砒砂岩区不同生态修复植被根际土壤微生态环境特征

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.04.006

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (4): 531-539.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.04.006

砒砂岩区不同生态修复植被根际土壤微生态环境特征

许吉康, 何炎红, 刘婷岩(), 郝龙飞, 张盛晰, 李赵毅

内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019

收稿日期:2023-01-19 出版日期:2023-07-20 发布日期:2023-07-03
通讯作者: 刘婷岩 E-mail:lty20052103@163.com
作者简介:许吉康（1998—），男，硕士研究生，主要从事林木菌根技术研究。
基金资助:
内蒙古自治区科技计划项目(2022YFDZ0030);内蒙古农业大学大学生科技创新基金项目(KJCX2021008);呼和浩特市重大科技专项（2022-社-重-4-2）;Foundation item：Science and Technology Planning Project of Inner Mongolia(2022YFDZ0030);Students Science and Technology Innovation Fund Project of Inner Mongolia Agricultural University(KJCX2021008);Major Science and Technology Project of Hohhot（2022-社-重-4-2）

Characteristics of Rhizosphere Soil Microecological Environment of Different Ecological Restoration Vegetation in Arsenic Sandstone Areas

Jikang XU, Yanhong HE, Tingyan LIU(), Longfei HAO, Shengxi ZHANG, Zhaoyi LI

College of Forestry，Inner Mongolia Agriculture University，Hohhot 010019

Received:2023-01-19 Online:2023-07-20 Published:2023-07-03
Contact: Tingyan LIU E-mail:lty20052103@163.com
About author:XU Jikang（1998—），male，master degree candidate，mainly engaged in the research of mycorrhizal biotechnology.

摘要/Abstract

摘要：

通过研究准格尔旗生态修复植被油松（Pinus tabulaeformis）人工林、柠条（Caragana korshinskii）人工林、自然恢复草地和撂荒地中土壤微生态环境特征，为砒砂岩区生态修复技术提供有效补充。本研究分析了4种植被类型土壤微生态环境中微生物群落结构及微生物生物量碳、氮和磷含量、土壤养分转化相关酶活性和土壤化学性质的变化规律，探讨了土壤微生物群落结构与土壤微生态环境间的关联性，并探明不同生态修复植被类型中土壤微生境的主要影响因素。结果表明：（1）4种植被类型中油松人工林土壤溶解性有机碳最高，为4.26 mg·kg^-1；柠条人工林土壤有效氮最高，为11.69 mg·kg^-1；而油松人工林、柠条人工林、自然恢复草地中的土壤有效磷含量无显著差异。（2）油松人工林根际土壤养分转化相关酶活性和土壤微生物生物量碳、氮和磷均显著高于其他植被类型。（3）油松人工林的土壤真菌相对丰度最大，为31.36%；柠条人工林和撂荒地土壤革兰氏阳性菌相对丰度最大，分别为35.73%和37.27%；土壤革兰氏阴性菌的相对丰度随可利用有机碳的减少呈增加趋势，油松人工林最小（36.82%），自然恢复草地最大（42.13%）。（4）土壤真菌相对丰度与土壤养分转化相关酶均呈正相关关系；偏好易分解碳源的革兰氏阴性菌与土壤微生态环境因子的相关性较小，而革兰氏阳性菌与土壤碳转化相关指标均显著负相关。（5）冗余分析发现，碱性磷酸酶作为解释度最大的环境因子，与真菌呈极显著正相关关系，与格兰氏阳性菌呈极显著负相关关系。综上，砒砂岩区生态修复植被类型中油松人工林微生态环境的稳定性相对较高，可以作为砒砂岩区最优生态修复树种，在根际土壤微生态环境变化中碱性磷酸酶和真菌协同作用有效调控砒砂岩区的环境修复。

关键词: 植被类型, 微生物群落结构, 微生物生物量, 土壤酶活性, 土壤有效养分

Abstract:

To provide an effective supplement for ecological restoration technology in the Arsenic sandstone area， the microecological soil environment in Pinus tabulaeformis and Caragana korshinskii plantation， naturally restored grassland， and abandoned land were studied respectively. The changes in microbial community structure and microbial biomass carbon， nitrogen and phosphorus contents， soil enzyme activities related to nutrient conversion， and soil chemical properties were analyzed in different vegetation types. The correlation between soil microbial community structure and soil microecological environment was discussed， then the main influencing factors of soil microhabitat types were explored in different ecological restoration vegetation. The results showed that：（1）The soil dissolved organic carbon（C） content of P. tabulaeformis plantation was the highest of the four vegetation types， which was 4.26 mg·kg^-1. The soil available nitrogen（N） content of the C. korshinskii plantation was the highest， which was 11.69 mg·kg^-1. However， there was no significant difference in soil available phosphorus（P） content among P. tabulaeformis plantation， C. korshinskii plantation and natural restored grassland. （2）The enzyme activities related to nutrient conversion and soil microbial biomass C， N and P of P. tabulaeformis plantation were significantly higher than those of other vegetation types. （3）The relative abundance of soil fungi was the highest in P. tabulaeformis plantation， which was 31.36%. The relative abundance of Gram-positive bacteria in the soil of the C. korshinskii plantation and abandoned land was the highest， which were 35.73% and 37.27%. The relative abundance of soil Gram-negative bacteria increased with the decrease of available organic C. It was the lowest in P. tabulaeformis plantation（36.82%） and the highest in the natural restored grassland（42.13%）. （4）The relative abundance of soil fungi was positively correlated with enzyme activities related to nutrient conversion. Gram-negative bacteria of preferred unstable C sources were less correlated with soil microecological environmental factors. Still， Gram-positive bacteria were significantly negatively correlated with the indexes of soil C conversion. （5）The Redundancy analysis showed that alkaline phosphatase was the most explainable environmental factor， and it was positively correlated with fungi and negatively correlated with Gram-positive bacteria（P<0.01）. In conclusion， the stability of the microecological environment of P. tabulaeformis plantation was relatively high in the ecological restoration vegetation types of the Arsenic sandstone area， which might be used as the optimal ecological restoration tree species in the Arsenic sandstone area. The synergistic effect of alkaline phosphatase and fungi in rhizosphere soil microecological environment might effectively regulate environmental restoration in Arsenic sandstone areas.

Key words: vegetation type, microbial community structure, microbial biomass, soil enzyme activity, soil available nutrient

中图分类号:

S791.254

许吉康, 何炎红, 刘婷岩, 郝龙飞, 张盛晰, 李赵毅. 砒砂岩区不同生态修复植被根际土壤微生态环境特征[J]. 植物研究, 2023, 43(4): 531-539.

Jikang XU, Yanhong HE, Tingyan LIU, Longfei HAO, Shengxi ZHANG, Zhaoyi LI. Characteristics of Rhizosphere Soil Microecological Environment of Different Ecological Restoration Vegetation in Arsenic Sandstone Areas[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(4): 531-539.

图/表 7

图1

表1

表2

表3

表4

表5

图2

参考文献 31

1	GENG L L， SHAO G X， RAYMOND B，et al.Subterranean infestation by Holotrichia parallela larvae is associated with changes in the peanut（Arachis hypogaea L.） rhizosphere microbiome［J］.Microbiological Research，2018，211：13-20.
2	LUO G W， XUE C， JIANG Q H，et al.Soil carbon，nitrogen，and phosphorus cycling microbial populations and their resistance to global change depend on soil C∶N∶P stoichiometry［J］.mSystems，2020，5（3）：e00162.
3	OLAJUYIGBE S， TOBIN B， SAUNDERS M，et al.Forest thinning and soil respiration in a Sitka spruce forest in Ireland［J］.Agricultural and Forest Meteorology，2012，157：86-95.
4	耿德洲.宁南山区人工植被恢复对土壤微生物和线虫群落的影响［D］.杨凌：西北农林科技大学，2020.
	GENG D Z.Effects of artificial vegetation restoration on soil microbial and nematode community in Southern Ning Xia mountain area［D］.Yangling：Northwest Agriculture & Forestry University，2020.
5	刘海燕.基于PLFA技术林地土壤微生物结构多样性分析［D］.北京：北京林业大学，2016.
	LIU H Y.Soil microbial community structure and functional diversity marked by PLFA in forestland［D］.Beijing：Beijing Forestry University，2016.
6	汤茜.茂兰植被类型对土壤酶及微生物群落的影响研究［D］.贵阳：贵州民族大学，2020.
	TANG Q.Effects of vegetation type of Maolan on soil enzyme andmicrobial community［D］.Guiyang：Guizhou Minzu University，2020.
7	董齐琪，王海燕，杜雪，等.东北低山区典型林分类型土壤脲酶活性特征［J/OL］.应用与环境生物学报，（2022-09-22）［2022-10-21］.DOI：10.19675/j.cnki.1006-687x.2022.03050 .
	DONG Q Q， WANG H Y， DU X，et al.Characteristics of soil urease activity in typical stand types in low mountainous area of Northeast China［J/OL］.Chinese Journal of Applied and Environmental Biology，（2022-09-22）［2022-10-21］.DOI：10.19675/j.cnki.1006-687x.2022.03050 .
8	童伟，韩霁昌，王欢元，等.毛乌素沙地砒砂岩与沙复配成土技术固沙效应［J］.中国沙漠，2015，35（6）：1467-1472.
	TONG W， HAN J C， WANG H Y，et al.Sand-fixing effects of compound soil by mixing feldspathic sandstone and sand in the Mu Us Sandy Land［J］.Journal of Desert Research，2015，35（6）：1467-1472.
9	白雪莲，郑海颖，王理想，等.砒砂岩黄土区植被盖度对土壤侵蚀的影响［J］.生态学报，2020，40（11）：3776-3784.
	BAI X L， ZHENG H Y， WANG L X，et al.The influence of vegetation coverage on soil erosion in sandstone loess area［J］.Acta Ecologica Sinica，2020，40（11）：3776-3784.
10	蒋凯鑫，于坤霞，李鹏，等.砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析［J］.水土保持学报，2020，34（1）：47-53.
	JIANG K X， YU K X， LI P，et al.Sediment characteristics and sources analysis of typical check dam in Pisha sandstone area［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2020，34（1）：47-53.
11	吴晓光，刘龙，张宏飞，等.砒砂岩区主要造林树种枯落物持水性能及土壤物理性质［J］.水土保持学报，2020，34（4）：137-144.
	WU X G， LIU L， ZHANG H F，. al et.Litter water-holding capacity and soil physical properties of main afforestation tree species in sandstone area［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2020，34（4）：137-144.
12	SINSABAUGH R L， KLUG M J， COLLINS H P，et al.Characterizing soil microbial communities［M］//ROBERTSON G P，COLEMAN D，BLEDSOE C S，et al.Standard soil methods for long-term ecological research.New York：Oxford University Press，1999：318-348.
13	BOSSIO D A， SCOW K M.Impacts of carbon and flooding on soil microbial communities：phospholipid fatty acid profiles and substrate utilization patterns［J］.Microbial Ecology，1998，35（3）：265-278.
14	李争艳，徐智明，师尚礼，等.江淮地区不同品种光敏型高丹草对土壤微生态环境的影响［J］.草地学报，2019，27（2）：326-335.
	LI Z Y， XU Z M， SHI S L，et al.Effects of four cultivars of photosensitive sorghum sudangrass hybrid on soil micro-ecological environment in Jiang-huai region［J］.Acta Agrestia Sinica，2019，27（2）：326-335.
15	李恩香，蒋忠诚，曹建华，等.广西弄拉岩溶植被不同演替阶段的主要土壤因子及溶蚀率对比研究［J］.生态学报，2004，24（6）：1131-1139.
	LI E X， JIANG Z C， CAO J H，et al.The comparison of properties of Karst soil and Karst erosion ratio under different successional stages of Karst vegetation in Nongla，Guangxi［J］.Acta Ecologica Sinica，2004，24（6）：1131-1139.
16	王娓，郭继勋.东北松嫩平原羊草群落的土壤呼吸与枯枝落叶分解释放CO₂贡献量［J］.生态学报，2002，22（5）：655-660.
	WANG W， GUO J X.Contribution of CO₂emission from soil respiration and from litter decomposition in Lymus chinensis community in Northeast Songnen Grassland［J］.Acta Ecologica Sinica，2002，22（5）：655-660.
17	SWIFT M J， ANDERSON J M.Decomposition［M］//LIETH H，WERGER M J A.Ecosystems of the world，14B.Tropical rain forest ecosystems； biogeographical and ecological studies.Amsterdam：Elsevier，1989：547-569.
18	AYANABA A， TUCKWELL S B， JENKINSON D S.The effects of clearing and cropping on the organic reserves and biomass of tropical forest soils［J］.Soil Biology and Biochemistry，1976，8（6）：519-525.
19	AUGUSTO L， RANGER J， BINKLEY D，et al.Impact of several common tree species of European temperate forests on soil fertility［J］.Annals of Forest Science，2002，59（3）：233-253.
20	居萍，李良俊，李丽.不同植被类型土壤氮素对侵蚀环境的响应［J］.水土保持研究，2018，25（6）：1-6.
	JU P， LI L J， LI L.Response of soil nitrogen to erosion environment in different vegetation types［J］.Research of Soil and Water Conservation，2018，25（6）：1-6.
21	李长明，宋丽莎，王立久.砒砂岩的矿物成分及其抗蚀性［J］.中国水土保持科学，2015，13（2）：11-16.
	LI C M， SONG L S， WANG L J.Mineral composition and anti-erodibility of Pisha sandstone［J］.Science of Soil and Water Conservation，2015，13（2）：11-16.
22	刘春英，陈春丽，弓晓峰，等.湿地植物根表铁膜研究进展［J］.生态学报，2014，34（10）：2470-2480.
	LIU C Y， CHEN C L， GONG X F，et al.Progress in research of iron plaque on root surface of wetland plants［J］.Acta Ecologica Sinica，2014，34（10）：2470-2480.
23	常二华，杨建昌.根系分泌物及其在植物生长中的作用［J］.耕作与栽培，2006（5）：13-16.
	CHANG E H， YANG J C.Root exudates and their role in plant growth［J］.Tillage and Cultivation，2006（5）：13-16.
24	余红霞.黄土高原油松根际微生态特征及外生菌根真菌抗油松立枯病的作用［D］.杨凌：西北农林科技大学，2014.
	YU H X.Micro-ecosystem associated with the rhizosphere of Pinus tabulaeformis on the Loess Plateau and resistance of ectomycorrhizal fungi to damping-off disease［D］.Yangling：Northwest Agriculture & Forestry University，2014.
25	李静，蔚晓燕，唐明.黄土高原纸坊沟流域不同植物对土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响［J］.西北植物学报，2013，33（2）：387-393.
	LI J， YU X Y， TANG M.Effects of different plants on soil microbial biomass and enzyme activities in Zhifanggou Watershed of Loess Plateau［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2013，33（2）：387-393.
26	梁军，王媛，焦一杰，等.根际微生态调节对杨树根系活力及土壤有效P转化的效应［J］.林业科学，2009，45（1）：102-106.
	LIANG J， WANG Y， JIAO Y J，et al.Effects of rhizosphere microenvironment on the root vigor of poplarsand transformation of soil available P［J］.Scientia Silvae Sinicae，2009，45（1）：102-106.
27	郝龙飞，李星月，武晓倩，等.施肥方式及接种菌根真菌对1年生油松苗木根系构型的影响［J］.西北林学院学报，2021，36（3）：168-174.
	HAO L F， LI X Y， WU X Q，et al.Responses of the root system architecture of one-year-old Pinus tabuliformis seedlings to fertilization and ectomycorrhizal fungus inoculation［J］.Journal of Northwest Forestry University，2021，36（3）：168-174.
28	FANIN N， KARDOL P， FARRELL M，et al.The ratio of Gram-positive to Gram-negative bacterial PLFA markers as an indicator of carbon availability in organic soils［J］.Soil Biology and Biochemistry，2019，128：111-114.
29	GARCIA-PAUSAS J， PATERSON E.Microbial community abundance and structure are determinants of soil organic matter mineralisation in the presence of labile carbon［J］.Soil Biology and Biochemistry，2011，43（8）：1705-1713.
30	袁丽环，闫桂琴.丛枝菌根化翅果油树幼苗根际土壤微环境［J］.植物生态学报，2010，34（6）：678-686.
	YUAN L H， YAN G Q.Rhizospheric soil of seedlings of Elaeagnus mollis colonized by arbuscular mycorrhizal fungi［J］.Chinese Journal of Plant Ecology，2010，34（6）：678-686.
31	VAN DER WAL A， GEYDAN T D， KUYPER T W，et al.A thready affair：linking fungal diversity and community dynamics to terrestrial decomposition processes［J］.FEMS Microbiology Reviews，2013，37（4）：477-494.

植被类型 Vegetation types	pH	溶解性有机碳 Dissolved organic carbon（DOC） /（mg·kg^-1）	有效氮 Available nitrogen（AN） /（mg·kg^-1）	有效磷 Available phosphorus（AP） /（mg·kg^-1）
油松 Pinus tabulaeformis	8.45±0.03b	4.26±0.15a	5.67±0.34c	3.32±0.23b
柠条 Caragana korshinskii	8.42±0.02b	3.58±0.17b	11.69±0.35a	2.84±0.08b
草地 Grassland	8.67±0.04a	3.99±0.15ab	7.42±0.44b	2.66±0.21b
撂荒地 Abandoned land	8.72±0.05a	3.87±0.08ab	5.60±0.33c	5.04±0.34a

植被类型 Vegetation types	β-1，4-葡萄糖苷酶 β-1，4-glucosidase（BG） /（μmol·h^-1·g^-1）	β-1，4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶+亮氨酸氨基肽酶 β-1，4-N-acetylglucosidase+leucine aminopeptidase （NAG+LAP）/（μmol·h^-1·g^-1）	碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase（ALP） /（μmol·h^-1·g^-1）
油松 Pinus tabulaeformis	15.61±1.38a	23.34±2.20a	35.17±3.46a
柠条 Caragana korshinskii	14.37±1.93ab	13.38±1.89b	18.47±1.52b
草地 Grassland	11.49±0.77b	13.40±2.11b	19.64±1.47b
撂荒地 Abandoned land	6.03±0.89c	8.92±0.84b	14.16±1.54b

植被类型 Vegetation types	微生物生物量碳 Microbial biomass carbon（MBC） /（mg·kg^-1）	微生物生物量氮 Microbial biomass nitrogen（MBN） /（mg·kg^-1）	微生物生物量磷 Microbial biomass phosphorus（MBP） /（mg·kg^-1）
油松 Pinus tabulaeformis	630.98±31.17a	20.13±1.71a	7.59±0.62b
柠条 Caragana korshinskii	408.97±25.38b	12.86±0.65b	4.41±0.40c
草地 Grassland	465.95±32.69b	10.68±0.74b	4.53±0.36c
撂荒地 Abandoned land	417.95±23.25b	11.04±1.01b	18.97±1.21a

植被类型 Vegetation types	真菌 Fungi	革兰氏阳性菌 Gram-positive bacteria	革兰氏阴性菌 Gram-negative bacteria
油松 Pinus tabulaeformis	31.36±0.43a	31.83±1.01b	36.82±0.86c
柠条 Caragana korshinskii	24.50±0.46b	35.73±1.39a	39.77±1.34ab
草地 Grassland	25.31±1.09b	32.56±1.13b	42.13±0.46a
撂荒地 Abandoned land	24.55±0.27b	37.27±0.49a	38.18±0.56bc

[1]	刘婷岩, 郝龙飞, 王续富, 闫海霞, 白淑兰. 氮沉降及菌根真菌对长白落叶松苗木根系构型及根际酶活性的影响[J]. 植物研究, 2021, 41(1): 145-151.
[2]	马鹏宇, 张红光, 昝鹏, 顾伟平, 温璐宁, 张子嘉, 翁海龙, 孙涛, 毛子军. 长期氮添加对东北地区兴安落叶松人工林土壤酶的影响[J]. 植物研究, 2019, 39(4): 598-603.
[3]	王小平, 肖肖, 唐天文, 黎云祥, 肖娟. 连香树人工林根系分泌物输入季节性变化及其驱动的根际微生物特性研究[J]. 植物研究, 2018, 38(1): 47-55.
[4]	彭瑶, 曹凤艳, 曲来叶. 兴安落叶松林不同强度火烧迹地土壤微生物群落特性研究[J]. 植物研究, 2017, 37(4): 549-555.
[5]	汪庆兵1；吴灏1；张建锋1*；陈光才1；李泽波1；王丽1,2；杨泉泉1. 浙北山区小流域植被类型对土壤无机氮的影响[J]. 植物研究, 2016, 36(2): 274-282.
[6]	魏晨辉1；沈光1,2；裴忠雪1；任蔓莉1；路嘉丽1；王琼1；王文杰1*. 不同植物种植对松嫩平原盐碱地土壤理化性质与细根生长的影响[J]. 植物研究, 2015, 35(5): 759-764.
[7]	任蔓莉；魏晨辉；裴忠雪；路嘉丽；王琼；王文杰*；祖元刚. 松嫩平原沙土区不同植被类型对土壤相关指标的影响[J]. 植物研究, 2015, 35(5): 765-771.
[8]	孟玉芳;王发国;邢福武;戴建阅;*. 香港瓮缸群岛野生植物资源调查研究[J]. 植物研究, 2011, 31(5): 610-617.
[9]	刘　潮;冯玉龙*;田耀华. 紫茎泽兰入侵对土壤酶活性和理化因子的影响[J]. 植物研究, 2007, 27(6): 729-735.
[10]	孙国荣, 彭永臻, 岳中辉, 阎秀峰. 不同改良方法对盐碱土壤氮素营养状况的影响[J]. 植物研究, 2004, 24(3): 369-373.
[11]	倪志英, 毛子军, 孙龙, 戈忠达, 周明娜. 黑龙江省东部山地湿地主要植被类型及其演替规律的研究[J]. 植物研究, 2003, 23(3): 356-362.
[12]	杨国亭, Erich Hübl, 孙冰, 张捷. 中国东北的云冷杉林[J]. 植物研究, 1994, 14(3): 313-328.

砒砂岩区不同生态修复植被根际土壤微生态环境特征

Characteristics of Rhizosphere Soil Microecological Environment of Different Ecological Restoration Vegetation in Arsenic Sandstone Areas

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