植被重建對黑土灘草地植被及微生物群落特征的影響

趙文，尹亞麗，李世雄, ，劉燕，劉晶晶，王玉琴

1. 青海大學畜牧獸醫(yī)科學院/青海省畜牧獸醫(yī)科學院，青海 西寧 810016；2. 青海省高寒草地適應性管理重點實驗室，青海大學，青海 西寧 810016

草地是三江源自然保護區(qū)內面積最大、分布最廣的生態(tài)系統(tǒng)，在涵養(yǎng)水源、土壤保持及碳循環(huán)等過程中發(fā)揮著重要作用（曹巍等，2019）。自 20世紀 90年代牧區(qū)草場實行以草場承包到戶的“雙權一制”管理體系以來，草場載畜量增加、嚙齒類動物大量繁殖，導致草地出現(xiàn)不同程度退化，部分草地退化嚴重，形成黑土灘退化草地（馬玉壽等，2002）。草地退化不僅制約當?shù)匦竽翗I(yè)發(fā)展，同時引起三江源區(qū)域水土流失加劇（張婧，2019）、碳庫釋放速度加快（李國榮等，2017）等生態(tài)問題。不少研究表明，建植人工草地短時間內是緩解牧業(yè)壓力、治理黑土灘最有效的方法，植被蓋度兩年內可高達80%以上（戎郁萍等，2002）。但人工草地不同于天然草地，其生態(tài)和生產(chǎn)功能難以長時間維持平衡，尤其當人工草地管理和利用不合理時，其會隨著建植年限增加出現(xiàn)二次退化現(xiàn)象（張蕊等，2014）。

目前，國內多以空間代替時間序列研究不同建值年限的人工草地，主要從植被群落特征（群落的數(shù)量特征、生物量的變化）、土壤特征（土壤理化性質、呼吸速率、酶活性）、CO2通量變化特征等方面預測人工草地演替趨勢（孫華方等，2019；王長庭等，2007；高小剛，2019；賀福全等，2019），但對于人工草地土壤微生物的研究較少。

土壤微生物在維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和可持續(xù)性方面有重要的作用，參與大部分土壤反應過程（字洪標等，2017），從微生物的層面揭示草地退化及恢復過程中的問題，能清晰了解草地的動態(tài)變化。研究表明不同建植年限人工草地土壤微生物組成和群落結構不同，建植2年的人工草地微生物量比建植 4—6年的高（馮瑞章等，2007）；伍文憲等（2019）通過對比川西北2種5年人工草地類型研究發(fā)現(xiàn)，天然草地與人工草地之間的土壤微生物差異系數(shù)大于兩種人工草地之間的土壤微生物差異系數(shù)；也有研究指出不同建植年限人工草地土壤微生物功能多樣性存在差異，隨著建植年限的增加，土壤養(yǎng)分狀況、微生物群落趨向于穩(wěn)定（姚寶輝等，2019）。但這些研究對人工草地何時出現(xiàn)二次退化及植被-土壤微生物在二次退化中如何變化，尚未作出系統(tǒng)評價。而以Biolog微孔板碳源利用為基礎的分析是微生物群落代謝功能多樣性的一種簡單、快速的方法，對不同環(huán)境中微生物群落功能多樣性信息具有重要意義（刁嬋等，2019）。尤其是在研究植被恢復過程中，通過土壤微生物碳源利用的差異選擇合適的植被類型進行生態(tài)修復和重建及重建過程中退化問題具有指導意義（安韶山等，2011）。鑒于此，本研究結合植被和土壤微生物群落特征，通過對比 2015、2012、2009、2006年建植的人工草地植被群落結構及生物量變化趨勢，分析不同建植年限草地土壤微生物碳、氮、磷遞變規(guī)律，檢測土壤微生物群落碳源代謝能力，以期為三江源區(qū)黑土灘草地恢復重建及人工草地的持續(xù)利用提供理論支撐。

1 試驗地區(qū)與方法

1.1 試驗區(qū)概況

研究地位于青藏高原腹地的青海省果洛藏族自治州瑪沁縣大武鎮(zhèn)（34°27′56.9″N，100°13′56.9″E，海拔3740 m左右）。該地區(qū)為高原大陸性氣候，高寒缺氧，日照時間短，太陽輻射強且晝夜溫差大。1967—2017年平均氣溫在-3.4—3.0 ℃之間，最高氣溫為 26.6 ℃，最低氣溫為-34.9 ℃，最大溫差為22.4 ℃，最冷月和最熱月平均溫度分別為-12.6 ℃和9.7 ℃，全年無絕對無霜期（洪卓華等，2018）。降水集中在5—9月，年降水量為513—542 mm，年蒸發(fā)量為1160 mm。牧草生長季為156 d，高寒草甸是該地區(qū)主要的草地類型，優(yōu)勢種為高山嵩草（Kobresia pygmeae），主要的伴生禾草為垂穗披堿草（Elymus nutans）、芒恰草（Koeleria litvinowii），其他闊葉類雜草有美麗風毛菊（Saussurea superba）、甘肅馬先蒿（Pedicularis kansuensis）、高山唐松草（Thalictrum aquilegifolium）、米口袋（Gueldenstaedtia verna）和肉果草（Lancea tibetica）等。由于受到過度放牧及不合理的管理利用等因素影響，高寒草甸退化后形成以黃帚槖吾（Ligularia virgaurea）、冷蒿（Artemisia frigida）等為優(yōu)勢種的“黑土灘”退化草地。

1.2 樣地簡介及試驗方法

在青海省果洛州大武鎮(zhèn)人工草地選擇4塊面積約為50 hm2的草地為實驗樣地，分別是2015、2012、2009、2006年建植的青海草地早熟禾（Poa pratensis L.）單播人工草地。人工草地均為黑土灘退化草地經(jīng)過深翻、耙平、施肥（一次性施N肥61.5 kg·hm-2、P 肥 68.9 kg·hm-2）、撒種（播量 15 kg·hm-2）、覆土、鎮(zhèn)壓等農(nóng)藝措施建植。人工草地建植前為黑土灘退化草地，其土壤理化性質如下：全氮2.36—4.02 g·kg-1、全磷 0.50—0.67 g·kg-1、全鉀 22.11—22.83 g·kg-1、有機質碳 32.31—47.12 g·kg-1、含水量 7.45%—8.29%。返青期（4—6月）完全禁牧，冬季放牧利用（每年12至次年4月）。以未退化的高山嵩草型高寒草甸、冷蒿為優(yōu)勢種的黑土灘退化草地作為對照，各處理設4個試驗小區(qū)為重復，共24個小區(qū)，每個小區(qū)面積約100 m2。

1.3 樣品采集及測定方法

于2017年8月中旬在每小區(qū)隨機選取4個面積為50 cm×50 cm的樣方，對植被群落特征進行調查，并測定樣方內植物地上生物量，同時用直徑7 cm的根鉆采集樣方內0—10、10—20 cm植物根系，每樣方取3鉆混合為1個根樣，河水沖洗泥土，手工去除石塊等，根樣帶回實驗室，在烘箱內以80 ℃烘干至恒重，并計算地下生物量。用直徑3.5 cm的土鉆，每小區(qū)隨機取5—8點，采集0—10、10—20 cm土樣，每個小區(qū)根據(jù)土層混合為1個土樣，手工去除較大的雜質，并過2 mm的篩，封裝在自封袋，夾棉塞，冰盒取回4 ℃保存，一周內進行分析測試，室內分析是在2017年9—11月完成。

土壤微生物群落多樣性及碳源利用能力采用Biolog-Eco法測定；土壤微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提，重鉻酸鉀滴定法和化學分析儀測定（黨雯等，2015）；土壤微生物生物量磷采用氯仿熏蒸-碳酸氫鈉浸提，分光光度計測定（吳金水等，2003）。

1.4 微生物群落多樣性分析方法

（1）AWCD是平均每孔顏色變化率（average well change devolopment），表征土壤微生物活性和多樣性大小的一個重要指標，其大小可以反映微生物對單一碳源的利用能力，其計算公式：

式中，C為31孔反映孔在590 nm下的吸光值；R為對照孔吸光值；n為碳源種類數(shù)31；C-R的值均大于或等于0，C-R小于0的計算中將其記為0。

（2）Shannon多樣性指數(shù)（H指數(shù)），用來估算群落多樣性的高低：

式中，Pi為每個孔吸光度/所有吸光度之和。

（3）Simpson優(yōu)勢度指數(shù)（D指數(shù)），反映了群落中最常見的物種，評估微生物群落優(yōu)勢度：

式中Pi為每個孔吸光度/所有吸光度之和（尹亞麗等，2018）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2013進行數(shù)據(jù)整理，SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)分析，R3.4.3 ggplot 2進行碳源利用結構富集分析及Anosim（Analysis of similarity）非參數(shù)檢驗法檢驗組間差異。表中的數(shù)據(jù)為平均值±標準差。

2 結果分析

2.1 不同處理草地植被特征

在不同草地共鑒定、分類植物 46種，黑土灘優(yōu)勢種以冷蒿、黃帚橐吾和臭蒿等雜草為主，人工草地優(yōu)勢種為青海草地早熟禾，未退化高寒草甸優(yōu)勢種以嵩草屬的植物為主。其中 2012年人工草地植被覆蓋度和物種豐富度顯著高于黑土灘退化草地（P＜0.05），而與未退化高寒草甸差異不顯著，隨著建植年限的增加，植被蓋度和物種豐度呈現(xiàn)倒“V”型的變化趨勢，優(yōu)勢種青海草地早熟禾比出現(xiàn)下降的趨勢（表1）。

2.2 不同處理草地地上、地下生物量變化特征

0—10 cm土層中地下生物量高于10—20 cm土層，高幅達0.77—3.30 g·m-3，即地下生物量的85%以上分布在0—10 cm的土層中。人工草地隨建植年限增加，地上生物量先降低后持平的趨勢（圖1），其中2015年地上生物量顯著高于未退化高寒草甸、黑土灘退化草地、2012年人工草地（P＜0.05），其他處理間差異不顯著。地下生物量表現(xiàn)為未退化＞黑土灘＞人工草地，且不同建植年限的人工草地間差異不顯著。

2.3 不同處理草地土壤微生物量特征

對各草地不同土層土壤微生物量碳、氮、磷進行分析，0—10 cm土層的微生物量碳、氮、磷均高于10—20 cm土層（表2）。即在0—20 cm的土層中，54%以上的土壤微生物分布在0—10土層中，且未退化土壤微生物量碳、氮最高，均顯著高于其他草地（P＜0.05）。

圖1 不同處理之間植被地上（Ba）、地下生物量（Bu）變化Fig. 1 Changes of biomass above (Ba) and underground (Bu) vegetation among different treatments

不同建植年限的人工草地土壤微生物量碳，在0—10 cm土層中，2015年和2006年顯著低于2012年和2009年人工草地（P＜0.05），且與黑土灘差異不顯著；在 10—20 cm土層中，2012年顯著高于2015、2009、2006年人工草地（P＜0.05），與未退化差異不顯著。隨建植年限的增加，土壤微生物量碳呈現(xiàn)先增加后持平的趨勢。土壤微生物量氮不同土層的變化趨勢一致，均表現(xiàn)為 2009年微生物量達到最大值，顯著高于 2015和 2006年人工草地（P＜0.05）。0—10 cm土層中，2009年人工草地微生物量氮與黑土灘差異不顯著，且顯著低于未退化高寒草甸（P＜0.05），而在10—20 cm的土層中表現(xiàn)相反。不同土層的微生物量磷變化趨勢不一致。0—10 cm中，2012年土壤微生物量磷最高，顯著高于 2015、2009、2006年人工草地和黑土灘退化草地（P＜0.05），微生物量磷隨建植年限呈現(xiàn)“N”型變化趨勢；10—20 cm土層中，2012年土壤微生物量磷最大，顯著高于 2015、2009、2006年人工草地、未退化草甸和黑土灘（P＜0.05），其他草地差異不顯著，微生物量磷隨建植年限的增加出現(xiàn)先增加后持平的趨勢。

2.4 土壤微生物群落多樣性

Biolog-Eco法可以表征土壤微生物群落代謝活性，土壤微生物生長差異主要是碳源的利用不同造成的，在培養(yǎng)過程中利用土壤微生物對基質采取選擇性利用，從而表現(xiàn)為反應孔出現(xiàn)顏色差異。培養(yǎng)2—5 d，AWCD增長迅速，5 d后增長速率變緩，培養(yǎng)7 d趨于平緩（圖2）。各草地0—10 cm土層中AWCD顯著高于10—20 cm土層（P＜0.05）。培養(yǎng)第7天，0—10 cm土層中，2006年人工草地AWCD最大，與未退化草甸差異不顯著，而 2015年人工草地顯著小于 2012、2009、2006年建植的人工草地。在10—20 cm土層，AWCD值在2015年人工草地最低，顯著低于黑土灘（P＜0.05），其他草地未表現(xiàn)顯著差異，人工草地隨著建植年限的增加AWCD呈現(xiàn)增長的趨勢。

土壤微生物H及D指數(shù)是表征土壤微生物多樣性的指數(shù)。培養(yǎng)0—1 d，H指數(shù)和D指數(shù)增長迅速，2 d后增長速率變緩，培養(yǎng)6 d時H和D趨于平緩。各草地0—10 cm土層中H和D指數(shù)顯著高于10—20 cm（P＜0.05）。培養(yǎng)第7天，0—10 cm土層中2006年人工草地最高，顯著高于2015年人工草地（P＜0.05），其他處理間差異不顯著。10—20 cm土層中H和D指數(shù)均以2015年人工草地最低。人工草地隨建植年限的增加，H和D指數(shù)均呈現(xiàn)增長的趨勢。

2.5 不同處理草地土壤微生物對 6類碳源利用能力分析

Biolog-Eco由六大類碳源化學基團：糖類、氨基酸類、脂類、醇類、胺類和羧酸類組成。培養(yǎng)7 d，各草地0—10 cm土壤微生物對6大類碳源利用能力表現(xiàn)差異（圖3），羧酸類在2006年人工草地最高，顯著高于 2015、2009年人工草地和黑土灘（P＜0.05）；糖類、氨基酸、醇類及胺類相對利用率在各草地間差異不顯著；人工草地隨著建植年限的增加，對六類碳源的利用除醇類呈現(xiàn)無規(guī)律變化外，其余均呈“N”型變化趨勢。在10—20 cm的土層中，不同草地土壤微生物對糖類、脂類、醇類和胺類利用率差異均不顯著；對羧酸類的利用率在2006年人工草地最高，2015年人工草地最低，顯著低于其他草地（P＜0.05）；2015年人工草地對氨基酸的利用率最高，與黑土灘草地相比差異顯著（P＜0.05）；人工草地隨建植年限增加除氨基酸類和胺類“N”型變化，其他草地都呈現(xiàn)無規(guī)律的變化。

2.6 不同處理草地土壤微生物對31種碳源利用

用R 3.4.3對Biolog-Eco土壤微生物碳源利用功能進行分析，結果所示（圖4）：在0—10 cm和10—20 cm 土層中，A4、B3、B4、C1、D1、D2、D3、D4等碳源利用微生物在各草地均顯著富集；其他碳源 A2、A3、E3、B1、C2、C3、C4、E3、F4、F1碳源利用微生物在各草地間出現(xiàn)分異。非參數(shù)Anosim檢驗不同建植年限草地土壤微生物群落功能，結果顯示，在0—10 cm土層中不同草地對31種碳源利用存在小差異（R=0.2701，P=0.002）。單因素方差分析顯示差異主要來源同一碳源被各草地土壤微生物群落利用不同，造成差異的碳源有：單糖類（1種：H1），氨基酸（5種：A4、B4、D4、F4、E4），脂類（3種：B1、C1、A3），醇類（1種：D2），胺類（2種：G4、H4）、羧酸類（5種：B3、F2、D3、F3、G3）。在10—20 cm土層中不同草地對 31中碳源利用存在小差異（R=0.197，P=0.007），造成差異的碳源有：單糖類（3種B1、H1、F1），氨基酸（4種：A4、B4、D4、E4），脂類（3種：B1、C1、A3），醇類（1種：C2），胺類（1種：G4），羧酸類（5種：F2、E3、F3、G3、H3）。

表2 不同處理草地土壤微生物生物量碳、氮、磷垂直分布特征Table 2 Characteristics of vertical distribution of carbon, nitrogen and phosphorus in soil microbial biomass in different treatments

圖2 不同處理草地土壤微生物平均顏色變化率（AWCD）、Shannon指數(shù)（H）及Simpson指數(shù)（D）Fig. 2 Average color change rate (AWCD), Shannon (H) and Simpson index (D) of soil microorganisms under different treatments

圖3 不同處理草地土壤微生物對6類碳源利用率Fig. 3 Utilization rate of 6 types of carbon sources by soil microorganisms in different treatments of grassland

2.7 人工草地土壤微生物群落多樣性與微生物生物量、植被生物量相關性分析

土壤微生物平均顏色變化率（AWCD）與微生物生物量碳、氮呈顯著正相關，與地上生物量呈顯著負相關（P＜0.05）；多樣性指數(shù)H和優(yōu)勢度指數(shù)D與地下生物量，微生物生物量碳、氮、磷均呈正相關關系，而與地上生物量呈負相關（表3）。

3 討論

圖4 六類碳源Pathway富集分析氣泡圖Fig. 4 Pathway enrichment analysis bubble chart of six types of carbon source

表3 土壤微生物AWCD、H指數(shù)、D指數(shù)和地上、地下生物量，微生物生物量碳、氮、磷相關性系數(shù)Table 3 Correlation coefficients of soil microorganism AWCD, H index and D index with aboveground biomass, underground biomass, microbial biomass carbon, nitrogen and phosphorus

草地植被是衡量生態(tài)系統(tǒng)生長狀況和生產(chǎn)力的重要指標（劉思洋等，2019）。研究表明，植物受到“功能平衡”的影響，地上生物量和地下生物量呈顯著正相關，即無脅迫條件下禾草類地上生物量與地下生物量等速生長（滿欣雨等，2018）。本研究結果發(fā)現(xiàn)人工草地植被群落物種豐度和蓋度在建植5年后達到最大值，隨著建植年限增加地上生物量先降低后持平，地下生物出現(xiàn)相反的變化趨勢，其中 2012年人工草地物種豐富度及蓋度達到最大，地下生物量最高而地上生物量最低。張蕊等（2018）研究三江源未退化天然草地、退化草地及人工草地后發(fā)現(xiàn)，禾草類為主的人工草地低溫限制了根的生長和分解，導致根量累計較少，并且會隨著建植年限的增加出現(xiàn)降低的趨勢。本研究中地上和地下生物量出現(xiàn)相反的變化趨勢可能是人工草地二次退化的表現(xiàn)。尚占環(huán)等（2018）通過分析土壤養(yǎng)分，認為不同建植年限黑土灘人工草地短期內高產(chǎn)是以消耗地力為代價，隨建植年限延長、管理水平降低會使建植的草地出現(xiàn)二次退化；董全民等（2007）分析植被群落結構認為建植3—5 a的人工草地會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，在此之后人工草地出現(xiàn)二次退化；賀福全等（2019）研究CO2通量變化特征發(fā)現(xiàn)，人工草地在建植第 3年碳匯能力達到最大，5—6 a需要重新翻耕人工草地。另一方面在雜類草擴繁下人工草地群落結構發(fā)生改變，使種植的禾草逐漸失去競爭優(yōu)勢，植物群落結構由生產(chǎn)穩(wěn)定性向生態(tài)穩(wěn)定性轉化。其次人工草地根系短時間內周轉變快，景馨（2018）認為5年內翻耕、覆蓋加施肥組合恢復的農(nóng)藝措施顯著提高了根生產(chǎn)力、死亡量和現(xiàn)存量，增加了根系壽命，而大于5年以上的人工草地，可能在農(nóng)藝影響及管理水平下降的情況下，種植的禾草根系的周轉速率下降導致地下生物量降低。

土壤微生物生物量被稱為活的有機質，且對環(huán)境變化敏感，是草地生態(tài)系統(tǒng)敏感指標，其大小是判定土壤肥力高低及其變化的重要依據(jù)，可作為非穩(wěn)定性有機碳的指示器反應有效養(yǎng)分的狀況和生物活性的變化（Rui et al.，2011）。本研究結果表明：0—10 cm 微生物量碳、氮、磷土層顯著高于10—20 cm，這可能與地上腐殖質層有關，研究表明除沙地草原10—20 cm大于表層0—10 cm外，其他類型的草地土壤微生物生物量均隨土層加深而減少，而且植被和土壤是導致土壤微生物生物量在不同土層出現(xiàn)差異主要原因（張成霞等，2010）。另外，人工草地微生物生物量隨建植年限增加呈先增加后降低的趨勢，2012年人工草地微生物生物量碳、磷最高，2009年人工草地年微生物生物量氮最高，而 2006年人工草地微生物生物量碳、氮、磷均最低。認為 2012年人工草地處于從生產(chǎn)型到生態(tài)型的過度狀態(tài)，雜草與種植的禾草處于暫時的平衡，此時地下生物量達到最高值，為土壤微生物提供了較多的營養(yǎng)物質，因此微生物生物量碳、磷在2012年人工草地間出現(xiàn)最高值。楊剛等（2008）也認為不同植物根系的相互作用使根系在土壤中鑲嵌分布廣，根系密度增加，改善了土壤水分和養(yǎng)分的供應狀況，從而促進土壤微生物的大量活動，加快了土壤碳、氮等元素的循環(huán)過程。但是，隨著建植年限的增加土壤微生物生物量下降，2006年人工草地最低，分析其原因；一方面人工草地的退化在改變草地生物量碳密度分配格局，同時也限制草地土壤微生物量及其活動（張蕊等，2018）。另一方面，土壤微生物與地上植被類型、土壤理化性質、地形地貌、水熱條件和氣候因子緊密聯(lián)系，在土壤或植被因子持續(xù)發(fā)生變化時，土壤微生物群落結構變化（蔣永梅等，2017），導致微生物量的持續(xù)降低，尤其是退化的人工草地地上植被物種的增加，使微生物可分解利用物質發(fā)生改變，加之鼠兔等增多使排泄物增加，土壤微環(huán)境發(fā)生變化，由此導致土壤微生物區(qū)系發(fā)生相應變化，趨向于形成新的微生物群落結構的穩(wěn)定（尹亞麗等，2019）。

平均顏色變化率（AWCD）是表征土壤微生物的代謝活性，微生物群落對單一碳源利用的重要指標，該值越高表明微生物代謝活性越強（張瑞等，2013）。本研究結果表明，同一建植年限的人工草地0—10 cm土層的土壤微生物活性顯著高于10—20 cm土層的，群落結構和多樣性更加豐富，主要是0—10 cm土層中較10—20 cm土層有較多的根系存在，為微生物的生存提供了營養(yǎng)和空間條件，這與劉燕等（2019）的研究結果一致。Shi et al.（2018）也認為植物根系通過改變生活在植物根系附近的微生物，從而對根凋落物分解過程中涉及的多種土壤環(huán)境和微生物機制產(chǎn)生影響。在0—10 cm和10—20 cm土層中，2015年人工草地土壤微生物平均顏色變化率（AWCD）、H指數(shù)、D指數(shù)均最低，因為 2015年人工草地建植年限最短，受人工草地耕作方式的影響較大，姬艷艷等（2013）研究發(fā)現(xiàn)翻耕處理下土壤微生物群落的AWCD、多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)都顯著低于其他處理的農(nóng)地，這種傳統(tǒng)耕作方式對土壤擾動大，使土壤團粒結構和微生物區(qū)系發(fā)生改變。人工草地是在黑土灘型退化草地上翻耕建植，翻耕前黑土灘植被是以毒雜草為主的群落，可提供的有機質較少。有研究發(fā)現(xiàn)土壤中微生物的種類數(shù)量及其分布規(guī)律與植被密切相關（Buenemann et al.，2004）。而本研究不同建植年限人工草地AWCD、H指數(shù)、D指數(shù)均與地下生物量、微生物生物量碳、氮、磷相關，與地上生物量呈負相關。分析其原因，人工草地地上生物量越大，物種越是單一，因此凋落物就單一，土壤微生物的營養(yǎng)物質單一導致代謝活性和多樣性降低，這可能是人工草地退化的表現(xiàn)。

土壤碳源是影響土壤微生物群落動態(tài)的重要因素（趙輕舟等，2018），可根據(jù)土壤微生物對不同類型碳源的相對利用程度，反映微生物的代謝功能類群（張紅等，2014）。本研究中土壤微生物對不同類型的碳源相對利用率有差異，表明不同建植年限人工草地土壤微生物的主要功能代謝類群不同，且在0—10 cm和10—20 cm土層中，土壤微生物對碳源利用率變化趨勢不同，這與尹亞麗等（2018）的結果一致?？赡苁遣煌ㄖ材晗奕斯げ莸氐厣现脖蝗郝涮幱诓粩嗟淖兓?，微生物可選擇的有機質不同，導致微生物碳源利用偏好發(fā)生改變，但由于Biolog平板中所提供的碳源種類有限，所以植被如何影響并改變微生物碳源利用偏好有待進一步的研究。王蕊等（2019）用Biolog方法研究3種不同利用方式的土地，發(fā)現(xiàn)草地、耕地及林地對碳源利用偏好不同，草地對糖類、胺類和氨基酸類碳源的相對利用率均最高，對羧酸類和聚合物類碳源的相對利用率最低，這與本實驗中對照組未退化高寒草甸結果一致。而黑土灘和人工草地對氨基酸類、脂類、胺類利用最高，除此之外，黑土灘對脂類也表現(xiàn)較高的利用率，進一步碳源富集分析顯示，2015年人工草地與黑土灘退化草地對31種碳源利用差異顯著，而 2012年和黑土灘利用差異不顯著。究其原因，認為一方面與地上植被物種組成有關，2015年草地植被物種豐富度低且禾本科植物占比高，而黑土灘草地以冷蒿、黃帚橐吾和臭蒿等物種為主，有研究顯示這些植物含有有毒化感物質（平曉燕等，2018；任元丁等，2014），是否是這些有毒化感物質增加了黑土灘草地土壤微生物對脂類的利用還有待進一步研究。另一方面可能與植物的根系有關，根系分泌物能為土壤提供較為穩(wěn)定的碳源，2015年建植的人工草地地上植被生長旺盛，但土壤中根系分泌物和脫落物的種類和數(shù)量不穩(wěn)定，從而改變植株周圍的土壤微環(huán)境，并對土壤微生物產(chǎn)生不同的生態(tài)效應，導致不同的碳源利用偏好（譚紅妍等，2014），賈甜華（2019）以三江源未退化高寒草甸、披堿草人工草地、次生毒雜草草地為研究對象，發(fā)現(xiàn)次生毒雜草草地土壤微生物偏好利用脂類，認為毒雜草根系分泌物對土壤微生物影響更大，是導致碳源利用差異的主要原因。在植被生態(tài)修復過程中，植被的根系活力及其分泌物可能是影響植被的根本原因，后續(xù)的實驗將會深入研究植物根系及分泌物。

4 結論

對黑土灘退化草地進行人工恢復重建后，建植第2年植被地上物量較高，建植第5年地上生物量顯著降低，5—11 a趨于平穩(wěn)；人工建植第5年草地地下生物量最高，5 a后顯著降低，即建植5 a后人工草地植被趨于二次退化。土壤微生物生物量碳、氮、磷均隨草地建植年限的增加呈倒“V”型變化，即建植第5年人工草地土壤微生物處于旺盛生長期，建植5 a后草地微生物趨于衰退；土壤微生物群落多樣性隨建植年限的延長而增加，建植第2年人工草地與黑土灘草地土壤微生物對31種碳源利用差異顯著，建植第5年人工草地與黑土灘草地碳源利用差異不顯著，即建植5 a后人工草地土壤微生物功能結構向黑土灘發(fā)展。人工草地向黑土灘草地二次退化過程中，與草地植被相比，土壤微生物能更早地作出指示。