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在科尔沁沙地中南部奈曼旗境内选择十种不同土地利用覆盖的生境为研究对象,包括未退化草地、沙丘(流动沙丘、固定沙丘)、农田(轻度退化农田、中度退化农田、重度退化农田)、林地(樟子松林、小叶杨林、小叶锦鸡儿灌丛、差巴嘎蒿灌丛),对其土壤理化性质、微生物特征和酶活性进行了研究,从而拟定出优化筛选纤维素分解菌方案,筛选出8株具有较强纤维素分解能力的微生物,并对这8株微生物进行了形态学和分子遗传学鉴定。然后将筛选出的纤维素分解菌接种子科尔沁沙地6种典型植物(樟子松、小叶杨、小叶锦鸡儿、差巴嘎蒿、狗尾草和白草)凋落物中,研究了高效纤维素分解菌对沙地植物凋落物分解的影响,为加速沙地凋落物分解和物质周转提供了理论依据和技术基础。
本研究主要结论如下:
1.科尔沁沙地十种生境中土壤养分、微生物数量、微生物生物量碳、酶活性总体表现为:对照草地>林地>农田>沙丘,其中对照草地土壤中微生物数量、生物量碳和酶活性最稳定,有利于微生物在生态系统中充分发挥其分解功能,流动沙丘和重度退化农田土壤环境相当恶劣,不利于微生物的生长和繁殖;林地土壤中微生物活动和酶活性较强烈,纤维素分解菌数量较高,人工林的种植在很大程度上缓解了土壤的退化,是一项值得推广的生态工程措施;流动沙丘经过固定后,其土壤理化性质和微生物性质均得到很大的改善;农田的过度开垦和不良管理,使农田土壤环境发生剧烈变化,破坏了微生物菌群的生态功能,不利于长期稳定发展。对照草地、林地和固定沙丘是较理想的分离纤维素分解菌的生境。
2.纤维素分解菌在完成其分解使命的同时,受到各种环境因子的影响。Pearson相关分析表明:纤维素分解菌与土壤电导率、C、N、C:N、粗砂和粘粉粒含量、细菌、真菌、放线菌、固氮菌、微生物生物量碳、脱氢酶、过氧化物酶、脲酶、纤维素酶活性显著相关(P<0.05)。逐步回归分析得出:纤维素分解菌受土壤C:N、料砂和粘粉粒含量、土壤水分含量、细菌、放线菌、固氮菌和蛋白酶活性影响较大,其中起决定因素的是细菌、固氮菌、蛋白酶和粘粉粒含量。
3.在科尔沁沙地十种生境土壤中分离出26株纤维素分解菌,其中8株具有较强的纤维素分解能力。这8株高效纤维素分解菌分别是:曲霉属-焦曲霉(Aspergillus calidoustus)、镰刀菌属-腐皮镰孢霉菌(Fusarium solani)、曲霉属-焦曲霉(Aspergrillus ustus)、镰刀菌属-尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、镰刀菌属-腐皮镰孢霉菌(Fusarium solani)、放线菌、毛霉属-变种根毛霉(Rhizomucorvariabilis)和木霉属-哈茨木霉(Hypocrea lixii)。
4.在野外条件下,本研究所筛选的8株高效纤维素分解菌能够较快的适应土壤环境,并充分发挥其分解凋落物的功能,对沙地植物凋落物的分解起到很大的促进作用,而且混合菌种的促进作用要明显高于单一菌种,单一菌种之间对凋落物的分解能力差异不显著。随着时间的推移,凋落物的分解稳步进行,凋落物的残留量逐渐减少。上层放置的凋落物在分解的第二阶段,即冬春寒冷季节,出现分解“停滞期”,天气转暖以后,分解率骤然升高;而下层埋置的凋落物受寒冷季节的影响较小,没有出现分解“停滞期”。埋置于下层的凋落物分解率高于上层放置的凋落物,而且上下两层之间凋落物分解率差异显著。在分解的前两个阶段,凋落物分解率大致表现出灌木>草本>乔木的趋势;在分解的最后阶段,凋落物分解率大致呈草本>灌木>乔木的特点。
5.科尔沁沙地6种供试植物凋落物初始各组分(纤维素、脂肪、灰分、糖类及其它)含量差异较大,纤维素含量表现为:差巴嘎蒿>狗尾草>白草>樟子松>小叶锦鸡儿>小叶杨,且差异显著,其中差巴嘎蒿和狗尾草凋落物中纤维素所占比例超过50%,小叶杨和小叶锦鸡儿凋落物中纤维素含量不足40%,樟子松凋落物脂肪含量显著高于其它5种植物,小叶杨脂肪含量最低,而其灰分含量显著高于其它植物;糖类及其它含量受纤维素含量影响较大,两者呈互补的特点。
6.凋落物在分解的过程中,无论是未接种或接种处理,其各组分含量变化均有一定规律可循。在分解的初始阶段,不同植物凋落物纤维素含量变化并不相同;在分解的第二阶段,凋落物中纤维素含量变化幅度较小;最后阶段,纤维素含量基本保持减小的变化规律,而且下层变化幅度强于上层。凋落物脂肪含量在分解的初始阶段迅速降低,之后保持相对稳定的状态。凋落物灰分含量也表现出较为规律的变化趋势,总体上呈降低-升高-降低的变化特点。凋落物糖类及其它含量在分解的前两个阶段变化规律不明显,最后阶段呈增加的趋势。