房干生态恢复区地上植被和地下微生物研究

恢复生态是在群落演替理论指导下，通过物理、化学、生物的技术手段，控制待恢复生态系统的演替过程和发展方向，恢复或重建生态系统的结构和功能，并使系统达到自我维持状态。山东省莱芜市房干村地处鲁中山区，是此区最重要的生态恢复模式区，纯砂石山区，属黄河流域大汶河水系。地处济南、泰安、莱芜三市交界处，森林覆盖率达90％。 　　样地设置在房干生态恢复区内，分别为：麻栎林(Quercusacutissima Carruth．Community)、松树林(Pine Community)(因有刺松，油松和黑松，所以在此统称为松树林)、刺槐林(Robinia　pseudoacacia L.)、松树和刺槐混交林(R.pseudoacacia L.and pine community)、侧柏和松树混交林(platycladus　rientalis(L.)Franco andpine community)侧柏和刺槐混交林（Platycladus rientalis(L.) Franco and Robiniapseudoacacia L．community)。另外选择农田和没有人工作用的荒山地作为对照样地。在每个样地中按照“之”字型取样法取6份土样。除去地表枯落物，取10cm-20cm的表层土壤。采集的土壤过2mm孔径筛，以去除植物残体和沙石。待测土样于-20℃下保存。留待各种分析用。　 　　Simpon、指数结果表明供试群落的集中性高，多样性比较低。McIntosh指数的U值均大于1，也证明了群落中的乔木种数不是太多。但物种的均匀度很高，从McIntosh指数E值可以看出来，均在1.2-1.5之间，差异很小。这也非常符合房干这个人工生态恢复区的特点。而对于草本来说，Simpon指数分析的结果均在0.5左右，群落的集中性和多样性都较高。更直观的来看，Shannon-Wienner指数的结果表明H'基本和Hmax接近，说明对于草本来说，多样性已经基本达到最大值，也就是说在人工恢复的辅助作用下，草本植被已经基本达到它的演替顶极。 　　比较各个季节各个群落的土壤微生物生物量发现，最低的样地均是农田，最高的一般都是混交林(侧柏松林。侧柏刺槐，刺槐松林)的群落类型。对照的结果显示，荒山的土壤微生物生物量相比其他混交林群落类型有些低，但与单一林的差异不明显。土壤微生物生物量均随着各种植被生长季的变化呈现先增长、后下降再增长的趋势。7月份各种群落下的土壤微生物生物量有一个低谷，但到9月底土壤微生物生物量再次回升，接近3月份的储存水平。土壤的有机C和总N对土壤微生物量回归分析的结果表明土壤有机C和土壤微生物生物量之间存在显著相关性(R=0.8295，p<0.05)。在土壤总N和土壤微生物量之间也存在显著的相关性(R=0.76999，p<0.05)。 　　随着季节的变化，供试土壤中可培养的微生物菌落数呈现不规律的变化，但都在7月生长季有一个低谷。形态的多样性也逐渐从3月份的革兰氏阴性杆菌向多种形态过渡，芽孢存在的冬眠状态逐渐过渡为生长季节的优势菌株。BIOLOG系统共鉴定到了4个科属的菌株，其中优势类群为芽孢杆菌科芽孢杆菌属。而农田样地和刺槐林样地中都有代表性菌株粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)和放射状根瘤菌(Rhizobium radiobacteter)。 　　除了传统的生态学方法，在本实验中我们还利用现代分子生物学方法对房干生态恢复区供试样地的土壤微生物进行了研究。我们比较了几种经典的方法并进行了整合，做了大量的修改，尝试得到了一种新的行之有效的方法，提高了总DNA提取的纯度，降低了成本。非常值得一提的是，供试的土壤中总N，总P含量很低而腐殖质含量很高，这对于提取DNA来说是非常具有挑战性的。对总DNA进行PCR扩增也得到了有实验意义的结果。目前还没有文献报道对同种类型的土壤做过类似的研究。不同群落下DNA的回收率之间也存在极显著的差异(F<，(8，45)>=5.97722，P<0.001)。由于不同的样本和群落间DNA的回收方法是完全相同的，因此我们就可以认为这种极显著的差异是由微生境的异质性引起的，这点也可以从土壤的几种化学性质上分析出来。这样DNA的回收率就可以作为异质性生境和多样性的指标。差异极显著的DNA的回收率就很清楚的表明了房干生态区的极大的空间异质性。这一地区可以承载高的生物多样性的理论证明，正是中国暖温带生态系统下生态恢复成功的关键。