刈割對(duì)不同植物群落特征、土壤微生物和土壤酶活性的影響

高明華等

摘要： 以呼倫貝爾草甸草原為樣地，對(duì)羊草群落、貝加爾針茅群落在刈割干擾下的群落特征、土壤微生物與酶活性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在刈割干擾下，以羊草為建群種的群落所受的影響比貝加爾針茅群落小，植物群落α多樣性四個(gè)指數(shù)都顯示比貝加爾針茅群落高，物種多樣性更豐富，生長(zhǎng)情況相對(duì)更好。各刈割區(qū)土壤微生物數(shù)量均表現(xiàn)為細(xì)菌>放線菌>真菌；垂直分布為0～10 cm>10～20 cm；土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶活性0～10 cm土層的均高于10～20 cm。相關(guān)分析表明，植物群落？琢多樣性與土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。

關(guān)鍵詞： 刈割；草甸草原；群落特征；土壤微生物；土壤酶活性

中圖分類號(hào)：S812.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）15-3617-03

Abstract： In the meadow steppe， taking the Leymus chinensis community and Stipa baicalensis community in Hulunbeier as the research sample， the community characteristics， soil microorganism and enzyme activity in mowing disturbance were studied. The results showed that the interference of cutting to Leymus chinensis communities was small， the four index of α diversity of Plant community were higher， the species diversity was more abundant and the growth situation was relatively better than that of Stipa baicalensis community. The number of microorganisms in different mowing areas showed the same trend：bacteria>actinomyces>fungi （P<0.01）， the vertical distribution of soil depth was 0～10cm > 10～20 cm. The soil depth of urease， catalase， invertase activities in 0～10cm was higher than that in 10～20 cm. The correlation analysis indicated that the α diversity of plant community was positively related to soil microorganisms and soil enzyme activities （P<0.05）.

Key words： meadow steppe； mowing； community features； soil microorganism； soil enzyme activity

不論是天然草地、人工草地還是退耕后新建的草地，除發(fā)揮其生態(tài)功能外，其主要目的在于利用。草地的利用方式主要有放牧和割草兩種。對(duì)于北方溫帶草原而言，放牧和刈割是草場(chǎng)利用和管理的主要方式，同時(shí)也是兩個(gè)主要的人為干擾因素。由于牧草生產(chǎn)季節(jié)不平衡，刈割相對(duì)于放牧而言，對(duì)于解決牧草生產(chǎn)季節(jié)不平衡的問(wèn)題，確保家畜越冬營(yíng)養(yǎng)需要起著重要的作用。在廣大牧區(qū)，割草地收獲的干草是解決牧草供給季節(jié)不平衡的重要手段，也是冬春期間抗災(zāi)保畜，減少春乏損失的主要措施。

研究在刈割干擾下呼倫貝爾草甸草原羊草和貝加爾針茅群落特征、土壤微生物與酶活性的變化，并進(jìn)行比較分析，在刈割條件下羊草群落和貝加爾針茅群落哪個(gè)生長(zhǎng)情況更好，更適合刈割，產(chǎn)量更高等，對(duì)于草原的保護(hù)和合理利用，草原自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)等都具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

采樣地位于呼倫貝爾市陳巴爾虎旗草甸草原。位于49°33′49.4′′-49°43′20.8′′N、118°50′15.7′′-118°58′21.2′′E，海拔695～787 m。屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，夏季溫暖短促，年均氣溫-2.6 ℃，最高、最低氣溫分別為38.4 ℃和-49 ℃；年積溫1 580～1 800 ℃，無(wú)霜期110 d；年平均降水量350～450 mm，多集中在7～9月且變化較大。草原類型是以羊草（Leymus chininse）﹑貝加爾針茅（Stipa baicalensis）分別為建群種和優(yōu)勢(shì)種構(gòu)成，主要伴生種有硬質(zhì)早熟禾（Poasphondy lodes）﹑蓬子菜（Galium verum）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 樣地設(shè)置 根據(jù)利用方式不同，將樣地分為放牧和刈割兩個(gè)區(qū)，再根據(jù)建群種不同將每個(gè)區(qū)劃分為羊草群落（YD）和貝加爾針茅群落（BD）。本研究只對(duì)刈割區(qū)的羊草群落和貝加爾針茅群落進(jìn)行研究，刈割區(qū)屬于常年正常刈割3年以上，羊草群落和貝加爾針茅群落分別以羊草和貝加爾針茅為建群種。每個(gè)群落各設(shè)一個(gè)樣帶，每個(gè)樣帶長(zhǎng)100 m，寬2 m，在每個(gè)樣帶中隨機(jī)取面積為0.5 m×0.5 m的樣方，重復(fù)15次。

1.2.2 植物調(diào)查與取樣 2012年8月中旬，草原植物群落生物量達(dá)到高峰期時(shí)，在呼倫貝爾草甸草原刈割草場(chǎng)的羊草群落和貝加爾針茅群落各選取一個(gè)樣帶進(jìn)行調(diào)查與取樣。野外植被學(xué)調(diào)查采用常規(guī)調(diào)查法[1]。植物多度采用計(jì)數(shù)法測(cè)定、植被蓋度采用目測(cè)法測(cè)定、用直尺測(cè)量每個(gè)物種的自然高度、地上生物量測(cè)定，齊地面剪取莖葉，然后分種計(jì)數(shù)并稱取鮮重后，裝入紙袋中自然晾干，稱其干重。

1.2.3 土壤樣品采集 在采取植物樣本的同時(shí)采取土壤樣本。每個(gè)樣地內(nèi)用9 cm土鉆隨機(jī)選10個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)之間間隔10 m，分層取0～10 cm、10～20 cm土壤樣品，同層土樣混合均勻，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。將土樣保鮮帶回實(shí)驗(yàn)室立即進(jìn)行試驗(yàn)，用于土壤微生物和土壤酶活性的測(cè)定。

1.2.4 土壤微生物種群數(shù)量測(cè)定 細(xì)菌、放線菌和真菌的活菌計(jì)數(shù)培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏1號(hào)培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基，方法參考文獻(xiàn)[2]。

1.2.5 土壤酶活性的測(cè)定 脲酶用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，酶活性以24 h后1 g土中NH4+-N 的毫克數(shù)表示；轉(zhuǎn)化酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，酶活性以24 h后1 g土中葡萄糖的毫克數(shù)表示；過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，酶活性以每克土壤滴定所需0.1 mol/L KMnO4的毫升數(shù)來(lái)表示[3]。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

1）重要值。植物群落物種重要值計(jì)算公式為：重要值=（相對(duì)高度+相對(duì)密度+相對(duì)蓋度）/3

2）植物群落α多樣性 物種α多樣性指數(shù)包括：Margarlef豐富度指數(shù)（Ma）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）、Simpson多樣性指數(shù)（D）和Pielou均勻度指數(shù)（Jp）。

3）數(shù)據(jù)分析 采用Excel 和SAS 9.13 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物群落數(shù)量特征分析

2.1.1 群落蓋度變化 群落蓋度分析結(jié)果顯示，兩個(gè)群落之間無(wú)顯著性差異，貝加爾針茅和羊草的群落蓋度大致相同，相差不大（P>0.05）。貝加爾針茅群落高出羊草群落2.090個(gè)百分點(diǎn)（圖1A）。

2.1.2 群落高度變化 群落高度方差分析結(jié)果顯示，兩個(gè)群落之間無(wú)顯著差異，貝加爾針茅和羊草的群落高度大致相同，相差不大（P>0.05）。貝加爾針茅群落高出羊草群落2.217%（圖1A）。

2.1.3 群落密度變化 群落密度變化顯示，兩個(gè)群落的密度比較與群落高度和蓋度有所不同，兩個(gè)群落之間有顯著差異（P<0.05），而且羊草群落的群落密度顯著高于貝加爾針茅群落的群落密度50.132%（圖1B）。

2.1.4 群落現(xiàn)存量變化 群落現(xiàn)存量變化顯示，不同群落之間存在顯著差異（P<0.05），羊草群落現(xiàn)存量顯著高于貝加爾針茅群落現(xiàn)存量21.339%（圖1A）。

2.2 植物群落α多樣性變化

由表1可知，不同群落在刈割干擾下，Margalef物種豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，貝加爾針茅群落相比羊草群落有升高趨勢(shì)，Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)，不同群落之間沒(méi)有顯著差異，相差不大。

Margalef物種豐富度指數(shù)：羊草群落顯著高于貝加爾針茅群落18.110%（P<0.05），不同群落之間有顯著差異。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：不同群落之間有顯著差異，羊草群落顯著高于貝加爾針茅群落35.544%（P<0.05）。

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)：不同群落之間無(wú)顯著差異，但羊草群落高出貝加爾針茅群落2.20%。

Pielou均勻度指數(shù)：不同群落之間無(wú)顯著差異，但羊草群落高出貝加爾針茅群落7.07%。

2.3 刈割條件下土壤微生物數(shù)量變化

由表2可知，在土壤微生物中，無(wú)論是羊草草原還是貝加爾針茅草原土壤，細(xì)菌的數(shù)量基本上較放線菌高1個(gè)數(shù)量級(jí)，放線菌較真菌高2個(gè)數(shù)量級(jí)。細(xì)菌與放線菌和真菌均呈顯著差異（P<0.01），說(shuō)明細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，放線菌次之，真菌最少。不同土層微生物數(shù)量0～10 cm高于10～20 cm，但差異不顯著（P>0.05）。兩類型草原相比較，在0～10 cm土層中放線菌的數(shù)量貝加爾針茅草原的要高于羊草草原的，但差異不顯著（P>0.05）。

2.4 刈割對(duì)羊草和貝加爾針茅草原土壤酶活性的影響

刈割對(duì)羊草和貝加爾針茅草原土壤酶活性的影響情況見(jiàn)表2。兩種類型草原土壤酶活性的垂直分布情況為0～10 cm高于10～20 cm，刈割干擾下兩個(gè)土層中土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性相比較，貝加爾針茅草原的要高于羊草草原的，但差異不顯著（P>0.05），而轉(zhuǎn)化酶的活性羊草草原要高于貝加爾針茅草原的，但差異不顯著（P>0.05）。

2.5 土壤微生物、土壤酶活性與植物群落數(shù)量的關(guān)系

相關(guān)性分析表明，植物群落α多樣性與土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。不同類型草原土壤酶活性的垂直分布情況與微生物的數(shù)量呈正相關(guān)。結(jié)果表明，不同植物群落土壤對(duì)刈割的響應(yīng)有所不同，影響草地植物生長(zhǎng)及其微生物的生存和繁衍，同時(shí)對(duì)土壤酶活性也產(chǎn)生了一定的間接影響。

3 結(jié)論與討論

刈割作為草甸草原重要的利用和管理方式之一，對(duì)天然草地生態(tài)系統(tǒng)而言，是一種人為干擾機(jī)制，對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)及其各組分產(chǎn)生一定的影響。對(duì)于刈割干擾下的草甸草原，已經(jīng)有了一系列的研究，研究表明，刈割可以增加群落的物種數(shù)、群落密度以及羊草群落蓋度[4]，同時(shí)，隨著刈割頻次的增加，即刈割間隔期間的縮短，群落的地上生物量和地下生物量都有所減少。適量的刈割可以刺激植物的生長(zhǎng)，但刈割頻次過(guò)多會(huì)嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)[5]。適度的刈割對(duì)土壤微生物和土壤酶的活性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響[6]，所以研究刈割對(duì)草原的影響對(duì)于合理利用草地具有重要意義。

貝加爾針茅個(gè)體比羊草大，在高度和蓋度兩個(gè)指標(biāo)中貢獻(xiàn)大，高于羊草，可是同一大小的樣方中羊草數(shù)量眾多，導(dǎo)致密度指標(biāo)上羊草要大于貝加爾針茅[7]。而且，由于貝加爾針茅個(gè)體大，對(duì)別的物種的競(jìng)爭(zhēng)排斥作用強(qiáng)，導(dǎo)致同一群落的種間競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中，貝加爾針茅會(huì)優(yōu)于羊草[8]，這可能使貝加爾針茅群落的現(xiàn)存量和枯落物量要小于羊草群落。另外這可能也是導(dǎo)致羊草群落α多樣性比貝加爾針茅群落高，因?yàn)榉N間競(jìng)爭(zhēng)小，就能允許更多的物種共同生存，生物多樣性就高，反之就低。

植物群落與數(shù)量特征：在群落與數(shù)量特征的五個(gè)指標(biāo)中，不同群落之間高度和蓋度都沒(méi)有顯著差異，相差不大，但貝加爾針茅群落略高于羊草群落。而另外兩個(gè)，即現(xiàn)存量和密度，不同群落之間有顯著差異，并且都是羊草群落顯著高于貝加爾針茅群落。表明在刈割干擾下，以羊草為建群種的群落所受的影響比貝加爾針茅群落小，生長(zhǎng)情況相對(duì)更好。

植物群落α多樣性：在刈割干擾下，羊草群落受影響較貝加爾針茅群落小，植物群落α多樣性四個(gè)指數(shù)都比貝加爾針茅群落高，物種多樣性更豐富。

總之，草甸草原自然保護(hù)區(qū)在刈割干擾下，羊草群落普遍生長(zhǎng)情況相對(duì)更好，生物多樣性也更高，而且由于枯落物的量高于貝加爾針茅群落，對(duì)土壤肥力的作用也會(huì)比貝加爾針茅好，但是就草場(chǎng)的牧草生產(chǎn)力而言，由于貝加爾針茅個(gè)體大于羊草，使得貝加爾針茅群落明顯高于羊草群落。另外，雖然貝加爾針茅群落在刈割干擾下生長(zhǎng)情況稍劣于羊草群落，但對(duì)草甸草原并沒(méi)有多大影響，因此，貝加爾針茅群落更適合刈割。在草甸草原自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)過(guò)程中，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整兩個(gè)群落的刈割強(qiáng)度和刈割頻次，以便達(dá)到最好的利用效果，對(duì)此還有待進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

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