王鑫朝，韓一林，李 美，王小東，汪俊宇，馬元丹，寶音陶格濤，高 巖，張汝民

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，浙江 臨安 311300；2.國家林業(yè)局 竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州 310012；3.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010021）

放牧對冷蒿根際土壤微生物量碳、氮和土壤呼吸的影響

王鑫朝1，韓一林2，李 美1，王小東1，汪俊宇1，馬元丹1，寶音陶格濤3，高 巖1，張汝民1

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，浙江 臨安 311300；2.國家林業(yè)局 竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州 310012；3.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010021）

為揭示放牧擾動對冷蒿Artemisia frigida根際土壤微生物量碳（MBC），微生物量氮（MBN）和基礎(chǔ)呼吸等的影響，以內(nèi)蒙古典型草原為對象，采用氯仿熏蒸浸提法和LI-7000 CO2/H2O分析儀，對輕度（LG）和重度（HG）放牧處理后的冷蒿根際土壤進(jìn)行了MBC，MBN和基礎(chǔ)呼吸及其相關(guān)性等研究。結(jié)果表明：隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤MBC，MBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)和基礎(chǔ)呼吸速率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而且根際土壤值均高于非根際土壤，根際與非根際土壤中微生物量氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加幅度高于微生物量碳；冷蒿根際土壤中MBC，MBN和基礎(chǔ)呼吸速率與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀呈顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）正相關(guān)。這些土壤養(yǎng)分是影響MBC和MBN等的主要因素。表明放牧處理改變了冷蒿根際土壤中微生物量碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)及基礎(chǔ)呼吸速率，輕度放牧能夠促使冷蒿根際土壤微生物量和微生物基礎(chǔ)呼吸速率顯著增加，冷蒿根際能夠緩解重度放牧對土壤微生物造成的影響。圖4表3參35

土壤學(xué)；微生物量碳；微生物量氮；基礎(chǔ)呼吸；放牧強(qiáng)度；冷蒿

Abstract:Artemisia frigida is a common plant,especially in degraded grasslands,on the Inner Mongolian steppes.To reveal the effects of grazing disturbance on soil microorganisms of the A.frigida rhizosphere,soil microbial biomass carbon （MBC）,microbial biomass nitrogen （MBN）,and basal respiration and correlation were discussed,by the chloroform fumigation extraction method and the LI-7000 CO2/H2O system.Rhizosphere soil of A.frigida （ARS） and non-rhizosphere soil（NRS） under three grazing intensities,no grazing （CK） plot,light grazing （LG）plot,heavy grazing （HG）plot,were chosen as experimental sites in the Inner Mongolian steppes.Results showed that compared with the control group,the soil microbial biomass carbon,nitrogen and basal respiration after light grazing treatment increased by 22.7%,45.0%,17.2%,respectively.These bio-indicators in A.frigida rhizosphere soil were higher than non-rhizosphere soil of A.frigida （P＜0.05）.Also,the increasing rate of MBN in rhizosphere and non-rhizosphere soil was higher than that of MBC.In the rhizospheresoil of Artemisia frigida,MBC had a positive correlation with organic matter （r=0.737）,total N （r=0.798）,available N （r=0.945）,and total K （r=0.697）.The MBN had a positive correlation with organic matter （r=0.906）,total N （r=0.915）,available N （r=0.937）,and total K （r=0.691）.The basal respiration had a positive correlation with organic matter （r=0.507）,total N （r=0.446）,available N （r=0.805）,and total K （r=0.898）.The light grazing treatment can contribute to a increase to microbial biomass and basal respiration rate.This study provided a theoretical basis for further exploring of ways that A.frigida could help resist grassland degradation. ［Ch,4 fig.3 tab.35 ref.］

Key words:soil science;microbial biomass carbon;microbial biomass nitrogen;basal respiration;grazing intensity;Artemisia frigida

內(nèi)蒙古典型草原是中國北部地區(qū)重要的生態(tài)屏障，其功能的正常發(fā)揮對維持區(qū)域及全球性生態(tài)系統(tǒng)平衡具有極其重要的作用。近年來，由于長期過度放牧、刈割等人類活動的強(qiáng)烈干擾，草原生態(tài)環(huán)境惡化，初級生產(chǎn)力和生物多樣性不斷下降，草原退化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重［1］。土壤微生物是草原生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動的主要參與者，在調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分循環(huán)、物質(zhì)代謝、凋落物降解等方面起著重要作用［2］。土壤中微生物量越高，土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度越高，一定程度上反應(yīng)該生態(tài)系統(tǒng)具有越強(qiáng)的物質(zhì)循環(huán)能力和促進(jìn)植被生長發(fā)育的能力［3］。趙彤等［4］研究發(fā)現(xiàn)：黃土丘陵區(qū)草地土壤微生物量碳、氮含量均高于人工灌木林、人工喬木林和農(nóng)地。而在草地研究中發(fā)現(xiàn)，線葉菊Filifolium sibiricum草場的土壤微生物量碳、氮含量顯著高于羊草Leymus chinensis草場、貝加爾針茅Stipa baicalensis草場、大針茅S.grandis草場和克氏針茅S.krylovii草場［5］。吳永勝等［6］研究發(fā)現(xiàn)：土壤微生物量碳含量隨著草地退化程度增加而減少，而且在夏季高于春季和冬季。曹淑寶等［7］對草甸草原短期放牧處理后，發(fā)現(xiàn)輕度放牧增加了土壤微生物量碳、氮含量。土壤呼吸反映了土壤氧化和轉(zhuǎn)化能力，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的主要動力，是土壤中碳素以二氧化碳的形式返還大氣的主要輸出途徑。胡誠等［8］對不同施肥管理措施下的土壤研究發(fā)現(xiàn)：有益微生物（effective microorganism，EM）菌液堆肥處理的土壤基礎(chǔ)呼吸最高，土壤呼吸與土壤微生物量碳含量呈顯著正相關(guān)。李香真等［9］對蒙古高原草原研究發(fā)現(xiàn)：草甸草原土壤呼吸最高，土壤呼吸與降水量呈顯著正相關(guān)。李國輝等［10］研究發(fā)現(xiàn)：冷蒿Artemisia frigida等7種植物的根際土壤微生物量和基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度均明顯高于非根際土壤。冷蒿為菊科Compositae蒿屬Artemisia的小半灌木，根系與不定根發(fā)達(dá)，可形成水平盤狀根系，進(jìn)而植株以 “純植株”叢分布。冷蒿耐牧性強(qiáng)，廣泛分布于中國天然草場中，尤其是在退化草場中優(yōu)勢明顯，被認(rèn)為是過度放牧引起的退化草地的指示植物。冷蒿對草場的退化具有一定的阻擊作用，并且是退化草原群落在恢復(fù)演替過程中重要的過渡者［11］。近年來，對冷蒿的研究主要集中于莖葉浸提液的化感作用［12］、對機(jī)械損傷的響應(yīng)［13－14］、對低磷環(huán)境的響應(yīng)［15］、根際土壤營養(yǎng)元素［16］、根際微生物區(qū)系及土壤酶活性［17］等方面。對不同放牧處理下冷蒿根際土壤微生物量和土壤呼吸的變化尚未見報道。本研究通過對比不同放牧梯度下冷蒿根際與非根際土壤微生物量以及土壤基礎(chǔ)呼吸的差異，明確冷蒿根際土壤微生物量和基礎(chǔ)呼吸對放牧干擾的響應(yīng)規(guī)律，以期為揭示冷蒿耐牧性與土壤微生物之間的關(guān)系、冷蒿種群阻擊草場退化原理以及草原生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 自然概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古錫林浩特市毛登牧場中的內(nèi)蒙古大學(xué)草地生態(tài)學(xué)研究基地，其地理位置為44°10′02.4″N，116°28′56.8″E，海拔為1 160 m，屬于半干旱大陸性氣候，夏季在一定程度上受海洋季風(fēng)氣候影響，冬季寒冷干燥。全年平均氣溫為－0.4℃，7月（最熱月）平均氣溫18.8℃，1月（最冷月）平均溫度－22.3℃，≥0℃年積溫為2 410.0℃，≥10℃積溫為1 597.9℃，無霜期91.0 d，全年植物生長期為150 d左右。全年平均降水量為365.6 mm，在6－9月較為集中，占年降水量的80%左右。土壤為栗鈣土。研究區(qū)植物主要有羊草，糙隱子草Cleistogenes squarrosa，克氏針茅，大針茅，冷蒿，防風(fēng)Saposhnikovia divaricata，瓣蕊唐松草Thalictrum petaloideum，阿爾泰狗哇花Heteropappus altaicus等。

1.2 試驗設(shè)計

試驗研究從2012年5月至2014年9月連續(xù)3 a對草場進(jìn)行不同強(qiáng)度的放牧處理，每年放牧?xí)r間為5－9月。試驗設(shè)置3個不同強(qiáng)度的放牧處理，對照處理（ck）即不放牧；輕度放牧（light grazing，LG）即5月、7月每月21日放牧1 d，全年利用2次；重度放牧（heavy grazing，HG）即連續(xù)放牧，5－9月每月21日放牧1 d；如遇惡劣天氣，每次放牧?xí)r間順延，設(shè)置3個重復(fù)·處理－1，共9個小區(qū)，小區(qū)面積為33.3 m×33.3 m。試驗用羊為當(dāng)年生烏珠穆沁羊Caprahircus ujumqin，各放牧季節(jié)投放羊6只·小區(qū)－1。

1.3 土壤樣品的采集與保存

于2015年7月中旬冷蒿生長旺盛期采集土壤樣品。采用五點取樣法，隨機(jī)選取冷蒿5叢·小區(qū)－1，以冷蒿叢為中心，將冷蒿植株叢完整挖起（0～10 cm），先輕輕抖落大塊不含根系的土壤，裝入無菌塑料袋內(nèi)，混勻，即為非根際土壤；然后用力抖落根系表面附著的土壤，即為根際土壤。將土樣密封帶回實驗室仔細(xì)去除根系等雜質(zhì)后，把5個點的土壤混勻作為此樣地的土樣。土樣過2 mm篩后按四分法取一部分用于土壤理化性質(zhì)見（表1）及微生物量的測定；另一部分用于土壤呼吸的測定。待測土樣保存在4℃的冰箱中。

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

1.4 試驗方法

1.4.1 土壤微生物量碳、微生物量氮測定 取土樣5 g經(jīng)過氯仿熏蒸后用0.5 mol·L－1硫酸鉀浸提，浸提液由島津TOC-VCPH分析儀（日本）測定［18］，設(shè)置重復(fù)3個·處理－1。計算公式為：wMBC=EC/KEC，wMBN=EN/KEN。 其中： wMBC為微生物量碳（mg·kg－1）； wMBN為微生物量氮（mg·kg－1）； EC為熏蒸與未熏蒸土壤中有機(jī)碳的差值；EN為熏蒸與未熏蒸土壤中全氮的差值；KEC和KEN為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.4.2 土壤呼吸測定 采用LI-7000 CO2/H2O氣體分析儀（美國）測定。稱取15 g土壤樣品，均勻置于樣品室內(nèi)，采用開路式連接方式隔2 s測定二氧化碳量，待數(shù)值穩(wěn)定后選取5 min時段內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。重復(fù) 3 次·土樣－1。 計算公式： R=ΔC/（m×Δt）。 其中： R 為呼吸強(qiáng)度（mg·kg－1·s－1）； ΔC 為 2 s 內(nèi)的二氧化碳濃度差；m為土壤質(zhì)量（kg）；Δt為時間差。

1.5 數(shù)據(jù)分析

測定的初始數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2007整理后，采用Origin 8軟件（美國Origin Lab公司）進(jìn)行統(tǒng)計分析并作圖，采用One-Way ANOVA的統(tǒng)計方法進(jìn)行檢驗，并進(jìn)行最小顯著差法多重比較（P＜0.05）。每個變量數(shù)值表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。采用獨立樣本t檢驗進(jìn)行冷蒿根際和非根際土壤與對照組之間的差異分析。相關(guān)性分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件的Pearson’s相關(guān)分析方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同放牧強(qiáng)度下冷蒿根際與非根際土壤微生物量碳、氮的變化

由圖1可知：隨著放牧強(qiáng)度的增加土壤微生物量碳呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。冷蒿根際土壤微生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在輕度放牧組最高，為665.08 mg·kg－1，與對照組相比，輕度、重度放牧后分別增加22.71%和7.04%；非根際土壤微生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3個處理組間均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），與對照組相比輕度放牧后增加42.92%，重度放牧處理后降低19.95%；3個處理組中根際土壤微生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于非根際土壤，在對照和重度組中根際土壤微生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高出非根際土壤29.30%和62.47%，差異極顯著（P＜0.01）。表明放牧處理可以增加冷蒿根際土壤微生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而非根際土壤微生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)只在輕度放牧處理后增加。

不同強(qiáng)度放牧處理后土壤微生物量氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖2）為32.06～53.25 mg·kg－1。放牧處理顯著（P＜0.05）提高了冷蒿根際土壤中微生物量氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，與對照組相比輕度、重度放牧后分別增加45.66%和25.17%；在非根際土壤中，與對照組相比，輕度、重度放牧后分別增加66.08%和13.51%。2類土壤的微生物量氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均表現(xiàn)為輕度放物組＞重度放物組＞對照組，放牧處理不同程度地增加了冷蒿根際與非根際土壤微生物量氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而且微生物量氮的增加幅度大于微生物量碳。

圖1 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物量碳的變化Figure 1 Soil microbial biomass C changes under different grazing intensity

圖2 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物量氮的變化Figure 2 Soil microbial biomass N changes under different grazing intensity

2.2 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物量碳、氮比值的變化

由表2可見：冷蒿根際與非根際土壤中，wMBC/wMBN為9～16，wMBC/wSOC（SOC為土壤有機(jī)質(zhì)）為2%～4%，wMBN/wTN（TN為土壤全氮）為3%～5%。wMBC/wMBN在冷蒿根際土壤中對照組顯著（P＜0.05）高于其他2組，分別比輕度放牧、重度放牧組高18.61%和16.95%；在非根際土壤中3個處理組間差異均顯著（P＜0.05），對照組分別比輕度放牧組、重度放牧組高16.1%和38.19%；3個處理組中根際土壤的wMBC/wMBN值均高于非根際土壤。由wMBC/wMBN的變化可知，放牧處理更大程度地提高了土壤中的微生物量氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。土壤微生物量碳與土壤有機(jī)碳的百分比稱為微生物熵［19］。在冷蒿根際土壤中輕度和重度放牧處理使微生物熵值分別提高了20.46%和4.17%；在非根際土壤中3個處理組間的微生物熵差異均顯著（P＜0.05），與對照組相比輕度放牧處理后增加19.15%，重度放牧處理后降低25.90%；在3個處理組中根際土壤的微生物熵均高于非根際土壤。表明輕度放牧促進(jìn)了土壤微生物對有機(jī)碳的利用，而冷蒿根際環(huán)境更有助于微生物將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成生物量碳。在冷蒿根際土壤中輕度放牧組wMBN/wTN值比對照組顯著（P＜0.05）高出15.95%，而重度放牧組與對照組差異不顯著；在非根際土壤中輕度放牧組比對照顧組顯著（P＜0.05）高出22.62%，重度放牧組與對照組差異不顯著。從微生物量的比值變化中可以看出放牧處理不同程度地增加了土壤微生物量，其中輕度放牧處理效果最為明顯；也表明冷蒿根際微環(huán)境更可促進(jìn)土壤微生物對土壤中碳素和氮素的利用。

表2 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物量比值變化Table 2 Ratio change of the soil microbial biomass under different grazing intensity

2.3 不同放牧強(qiáng)度下土壤基礎(chǔ)呼吸及代謝熵

土壤呼吸作用釋放的二氧化碳主要來源于微生物的呼吸，它可以用來衡量土壤微生物活性、評價土壤肥力。由圖3可知：放牧處理對冷蒿根際土壤基礎(chǔ)呼吸的影響顯著。與對照組相比，輕度放牧后增加17.27%，重度放牧處理后降低7.6%，差異顯著（P＜0.05）；非根際土壤呼吸也受到了放牧處理的顯著影響，與對照組相比輕度放牧后增加11.31%，重度放牧處理后降低14.61%，差異顯著（P＜0.05）。而在3個處理組中冷蒿根際土壤呼吸值均顯著高于非根際土壤，在輕度放牧、重度放牧組中達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平。表明輕度放牧處理加強(qiáng)了土壤呼吸作用而重度放牧處理減弱了土壤呼吸作用，冷蒿根際微環(huán)境有助于土壤呼吸作用的提高。

微生物代謝熵是指土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度與微生物量碳的比值［8］。比值的大小反應(yīng)了單位微生物量碳的具體呼吸速率，它將微生物呼吸速率與微生物量有機(jī)結(jié)合起來，是對兩者的一種有效調(diào)和。本研究中，與對照相比輕度放牧、重度放牧處理后冷蒿根際土壤的代謝熵分別降低了4.55%，13.78%（圖4）；在非根際土壤中與對照組比輕度放牧組降低22.33%，重度放牧組升高2.56%；在對照組和重度放牧組中冷蒿非根際土壤代謝熵極顯著（P＜0.01）高于根際土壤。結(jié)果表明：冷蒿根際土壤微生物呼吸消耗的生物量碳相對較少，能更有效地將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成微生物量碳。

圖3 不同放牧強(qiáng)度下土壤基礎(chǔ)呼吸的變化Figure 3 Soil basal respiration changes under different grazing intensity

圖4 不同放牧強(qiáng)度下土壤微生物代謝熵的變化Figure 4 Soil microbial metabolic quotient changes under different grazing intensity

2.4 土壤微生物量碳、氮，土壤基礎(chǔ)呼吸與土壤基本化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性

不同放牧強(qiáng)度處理后，冷蒿根際、非根際土壤微生物量、基礎(chǔ)呼吸、代謝熵與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性見表3。冷蒿根際土壤中微生物量碳與微生物量氮、全氮和堿解氮呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、全鉀呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)；微生物量氮與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，與全磷、全鉀呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)，表明根際土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)的豐富提高了微生物量碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；基礎(chǔ)呼吸與微生物量碳、堿解氮、全鉀呈顯著或極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，表明土壤中微生物量碳、堿解氮和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著影響基礎(chǔ)呼吸的強(qiáng)弱；代謝熵值與pH值呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)，表明土壤弱堿性條件促進(jìn)微生物生長。非根際土壤中微生物量碳與有機(jī)質(zhì)呈極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)，與全磷、pH值呈顯著（P＜0.05）負(fù)相關(guān)；微生物量氮與pH值呈極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)，表明堿性環(huán)境土壤營養(yǎng)匱乏，不利于微生物生存，非根際土壤微生物量更容易受土壤pH值變化的影響；基礎(chǔ)呼吸與微生物量碳呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、全磷呈極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)；代謝熵與微生物量碳、微生物量氮和全鉀呈極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)，與pH值呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)，表明土壤微生物量越高而代謝熵值越低，對比根際土壤代謝熵值可知，冷蒿根際微環(huán)境緩解了這種相關(guān)性。

表3 不同放牧強(qiáng)度土壤微生物量、基礎(chǔ)呼吸與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlative coefficients among microbial biomass,basal respiration rate and soil chemical properties under different grazing

3 討論

土壤微生物量和土壤基礎(chǔ)呼吸在一定程度上可反映土壤微生物活性和土壤中物質(zhì)代謝強(qiáng)度，是土壤養(yǎng)分循環(huán)與轉(zhuǎn)化的驅(qū)動力，也是衡量土壤生物學(xué)性狀，揭示微生物群落狀態(tài)的重要依據(jù)。研究表明：不同放牧強(qiáng)度可以改變草原土壤微生物的區(qū)系組成以及數(shù)量，輕度放牧能夠增加草原土壤微生物總數(shù)和細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量，但重度放牧造成土壤理化性質(zhì)發(fā)生過度改變，使得草原生態(tài)系統(tǒng)無法自我修復(fù)而表現(xiàn)為土壤肥力下降、微生物數(shù)量及活性下降［20］。

本研究中隨著放牧強(qiáng)度的增加，冷蒿根際與非根際土壤微生物量碳、氮均呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢，而且根際土壤高于非根際土壤，與張?zhí)N薇等［21］研究人工草地土壤微生物量碳、氮結(jié)果一致。其主要原因有：①輕度放牧處理中，動物的選擇性啃食、踐踏可以促使冷蒿不定根的形成與萌蘗的能力加強(qiáng)，為微生物生長提供更龐大的根系環(huán)境，并且排泄物的進(jìn)入為微生物生存提供可持續(xù)利用的養(yǎng)分，加速了土壤營養(yǎng)元素的循環(huán)。②過度放牧使土壤容重增加，密度變大，通氣、透水性變差［22］，導(dǎo)致理化性質(zhì)變化劇烈，微生物生存環(huán)境惡化，不利于微生物的生長。③冷蒿發(fā)達(dá)的根系及豐富的根系分泌物［23］為微生物生長提供大量的營養(yǎng)物質(zhì)和相對穩(wěn)定的生存環(huán)境，而非根際土壤中由于沒有龐大的根系及其分泌物的緩沖調(diào)節(jié)造成微生物量低于根際土壤。研究表明：在克氏針茅草原［24］和典型草原［25］土壤中與對照組相比放牧處理不同程度地增加了土壤中微生物量氮含量，其中輕度放牧處理后含量最高，與本研究結(jié)果一致?？赡苁怯捎诜拍撂幚碇袆游锏呐判刮镆约皠游镗`踏促使植物凋落物混入土壤而加快分解，使得土壤中氮素含量增加［16］，進(jìn)而促進(jìn)了土壤中氮素轉(zhuǎn)化細(xì)菌的增加［26］，土壤微生物量氮增加。

土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量反映了土壤營養(yǎng)狀況，是微生物生長的必需元素。當(dāng)土壤中含有大量可被微生物利用的有機(jī)碳、氮、磷等元素時，可促進(jìn)微生物迅速生長，代謝加強(qiáng)，微生物量碳、氮升高，基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度增加。本研究中冷蒿根際土壤的營養(yǎng)狀況優(yōu)于非根際，微生物量碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度也高于非根際。相關(guān)性分析表明，根際土壤微生物量碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均與土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，與全鉀、全磷呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)，表明豐富的土壤營養(yǎng)物質(zhì)可提高土壤微生物量碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。李國輝等［10］研究表明，不同植物根際土壤微生物量碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮之間呈顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，與本研究結(jié)果一致。在輕度放牧處理后冷蒿根際土壤養(yǎng)分最豐富，pH值呈弱堿性，產(chǎn)生最適微生物生長的環(huán)境，因此微生物量含量最高。

研究表明：wMBC/wMBN可以體現(xiàn)微生物群落結(jié)構(gòu)信息，其顯著變化預(yù)示著微生物群落結(jié)構(gòu)的變化［19］；土壤微生物量與土壤養(yǎng)分的比值可以反映土壤養(yǎng)分向微生物量轉(zhuǎn)化的效率、土壤養(yǎng)分損失和土壤礦物對有機(jī)質(zhì)的固定［27］。本研究中，土壤中wMBC/wMBN，wMBC/wSOC，wMBN/wTN的范圍分別為9.0～15.5，2.0%～3.5%，3.0%～5.0%， 與趙彤等［4］報道的 7.0～11.0， 2.7%～4.85%，2.56%～4.45%相比，wMBC/wMBN值略高，wMBC/wSOC與wMBN/wTN值相近。wMBC/wMBN值略高可能與植物生長特性、根系活動、凋落物的質(zhì)量以及土壤有效養(yǎng)分差異有關(guān)［28］。放牧處理顯著（P＜0.05）降低了冷蒿根際與非根際土壤的wMBC/wMBN，而使土壤微生物量增加，這表明放牧處理改變了土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)，卻增加了土壤中微生物的數(shù)量，可能是放牧減少了土壤中微生物類群，但增加了某些菌群的數(shù)量。蒲寧寧等［29］研究表明：昭蘇草甸草原土壤的wMBC/wSOC值隨著放牧強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，與本研究結(jié)果一致。表明輕度放牧條件可促進(jìn)土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化，加速土壤物質(zhì)循環(huán)。本研究中輕度放牧處理組wMBN/wTN值均高于對照組和重度放牧，與李世卿等［30］研究結(jié)果一致，表明輕度放牧處理提高了土壤微生物活性和微生物量，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化，因此wMBN/wTN值相對較高。

土壤基礎(chǔ)呼吸可反映土壤氧化、有機(jī)物轉(zhuǎn)化及能量釋放的能力。當(dāng)土壤呼吸作用加強(qiáng)，其物質(zhì)代謝加快可釋放大量的能量供微生物生長利用［31］。目前，對草原土壤呼吸的研究結(jié)果不盡相同。陳海軍等［32］研究表明：貝加爾針茅草原土壤呼吸強(qiáng)度隨著放牧強(qiáng)度的增加而減少；而楊陽等［33］研究表明：隨著放牧強(qiáng)度的增加土壤呼吸呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，與本研究結(jié)果一致。出現(xiàn)不同的結(jié)果表明，土壤呼吸受多重因素的綜合影響。本研究中輕度放牧處理后土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度顯著（P＜0.05）增加，根際土壤的基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度均顯著（P＜0.05）高于非根際，可能由于輕度放牧處理后土壤微生物數(shù)量增加使得基礎(chǔ)呼吸增強(qiáng)，相關(guān)分析也表明放牧處理后速效氮的增加可以提高基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度，而冷蒿根際pH值呈弱堿性并且存在大量有機(jī)酸等分泌物適于微生物生存，表現(xiàn)出基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度高于非根際土壤，與李國輝等［10］的研究一致。代謝熵是反映環(huán)境因素、利用方式等對微生物活性影響的一個敏感指標(biāo)，可以作為微生物受脅迫的指標(biāo)［34］。本研究中代謝熵在根際土壤中與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、速效鉀均呈一定程度的負(fù)相關(guān)，且隨著放牧強(qiáng)度的增加逐漸降低，原因是輕度放牧處理增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，營養(yǎng)元素的增加導(dǎo)致微生物數(shù)量和碳源利用效率的提高［35］，而重度放牧處理使生物量碳增加，基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度降低，導(dǎo)致代謝熵降低。非根際土壤中代謝熵隨放牧強(qiáng)度增加呈現(xiàn)先降低后升高趨勢，表明輕度放牧處理降低了單位微生物量碳的呼吸速率，而重度放牧處理組的升高體現(xiàn)了微生物受到脅迫后微生物量碳下降而單位時間的呼吸強(qiáng)度升高。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明：輕度放牧促使冷蒿根際與非根際土壤中微生物量、基礎(chǔ)呼吸速率、wMBC/wSOC等升高，wMBC/wMBN和代謝熵下降；重度放牧使冷蒿根際土壤中微生物量等略有增加，基礎(chǔ)呼吸速率、wMBC/wMBN和代謝熵顯著下降，而非根際土壤中微生物量氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著上升，生物量碳、基礎(chǔ)呼吸速率等顯著下降；放牧處理后冷蒿根際土壤中微生物量、基礎(chǔ)呼吸速率和wMBC/wMBN等均高于非根際；冷蒿根際土壤中微生物量碳、氮與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮等呈顯著或極顯著正相關(guān)，基礎(chǔ)呼吸與微生物量碳、堿解氮等呈顯著或極顯著正相關(guān)，代謝熵與pH值呈顯著正相關(guān)。

綜上所述，輕度放牧處理后冷蒿根際土壤微生物量及呼吸速率增加，重度放牧處理后有所下降；冷蒿根際土壤的微生物量及呼吸速率等均高于非根際土壤。冷蒿能夠在一定程度上表現(xiàn)出抵御放牧壓力的能力，是由于其根際微環(huán)境有利于微生物量及呼吸速率的增加，能夠加快根際養(yǎng)分循環(huán)，從而為冷蒿生長提供更好的營養(yǎng)基礎(chǔ)。

［1］ 侯扶江， 楊中藝．放牧對草地的作用［J］．生態(tài)學(xué)報，2006,26（1）： 244－264．HOU Fujiang,YANG Zhongyi.Effects of grazing of livestock on grassland ［J］.Acta Ecol Sin,2006,26（1）:244 － 264.

［2］ HE Zhenli,YANG Xiaoe,BALIGAR V C,et al.Microbiological and biochemical indexing systems for assessing quali-ty of acid soils ［J］.Adv Agron,2003,78（2）:89 － 138.

［3］ SINHA S,MASTO R E,RAM L C,et al.Rhizosphere soil microbial index of tree species in a coal mining ecosystem［J］.Soil Biol Biochem,2009,41（9）:1824 － 1832.

［4］ 趙彤，閆浩，蔣躍利，等．黃土丘陵區(qū)植被類型對土壤微生物量碳氮磷的影響［J］．生態(tài)學(xué)報，2013,33（18）：5615－5622．ZHAO Tong,YAN Hao,JIANG Yueli,et al.Effects of vegetation types on soil microbial biomass C,N,P on the Loess Hilly Area ［J］.Acta Ecol Sin,2013,33（18）:5615 － 5622.

［5］ 文都日樂，李剛，張靜妮，等．呼倫貝爾不同草地類型土壤微生物量及土壤酶活性研究［J］．草業(yè)學(xué)報，2010,19（5）： 94 － 102．WENDU Rile,LI Gang,ZHANG Jingni,et al.The study of soil microbial biomass and soil enzyme avtivity on different grassland in Hulunbeier,Inner Mongolia ［J］.Acta Pratacul Sin,2010,19（5）:94 － 102.

［6］ 吳永勝，馬萬里，李浩，等．內(nèi)蒙古退化荒漠草原土壤有機(jī)碳和微生物生物量碳含量的季節(jié)變化［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2010,21（2）： 312 － 316．WU Yongsheng,MA Wanli,LI Hao,et al.Seasonal variations of soil organic carbon and microbial biomass carbon steppes of Inner Mongolia ［J］.Chin J Appl Ecol,2010,21（2）:312 － 316.

［7］ 曹淑寶，劉全偉，王立群，等．短期放牧對草甸草原土壤微生物與土壤酶活性的影響［J］．微生物學(xué)通報，2012,39（6）： 741 － 748．CAO Shubao,LIU Quanwei,WANG Liqun,et al.Effect of short-term grazing on soil microorganisms and soil enzyme activities in Meadow Steppe ［J］.Microbiol China,2012,39（6）:741 － 748.

［8］ 胡誠，曹志平，胡嬋娟，等．不同施肥管理措施對土壤碳含量及基礎(chǔ)呼吸的影響［J］．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007,15（5）： 63 － 66．HU Cheng,CAO Zhiping,HU Chanjuan,et al.Effects of different manure management practices on soil carbon and basal respiration ［J］.Chin J Eco-Agric,2007,15（5）:63 － 66.

［9］ 李香真，曲秋皓．蒙古高原草原土壤微生物量碳氮特征［J］．土壤學(xué)報，2002,39（1）：91－98．LI Xiangzhen,QU Qiuhao.Soil microbial biomass carbon and nitrogen in Mongolian Grassland ［J］.Acta Pedol Sin,2002,39（1）:91 － 98.

［10］ 李國輝，陳慶芳，黃懿梅，等．黃土高原典型植物根際對土壤微生物生物量碳、氮、磷和基礎(chǔ)呼吸的影響［J］．生態(tài)學(xué)報， 2010,30（4）： 976 － 983．LI Guohui,CHEN Qingfang,HUANG Yimei,et al.Soil microbial biomass C,N,P and basal respiration in rhizosphere soil of typical plants on the Loess Plateau ［J］.Acta Ecol Sin,2010,30（4）:976 － 983.

［11］ 劉振國，李鎮(zhèn)清．不同放牧強(qiáng)度下冷蒿種群小尺度空間格局［J］．生態(tài)學(xué)報，2004,24（2）：227－234．LIU Zhenguo,LI Zhenqing.Fine-scale spatial pattern of Artemisia frigida population under different grazing intensities ［J］.Acta Ecol Sin,2004,24（2）:227 － 234.

［12］ 張汝民，王玉芝，侯平，等．幾種牧草幼苗對冷蒿莖葉水浸提液化感作用的生理響應(yīng)［J］．生態(tài)學(xué)報，2010,30（8）： 2197 － 2204．ZHANG Rumin,WANG Yuzhi,HOU Ping,et al.Physiological responses to allelopathy of aquatic stem and leaf extract of Artemisia frigida in seedling of several pasture plants ［J］.Acta Ecol Sin,2010,30（8）:2197 － 2204.

［13］ 賈麗，劉盟盟，張洪芹，等．冷蒿抗氧化防御系統(tǒng)對機(jī)械損傷的響應(yīng)［J］．浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2016,33（3）：462－470．JIA Li,LIU Mengmeng,ZHANG Hongqin,et al.Antioxidant defense system responses of Artemisia frigida to mechanical damage ［J］.J Zhejiang A ＆ F Univ,2016,33（3）:462 － 470.

［14］ 劉盟盟，賈麗，張洪芹，等．機(jī)械損傷對冷蒿葉片次生代謝產(chǎn)物的影響［J］．浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2015,32（6）： 845 － 852．LIU Mengmeng,JIA Li,ZHANG Hongqin,et al.Mechanical damage on secondary metabolites from Artemisia frigida leaves ［J］.Zhejiang A ＆ F Univ,2015,32（6）:845 － 852.

［15］ 劉娜娜，田秋英，張文浩．內(nèi)蒙古典型草原優(yōu)勢種冷蒿和克氏針茅對土壤低磷環(huán)境適應(yīng)策略的比較［J］．植物生態(tài)學(xué)報， 2014,38（9）： 905 － 915．LIU Nana,TIAN Qiuying,ZHANG Wenhao.Comparison of adaptive strategies to phosphorus-deficient soil betweendominant species Artemisia frigida and Stipa krylovii in typical steppe of Nei Mongol ［J］.Chin J Plant Ecol,2014,38（9）:905 － 915.

［16］ 張洪芹，臧曉琳，馬元丹，等．放牧對冷蒿根際土壤營養(yǎng)元素的影響［J］．水土保持學(xué)報，2015,29（6）：118－123．ZHANG Hongqin,ZANG Xiaolin,MA Yuandan,et al.Effects of grazing on soil nutrient elements in the rhizosphere of Artemisia frigida Willd.［J］.J Soil Water Conserv,2015,29（6）:118 － 123.

［17］ 張洪芹，臧曉琳，蔡宙霏，等.放牧對冷蒿根際微生物區(qū)系及土壤酶活性的影響［J］.浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2017， 34（4）： 679-686.ZHANG Hongqin,ZANG Xiaolin,CAI Zhoufei,et al.Rhizosphere soil microbial flora and soil enzyme activities ［J］.J Zhejiang A&F Univ,2017,34（4）:679-686.

［18］ 林先貴．土壤微生物研究原理與方法［M］．北京：高等教育出版社，2010：73－77．

［19］ 劉滿強(qiáng)，胡鋒，何園球，等．退化紅壤不同植被恢復(fù)下土壤微生物量季節(jié)動態(tài)及其指示意義［J］．土壤學(xué)報，2003,40（6）： 937 － 944．LIU Manqiang,HU Feng,HE Yuanqiu,et al.Seasonal dynamics of soil microbial biomass and its significance to indicate soil quality under different vegetations restored on degraded red soils ［J］.Acta Pedol Sin,2003,40（6）:937 －944.

［20］ 張成霞，南志標(biāo)．放牧對草地土壤微生物影響的研究述評［J］．草業(yè)科學(xué)，2010,27（1）：65－70．ZHANG Chengxia,NAN Zhibiao.Research progress on effect of grazing on soil microbes of grassland ［J］.Pratac Sci,2010,27（1）:65 － 70.

［21］ 張?zhí)N薇，韓建國，韓永偉，等．不同放牧強(qiáng)度下人工草地土壤微生物量碳、氮的含量［J］．草地學(xué)報，2003,11（4）： 343 － 345， 342．ZHANG Yunwei,HAN Jianguo,HAN Yongwei,et al.The content of soil microbiomass carbon and nitrogen of different grazing intensities on pasture ［J］.Acta Agres Sin,2003,11（4）:343 － 345,342.

［22］ 戎郁萍，韓建國，王培，等．放牧強(qiáng)度對草地土壤理化性質(zhì)的影響［J］．中國草地，2001,23（4）：42－48．RONG Yuping,HAN Jianguo,WANG Pei,et al.The effects of grazing intensity on soil physics and chemical properties ［J］.Grassl China,2001,23（4）:42 － 48.

［23］ 高雪峰，韓國棟，張國剛．內(nèi)蒙古荒漠草原三種植物根系分泌物組分分析［J］．中國草地學(xué)報，2016,38（2）：92－ 97．GAO Xuefeng,HAN Guodong,ZHANG Guogang.Analysis on root exudates of three kinds of plants in desert steppe of Inner Mongolia ［J］.Chin J Grassl,2016,38（2）:92 － 97.

［24］ 王曉朦，烏云娜，宋彥濤，等．放牧對克氏針茅（Stipa krylovii）草原土壤物理、化學(xué)及微生物性狀的影響［J］．中國沙漠， 2015,35（5）： 1193 － 1199．WANG Xiaomeng,Wuyunna,SONG Yantao,et al.Effects of grazing on soil physical,chemical and biological properties in the Stipa krylovii steppe of Inner Mongolia ［J］.J Desert Res,2015,35（5）:1193 － 1199.

［25］ 薩茹拉，侯向陽，陳海軍，等．放牧強(qiáng)度對典型草原土壤微生物特征的影響［J］．中國草地學(xué)報，2013,35（5）： 86 － 91．Sarula,HOU Xiangyang,CHEN Haijun,et al.Effects of grazing intensity on soil microbial characteristics of typical grassland ［J］.Chin J Grassl,2013,35（5）:86 － 91.

［26］ 高雪峰， 韓國棟．放牧對羊草草原土壤氮素循環(huán)的影響［J］．土壤，2011,43（2）：161－166．GAO Xuefeng,HAN Guodong.Study on effect of grazing on steepe soil nitrogen cycle ［J］.Soils,2011,43（2）:161 －166.

［27］ SPARLING G P,PANKHURST C,DOUBE B M,et al.Soil Microbial Biomass Activity and Nutrient Cycling an Indicator of Soil Health［M］.Wallingford:CAB International,1997:97－119.

［28］ FINZI A C,van BREEMEN N,CANHAM C D.Canopy tree-soil interactions within temperate forests:species effects on soil carbon and nitrogen ［J］.Ecol Appl,1998,8（2）:440 － 446.

［29］ 蒲寧寧，孫宗玖，范燕敏，等．放牧強(qiáng)度對昭蘇草甸草原土壤有機(jī)碳及微生物碳的影響［J］．新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2013,36（1）： 66 － 70．PU Ningning,SUN Zongjiu,FAN Yanmin,et al.Influence of grazing intensity on the soil organic carbon and micro-bial biomass carbon of meadow steppe in Zhaosu Area ［J］.J Xinjiang Agric Univ,2013,36（1）:66 － 70.

［30］ 李世卿，王先之，郭正剛，等．短期放牧對青藏高原東北邊緣高寒草甸土壤及微生物碳氮含量的影響［J］．中國草地學(xué)報， 2013,35（1）： 55－60， 66．LI Shiqing,WANG Xianzhi,GUO Zhenggang,et al.Effects of short-term grazing on C and N content in soil and soil microbe in alpine meadow in the north-eastern edge of the Qinghai-Tibetan Plateau ［J］.Chin J Grassl,2013,35（1）:55 － 60，66.

［31］ 蘇永紅，馮起，朱高峰，等．土壤呼吸與測定方法研究進(jìn)展［J］．中國沙漠，2008,28（1）：57－65．SU Yonghong,FENG Qi,ZHU Gaofeng,et al.Progress in research on soil respiration ［J］.J Desert Res,2008,28（1）:57 － 65.

［32］ 陳海軍，王明玖，韓國棟，等．不同強(qiáng)度放牧對貝加爾針茅草原土壤微生物和土壤呼吸的影響［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境， 2008,22（4）： 165 － 169．CHEN Haijun,WANG Mingjiu,HAN Guodong,et al.Effect of different grazing intensities on soil respiration and soil microorganism in Stipa baicalensis steppe ［J］.J Arid Land Resour Environ,2008,22（4）:165 － 169.

［33］ 楊陽，韓國棟，李元恒，等．內(nèi)蒙古不同草原類型土壤呼吸對放牧強(qiáng)度及水熱因子的響應(yīng)［J］．草業(yè)學(xué)報，2012,21（6）： 8 － 14．YANG Yang,HAN Guodong,LI Yuanheng,et al.Response of soil respiration to grazing intensity,water contents,and temperature of soil in different grasslands of Inner Mongolia ［J］.Acta Pratac Sin,2012,21（6）:8 － 14.

［34］ 臧逸飛，郝明德，張麗瓊，等．26年長期施肥對土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影響［J］．生態(tài)學(xué)報，2015,35（5）： 1445 － 1451．ZANG Yifei,HAO Mingde,ZHANG Liqiong,et al.Effects of wheat cultivation and fertilization on soil microbial biomass carbon,soil microbial biomass nitrogen and soil basal respiration in 26 years ［J］.Acta Ecol Sin,2015,35（5）:1445 － 1451.

［35］ NSABIMANA D,HAYNES R J,WALLIS F M.Size,activity and catabolic diversity of the soil microbial biomass as affected by land use ［J］.Appl Soil Ecol,2004,26（2）:81 － 92.

Effects of grazing on microbial biomass C,N and respiration in Artemisia frigida rhizosphere soil

WANG Xinzhao1,HAN Yilin2,LI Mei1,WANG Xiaodong1,WANG Junyu1,MA Yuandan1,Baoyintaogetao3,GAO Yan1,ZHANG Rumin1
（1.State Key Laboratory of Subtropical Silviculture,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.China National Bamboo Research Center,Hangzhou 310012,Zhejiang,China;3.College of Life Science,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,Inner Mongolia,China）

S714.3

A

2095-0756（2017）05-0798-10

2016-09-26；

2016-11-21

國家自然科學(xué)基金資助項目（31270756,31470704）；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”計劃）項目（2014CB138805）； 國家科技支撐計劃項目（2013BAC09B03）

王鑫朝，從事植物生理生態(tài)與土壤生態(tài)學(xué)研究。E-mail:1065153950@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)研究。 E-mail:gaoyan1960@sohu.com