一类为线叶菊草原和贝加尔针茅草原先聚，再与羊草草原聚，相似系数分别为68%、62%；另一类为大针茅草原和克氏针茅草原，相似性指数为64%。由相似系数可知，线叶菊草原与贝加尔针茅草原土壤细菌群落结构较相似。图6-23不同草地类型土壤细菌群落结构的聚类分析（UPMGA）Fig6-23Clusteranalysisbacteriacommunityinsoilsofdifferentgrassland(UPMGA)注：FSS-线叶菊草原，SBS-贝加尔针茅草原，LCS-羊草草原，SGS-大针茅草原，SKS-克氏针茅草原。Note:FSS-Filifoliumsibiricumsteppe,SBS-Stipabaicalensissteppe,LCS-Leymuschinensissteppe,SGS-Stipagrandissteppe,SKS-Stipakryloviisteppe. 78呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究6.3讨论6.3.1呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物生物量差异的研究土壤微生物量是土壤营养库最活跃却很小的一部分，但它既是养分的“库”，又是养分的“源”，特别在土壤质量的演变中，具有较高的营养转化能力，参与生态系统中能量流和物质流，影响生态系统中的植物营养、土壤结构和土壤肥力等变化[247-251]；同时，微生物量对环境变化敏感，能较早地指示生态系统功能的变化，是评价草地土壤环境质量的重要参数[252]。本研究结果表明，呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物量碳、氮均有显著差异，线叶菊草原土壤具有维持微生物量（碳、氮）较高的能力，其次是贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原，克氏针茅草原较弱。这主要是因为植被和土壤性质差异将使土壤中的微生物生物量含量不同。吴建国等对祁连山3种典型生态系统土壤微生物活性和生物量碳氮含量的研究中发现，土壤微生物量碳、氮在3种典型生态系统中的含量均依次为：山地森林>高寒草甸>干草原[253]。蒋培坤和周国模对红壤侵蚀区测定发现，同龄不同林木下的土壤微生物量碳氮含量存在差异[254]。6.3.2呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物数量差异的研究土壤微生物是草地生态系统的重要组成部分，在“土壤-土壤微生物-植物”这一生态系统中扮演着重要角色，对土壤养分、土壤结构、土壤稳定性和植被生态恢复产生重要影响[255]。土壤微生物主要包括细菌、真菌、放线菌，还有一些原生动物和藻类等[256]。Bardgett等[257]研究发现，不同草地类型的草地，土壤微生物量、土壤微生物群落、真菌和细菌的数量均存在极显著差异，且各草地种微生物总数量：细菌>放线菌>真菌。杨喜田等[258]对太行山区6种不同植被群落土壤微生物学特征进行评价时发现，6种不同植被群落土壤中的微生物学特性存在较大差异，微生物数量在6种植被土壤中依次为：灌丛>落叶阔叶林>针阔混交林>针叶纯林>针叶混交林>裸地。本研究结果表明，5种草地类型土壤微生物区系组成有显著差异，3种微生物菌群在5种草地类型土壤中的分布特征亦均为：细菌>放线菌>真菌，这与大多数学者的研究结果相一致[74-75,257]。主要原因为不同草地类型植被结构类型不同，对土壤表面的覆盖程度不尽相同，造成了土壤温度、湿度的差异，加之不同植被群落结构植物的生长发育、枯枝落叶物多少有别，从而影响了土壤微生物数量和活动状况。6.3.3呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物多样性差异的研究土壤微生物多样性指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化。通常以土壤生物区系的变化和生物化学过程间的相互作用关系来反映。土壤微生物多样性包括在栖息地中微生物分类群的多样性和微生物分类群内的遗传多样性，以及包括群落结构的变异、相互作用的复杂性、营养水平（tropiclevel）和共位群（quild）数量（功能 内蒙古农业大学博士学位论文79多样性）在内的生态多样性。目前土壤微生物多样性研究主要从群落结构多样性、功能多样性和遗传多样性三个层面展开[221]。本研究运用Biolog、磷脂脂肪酸、变形梯度凝胶电泳技术比较分析了呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物功能多样性、群落结构多样性与遗传多样性，具体结果如下：6.3.3.1土壤微生物功能多样性Biolog技术的原理是微生物接种到微孔板上的孔中后，利用碳源的过程发生氧化还原作用，产生的电子转移使一种四唑染料变为紫色，表明这种碳源被接种到其中的微生物所利用，颜色的深浅可以反映微生物对碳源的利用程度[259]。本研究利用Biolog-Eco微平板技术对呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物群落的代谢功能多样性特征进行了比较分析，结果表明：5种草地类型土壤微生物对碳源利用的整体水平、碳源的利用类型和功能多样性指数均存在一定的差异，土壤为微生物功能多样性指数表现为：线叶菊草原>贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原。主要是因为植物种类组成、植物残体、根系分泌物和土壤理化因子等生态因子在不同草地类型中存在差异[260-262]。毕江涛等也曾发现，荒漠草原5种植被类型土壤微生物群落代谢活性有显著差异[95]。6.3.3.2土壤微生物群落结构多样性磷脂脂肪酸（PLFA）法是一种快速、可靠并可重现的分析土壤微生物群落结构的方法，可用于表征在数量上占优势的土壤微生物群落，包括不可培养微生物，近年来广泛应用于微生物生态学研究中[263]。PLFA是活体微生物细胞膜恒定组分、对环境因素敏感、在生物体外迅速降解，因此特定菌群PLFA数量变化可反映出原位土壤微生物活体生物量与菌群结构[264,265]。磷脂是所有生物活细胞重要的膜组分，在真核生物和细菌的膜中磷脂分别占约50%和98%[266]，不同的微生物体拥有不同的酶体系使得有些生物个体的特定脂肪酸已经稳定遗传[267]，因此，对于一些微生物来说，其特定的PLFA是唯一的[268]。本研究通过磷脂脂肪酸技术定量分析了呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物群落结构，结果表明不同草地类型土壤间PLFA的种类、含量以及群落结构多样性指数均存在差异，群落结构多样性指数在线叶菊草原最高，其次是贝加尔针茅草原、羊草草原、克氏针茅草原，大针茅草原为最低。分析其原因是由于不同区域的土壤微生物的数量、群落结构和活性除了受该区域的气候、土壤和地质状况的影响外，还因不同的地表植被而异[269]。另外，不同草地类型植物的种群密度、群落成分、群落结构和生物量不同，而不同植物物种根系分泌物（rootexduates）的化学组成及根系周转（rootturnover）速率通常存在差异，因而根系对土壤的营养物质[270]输入量亦不同。 80呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究6.3.3.3土壤细菌16SrDNA遗传多样性DGGE技术被广泛地用作分子工具比较微生物群落的多样性和监视种群动态，已经成为微生物群落遗传多样性和动态分析的强有力工具，并被广泛用于环境样品中的微生物多样性检测和种群演替的研究[271]。PCR-DGGE技术在研究细菌群落多样性方面具有一定的优势，由于不同细菌的16SrDNA的碱基组成和序列的不相同，使得通过PCR扩增和DGGE电泳可以分离V3可变区的DNA片段，DGGE的突出特点就是可以对实验中所感兴趣的特定条带进行研究，从而根据扩增出的片段位置鉴定土壤样品中的细菌种类和含量，而且可以反映细菌群落间的系统进化关系。利用PCR-DGGE技术来分离、鉴定微生物，已成为当前研究环境微生物群落多样性的主要研究手段之一。本研究利用PCR-DGGE技术技术分析了呼伦贝尔5种草地类型土壤细菌16SrDNA遗传多样性。结果表明，5种草地类型间土壤细菌丰富度、多样性指数有显著差异，在线叶菊草原表现为最高，大针茅草原则最低。聚类分析将5种草地类型聚为两类，可能是由于所覆盖植被类型的组成及群落结构的差异导致了其微生物群落基因多样性的明显不同[272,273]。李潞滨等[274]应用DGGE技术分析青藏铁路沿线不同海拔高度的土壤细菌种群多样性时得出，影响青藏铁路沿线土壤细菌种群多样性的重要因素是植被类型，而海拔高度等则是次要的影响因素。另外，土壤类型也影响土壤微生物群落结构的基因多样性，Gelsomino等[275]对来自不同地理位置的16种土壤微生物DGGE图谱比较了后指出，土壤类型是决定土壤微生物群落结构的主要因素，相同的土壤类型，土壤微生物群落结构也相似。通过比对分析和系统发育分析发现，呼伦贝尔5种草地类型土壤中变形菌门（Proteobacteria）为优势菌群，这与李梓正的研究得出，变形菌门（Proteobacteria）为呼伦贝尔草原土壤中的优势细菌类群的结果一致[9]。6.4小结1呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物量碳氮有显著差异（P<0.05）。5种草地类型土壤微生物量碳大小依次为：FSS>SGS>SBS>SKS>LCS；微生物量氮依次为：FSS>LCS>SBS>SGS>SKS。2呼伦贝尔5种草地类型土壤细菌、真菌、放线菌、微生物总数量均有显著差异（P<0.05），且均细菌>放线菌>真菌。土壤细菌数量在5种草地类型中依次为：LCS>SBS>SKS>FSS>SGS；真菌数量：FSS>SKS>LCS>SBS>SGS；放线菌数量：SKS>LCS>FSS>SBS>SGS；土壤微生物总数量：LCS>SKS>SBS>FSS>SGS。3呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物的利用碳源的整体能力、碳源利用类型及利用程度均有差异（P<0.05），5种草地类型土壤微生物AWCD值大小依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。不同草地类型土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数与 内蒙古农业大学博士学位论文81Pielou均匀度指数均存在显著差异（P<0.05）。Shannon-Wiener多样性指数与Pielou均匀度指数大小均依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。聚类分析结果：线叶菊草原和贝加尔针茅草原一类，其他草地类型为一类。4呼伦贝尔5种草地类型土壤磷脂脂肪酸（PLFA）总含量、细菌PLFA、真菌+-PLFA、放线菌PLFA、革兰氏阳性细菌PLFA、革兰氏阴性细菌、G/G有显著差异（P<0.05）。PLFA总含量在5种草地类型中依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。5种草地类型土壤微生物的优势类群存在差异。线叶菊草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0、i18:0，占PLFA总含量的49.26%；贝加尔针茅草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0、16:1ω7c，占PLFA总含量的47.38%；羊草草原的优势类群为15:0、i16:0、18:1ω9t、18:1ω9c，占PLFA总含量的49.36%；大针茅草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0，占PLFA总含量的51.41%；贝加尔针茅草原的优势类群为15:0、16:0、i16:0，占PLFA总含量的41.50%。5种草地类型土壤微生物群落结构Shannon-Wiener多样性指数依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS；Pielou均匀度指数大小均依次为：LCS>SBS>FSS≈SGS>SKS。聚类分析结果：聚为两类，线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原为一类，克氏针茅草原为一类。5呼伦贝尔5种草地类型细菌16SrDNA基因的丰富度、Shannon-wiener指数、均匀度存在差异（P<0.05），丰富度：FSS>LCS>SBS>SGS>SKS，Shannon-wiener指数和均匀度指数均：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。5种草地类型土壤优势菌群为变形菌门（Proteobateria），但草地类型间仍存在差异。线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原检测到硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和拟杆菌门（Bacteroidetes），壁厚菌门（Firmicutes）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）为克氏针茅草原特有菌群、疣微菌门（Verrucomicrobia）则为线叶菊草原特有的菌群。聚类分析结果：5种草地类型细菌群落结构聚为两类，一类为线叶菊草原和贝加尔针茅草原，相似性指数较高，其他三种草地类型聚为另一类。 82呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究7植被-土壤-土壤微生物相关性研究植被-土壤-土壤微生物是草地生态系统的重要组成部分，它们相辅相成、相互影响的复杂关系一直以来是生态学界的研究热点。土壤作为所有陆地生态系统的基底，土壤的质地和结构都影响着土壤上面的植物群落结构组成、丰富度及多样性[103]。植被类型则通过影响土壤含水量、温度、通气性、pH值及有机碳和氮的水平而影响土壤微生物的分布、数量以及多样性[276]。本文详细分析了呼伦贝尔草原植被（植物多样性、生产力）、土壤（土壤理化因子）、土壤活性（土壤酶活性）、土壤微生物（土壤微生物数量、生物量、土壤微生物多性）之间的关系，旨在为呼伦贝尔草原生态系统的草地资源的合理利用与保护管理以及退化草地生态系统的恢复与重建提供理论依据。7.1材料与方法7.1.1研究材料7.1.1.1植物样品：同2.1.2.27.1.1.2土壤样品：同4.1.17.1.2分析方法采用SPSS16.0的Pearson相关分析方法，对呼伦贝尔5种草地类型植被特征、土壤理化因子、土壤酶活性及土壤微生物特性（微生物生物量、微生物数量、微生物多样性）之间进行相关分析。7.2结果与分析7.2.1土壤微生物与植被特征的相关性分析7.2.1.1土壤微生物生物量与植被特征的相关性分析由表7-1可知，土壤微生物量氮与植物群落物种丰富度呈极显著正相关关系（r=0.741，P<0.01），与群落盖度（r=0.558）、Shannon-wiener指数（r=0.607）、Pielou指数（r=0.640）、地上生物量（r=0.554）呈显著正相关关系（P<0.05）；土壤微生物量碳与植被特征呈正相关关系，但是不显著（0.1880.05）。7.2.1.2土壤微生物数量与植被特征的相关性分析由表7-2可知，土壤细菌、真菌、放线菌、微生物总量与群落植物丰富度、Shannon-wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数、地上生物量均无显著关系（P>0.05）。 内蒙古农业大学博士学位论文83表7-1土壤微生物生物量与植被特征的相关分析Table7-1CorrelationanalysisofsoilmicrobialbiomossandvegetationcharacteristicsSCHDE地上生物量SMBC0.2800.3390.1880.2930.2410.234SMBN0.741**0.558*0.607*0.3850.640*0.554*注：SMBC-土壤微生物量碳，SMBN-土壤微生物量氮，S-群落丰富度，C-盖度，H-Shannon-wiener指数，D-Simpson指数，E-Pielou指数。*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:SMBC-soilmicrobialbiomasscarbon,SMBN-soilmicrobialbiomassnitrogen,S-Speciesnumberofcommunity,C-coverageofcommunity,H-Shannon-wienerindex,D-Simpsonindex，E-Pielouindx.*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).表7-2土壤微生物数量与植被特征的相关分析Table7-2CorrelationanalysisofsoilmicrobialquantityandvegetationcharacteristicsSCHDE地上生物量细菌0.1730.1710.1990.1660.0950.114真菌0.3710.2030.4430.0120.3430.232放线菌-0.055-0.062-0.158-0.102-0.322-0.331土壤微生物总量0.1350.1440.1340.1340.0090.028注：S-群落丰富度，C-盖度，H-Shannon-wiener指数，D-Simpson指数，E-Pielou指数。*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:S-Speciesnumberofcommunity,C-coverageofcommunity,H-Shannon-wienerindex,D-Simpsonindex，E-Pielouindx.*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).7.2.1.3土壤微生物多样性与植被特征的相关性分析由表7-3可知，土壤微生物群落结构多样性（PLFA）、功能多样性（Biolog）、基因多样性（DGGE）与植物多样性、地上生物量有密切的关系。土壤微生物群落结构多样性（PLFA）：土壤微生物Shannon-wiener指数与群落物种丰富度（r=0.879）、群落盖度（r=0.946）、Shannon-wiener指数（r=0.960）、Simpson指数（r=0.870）、Pielou均匀度指数（r=0.984）、地上生物量（r=0.970）均呈极显著正相关（P<0.01），土壤微生物Pielou均匀度指数与植物Simpson指数（r=0.806）、群落盖度（r=0.669）、Pielou均匀度指数（r=0.736）、地上生物量（r=0.883）呈极显著正相关（P<0.01），与植物Shannon-wiener指数呈显著正相关（r=0.614，P<0.05）。土壤微生物功能多样性（Biolog）：土壤微生物Shannon-wiener指数与群落物种丰富度（r=0.914）、群落盖度（r=0.941）、Shannon-wiener指数（r=0.967）、Simpson指数（r=0.840）、Pielou均匀度指数（r=0.983）、地上生物量（r=0.960）均呈极显著正相关（P<0.01），土壤微生物Pielou均匀度指数与群落物种丰富度（r=0.897）、群落盖度（r=0.909）、Shannon-wiener指数（r=0.953）、Simpson指数（r=0.871）、Pielou均匀度指数（r=0.974）、地上生物量（r=0.956）亦均呈极显著正相关（P<0.01）。土壤微生物基因多样性（DGGE）：土壤微生物Shannon-wiener指数与群落物种丰富度（r=0.896）、群落盖度（r=0.963）、Shannon-wiener指数（r=0.953）、Simpson指 84呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究数（r=0.871）、Pielou均匀度指数（r=0.970）、地上生物量（r=0.964）均呈极显著正相关（P<0.01），土壤微生物Pielou均匀度指数与群落盖度（r=0.599）、Simpson指数（r=0.737）、Pielou均匀度指数（r=0.720）、地上生物量（r=0.836）呈极显著正相关（P<0.01），与Shannon-wiener指数呈显著正相关（r=0.564，P<0.05）。表7-3土壤微生物多样性与植被特征的相关分析Table7-3CorrelationanalysisofsoilmicrobialdiveisityandvegetationcharacteristicsSCHDE地上生物量*PLFAH0.879**0.946**0.960**0.870**0.984**0.970**E*0.4390.669**0.614*0.806**0.736**0.883**BiologH*0.914**0.941**0.967**0.840**0.983**0.960**E*0.897**0.909**0.955**0.810**0.988**0.956**DGGEH*0.896**0.963**0.953**0.871**0.970**0.964**E*0.4030.599*0.564*0.737**0.720**0.836**注：H*-Shannon-wiener指数(土壤微生物多样性),E*-Pielou指数(土壤微生物多样性)，S-群落丰富度，C-盖度，H-Shannon-wiener指数，D-Simpson指数，E-Pielou指数。*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:H*-Shannon-wiener指数(soilmicrobialdiveisity),E*-Pielou指数(soilmicrobialdiveisity),S-Speciesnumberofcommunity,C-coverageofcommunity,H-Shannon-wienerindex,D-Simpsonindex，E-Pielouindx.*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).7.2.2土壤微生物与土壤理化因子的相关性分析7.2.2.1土壤微生物生物量与土壤理化因子的关相关性分析由表7-4可知，土壤微生物量碳与土壤含水量（r=0.795）、全磷（r=0.763）、铵态氮（r=0.714）呈极显著正相关（P<0.01），与全氮呈显著正相关（r=0.597，P<0.05），与土壤容重呈极显著负相关（r=-0.730，P<0.01）。土壤微生物量氮与土壤含水量（r=0.886）、全氮（r=0.839）、全磷（r=0.989）呈极显著正相关（P<0.01），与铵态氮（r=0.559）、有机质（r=0.531）呈显著正相关（P<0.05），与土壤容重呈极显著负相关（r=-0.966，P<0.01）。表7-4土壤微生物生物量与土壤理化因子的相关分析Table7-4Correlationanalysisofsoilmicrobialbiomassandsoilrespirationintensity+-BDSMpHTNTPNH4-NNO3-NAPOMSMBC-0.730**0.795**-0.2750.597*0.763**0.714**-0.2340.3180.315SMBN-0.966**0.886**-0.0510.839**0.989**0.559*-0.2120.4240.531*+注：SMBC-土壤微生物量碳，SMBN-土壤微生物量氮，BD-土壤容重、SM-土壤含水量、TN-全氮、TP-全磷、NH4-N-—铵态氮、NO3N-硝态氮、AP-速效磷、SOM-有机质。*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:SMBC-soilmicrobialbiomasscarbon,SMBN-soilmicrobialbiomassnitrogen,BD-Bulkdensity,SM-Soil+—moisture,TN-Totalnitrogen,TP-Totalphosphorus,NH4-N-ammoniumnitrogen,NO3N-nitratenitrogen,AP-availablephosphorus,OM-Organicmatter.*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01). 内蒙古农业大学博士学位论文857.2.2.2土壤微生物数量与土壤理化因子的关系由表7-5可知，土壤细菌数量、微生物总数量均与全氮呈显著正相关（P<0.05），相关系数分别r=0.641、r=0.556；真菌数量与全氮（r=0.790）、全磷（r=0.741）呈极显著正相关（P<0.01），pH（r=-0.538）呈显著负相关（P<0.05）。表7-5土壤微生物数量与土壤理化因子的相关分析Table7-5Correlationanalysisofsoilmicrobialquantitiesandsoilrespirationintensity+-BDSMpHTNTPNH4-NNO3-NAPOM细菌-0.2700.192-0.0560.641*0.345-0.2270.3050.1960.227真菌-0.2970.536*-0.538*0.790**0.741**-0.2010.2760.1590.214放线菌0.0160.085-0.2150.5130.239-0.2040.2390.2970.147微生物总数量-0.2710.214-0.1340.556*0.344-0.2160.2820.2370.234+—注：BD-土壤容重、SM-土壤含水量、TN-全氮、TP-全磷、NH4-N-铵态氮、NO3N-硝态氮、AP-速效磷、SOM-有机质。*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。+Note:BD-Bulkdensity,SM-Soilmoisture,TN-Totalnitrogen,TP-Totalphosphorus,NH4-N-ammoniumnitrogen,—NO3N-nitratenitrogen,AP-availablephosphorus,OM-Organicmatter.*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).7.2.2.3土壤微生物数量与土壤理化因子的关系由表7-6可知，土壤微生物群落结构多样性Shannon-wiener指数与土壤含水量（r=0.845）、全氮（r=0.656）、全磷（r=0.717）、有机质（r=0.794）呈及显著正相关（P<0.01），与铵态氮（r=0.598）、速效磷（r=0.538）呈显著正相关（P<0.05），与土壤容重呈极显著负相关（r=-0.959，P<0.01）；Pielou均匀度指数与土壤容重呈极显著负相关（r=-0.765，P<0.01）、与铵态氮有显著正相关（r=-0.514，P<0.05）。土壤微生物功能多样性Shannon-wiener指数、Pielou均匀度指数与土壤含水量（r=0.885，r=0.854）、全氮（r=0.677，r=0.647）、全磷（r=0.711，r=0.642）、有机质（r=0.834，r=0.790）均呈极显著正相关（P<0.01），与铵态氮（r=0.595，r=0.585）、速效磷（r=0.577，r=0.531）呈显著正相关（P<0.05），与土壤容重呈极显著负相关（P<0.01），相关系数分别为-0.995，-0.932。土壤微生物基因多样性Shannon-wiener指数与土壤含水量（r=0.872）、全磷（r=0.749）、有机质（r=0.833）呈极显著正相关（P<0.01），与全氮（r=0.652）、铵态氮（r=0.629）、速效磷（r=0.578）呈显著正相关（P<0.05），与土壤容重呈极显著负相关（r=-0.956，P<0.01）；Pielou均匀度指数与土壤容重呈极显著负相关（r=-0.708，P<0.01），与速效磷呈正相关（r=0.527，P<0.05）。 86呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究7.2.3土壤微生物与土壤酶活性的相关性分析7.2.3.1土壤微生物生物量与土壤酶活性的关系由表7-7可知，土壤微生物量碳、氮均与土壤过氧化氢酶有显著正相关关系（P<0.05），相关系数分别为0.517、0.563。土壤微生物量氮与土壤转化酶有极显著正相关关系（r=0.651，P<0.01）。表7-6土壤微生物多样性与土壤理化因子的相关分析Table7-6Correlationanalysisofsoilmicrobialdiversityandsoilrespirationintensity+-BDSMpHTNTPNH4-NNO3-NAPOM*PLFAH-0.959**0.845**-0.1830.656**0.717**0.598*-0.1940.538*0.794**E*-0.765**0.3810.2530.3360.4500.514*-0.4490.0240.343BiologH*-0.955**0.885**-0.2550.677**0.711**0.595*-0.1630.577*0.834**E*-0.932**0.854**-0.2370.647**0.642**0.585*-0.1590.531*0.790**DGGEH*-0.956**0.872**-0.2170.652*0.749**0.629*-0.1950.578*0.833**E*-0.708**0.3340.2400.3080.3890.527*-0.4330.0020.306注：H*-Shannon-wiener指数(土壤微生物多样性),E*-Pielou指数(土壤微生物多样性)，BD-土壤容重、SM-土壤含+—水量、TN-全氮、TP-全磷、NH4-N-铵态氮、NO3N-硝态氮、AP-速效磷、SOM-有机质。*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:H*-Shannon-wiener指数(soilmicrobialdiveisity),E*-Pielou指数(soilmicrobialdiveisity),Note:BD-Bulkdensity,+—SM-Soilmoisture,TN-Totalnitrogen,TP-Totalphosphorus,NH4-N-ammoniumnitrogen,NO3N-nitratenitrogen,AP-availablephosphorus,OM-Organicmatter.*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).表7-7土壤微生物生物量与土壤酶活性的相关分析Table7-7Correlationanalysisofsoilmicrobialbiomassandsoilenzymeactivity脲酶过氧化氢酶磷酸酶转化酶SMBC-0.4940.517*-0.2330.349SMBN-0.3080.563*-0.2050.651**注：SMBC-土壤微生物量碳，SMBN-土壤微生物量氮，*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:SMBC-soilmicrobialbiomasscarbon,SMBN-soilmicrobialbiomassnitrogen,*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).7.2.3.2土壤微生物数量与土壤酶活性的相关性分析由表7-8可知，土壤细菌数量与过氧化氢酶呈极显著正相关（r=0.827，P<0.01），与土壤脲酶呈显著正相关（r=0.530，P<0.05）；放线菌数量与土壤脲酶（r=0.791）、磷酸酶活性（r=0.653）呈显著正相关（P<0.05），与过氧化氢酶活性呈极显著正相关（r=0.869，P<0.01）；土壤微生物总量与土壤脲酶（r=0.632）、磷酸酶活性（r=0.547）呈显著正相关（P<0.05），与过氧化氢酶活性呈极显著正相关（r=0.875，P<0.01）。 内蒙古农业大学博士学位论文87表7-8土壤微生物数量与土壤酶活性的相关分析Table7-8Correlationanalysisofsoilmicrobialquantitiesandsoilenzymeactivity脲酶过氧化氢酶磷酸酶转化酶细菌0.530*0.827**0.4670.370真菌-0.9300.209-0.1730.025放线菌0.791**0.869**0.653*0.309微生物总量0.632*0.875**0.547*0.401注：*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).7.2.3.3土壤微生物多样性与土壤酶活性的相关性分析由表7-9可知，土壤微生物群落结构多样性Shannon-wiener指数、Pielou均匀度指数与土壤脲酶均有显著负相关关系（P<0.05），相关系数分别为-0.559、-0.545，Shannon-wiener指数与土壤转化酶呈显著正相关（r=0.609，P<0.05）。土壤微生物功能多样性Shannon-wiener指数、Pielou均匀度指数与土壤脲酶均有显著负相关关系（P<0.05），相关系数分别为-0.576、-0.554，与土壤转化酶呈显著正相关（P<0.05），相关系数分别为0.570、0.623。土壤微生物基因多样性Shannon-wiener指数与土壤脲酶呈显著负相关（r=-0.540，P<0.05），Pielou均匀度指数与土壤脲酶有极显著负相关关系（r=-0.708，P<0.01）。表7-9土壤微生物多样性与土壤酶活性的相关分析Table7-9Correlationanalysisofsoilmicrobialdiversityandsoilenzymeactivity脲酶过氧化氢酶磷酸酶转化酶*PLFAH-0.559*0.1570.0920.609*E*-0.545*-0.2460.0790.472BiologH*-0.576*0.1690.0470.570*E*-0.554*0.1840.1140.623*DGGEH*-0.540*0.2680.0450.403E*-0.708**0.3340.2400.308注：H*-Shannon-wiener指数(土壤微生物多样性),E*-Pielou指数(土壤微生物多样性)，*表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。Note:H*-Shannon-wiener指数(soilmicrobialdiveisity),E*-Pielou指数(soilmicrobialdiveisity),*indicatedsignificantcorrelation(P<0.05),**indicateshighlysignificantcorrelation(P<0.01).7.3讨论7.3.1呼伦贝尔草原土壤微生物与植被特征的相关性研究植被是土壤微生物赖以生存的有机营养物和能量的重要来源，影响着土壤微生物定居的物理环境[90]。大量研究表明，植物通过影响土壤环境，进而影响土壤微生物群落结构和多样性，土壤微生物多样性与覆盖于土壤上的植物群落多样性呈正相关[277,278]。 88呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究Zak等对植物种类多样性与土壤微生物之间的关系进行研究时发现，随着植物多样性的增加，微生物生物量、土壤呼吸、真菌丰富度明显增加，土壤微生物群落的这种变化是主要是由于植物多样性和植物生产量的增加导致[279]。Kowalchuk等通过植物对土壤微生物的影响研究表明，植物组成和群落结构能够明显地改变植物根际土壤微生物的群落结构和多样性[280]。也曾有研究者指出，土壤微生物间接的受到植被类型的影响。植被的生长发育影响植物所生长的土壤环境，从而影响到土壤微生物群落的多样性和结构。植被通过影响土壤透气性、含水量、温度、pH及有机碳和氮的水平而影响土壤中的生物区系，丰富土壤中的微生物种类，进而提高其群落多样性[276]。本研究结果表明，呼伦贝尔草原土壤微生物量氮、土壤微生物多样性与植被特征有极显著或显著正相关关系，但土壤微生物数量与植被特征的关系并不显著。7.3.2呼伦贝尔草原土壤微生物与土壤理化因子的相关性研究土壤是微生物的栖息地，土壤颗粒的大小、分布,土壤pH，阳离子交换量和土壤有机质含量都对土壤微生物群落结构产生影响。土壤对土壤微生物的作用表现在两个方面，一是直接的作用，即通过提供特殊的生存环境来选择能够适应这一环境的微生物生存；二是间接的作用，即通过改变根系功能，影响根系分泌物产生变化来影响微生物群落结构[281]。本研究结果表明，土壤微生物量碳、氮与土壤养分（全氮、全磷、铵态氮、有机质）、土壤含水量有显著或者极显著正相关关系，与土壤容重有极显著负相关关系,土壤细菌、真菌、微生物总数量与土壤养分（全氮、全磷）有显著或者极显著正相关关系，土壤微生物多样性与土壤理化因子的相关分析结果表明，土壤微生物群落结构、功能以及细菌16SrDNA基因多样性均与土壤容重有极显著负相关关系，与土壤含水量、土壤养分（全氮、全磷、有机质等）有密切的关系，即养分和水分含量高、通透性强的土壤中微生物数量、微生物量、微生物多样性均高，这是土壤肥力、土壤环境状况与土壤微生物协同发展的结果。健康良好的土壤环境条件促进土壤微生物的繁殖和生长，同时，土壤微生物又反过来会对土壤结构的改善，以及养分积累、转化和维持起促进作用。7.3.3呼伦贝尔草原土壤微生物与土壤酶活性的相关性研究土壤酶活性是土壤中各种生化反应的催化剂，是联系土壤营养和土壤生物的桥梁，主要来源于土壤微生物和植物分泌物[282]。在草地生态系统中，土壤酶活性的高低是土-草环境变化的一个重要表征[212]，比土壤有机质、养分含量等理化性状能更敏感地对土壤质量的变化作出响应。许多学者研究发现，土壤酶活性与土壤微生物存在一定的相关关系。蔡晓布等[283]也曾研究得出土壤微生物生物量与土壤酶活性呈极显著或显著正相关的结论。微生物种群不同，释放的酶种类也不同；同一种微生物也能 内蒙古农业大学博士学位论文89够释放几种酶，而不同种的微生物也可以释放同一酶类。尤其是细菌、真菌、放线菌三大类土壤微生物是土壤生态系统中土壤酶活性的重要来源。本研究结果表明，土壤微生物量碳、氮与过氧化氢酶均呈现显著正相关，土壤微生物量氮与转化酶呈极显著正相关；土壤微生物数量方面，细菌、真菌、微生物总数量均与脲酶、过氧化氢酶呈极显著或显著正相关，放线菌和微生物总量与磷酸酶呈显著正相关；微生物多样性（群落结构、功能、遗传多样性）与脲酶呈显著或极显著负相关，微生物群落结构多样性和功能多样性与转化酶亦呈现正相关关系。说明土壤酶和微生物在土壤有机质转化过程中的作用，彼此之间并不是孤立的，而是存在着相互制约、相互促进的复杂关系。7.4小结1土壤微生物与植被特征的相关分析表明：土壤微生物量氮与植物群落物种丰富度、群落盖度、Shannon-wiener指数、Pielou指数、地上生物量呈显著或极显著正相关（r>0.554）；土壤微生物数量与植被特征有正相关关系，但相关性不显著；土壤微生物多样性与植被特征的相关分析表明，除了土壤微生物群落结构和细菌16SrDNAPielou均匀度指数与群落丰富度无显著关系之外，其余均与群落丰富度、群落盖度、Shannon-wiener指数、Simpson指数、Pielou指数、地上生物量呈极显著或显著正相关（r>0.564）。2土壤微生物与土壤理化因子的相关分析表明：土壤微生物量碳、氮与土壤含水量、全氮、全磷、铵态氮、有机质呈显著或极显著正相关，与土壤容重呈极显著负相关；土壤细菌数量、微生物总数量均与全氮呈显著正相关，真菌数量与全氮、全磷呈极显著正相关，pH呈显著负相关；土壤微生物群落结构、功能以及细菌16SrDNA基因多样性均与土壤容重有极显著负相关关系，与土壤含水量、土壤养分（全氮、全磷、有机质等）有密切的关系。3土壤微生物与土壤酶活性的相关分析表明：土壤微生物量碳、氮均与土壤过氧化氢酶呈显著正相关，土壤微生物量氮与土壤转化酶呈极显著正相关；土壤微生物细菌、真菌、微生物总数量均与脲酶、过氧化氢酶呈极显著或显著正相关，放线菌和微生物总量与磷酸酶呈显著正相关；微生物多样性（群落结构、功能、遗传多样性）与脲酶呈显著或极显著负相关，微生物群落结构多样性和功能多样性与转化酶亦呈现正相关关系。 90呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究8讨论与结论8.1讨论草地生态系统是以各类草本植物占主导地位的植被与其周围环境相构成的整体，是最重要的陆地生态系统之一，是一种可以持续更新和利用的资源，是畜牧业发展的基础。同时草地生态系统是我国重要的生态屏障，对维持生态系统平衡有着十分重要的作用[284]。植被-土壤-土壤微生物是草地生态系统的重要的组成部分，它们相辅相成、相互影响来维持这一复杂的生态系统。8.1.1呼伦贝尔5种草地类型植被与土壤理化特性差异的分析地上植被是维持草地生态系统生产力的主体和基础，一定的草地物种数量，是保持草地稳定和健康发展的基础，对草地生产力和稳定性的维持是极其重要的[145]。地形、海拔、气候、水热条件等环境梯度决定了草地植被类型的发育，各环境因子综合作用所形成的综合资源能量是决定群落多样性动态的根本因素。因此，不同草地类型中生长着不同种类的植物，从而导致群落盖度、植物多样性、群落物种丰富度及草地生产力等植被特征的差异。呼伦贝尔主要草地类型植被特征间存在显著差异，草甸草原的两个类型，即线叶菊草原和贝加尔针茅草原的群落物种丰富度、群落盖度、物多样性性、草地生产力等方面均高于其他草地类型。土壤作为草地生态系统的重要组成部分，是物质和能量交换的重要场所。其中贮存着大量的碳、氮、磷、钾等营养物质，对植物的生长起着关键性的作用，不仅直接影响着植物的群落类型与生理特征，而且决定着生态系统的结构、功能与生产力水平。土壤最本质的特征是具有肥力，而水分和养分是组成土壤肥力的重要因素[285]，土壤质量不仅关系到植物生长的好坏，而且直接影响着生产力的高低。主要的植被类型是由气候条件决定，但植物群落的具体分布更多的受到土壤因子的影响。土壤养分和水分的有效性，对植物生态系统的生产力具有很强的控制作用[286]，土壤的水分和养分决定着草地的质量及其生产力[287]。土壤养分不仅与温度、降水量等换将因子有关，而且与土壤特性、土地利用方式、植被特征及人类的干扰程度有关[288]。通过对呼伦贝尔5种草地类型土壤理化特性的研究发现，不同草地类型的土壤理化特性间存在差异，主要原因如上所述是因为地上植被类型不同所致，植物物种丰富度、植被盖度及地上生物量的差异会使凋落物量亦不同，从而归还于土壤的营养成分及多寡存在差异。地下生物量大部分集中于表层土壤，因此呼伦贝尔5种草地类型的表层土壤养分含量要高于底层土壤养分含量。土壤性质之间，包括物理、化学性质相互关联、相互作用。因此，土壤理化因子之间构成了一个相互影响的统一整体。 内蒙古农业大学博士学位论文918.1.2呼伦贝尔5种草地类型土壤酶活性差异的分析土壤酶活性是土壤中各种生化反应的催化剂，是联系土壤营养和土壤生物的桥梁，主要来自土壤微生物、植物、动植物残体[69]。土壤酶作为最活跃的有机成分之一，对土壤生物过程具有调节作用[197]，其参与土壤中的各种代谢过程和能量转化，比如腐殖质的合成和分解、有机化合物、高等植物和微生物残体的水解及其转化成为可利用的形态，以及氧化还原反应等等[198-200]，并且酶的分解作用是物质循环过程的限制性步骤[197,201]，因此，酶活性的高低直接影响物质转化循环的速率，土壤酶活性可作为草地生态系统中土—草环境变化的一个重要表征。呼伦贝尔主要草地类型土壤酶活性间存在显著差异，不同土壤酶活性在不同草地类型的分布特征亦不同，表层土壤酶活性要高于底层土壤。主要原因在于不同草地类型的植被特征有所差异，主要植物种间、植物根系分布及根系分泌物间亦存在差异。土壤表层累积了较多的枯枝落叶和腐殖质，有机质含量高，有充分的营养源以利于土壤微生物的生长，再加之水热条件和通气状况，微生物生长旺盛，代谢活跃，呼吸强度加大而使表层积聚了较高的土壤酶活性。随着土层的加深，土壤有机质含量急剧下降，地下生物量也随着减少。土壤酶活性之间存在密切的关系，说明土壤酶活性之间相互依存来维持土壤酶活性系统。8.1.3呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物差异的分析土壤微生物是草地生态系统的重要组成部分，在“土壤-土壤微生物-植物”这一生态系统中扮演着重要角色，对土壤养分、土壤结构、土壤稳定性和植被生态恢复产生重要影响[255]。微生物积极参与了土壤物质转化过程，在土壤形成、肥力演变、植物养分有效化和土壤结构的形成于改良等方面起着重要的作用[289]。曾有研究者指出，土壤微生物间接的受到植被类型的影响。不同的草地类型土壤的微生物群落结构（数量、生物量）及多样性均存在差异，因为不同草地类型植被结构类型不同，对土壤表面的覆盖程度不尽相同，造成了土壤温度、湿度的差异，加之不同植被群落结构植物的生长发育、枯枝落叶物多少有别，从而影响了土壤微生物数量和活动状况。8.1.4呼伦贝尔草原植被-土壤-土壤微生物的相关性分析植被-土壤-土壤微生物之间的关系一直以来是生态学家的研究重点，它们之间存在着复杂的相关性。植被的生长发育影响植物所生长的土壤环境，从而影响到土壤微生物群落的多样性和结构。植被通过影响土壤透气性、含水量、温度、pH及有机碳和氮的水平而影响土壤中的生物区系，丰富土壤中的微生物种类，进而提高其群落多样性[276]。许多研究者都发现，土壤养分含量的高低直接影响植物群落的生产力，土壤养分含量越高，群落生产力就越高[47,286]。土壤养分含量是植物的养分来源，也是土壤微生物生命活动的能量来源。健康的土壤含有较高的养分含量及适度的含水量，从 92呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究而给地上的植物供给充足的养分使其健康生长。养分含量高的土壤中微生物数量也高，这是土壤肥力、土壤环境状况与土壤微生物协同发展的结果。健康良好的土壤环境条件促进土壤微生物的繁殖和生长，同时，土壤微生物又反过来会对土壤结构的改善，以及养分积累、转化和维持起促进作用[287,288]。因此，土壤养分、土壤微生物相互作用着来影响地上植物群落。呼伦贝尔不同草地类型间土壤微生物群落结构组成及多样性存在差异，且土壤微生物与植被特征、土壤容重、土壤养分和土壤酶活性有密切的关系，主要是因为在不同的时空尺度上，植物生产能力（如腐殖质）的高低对土壤微生物的生物量和功能具有重要的影响能力[290]，而土壤微生物又受土壤营养含量、透气性、水分含量等理化因子的限制，健康的土壤有利于土壤微生物的生存及繁殖，而土壤酶参与土壤的碳、氮循环，对土壤有机质以及腐殖质等的合成起到了积极的作用。因此，土壤微生物的群落结构组成、数量、生物量、多样性等均与地上植被以及其生存的土壤环境具有密切的关系。综上所述，植被-土壤-土壤微生物之间的关系是比较复杂的问题，这也是许多生态学家长期以来，深入研究的一个热点问题。但是生态系统是如此的复杂，不同的生态类型，不同的生态过程，可能有着不同的植被、土壤与土壤微生物的关系，而且，来自生态系统内部和外部的程度不同的扰动，短期内不容易观察到相应的生态效应，需要长期的动态监测，另外，对于土壤微生物研究来讲，不仅仅需要新的研究方法来拓展多样性研究，更需要生态学新的理论支撑。8.2主要结论本论文对呼伦贝尔主要草地类型进行对比研究；研究内容包括群落盖度、植物多样性、草地生产力、主要植物营养成分及光和特性、土壤理化特性、土壤酶活性及土壤微生物多样性。主要研究结果如下：1呼伦贝尔主要草地类型植被特征研究表明，5种草地类型的群落盖度、物种丰富度、Shannon-wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数均存在显著差异（P<0.05），且除Simpson指数外均依次为：线叶菊草原（FSS）>贝加尔针茅草原（SBS）>羊草草原（LCS）>大针茅草原（SGS）>克氏针茅草原（SKS），Simpson指数为：FSS>LCS>SBS>SGS>SKS。5种草地类型地上生物量亦存在显著差异（P<0.05），表现为FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。多样性指数与地上生物量的相关分析结果表明，5种草地类型植物多样性指数与地上生物量均呈正相关线性关系。植物多样性指数之间亦呈正相关关系（r>0.689）。2呼伦贝尔主要草地类型植物特性与营养成分研究表明，5种草地类型主要植物重要值、营养成分（全氮、全磷、可溶性糖）、光和色素含量（叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶绿素总含量）间均存在显著差异（P<0.05）。比较分析5种草地类型建 内蒙古农业大学博士学位论文93群种的结果为，植物全氮含量依次为：LCS>FSS>SKS>SBS>SGS；全磷含量依次为：FSS>LCS>SGS>SKS>SBS；可溶性糖含量依次为：SGS>SBS>SKS>LCS>FSS；叶绿素a含量依次为：LCS>FSS>SKS>SBS>SGS；叶绿素b含量依次为：SKS>FSS>LCS>SBS>SGS；胡萝卜素含量依次为：LCS>SGS>FSS>SKS>SBS；叶绿素总含量依次为：SKS>LCS>FSS>SBS>SGS。营养成分与光和色素含量的相关分析结果表明，5种草地类型植物全氮、全磷、可溶性含量与光和色素含量均有正相关关系，且植物全氮与光和色素含量的相关关系达显著或极显著水平。3呼伦贝尔主要草地类型土壤理化性质研究表明，呼伦贝尔5种草地类型土壤理化因子有显著差异（P<0.05）。土壤理化因子的垂直分布情况：除了pH值垂直变化不明显，土壤容重（BD）为0~10cm>10~20cm之外其他理化性质均为0~10cm<10-20cm。土壤理化因子相关分析结果表明，呼伦贝尔草原土壤理化因子之间存在不同程度的相关性。4呼伦贝尔主要草地类型土壤酶活性研究表明，呼伦贝尔5种草地类型土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶活性均显著差异（P<0.05）。各草地类型土壤酶活性的垂直分布均表现为表层土壤（0~10cm）酶活性大于下层土壤（10~20cm）酶活性，FSS土壤过氧化氢酶和转化酶活性均显著高于贝加尔针茅草原和大针茅草原；土壤脲酶活性以克氏针茅草原最高，且与线叶菊草原、贝加尔针茅草原和大针茅草原差异显著；而土壤磷酸酶活性则为羊草草原显著高于其他样地。土壤酶活性之间的相关分析结果表明，土壤酶活性之间存在不同程度的相关性。5呼伦贝尔主要草地类型土壤为生物多样性研究表明：（1）土壤微生物量碳、氮（SMBC、SMBN）在不同草地类型间差异显著（P<0.05），线叶菊草原土壤微生物量碳、氮均显著高于其他草地类型（P<0.05），其中大针茅草原、羊草草原土壤微生物量碳、氮均较低。（2）各类菌群数量分布在5种草地中均为细菌>放线菌>真菌，但不同菌群数量及区系组成在各草地类型间均存在显著差异（P<0.05）。细菌数量在5种草地中依次为：LCS>SBS>SKS>FSS>SGS，真菌数量依次为：FSS>SKS>LCS>SBS>SGS，放线菌数量依次为：SKS>LCS>FSS>SBS>SGS。（3）呼伦贝尔5种草地类型土壤微生物的利用碳源的整体能力、碳源利用类型及利用程度均有差异（P<0.05），5种草地类型土壤微生物AWCD值大小依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。（4）呼伦贝尔5种草地类型土壤磷脂脂肪酸（PLFA）总含量、各类菌群的PLFA含量均存在显著差异（P<0.05）。PLFA总含量在5种草地类型中依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。5种草地类型土壤微生物的优势类群存在差异。线叶菊草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0、i18:0，占PLFA总含量的49.26%；贝加尔针茅 94呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0、16:1ω7c，占PLFA总含量的47.38%；羊草草原的优势类群为15:0、i16:0、18:1ω9t、18:1ω9c，占PLFA总含量的49.36%；大针茅草原的优势类群为15:0、a15:0、i16:0，占PLFA总含量的51.41%；贝加尔针茅草原的优势类群为15:0、16:0、i16:0，占PLFA总含量的41.50%。（5）呼伦贝尔5种草地类型土壤细菌多样性存在差异。5种草地类型土壤优势菌群为变形菌门（Proteobateria），但草地类型间仍存在差异。线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原检测到硝化螺旋菌门（Nitrospirae）和拟杆菌门（Bacteroidetes），壁厚菌门（Firmicutes）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）为克氏针茅草原特有菌群、疣微菌门（Verrucomicrobia）则为线叶菊草原特有的菌群。（6）5种草地类型土壤微生物多样性指数间存在显著差异（P<0.05）。土壤微生物功能、群落结构、遗传（16SrDNA基因）多样性Shannon-wiener指数均依次为：FSS>SBS>LCS>SGS>SKS。6植被-土壤-土壤微生物的相关分析表明，土壤微生物（生物量、数量、多样性）与植被特征、土壤理化因子、土壤酶活性之间有着密切的关系。8.3本研究的创新之处1本研究首次应用Biolog，PLFA和PCR-DGGE技术分析了呼伦贝尔主要草地类型土壤微生物群落结构及多样性，并对三种研究方法得到得结果之间相互印证，为呼伦贝尔草原土壤微生物系统的深入研究提供了坚实可靠的理论依据。2系统的研究了呼伦贝尔主要草地类型地上植被特征、土壤特性、土壤微生物多样性以及其之间的关系；为呼伦贝尔草原的合理利用以及可持续发展提供理论依据。 内蒙古农业大学博士学位论文95致谢岁月如梭，转眼即将告别三年的博士研究生的学生生涯，心里有着无比的眷恋与不舍，回首过去的点点滴滴，许多人的关心和帮助使我内心深处充满感激，令我终生难忘。本研究的顺利完成和论文的撰写是在我尊敬的导师易津教授的悉心指导下完成的，我每一步工作都凝结着恩师的心血。恩师有渊博的知识、务实的态度、求真的精神和严谨的工作态度，更有对学生的理解、体贴与关怀。读博期间，恩师为我做得太多，在学业上耐心教导我，在生活中无私帮助我，在心灵上深深关怀我，这些都是我人生的宝贵财富，必将对我今后的学习工作生活起到深刻的积极的影响。感激之情，无法用言语表达，有师如斯，此生之幸!在论文脱稿之际，谨向恩师致以崇高的敬意和表示衷心的感谢，感谢恩师为我付出的努力，祝福恩师身体健康、事事如意。衷心感谢我的合作导师农业部环境保护科研监测所（下简称农业部环保所）杨殿林研究员，严谨求实的治学态度、谦逊和蔼的学者风范给我启迪，催我奋进，是我学习的榜样。在论文的选题、试验设计、试验布臵、室内资料整理、发表论文的撰写、投稿、发表，每一个细小的环节都得到了农业部环保所张静妮老师的悉心指导，在此表示最衷心的谢意！衷心感谢农业部环保所李刚老师在学习生活中孜孜不倦的教导，对实验中的指导以及对论文的参阅和指导，致以最诚挚的谢意。感谢农业部环保所的修伟明、皇甫超河、张贵龙、赖欣、宋晓龙、刘红梅老师和邹雨坤、娜日苏、娜布其、张逸凡、赵帅、张永生、范国艳、马杰、闫素丽、张瑞、常瑞恒等学友们对实验过程中给予及时的帮助和指导，在此向他们表示最衷心的感谢！感谢转国家自然科学基金“贝加尔针茅草原土壤微生物多样性对放牧梯度的响应机制”（30770367）和中国农业科学院院长基金“呼伦贝尔草甸草原土壤微生物多样性及其影响机制研究”资助。感谢我的家人及亲友，这三年的学习和生活正是有了他们的鼓励和支持，我才得以顺利完成学业，在此一并致以最真挚的祝福！感谢我的男友徐向南，一直以来对我的默默支持与帮助！感谢所有帮助过我的老师、同学、亲人和朋友，再次献上我诚挚的祝福和由衷的感谢！文都日乐2011年4月于呼和浩特 96呼伦贝尔主要草地类型植被特征、土壤特性与微生物多样性研究参考文献1戎郁萍,赵萌莉,韩国栋,等.草地资源可持续利用原理与技术[M].化学工业出版社:北京.2004,1072韩国栋,李博.短花针茅草原放牧系统植物补偿性生长的研究:I.植物净生长量[J].草地学报,1999,7(1):1-73方精云.探索中国山地植物多样性的分布规律[J].生物多样性,2004,12(1):1-44王占军,蒋齐,刘华,等.宁夏河东沙地不同放牧方式对物种结构及多样性的影响[J].干旱区资源与环境,2008,22(3):192-1955包秀霞,易津,廉勇,等.典型草原不同放牧方式植物多样性研究[J].华北农学报,2009,24(5):229-2336赵忠,何毅,李青,等.肃南、肃北草地类型及草地植物物种多样性现状[J].草业学报,2010,19(5):227-2387冯缨,许鹏,安沙舟,等.天山北坡中段草地类型α多样性研究[J].干旱区研究,2005,22(2):225-2308王长庭,龙瑞军,丁路明,等.高寒草甸不同草地类型功能群多样性及组成对植物群落生产力的影响[J].生物多样性,2004,12(4):403-4099杨利民.中国东北样带草原关键种——羊草茎、叶显微结构的生态可塑性及群落结构功能群组成和多样性研究[M].中科院植物研究所,北京，200310王国杰,汪诗平,郝彦宾,等.水分梯度上放牧对内蒙古主要草原群落功能群多样性与生产力关系的影响[J].生态学报,2005,25(7):1649-165611王占军,王顺霞,潘占兵,等.宁夏毛乌素沙地不同恢复措施对物种结构及多样性的影响[J].生态学杂志,2005,24(4):464-466.12PieperRD,BeckRF.Rangeconditionfromanecologicalperspective:Modificationstorecognizemultipleuseobjectives[J].JournalofRangeManagement,1990,43(6):550-55113SmithEL.Rangeconditionandsecondarysuccession:acritique[M]LauenrothWK,LaycockWA.Secondarysuccessionandtheevaluationofrangelandcondition.Colorado,Boulder:WestviewPress,1989:103-14114GoebelCJ,CookCW.Effectofrangeconditiononplantvigor,production,andnutritivevalueofforage[J].JournalofRangeManagement,1960,(13):307-31315王明君,韩国栋,赵萌莉,等.内蒙古草甸草原草地基况与草地生产力研究[J].中国草地学报,2010,32(2):61-6516韩芳,苗百岭,郭瑞清,等.内蒙古高原荒漠草原植物气候生产力时空演变特征[J].安徽农业科学,2010,38(18):9717-9719 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内蒙古农业大学博士学位论文115作者简介文都日乐，女，蒙古族，1985年9月出生于内蒙古赤峰市，2006年7月毕业于内蒙古农业大学林学院园林专业，获农学学士学位。2006年9月攻读内蒙古农业大学生态环境学院草业科学硕士研究生，2008年9月至今攻读内蒙古农业大学农学院植物学专业博士研究生。攻读博士期间主要参加的科研项目：国家自然科学基金项目“贝加尔针茅草原土壤微生物多样性对放牧梯度的响应机制”（30770367）；中国农业科学院院长基金项目“呼伦贝尔草甸草原土壤微生物多样性及其影响机制研究”攻读博士期间发表的论文：1文都日乐，张静妮，李刚，易津，等.放牧干扰对贝加尔针茅草原土壤微生物与土壤酶活性的影响[J].草地学报，2010，18（4）：517-522.2文都日乐，李刚，张静妮，赖欣，易津，等.呼伦贝尔不同草地类型土壤微生物量及土壤酶活性研究[J].草业学报，2010,19（5）：94-102.3文都日乐，李刚，杨殿林，张静妮，易津.内蒙古呼伦贝尔草原土壤氨氧化细菌多样性及群落结构[J].应用生态学报，2011，22（4）：929-935.4文都日乐，李刚，杨殿林，张静妮，易津.呼伦贝尔草原土壤固氮微生物nifH基因多样性与群落结构[J].生态学杂志，2011,30（4）：790-797.5李刚，赵建宁，文都日乐，杨殿林.RISA、DGGE和2D-PAGE技术对大豆根基土壤细菌多样性分析的比较[J].生态学杂志，2011，30（1）：87-92.6徐向南，易津，于林清，文都日乐.不同种植苜蓿苗期耐旱性评价及其方法的比较[J].草业科学，2011,28（2）：217-225.7徐向南，易津，于林清，文都日乐，等.苜蓿抗旱性鉴定与生产性能的研究[J].内蒙古农业大学学报，2010.31（2）：166-172.8李刚，文都日乐，杨殿林.呼伦贝尔针茅草原土壤真菌群落结构分析[J].土壤学报（待发表）