臧曉琳，張洪芹，王鑫朝，馬元丹，寶音陶格濤，高 巖，張汝民

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300；2.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010021）

放牧對(duì)冷蒿根際土壤微生物數(shù)量和群落功能多樣性的影響

臧曉琳1，張洪芹1，王鑫朝1，馬元丹1，寶音陶格濤2，高 巖1，張汝民1

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300；2.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010021）

為揭示放牧擾動(dòng)對(duì)內(nèi)蒙古典型草原植物冷蒿Artemisia frigida根際土壤微生物的影響，運(yùn)用平板計(jì)數(shù)法和Biolog-ECO板技術(shù)，對(duì)不同放牧強(qiáng)度［對(duì)照（ck），輕度放牧（LG），重度放牧（HG）］下冷蒿根際（ARS）和非根際（NRS）土壤微生物群落特征及其功能多樣性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：不同放牧強(qiáng)度下冷蒿根際土壤微生物數(shù)量均顯著高于非根際土壤（P＜0.05），土壤微生物均以細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)。Biolog分析顯示，土壤微生物群落代謝活性（AWCD）隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加，不同放牧強(qiáng)度處理后AWCD值差異顯著（P＜0.05），大小順序依次為L(zhǎng)G-ARS＞ck-ARS＞ck-NRS＞LG-NRS＞HG-ARS＞HG-NRS。土壤微生物群落Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)和豐富度指數(shù)的總體趨勢(shì)為ck-ARS和LG-ARS最高，ck-NRS，LG-NRS和HG-ARS次之，HG-NRS最低。不同放牧強(qiáng)度的土壤微生物對(duì)不同碳源利用強(qiáng)度存在較大差異（P＜0.05），其中LG-ARS利用率最高，HG-NRS利用率最低，糖類和氨基酸類碳源是各放牧強(qiáng)度下土壤微生物的主要碳源。聚合物類和氨基酸類碳源在主成分分離中發(fā)揮了主要貢獻(xiàn)作用?？傊?，放牧處理能夠降低土壤微生物群落多樣性，但冷蒿根際微生物種群密度和群落多樣性均高于非根際，說(shuō)明冷蒿生長(zhǎng)能夠提高土壤微生物群落功能多樣性，削弱放牧干擾；冷蒿根際豐富的土壤微生物有利于改善土壤微生態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)冷蒿生長(zhǎng)，使它們成為草場(chǎng)退化的阻擊者。圖3表3參39

植物學(xué)；Biolog-ECO板；微生物功能多樣性；放牧；冷蒿；土壤微生物

放牧是草地的主要利用方式之一，主要通過(guò)牲畜的采食、踐踏、臥息和排泄糞便等方式對(duì)地表植被、土壤養(yǎng)分以及土壤微生物產(chǎn)生影響［1］。土壤微生物在有機(jī)質(zhì)的分解、養(yǎng)分循環(huán)與轉(zhuǎn)化等方面具有重要作用［2］，其數(shù)量和群落功能多樣性能夠在一定程度上指示土壤質(zhì)量及其可持續(xù)利用性［3］。研究放牧與土壤微生物的關(guān)系，有助于揭示過(guò)度放牧導(dǎo)致草場(chǎng)沙漠化的機(jī)制。根際是植物、土壤、微生物之間進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的關(guān)鍵區(qū)域，是植物和土壤相互作用的重要界面，諸多學(xué)者對(duì)植物根際與非根際土壤的養(yǎng)分、微生物數(shù)量及群落組成的差異性開(kāi)展了大量的研究［4－7］。邱權(quán)等［8］綜合比較了4種人工灌木叢根際和非根際土壤的特性，發(fā)現(xiàn)土壤酶活性和微生物數(shù)量呈現(xiàn)出根際高于非根際；對(duì)寧夏寧南山區(qū)豬毛蒿Artemisia scoparia，百里香Thymus mongolicus等9種典型植物［9］和內(nèi)蒙古羊草Leymus chinensis，大針茅Stipa grandis和冷蒿Artemisia frigida等典型植物［10］進(jìn)行研究，表明大多數(shù)植物的根際土壤微生物數(shù)量、活性及多樣性等均高于非根際土壤，是由于植物物種差異所引起。冷蒿是菊科Compositae蒿屬Artemisia植物，多年生小半灌木，是退化草場(chǎng)的典型植物，具有強(qiáng)烈的耐牧生存能力，高強(qiáng)度放牧干擾后仍能夠生長(zhǎng)繁殖并維持一定的生產(chǎn)力，這與其自身的生物學(xué)特性［11］及根系代謝產(chǎn)物［12］對(duì)土壤微環(huán)境的調(diào)控密切相關(guān)。目前，關(guān)于放牧干擾對(duì)冷蒿根際土壤微生物群落多樣性影響的研究尚未報(bào)道。本研究擬采用微生物傳統(tǒng)培養(yǎng)法和Biolog-ECO板技術(shù)，對(duì)不同放牧強(qiáng)度下冷蒿根際土壤化學(xué)性質(zhì)、微生物數(shù)量及其群落功能多樣性進(jìn)行研究，分析冷蒿根際土壤微生物數(shù)量及代謝功能多樣性對(duì)放牧干擾的響應(yīng)，探討冷蒿耐牧性與土壤微生物群落多樣性之間的關(guān)系，為揭示冷蒿成為草場(chǎng)退化阻擊者提供土壤生態(tài)學(xué)方面的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

本研究依托內(nèi)蒙古錫林浩特市毛登牧場(chǎng)（內(nèi)蒙古大學(xué)草地生態(tài)學(xué)研究基地）進(jìn)行，其地理位置為44° 10′02.4″N，116°28′56.8″E，海拔1 160 m，屬半干旱大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季在一定程度上受海洋季風(fēng)氣候影響。全年平均氣溫為－0.4℃，最冷月（1月）平均氣溫－22.3℃，最熱月（7月）平均氣溫18.8℃，≥0℃年積溫為2 410℃，≥10℃積溫為1 597.9℃，無(wú)霜期91 d，草場(chǎng)植物生長(zhǎng)期為150 d左右。全年平均降水量為365.6 mm，集中于6－9月，占年降水量的80%左右，但年度間的變幅較大，多雨和少雨的年份降水量相差1倍以上。該地雨熱同期，有利于植物的生長(zhǎng)，土壤為栗鈣土。本研究區(qū)域主要草原植物為羊草，糙隱子草Cleistogenes squarrosa，克氏針茅Stipa krylovii，大針茅，防風(fēng)Saposhnikovia divaricata，冷蒿，瓣蕊唐松草Thalictrum petaloideum，阿爾泰狗哇花Heteropappus altaicus等。

1.2 樣地設(shè)置及土樣采集

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 于2012年5月至2014年7月連續(xù)2 a對(duì)草場(chǎng)進(jìn)行不同放牧強(qiáng)度處理，每年放牧?xí)r間為5－9月。試驗(yàn)按照放牧強(qiáng)度設(shè)置不放牧為對(duì)照（ck），5月和7月每月21日放牧1 d為輕度放牧（light grazing，LG），5－9月每月21日放牧1 d為重度放牧（heavy grazing，HG），3個(gè)處理；受天氣因素的影響，每次放牧?xí)r間延后。分別設(shè)置重復(fù)3個(gè)·處理－1，面積為33.3 m×33.3 m·小區(qū)－1。試驗(yàn)用羊?yàn)楫?dāng)年生烏珠穆沁羊Capra hircus ‘Ujimqin’，各個(gè)放牧季節(jié)羊放牧率為6只·小區(qū)－1。

1.2.3 微生物分離與記數(shù) 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量（colony forming units，cfu）用稀釋平板法分離計(jì)數(shù)。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基；真菌采用馬丁培養(yǎng)基；放線菌采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基，30℃恒溫培養(yǎng)，細(xì)菌培養(yǎng)1 d后計(jì)數(shù)，真菌、放線菌培養(yǎng)3 d后計(jì)數(shù)。

1.2.4 微生物代謝功能多樣性測(cè)定 土壤微生物代謝功能多樣性采用Biolog-ECO板方法進(jìn)行分析。稱取新鮮土樣1 g于9 mL磷酸緩沖液中，在搖床上震蕩30 min，在接種前按10倍稀釋法制成10-4土壤稀釋液，使用8通道移液器，從V型槽中吸取150 μL稀釋液至ECO板的微孔中，接種后的板置于30℃恒溫培養(yǎng)，每隔24 h在Biolog讀板儀上用Biolog Reader 4.2軟件（Biolog，Hayward，CA，美國(guó)）讀取590 nm波長(zhǎng)的吸光度D（590），培養(yǎng)時(shí)間為168 h。

1.3 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

測(cè)定參照魯如坤［13］的土壤農(nóng)化分析方法進(jìn)行。有機(jī)質(zhì)（organic matter，OM）采用重鉻酸鉀容量法；全氮（total nitrogen，TN）采用半微量凱氏定氮法；堿解氮（hydrolysis nitrogen，HN）采用堿解擴(kuò)散法；全磷（total phosphorus，TP）采用氫氧化鈉堿溶-鉬銻抗比色法；速效磷（available phosphorus，AP）采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法；全鉀（total potassium，TK）采用氫氧化鈉堿溶-火焰光度法；速效鉀（available potassium，AK）采用乙酸氨浸提-火焰光度法；pH值采用酸度計(jì)法，土壤懸液為水土比為m（水）∶m（土）＝5∶1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

土壤微生物群落利用碳源的整體能力（即代謝活性）用平均孔顏色變化率（average well color development，AWCD）表示。 AWCD=［∑（Ci–R）］/n，其中：Ci為測(cè)定的31個(gè)碳源孔吸光值，R為對(duì)照孔吸光值，n為碳源數(shù)目。土壤微生物群落功能多樣性采用Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、豐富度指數(shù)和McIntosh指數(shù)進(jìn)行分析。

所有的數(shù)據(jù)均為5次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，利用Origin 8軟件（美國(guó)Origin Lab公司）對(duì)96 h的AWCD值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。統(tǒng)計(jì)方法采用單因素方差分析（one-way ANOVA）進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行Fisher最小顯著差數(shù)法（LSD）多重比較（P＜0.05）。采用雙因素方差分析（two-way ANOVA）分析土壤×放牧處理之間相互作用的影響，利用SPSS 16.0進(jìn)行主成分分析［14］。

(2)學(xué)訓(xùn)交替。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)和“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式，課程教學(xué)以項(xiàng)目任務(wù)為主線，充分利用校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地。以學(xué)生為中心、項(xiàng)目為載體，項(xiàng)目任務(wù)完成即教學(xué)內(nèi)容完成，項(xiàng)目任務(wù)分析探討過(guò)程即技術(shù)研討、知識(shí)傳授的過(guò)程。使用與企業(yè)一致的工具、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)及組織模式，以及來(lái)自企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目，使校內(nèi)實(shí)訓(xùn)室類似企業(yè)研發(fā)中心，實(shí)訓(xùn)過(guò)程類似實(shí)戰(zhàn)過(guò)程。將真實(shí)項(xiàng)目用于教學(xué)/實(shí)訓(xùn)，促進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力的形成，即學(xué)生從“新手”到“熟手”到“能手”的技能轉(zhuǎn)變。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同放牧強(qiáng)度下土壤部分化學(xué)性質(zhì)的變化

由表1可知：放牧對(duì)2種土壤中的有機(jī)質(zhì)、全磷、堿解氮、速效鉀和pH值具有極顯著影響，對(duì)全氮和全鉀具有顯著影響。放牧特別是重度放牧后，NRS土壤中各養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著增加，pH值顯著下降；ARS土壤中有機(jī)質(zhì)和其他養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著增加，重度放牧后，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷和速效鉀與對(duì)照相比分別增加20.0%，29.1%，17.7%，13.0%，3.4%和6.7%，但pH值顯著降低，重度放牧后呈弱堿性；相同放牧處理下ARS土壤各養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于NRS土壤，pH值明顯低于NRS土壤。

2.2 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物的組成

不同放牧強(qiáng)度下2類土壤中微生物的總量、主要類群數(shù)量差異顯著（圖1），微生物總量以LG-ARS和ck-ARS最高，分別為24.6×106個(gè)（cfu）·g－1和20.4×106個(gè)（cfu）·g－1，顯著高于其他處理組。三大類異養(yǎng)微生物數(shù)量在各土壤微生物組成中均以細(xì)菌類群占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但細(xì)菌、真菌、放線菌間的組成比例差異較大，其中細(xì)菌占微生物總數(shù)88%~95%，放線菌其次，占微生物總數(shù)的3%~12%，真菌最少。放牧后NRS土壤中細(xì)菌、真菌數(shù)量顯著下降，而ARS土壤中真菌數(shù)量增加顯著，且顯著高于NRS，細(xì)菌數(shù)量在輕度放牧后顯著增加，重度放牧后下降。

表1 不同放牧強(qiáng)度下土壤化學(xué)性質(zhì)Table 1 Soil chemical properties under different grazing intensity

2.3 土壤微生物群落代謝活性的變化

圖2為土壤微生物群落代謝活性（AWCD）隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線：在培養(yǎng)初始的24 h內(nèi)土壤微生物活性較低，24 h后AWCD值快速增長(zhǎng)，168 h時(shí)各處理的AWCD值均達(dá)到最大，利用碳源能力的順序?yàn)長(zhǎng)GARS＞ck-ARS＞ck-NRS＞LG-NRS＞HG-ARS＞HG-NRS，平均值分別為 0.999，0.918，0.861，0.769，0.695，0.310；相同牧壓下ARS土壤微生物的AWCD值均顯著高于NRS，對(duì)照、輕度和重度放牧后AWCD值分別是NRS的1.07倍、1.30倍和2.24倍。

2.4 土壤微生物對(duì)不同類型碳源利用強(qiáng)度分析

圖1 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物種群密度Figure1 Soil microbial population density under different grazing intensity

圖2 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物群落AWCD隨培養(yǎng)時(shí)間的變化Figure 2 AWCDchanges with incubation time of soil microbial under different grazing intensity

表2 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物群落對(duì)6類碳源的利用（96 h）Table 2 Effect of soil microbial on the ability to utilize six types carbon source under different grazing intensity（96 h）

放牧強(qiáng)度不同，土壤微生物對(duì)不同種類碳源利用強(qiáng)度存在顯著差異（表2）；冷蒿根際土壤中，輕度放牧可增加微生物對(duì)不同種類碳源的利用能力，碳源代謝的優(yōu)勢(shì)群落與對(duì)照相同，依次為糖類＞氨基酸＞羧酸＞聚合物＞胺類＞酚酸代謝群落，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；重度放牧后，微生物對(duì)各類碳源的利用率顯著下降，優(yōu)勢(shì)群落發(fā)生改變；冷蒿非根際土壤中，放牧強(qiáng)度增強(qiáng)，土壤微生物對(duì)不同種類碳源利用率變化較大，未顯示一定的規(guī)律性，土壤微生物群落功能多樣性變化很大，不穩(wěn)定。

2.5 土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)分析

隨放牧強(qiáng)度的增加，冷蒿根際和非根際土壤微生物的4種指數(shù)均顯著降低（表3）。Shannon指數(shù)和碳源利用豐富度指數(shù)表明放牧降低微生物群落功能多樣性，減少碳源的利用數(shù)目，而冷蒿根際土壤微生物種類多且較均勻，利用的碳源數(shù)量較多；冷蒿根際土壤的Simpson指數(shù)顯著高于非冷蒿根際，表明冷蒿能夠顯著提高優(yōu)勢(shì)菌的數(shù)量，削弱放牧對(duì)常見(jiàn)微生物物種的不良影響；LG-ARS和HG-ARS的McIntosh指數(shù)顯著高于LG-NRS和HG-NRS，說(shuō)明LG-ARS和HG-ARS的土壤微生物種類更為豐富，碳源利用程度較高；重度放牧后McIntosh指數(shù)最低，表明過(guò)度放牧?xí)档屯寥牢⑸锓N類豐富度和碳源利用程度。

表3 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)比較（96 h）Table 3 Functional diversity indices for soil microbial community under different grazing intensity（96 h）

2.6 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物碳源利用的主成分分析

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)培養(yǎng)96 h測(cè)定的AWCD數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到2個(gè)與土壤微生物利用碳源多樣性相關(guān)的主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到69.3%。其中第1主成分（PC1）的方差貢獻(xiàn)率為52.1%，權(quán)重最大，第2主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為17.2%。因其他主成分貢獻(xiàn)率較小，因此只用PC1和PC2得分作圖來(lái)表征微生物群落碳源代謝特征（圖3）。由圖3可知：不同處理在PC軸上出現(xiàn)明顯的分布差異，HG-ARS位于PC1負(fù)方向，得分系數(shù)為-0.308，其他處理均位于PC1正方向，得分系數(shù)為0.160~1.030；HG-NRS位于PC2負(fù)方向，得分系數(shù)為－0.357，其他處理位于PC2正方向，得分系數(shù)范圍為0.300~0.950?？梢?jiàn)，提取的2個(gè)主成分基本上能夠區(qū)分不同放牧強(qiáng)度ARS和NRS土壤類別的微生物群落功能多樣性。另外，將主成分PC1和PC2的得分系數(shù)與31種單一碳源做相關(guān)性分析，其中與PC1相關(guān)的碳源有16種，其中11個(gè)呈負(fù)相關(guān)，主要是糖類、羧酸類和聚合物，肝糖與PC1顯著負(fù)相關(guān)；5個(gè)呈正相關(guān)，主要是氨基酸類和胺類。與PC2相關(guān)的碳源有17種，其中15種呈正相關(guān)，主要是糖類和羧酸類碳源，L-苯丙氨酸與其相關(guān)性顯著?？梢?jiàn)羧酸類和氨基酸類碳源在主成分分離中具有主要貢獻(xiàn)作用。

圖3 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物碳源利用類型的主成分分析Figure 3 Principal components for carbon utilization of soil microbial communities under different grazing intensity

3 討論

3.1 放牧對(duì)冷蒿根際土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是土壤健康狀況的重要指標(biāo)，放牧對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、元素循環(huán)產(chǎn)生影響。對(duì)中國(guó)西藏高原高山草甸［15］、科爾沁沙漠化草地［16］、松嫩平原羊草草甸［17］和玉樹(shù)隆寶灘地區(qū)高寒草甸［18］的研究中均發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在放牧后顯著降低，但是REEDER等［19］和WIENHOLD等［20］的研究結(jié)果與之相反，認(rèn)為放牧能夠增加土壤中的有機(jī)質(zhì)等。安慧等［21］認(rèn)為放牧過(guò)程動(dòng)物通過(guò)糞便將消耗的植物養(yǎng)分大部分返還到土壤中，增加土壤碳氮輸入，使有機(jī)質(zhì)、氮素和速效鉀、速效磷等增加。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果相似，放牧后土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀和速效磷等增加，土壤pH值下降。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)冷蒿根際土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀等養(yǎng)分顯著高于非根際，而土壤的pH值顯著低于非根際（P＜0.05），冷蒿的生長(zhǎng)能夠有效改善土壤健康狀況，降低放牧對(duì)土壤的擾動(dòng)，可能是由于冷蒿的生物量、蓋度、根莖比與牧壓成正比［22］，較大的根莖比增加了碳素等向地下的分配量［23］，使得土壤中各化學(xué)組分的量增加；根系分泌大量的酸性物質(zhì)［12］，降低土壤pH值的同時(shí)增加各種元素的可溶性和可被利用性。

3.2 放牧對(duì)冷蒿根際土壤微生物數(shù)量的影響

關(guān)于放牧對(duì)草原土壤微生物影響的研究很多，但結(jié)果不一致。WANG等［24］在美國(guó)佛羅里達(dá)州一草地的研究結(jié)果表明，放牧草地土壤微生物數(shù)量顯著高于未放牧草地，停止放牧微生物數(shù)量也隨之下降；BARDGETT等［25］研究表明：放牧能增加高原草地土壤的微生物量。有更多研究認(rèn)為，適度放牧有助于土壤微生物數(shù)量的增加，過(guò)度放牧則會(huì)導(dǎo)致微生物數(shù)量顯著降低［26］。與此類研究結(jié)果不同，本研究中放牧干擾降低了非根際土壤微生物數(shù)量，但冷蒿的生長(zhǎng)卻使土壤微生物數(shù)量在放牧后顯著升高，并且相同放牧強(qiáng)度下，冷蒿根際微生物的數(shù)量均高于非根際（圖1）。表明冷蒿的生長(zhǎng)能夠降低放牧對(duì)土壤微生物產(chǎn)生的干擾，使土壤微生物能夠較正常的生長(zhǎng)繁殖，這可能是冷蒿在放牧后較其他草原植物仍能生長(zhǎng)良好引起的。冷蒿被動(dòng)物踐踏破壞頂端優(yōu)勢(shì)后，其半匍匐型枝條生成不定根進(jìn)行克隆生長(zhǎng)［22,27］，其發(fā)達(dá)的根系及豐富的根系分泌物能夠?yàn)橥寥牢⑸锾峁┴S富的生長(zhǎng)基質(zhì)和有利的生存環(huán)境，豐富了土壤微生物的能量來(lái)源。另外，冷蒿地上莖葉部分常釋放出具有抑制動(dòng)物采食、其他牧草種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和繁衍能力的揮發(fā)性物質(zhì)，增強(qiáng)冷蒿的生存競(jìng)爭(zhēng)力［28－29］，這些特性為構(gòu)建穩(wěn)定土壤生態(tài)群落提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。冷蒿的良好生長(zhǎng)為土壤微生物提供了良好的生存環(huán)境以及豐富的碳源，而對(duì)非根際土壤微生物來(lái)說(shuō)土壤微環(huán)境破壞嚴(yán)重且可用的碳源較少而不能大量繁殖。本研究表明：土壤微生物量與冷蒿的有無(wú)具有密切關(guān)系，冷蒿能夠?yàn)槲⑸锾峁┫鄬?duì)穩(wěn)定的微生態(tài)環(huán)境以及相對(duì)豐富的土壤養(yǎng)分，降低放牧對(duì)土壤的擾動(dòng)，使土壤微生物量顯著升高。

3.3 放牧對(duì)冷蒿根際土壤微生物群落功能多樣性的影響

本試驗(yàn)采用Biolog-ECO板技術(shù)對(duì)內(nèi)蒙古典型草原不同放牧強(qiáng)度下冷蒿根際和非根際土壤微生物功能多樣性進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示放牧后土壤微生物活性、4種微生物多樣性指數(shù)及碳源利用能力均顯著下降。導(dǎo)致微生物群落功能多樣性下降的可能原因是放牧改變了地表植被多樣性，使輸入地下的植物殘?bào)w、根系分泌物成分改變，加之牧畜踐踏增強(qiáng)對(duì)土壤團(tuán)聚體及地表的破壞，改變了土壤結(jié)構(gòu)，使土壤微生物生境改變，從而影響土壤微生物的活性及群落多樣性。當(dāng)前，諸多研究證明草地利用、管理?xiàng)l件和植被類型的變化能顯著改變土壤微生物群落組成、活性及功能多樣性［30］。張海芳等［31］對(duì)內(nèi)蒙古貝加爾針茅草原在放牧、刈割和圍封等3種不同利用方式下土壤微生物功能多樣性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)放牧后土壤微生物代謝活性降低，但功能多樣性增強(qiáng)；刈割與放牧方式下微生物群落碳源利用情況及代謝功能相似，而圍封土壤微生物群落代謝活性最高，碳源利用模式及代謝強(qiáng)度也不同于放牧和刈割。李玉潔等［32］認(rèn)為隨著休牧年限增加，貝加爾針茅草原土壤微生物的代謝功能增強(qiáng)，數(shù)量增大；畢江濤等［33］研究荒漠草原5種不同植被類型土壤微生物活性、主要利用碳源類型、群落功能多樣性均存在顯著差異?？梢?jiàn)，植物根際土壤微生物多樣性不僅隨著利用方式改變，還隨著植物類型改變，具有很強(qiáng)的植物種的特異性。

本研究還發(fā)現(xiàn)：不同放牧強(qiáng)度處理下冷蒿根際土壤微生物活性、碳源利用能力及功能多樣性等都高于非根際土壤。主成分分析表明：對(duì)照和輕度放牧后冷蒿根際與非冷蒿根際土壤差異不顯著，重度放牧后兩者差異顯著，羧酸類和氨基酸類碳源在分異中起重要作用，植被類型和多樣性的改變影響微生物的碳源利用，尤其體現(xiàn)在對(duì)這兩類碳源的利用上［34－35］。其中羧酸類和氨基酸類碳源是根系分泌物的主要成分，分別與植物抗脅迫和土壤養(yǎng)分有效性有關(guān)［36］。根際土壤與非根際土壤微生物之間的差異與植物凋落物和根系分泌物息息相關(guān)，植物凋落物和根系分泌物是土壤微生物生長(zhǎng)基質(zhì)和有利環(huán)境的提供者。而不同植物的凋落物和根系分泌物化學(xué)組分差異很大［37］，是植被類型影響土壤微生物活性及功能類群的主要推進(jìn)力量［38］。王納納等［10］對(duì)內(nèi)蒙古草原典型植物對(duì)土壤微生物群落影響的研究發(fā)現(xiàn)，植物不同土壤微生物群落組成不同，并且土壤微生物群落結(jié)構(gòu)在根際和非根際間的差異大于不同物種間的差異，說(shuō)明植物根際和非根際土壤性質(zhì)和微生物群落功能多樣性存在巨大不同。楊陽(yáng)等［7］對(duì)寧夏荒漠草原不同植物根際與非根際微生物量分布特征的研究也發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)芒草Stipa bungeana，蒙古冰草Agropyron mongolicum，甘草Glycyrrhiza uralensis等6種地帶性優(yōu)勢(shì)植物根際土壤微生物量顯著高于非根際土壤。滕應(yīng)等［39］發(fā)現(xiàn)礦區(qū)土壤根際微生物數(shù)量、群落功能多樣性、碳源利用類型及群落結(jié)構(gòu)因種植牧草種類不同而發(fā)生相應(yīng)變化，且根際土壤微生物代謝活性均顯著高于非根際土壤。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明：放牧處理后，在冷蒿根際和非根際土壤化學(xué)性質(zhì)、微生物量、群落結(jié)構(gòu)和代謝功能上存在不同程度的差異。冷蒿根際土壤微生物量、代謝活性、碳源利用能力和多樣性指數(shù)均高于非根際。LG-ARS微生物代謝活性最高，ck-ARS微生物多樣性指數(shù)最高，對(duì)31種碳源利用最強(qiáng)，而HGNRS微生物多樣性指數(shù)均最低。冷蒿根際土壤微生物優(yōu)勢(shì)代謝群落為糖類、氨基酸類和羧酸類，相對(duì)穩(wěn)定，而非根際優(yōu)勢(shì)代謝群落變化較大，不穩(wěn)定。放牧處理后，冷蒿根際土壤pH值均低于pH 8.0，土壤養(yǎng)分均高于非根際?？傊?，冷蒿的 “純植株叢”生長(zhǎng)方式能夠改善土壤微環(huán)境，增加其根際土壤微生物群落功能多樣性，從而增強(qiáng)抵抗放牧脅迫的能力，成為草場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)群落。

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Effect on functional diversity of Artemisia frigida rhizosphere soil microbial community with grazing

ZANG Xiaolin1,ZHANG Hongqin1,WANG Xinzhao1,MA Yuandan1,Baoyintaogetao2, GAO Yan1,ZHANG Rumin1
（1.The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.College of Life Science,Inner Mongolia University,Huhhot 010021,Inner Mongolia, China）

To understand the response mechanism of soil microbial biomass in the rhizosphere soil of Artemisia frigida,we measured the functional diversity of Artemisia frigida rhizosphere （ARS）and non-rhizosphere soil（NRS）microbial community under three levels （no,light and heavy）of manipulative grazing conditions using the Biolog EcoPlate analysis.Results showed that with different grazing intensities,the soil microbial population of ARS was significantly greater than NRS（P＜0.05）with bacteria playing a dominant role in all soil microbial species accounting for 88%－97%.The average well color development（AWCD）,directly reflecting microbial activity and functional diversity,increased over time;whereas,AWCD for the two soil types significantly changed（P＜0.05）along with increased grazing intensity such that:LG-ARS＞ck-ARS＞ck-NRS＞LG-NRS＞HG-ARS＞HG-NRS.The Simpson,Shannon-Wiener,richness,and McIntosh indexes of ck-ARS were all higher （P＜0.05）than HG-NRS,and for ARS,population density and diversity of microbial communities were higher（P＜0.05）than NRS.The PCA was used to obtain two principal components related to soil microbial biomass utilization and that explained separately 52.1% （PC1）and 17.2% （PC2）.The carbon carboxylic and amino acid play a major role in the separation of principal components.Thus,A.frigida growth could increase diversity of the soil microbial community,weaken grazing disturbances,improve the soil microecology,and prevent degradation of the grasslands.［Ch,3 fig.3 tab.39 ref.］

botany;Biolog-ECO plate;microbial community functional diversity;grazing;Artemisia frigida;soil microorganism

S718.5；S154.3

A

2095-0756（2017）01-0086-10

2016-01-15；

2016-04-01

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31270756,31470704）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）項(xiàng)目（2014CB138805）； “十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAC07B01）

臧曉琳，從事植物生理生態(tài)與土壤生態(tài)學(xué)研究。E-mail:1927172754@qq.com。通信作者：高巖，教授，博士，從事植物生理生態(tài)與土壤生態(tài)學(xué)等研究。E-mail:gaoyan1960@sohu.com

浙 江 農(nóng) 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)，2017，34（1）：96-103

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.014