寧應(yīng)之，張惠茹，王芳國，楊永強(qiáng)，杜國禎

1. 西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000

大氣污染已經(jīng)成為當(dāng)今世界亟待解決的重要問題之一，其中由于化石燃料的燃燒、汽車尾氣的排放和農(nóng)業(yè)化肥的使用等情況日益嚴(yán)重，含氮化合物排放量急劇上升，導(dǎo)致氮沉降增加（韓雪等，2014），隨之引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題，例如森林植被衰退、土壤和水體酸化、物種多樣性降低等（Lu et al.，2014），這引起了科學(xué)家和公眾的密切關(guān)注。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)氮沉降的研究主要集中在其對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)、溫室氣體通量以及土壤環(huán)境因子的影響等方面（王暉等，2006；張煒等，2008；李秋玲等，2013）。關(guān)于氮沉降對(duì)土壤動(dòng)物的影響，則多見于徐國良（2004，2005）、林英華（2010）、榮海等（2011）、周丹燕等（2015）對(duì)農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤動(dòng)物群落的研究，而有關(guān)草原生態(tài)系統(tǒng)中原生動(dòng)物受氮沉降影響的調(diào)查鮮有報(bào)道。

甘南位于青藏高原東部，是青藏高原向黃土高原和內(nèi)陸盆地過渡的典型地區(qū)，因其獨(dú)特的地理單元和氣候特征而具有豐富的生物資源（劉旻霞，2017）。高寒草甸作為當(dāng)?shù)刈钪饕牟莸仡愋停ㄅｂ暯艿龋?017），是氮沉降等環(huán)境變化的敏感區(qū)域。土壤纖毛蟲是最復(fù)雜和最高等的單細(xì)胞真核生物，因其具有獨(dú)特的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和能對(duì)周圍環(huán)境變化做出迅速反應(yīng)等特點(diǎn)（寧應(yīng)之等，2017），在生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域有著不容忽視的意義。大氣氮沉降以無機(jī)態(tài)及有機(jī)態(tài)兩種形式發(fā)生，無機(jī)態(tài)所占比重較大，約為70%，且硝態(tài)氮和銨態(tài)氮為無機(jī)氮素的主要形態(tài)（程云云等，2017），因此本研究選取硝酸銨人工模擬氮沉降，以甘南高寒草甸為研究樣區(qū)，旨在揭示不同濃度氮肥作用下，土壤纖毛蟲群落及土壤環(huán)境因子的變異，并探討其相關(guān)性，以闡明氮沉降對(duì)其所產(chǎn)生的影響，為土壤原生動(dòng)物對(duì)氮沉降的響應(yīng)研究提供科學(xué)依據(jù)，補(bǔ)充氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的評(píng)價(jià)內(nèi)容，為草原生態(tài)系統(tǒng)的良好穩(wěn)定發(fā)展提供合理施肥的科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

甘南藏族自治州瑪曲縣位于甘肅省西南部（圖1），地處甘、青、川三省交界地帶，地理坐標(biāo)為100°45′～102°29′E，33°06′～34°30′N，海拔 3500～3800 m。該地區(qū)地勢(shì)西高東低，氣候?qū)俚湫偷母咴箨懶詺夂?，無明顯四季之分，地貌復(fù)雜。年平均氣溫1.1～2.7 ℃，年降水量約611.9 mm（包延?xùn)|等，2017）。樣區(qū)主要土壤類型為高山草甸壤，呈微酸性至堿性（戚登臣等，2007）；主要植被類型為高寒草甸，以莎草科（Cyperaceae）和禾本科（Gramineae）為主，多分布矮生嵩草（Kobresia humilis）、線葉嵩草（K. capillifolia）和披堿草（Elymus dahuricus）等。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig. 1 Location of study area

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置

2009年在甘南瑪曲縣阿孜實(shí)驗(yàn)站選取實(shí)驗(yàn)樣地，設(shè)置16個(gè)（4×4）面積為60 m2（6 m×10 m）的小樣方，為防止干擾，各樣方間設(shè)置1 m緩沖地帶（不施肥），同時(shí)僅冬春季放牧。結(jié)合當(dāng)?shù)氐两登闆r，參照國際相關(guān)研究的處理方法（Gundersen et al.，1998），設(shè)計(jì) 4個(gè)不同水平的處理，即對(duì)照組（CK，不施氮肥）、低氮處理組（T5，5 g?m-2?a-1）、中氮處理組（T10，10 g?m-2?a-1）和高氮處理組（T20，20 g?m-2?a-1），每個(gè)處理組重復(fù)4次，隨機(jī)分布，保證每列每行都有4個(gè)不同水平氮沉降處理組。于次年5月底進(jìn)行一次性氮沉降處理，所用肥料為顆粒狀NH4NO3，其有效氮含量約46%。為避免氮沉降不均產(chǎn)生斑塊異質(zhì)而造成實(shí)驗(yàn)誤差，將NH4NO3溶于水并均勻?yàn)⑷霕拥?，CK噴灑等量自來水，各樣方除氮施用量不同外，其他處理保持一致。

1.2.2 樣品采集與處理

于2011年分季節(jié)完成4次采樣。采用用梅花五點(diǎn)取樣法，揀去土層表面凋落物，用15 mL圓筒形采樣器采集0～5 cm土壤層土樣25份，混勻裝袋并做好標(biāo)記。采樣時(shí)觀察樣地植被類型，并用GPS測(cè)定儀測(cè)得樣區(qū)海拔和地理坐標(biāo)。所得新鮮土樣部分用于測(cè)土壤含水量及 pH，剩余土樣倒入白瓷盤中，覆蓋透氣草紙使其自然風(fēng)干備用，緊閉門窗以防空氣中的纖毛蟲包囊進(jìn)入土壤而污染土樣（寧應(yīng)之等，2007）。

1.2.3 鑒定方法和數(shù)據(jù)測(cè)定

（1）纖毛蟲的培養(yǎng)和鑒定

定性研究采用“非淹沒培養(yǎng)皿法”（non-flooded petri dish method），即在25 ℃下將50 g風(fēng)干土樣置于直徑為15 cm的培養(yǎng)皿中，加土壤浸出液令其在充分浸潤但不淹沒的狀態(tài)下培養(yǎng)（Foissner，1992），之后用生物顯微鏡進(jìn)行活體鏡檢分類，并配合 Wilbert蛋白銀染色法（Wilbert，1975）進(jìn)行觀察，根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，依據(jù)Lynn（2008）分類系統(tǒng)對(duì)纖毛蟲進(jìn)行分類。定量研究采用“3級(jí)10倍環(huán)式稀釋法”，即將風(fēng)干土樣稀釋至10-1、10-2、10-3這3種濃度，并將由0.5 g NaCl+1.2 g瓊脂+98 mL蒸餾水配制而成的培養(yǎng)基趁熱倒入直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，快速埋入5個(gè)小玻璃杯，取3級(jí)土壤稀釋液各1 mL接種于各玻璃杯內(nèi)，置于25 ℃下培養(yǎng)，之后分別在培養(yǎng)第 4、7、11天時(shí)鏡檢分類，根據(jù)密度換算表計(jì)算纖毛蟲數(shù)量（Stout，1962）。

（2）土壤理化因子的測(cè)定

土壤含水量采用烘干法進(jìn)行測(cè)定（李廣文等，2009）；土壤溫度于采樣時(shí)使用曲管地溫計(jì)（溫度范圍：-10～60 ℃）進(jìn)行測(cè)量；土壤pH使用TSS-851土壤濕度酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)量（四平市電子技術(shù)研究所）；土壤速效氮使用全自動(dòng)流動(dòng)注射儀進(jìn)行測(cè)量（蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)纖毛蟲物種數(shù)量并進(jìn)行類群劃分，將物種數(shù)量占全部物種總數(shù)比例最多的目（order）定義為優(yōu)勢(shì)類群，次多的目為次優(yōu)勢(shì)類群，剩余各目均為常見類群（寧應(yīng)之等，1998）。

對(duì)不同氮沉降處理組的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，采用LSD法比較顯著差異性分析；對(duì)土壤纖毛蟲物種數(shù)據(jù)進(jìn)行氮處理與季節(jié)間無重復(fù)雙因子方差分析；對(duì)土壤纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與環(huán)境因子進(jìn)行冗余分析及Pearson相關(guān)性分析。所有數(shù)據(jù)均運(yùn)用SPSS 23.0軟件進(jìn)行處理；運(yùn)用Primer 5.0進(jìn)行Cluster及MDS分析；運(yùn)用Canoco 4.5進(jìn)行冗余分析；運(yùn)用Arcview gis 9.3及GPS獲得的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)繪制樣區(qū)地圖；運(yùn)用Origin 8.0繪制柱狀圖。

土壤纖毛蟲群落多樣性采用 Gleason-Margalef多樣性指數(shù) d（沈韞芬等，1990）進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體計(jì)算公式如下：

式中，S為類群數(shù)（50 g實(shí)驗(yàn)土樣中觀察到的所有物種數(shù)）；N為群落中所有類群個(gè)體總數(shù)（纖毛蟲密度×土樣質(zhì)量，土樣質(zhì)量為50 g）。

C/P系數(shù)指纖毛蟲中r-對(duì)策者與K-對(duì)策者的比值，即腎形綱（Colpodea）纖毛蟲與異毛綱（Heterotrichea）、瓶纖綱（Armophorea）和旋毛綱（Spirotrichea）纖毛蟲的比值。它能夠在一定程度上評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，在一般生態(tài)環(huán)境中C/P系數(shù)≤1，且其值越小表明生境越穩(wěn)定、越良好（Foissner et al.，2005）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤纖毛蟲群落特征對(duì)氮沉降的響應(yīng)

2.1.1 群落組成

本研究在 4個(gè)樣點(diǎn)共鑒定到土壤纖毛蟲 121種，隸屬于9綱16目28科46屬（表1）。其中，優(yōu)勢(shì)類群為散毛目（Sporadotrichida），共 3科 10屬27種，占物種總數(shù)的22.31%；次優(yōu)勢(shì)類群為刺鉤目（Haptorida），共4科8屬24種，占物種總數(shù)的19.83%；常見類群有腎形目（Colpodida）、尾柱蟲目（Urostylida）、籃環(huán)目（Cyrtolophosidida）、齒管目（Chlamydodontida）、前管目（Prorodontida）、帆口目（Pleuronematida）、排毛目（Stichotrichida）、四膜目（Tetrahymenida）、游仆蟲目（Euplotida）、瓶纖目（Armophorida）、固著目（Sessilida）、籃口目（Nassulida）、嗜污目（Sathrophilus）和異毛目（Heterotrichida）等14類，共計(jì)70種，占物種總數(shù)的57.85%。

各處理組纖毛蟲群落組成也存在顯著差異，如圖2所示，CK纖毛蟲類群數(shù)最為豐富，且隨著氮沉降量量的增加，各處理組纖毛蟲群落組成趨于簡(jiǎn)單化。CK 及 T5優(yōu)勢(shì)類群為散毛目（Sporadotrichida）；T10優(yōu)勢(shì)類群為散毛目和腎形目（Colpodida）；而T20優(yōu)勢(shì)類群僅有腎形目，這表明氮沉降處理在使纖毛蟲群落組成簡(jiǎn)單化的同時(shí)，也使得分布其中的纖毛蟲物種也相應(yīng)低等化，由高等復(fù)雜的腹毛類纖毛蟲變?yōu)榈偷冗m應(yīng)性更強(qiáng)的腎形類纖毛蟲。

2.1.2 物種分布

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各處理組土壤纖毛蟲物種分布情況為：CK共分布68種，占物種總數(shù)的56.20%，物種最為豐富；T5和T10次之，分別具53、43種，占物種總數(shù)的43.80%、35.54%；T20物種分布最少，僅24種，占物種總數(shù)的19.83%?；貧w分析表明，隨氮沉降量增加，纖毛蟲物種數(shù)顯著減少，回歸方程為 ?=-0.4599x+30.364（R2=0.9881，P=0.006）。

應(yīng)用 Primer 5.0對(duì)各處理組的物種分布進(jìn)行Cluster和MDS分析，結(jié)果見圖3。在歐氏距離為0.8相似性水平上各處理組被分為三類，T5與 T10組合在一起，CK和T20各自獨(dú)成一組。在歐氏距離為1.3相似性水平上各處理組又被聚為兩類，T5、T10與CK聚為一組，T20獨(dú)成一組。MDS分析結(jié)果與 Cluster一致。這表明 T5與 T10物種分布最為相似，它們與CK物種分布較相似，而T20與其他處理組差異很大。

表1 纖毛蟲群落組成及數(shù)量等級(jí)Table 1 Ciliate community composition and quantity level

圖2 各處理組土壤纖毛蟲群落組成Fig. 2 The community composition of soil ciliates in various treatment group

圖3 各處理組土壤纖毛蟲物種分布的Cluster和MDS分析Fig. 3 The cluster and MDS analysis on species distribution of soil ciliates in various treatment group

2.1.3 優(yōu)勢(shì)種

將出現(xiàn)頻次較高的種定義為優(yōu)勢(shì)種。就各處理組的物種分布而言，CK優(yōu)勢(shì)種為小尖毛蟲（Oxytricha minor）、野生假膜蟲（Notohymena selvatica）、剛強(qiáng)殖口蟲（Gonostomum strenuum）、粘游仆蟲（Euplotes muscicola）、鈍單鐮蟲（Drepanomonas obtusa）；T5優(yōu)勢(shì)種為剛強(qiáng)殖口蟲（G. strenuum）、顆粒尖毛蟲（O. granulifera）和鈍單鐮蟲（D. obtusa）；T10優(yōu)勢(shì)種為顆粒尖毛蟲（O.granulifera）、僧帽腎形蟲（Colpoda cucullus）和粗糙腎形蟲（C. aspera）；T20優(yōu)勢(shì)種單一，為僧帽腎形蟲（C. cucullus）和土壤腎形蟲（C. edaphoni）。隨著氮沉降量增加，優(yōu)勢(shì)種也從腹毛類纖毛蟲演替為腎形類纖毛蟲，且種類數(shù)逐漸減少。

2.1.4 廣布種和特有種

廣布種即為所有處理組中均出現(xiàn)的種，共 12種，占物種總數(shù)的9.92%。特有種指僅在一個(gè)處理組中出現(xiàn)的物種，CK中分布最多，共39種，占物種總數(shù)的 32.23%；T5分布 29種，占物種總數(shù)的23.97%；T10分布12種，占物種總數(shù)的9.92%；T20僅分布2種，占物種總數(shù)的1.65%。各處理組中特有種數(shù)目變化與優(yōu)勢(shì)種一致，即 CK＞T5＞T10＞T20，回歸分析也表明，隨著氮肥處理濃度的增加，特有種種類數(shù)顯著減少，回歸方程為?=-0.4976x+18.951（R2=0.9383，P=0.031）。

2.1.5 C/P系數(shù)

CK、T5、T10的 C/P系數(shù)分別為 0.54、0.63、0.86，而T20的C/P系數(shù)大于1，說明CK中以K-型腹毛類纖毛蟲占優(yōu)勢(shì)，而 T20中以 r-型腎形類纖毛蟲為主，表明土壤環(huán)境狀況隨氮沉降量增加逐漸趨于惡劣，高氮處理嚴(yán)重破壞了土壤環(huán)境。

2.2 土壤環(huán)境因子對(duì)氮沉降的響應(yīng)

如表2所示，氮沉降處理對(duì)土壤含水量、土壤溫度和速效氮的影響差異均不顯著，但對(duì)pH具有顯著影響（P＜0.05）。各氮沉降處理組土壤含水量均高于對(duì)照組，且隨著氮沉降量增大呈上升趨勢(shì)，4個(gè)季節(jié)均以 T20土壤含水量最高。氮沉降處理對(duì)土壤溫度的影響與含水量呈相反趨勢(shì)，即隨著氮沉降量增加，土壤溫度下降，且其隨季節(jié)變化呈現(xiàn)出夏季最高、冬季最低的特征。與對(duì)照組相比，氮沉降處理使pH下降了0.03～0.83個(gè)單位，沉降量越高其下降幅度越大。氮沉降處理對(duì)速效氮的影響總體表現(xiàn)為隨沉降量的增加，速效氮含量也增加，而在各季節(jié)表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。

2.3 土壤纖毛蟲物種數(shù)、密度及多樣性指數(shù)對(duì)氮沉降的響應(yīng)

土壤纖毛蟲物種數(shù)、密度及多樣性指數(shù)均隨不同水平氮沉降處理發(fā)生了不同程度的改變。如圖 4所示，土壤纖毛蟲物種數(shù)在各季節(jié)均表現(xiàn)為對(duì)照組（CK）顯著高于氮沉降處理（P＜0.05），而在各氮沉降處理組中纖毛蟲物種數(shù)又隨著氮沉降量的增加呈下降趨勢(shì)，T20中觀察到的物種數(shù)最少。這與榮海等（2011）、徐國良等（2005）對(duì)單施氮肥對(duì)土壤動(dòng)物生物量的影響研究結(jié)果相一致，即高濃度氮處理會(huì)引起土壤動(dòng)物類群數(shù)的下降。

土壤纖毛蟲密度隨著氮沉降量增加表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)，T5（春：138.50；夏：194.58；秋：269.58；冬：341.50）和T10（春：163.25；夏：195.58；秋：341.67；冬：384.92）纖毛蟲密度顯著高于CK（春：123.67；夏：165.58；秋：146.67；冬：198.08）（P＜0.05），且各季節(jié)均以 T10纖毛蟲密度為最大。除夏季外，T20（春：143.67；夏：98.33；秋：156.42；冬：218.50）纖毛蟲密度均略大于 CK，但差異不顯著，這表明低水平氮處理對(duì)纖毛蟲密度表現(xiàn)為促進(jìn)作用，而高水平下促進(jìn)作用減弱，存在閾值效應(yīng)。

不同水平氮處理對(duì)Gleason-Margalef多樣性指數(shù)的影響與物種數(shù)一致，即隨著氮沉降量的增大，多樣性指數(shù)顯著下降（P＜0.05），CK（春：3.45；夏：3.99；秋：3.49；冬：4.58）多樣性指數(shù)最高，T5（春：2.95；夏：3.26；秋：2.96；冬：3.90）次之，T10（春：2.57；夏：2.73；秋：2.68；冬：3.35）再次，T20（春：1.58；夏：1.53；秋：1.80；冬：2.05）最低。

表2 各處理組環(huán)境因子Table 2 Environmental factors in various treatment group

圖4 各處理組纖毛蟲物種數(shù)、密度和多樣性指數(shù)Fig. 4 Species number, density, species diversity index in various treatment group

對(duì)土壤纖毛蟲物種數(shù)、密度及多樣性指數(shù)進(jìn)行氮處理與季節(jié)間的無重復(fù)雙因子方差分析，結(jié)果顯示，土壤纖毛蟲物種數(shù)對(duì)氮處理（P=0.000，F(xiàn)=12.424）和季節(jié)（P=0.000，F(xiàn)=16.168）的響應(yīng)差異顯著；密度對(duì)氮處理（P=0.000，F(xiàn)=3.867）和季節(jié)（P=0.000，F(xiàn)=20.750）的響應(yīng)差異也顯著；多樣性指數(shù)對(duì)氮處理（P=0.000，F(xiàn)=12.414）和季節(jié)（P=0.000，F(xiàn)=10.515）的響應(yīng)同樣差異顯著。

2.4 土壤環(huán)境因子對(duì)不同氮沉降處理土壤纖毛蟲的影響

2.4.1 土壤纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與土壤環(huán)境因子的RDA分析

為確定合適的模型并進(jìn)行排序分析，首先對(duì)物種數(shù)據(jù)進(jìn)行DCA分析，即非約束性排序-去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析，得知結(jié)果中 4個(gè)軸的最大梯度為 0.212，故采用線性模型-冗余分析（RDA）探討纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與環(huán)境因子之間的關(guān)系。如表3所示，通過對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行蒙特卡羅置換檢驗(yàn)（Monte Carlo Permutation Test），結(jié)果顯示，含水量與pH是對(duì)纖毛蟲群落具有顯著影響的環(huán)境因子，通過手動(dòng)預(yù)選對(duì)其與纖毛蟲物種數(shù)據(jù)進(jìn)行 RDA分析，提取到 2個(gè)有效排序軸（表 4），特征值分別為 0.5390和0.1140，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到65.3%，因此RDA排序分析一定程度上可反映土壤纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與環(huán)境因子之間的相關(guān)關(guān)系。第1排序軸與土壤含水量和土壤pH都呈正相關(guān)，第2排序軸與土壤含水量呈正相關(guān)，與土壤pH呈負(fù)相關(guān)。

表4 環(huán)境變量與排序軸的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients between environmental factors with ordination axes of RDA

圖5所示為反映土壤環(huán)境因子與纖毛蟲物種數(shù)據(jù)的RDA二維排序圖，圖中數(shù)字1～4代表氮沉降量依次增加的春季各處理組，同理 5～16代表氮沉降量依次增加的夏、秋、冬季各處理組。根據(jù)各射線夾角可知，纖毛蟲密度與土壤含水量、纖毛蟲物種數(shù)與土壤pH都呈正相關(guān)，相關(guān)性較強(qiáng)，纖毛蟲多樣性指數(shù)與土壤含水量和土壤pH均呈負(fù)相關(guān)。分析樣點(diǎn)與環(huán)境因子間的相互關(guān)系可知，對(duì)照組與低氮處理組樣點(diǎn)多分布于環(huán)境因子同側(cè)，與環(huán)境因子關(guān)系更為密切，因此，RDA排序圖可以很好地反映出纖毛蟲物種參數(shù)與環(huán)境因子之間的關(guān)系。

圖5 物種-環(huán)境因子相關(guān)RDA排序圖Fig. 5 RDA analysis ordination diagram of species-environment relationships

2.4.2 土壤纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與土壤環(huán)境因子的相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS 23.0對(duì)土壤纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與環(huán)境因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析（Pearson correlation analysis），結(jié)果如表5所示，在氮處理下，土壤含水量與物種多樣性指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P=0.004），與密度呈顯著正相關(guān)（P=0.036）；土壤 pH與物種數(shù)呈極顯著正相關(guān)（P=0.001）；其他各因子之間相關(guān)性不顯著。這與上述 RDA冗余分析的結(jié)果相吻合。綜上所述，通過對(duì)各樣點(diǎn)進(jìn)行不同水平氮處理，該研究樣區(qū)的環(huán)境因子發(fā)生了不同程度的改變，其中含水量與pH為起主導(dǎo)作用的因素，可以對(duì)纖毛蟲的群落特征參數(shù)產(chǎn)生不同程度的影響。

表5 纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析Table 5 Relationships between species and environmental factors using Pearson?s correlation coefficient

3 討論

3.1 氮沉降對(duì)土壤環(huán)境因子的影響

人工模擬氮沉降對(duì)研究區(qū)土壤環(huán)境因子產(chǎn)生了不同程度的影響，結(jié)果顯示，氮處理對(duì)土壤 pH的影響最為顯著（P＜0.05），對(duì)土壤含水量、土壤溫度和速效氮的影響均不顯著。氮沉降處理使土壤pH顯著下降，且氮沉降量越高，下降幅度越大，這與齊莎等（2010）、周丹燕等（2015）研究結(jié)果相一致。究其原因，過量的NO3-除通過反硝化作用或淋溶作用散失外，剩余部分被滯留在土壤中（肖輝林，2001），這可能使土壤處于氮“過飽和”狀態(tài)，從而發(fā)生強(qiáng)烈的酸化作用；其次，F(xiàn)oster et al.（1989）研究表明，土壤中Ca2＋的凈損失會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，而由氮沉降引起的土壤中 NO3-的過量會(huì)導(dǎo)致土壤中 Ca2＋和 Mg2+等陽離子的淋失加重，故土壤隨氮沉降量的增加呈明顯弱酸性。各氮沉降處理組土壤含水量隨氮沉降量增加呈上升趨勢(shì)，這主要是由于各處理組土壤速效氮成分隨著氮沉降量增大而升高，且植被覆蓋率隨植被總生物量的升高有所增加（周丹燕等，2015），從而提高了土壤保水性；而各氮沉降處理土壤含水量的季節(jié)變化均表現(xiàn)為冬季＞夏季＞秋季＞春季，這與研究區(qū)所處的自然環(huán)境密切相關(guān)。氮沉降處理對(duì)土壤溫度的影響與含水量呈相反趨勢(shì)，即氮沉降量越高，土壤溫度越低，但差異不顯著；土壤溫度也隨季節(jié)變化呈現(xiàn)夏季最高、冬季最低的特征。氮沉降處理對(duì)土壤速效氮含量的影響在各季節(jié)間表現(xiàn)出不同趨勢(shì)：春季各處理組速效氮含量無顯著變化，這是由于研究區(qū)春季氣溫較低，植被生長(zhǎng)及微生物活動(dòng)相對(duì)較弱，單施氮肥對(duì)土壤速效氮含量影響并不顯著；夏、秋兩季速效氮含量隨氮沉降量加大而增大，這是由于隨著植被生長(zhǎng)逐漸旺盛，微生物對(duì)腐殖質(zhì)的分解等作用加強(qiáng)，且人為添加硝酸銨，使土壤中的硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量上升；而在冬季，氮沉降處理組速效氮含量相較于對(duì)照組有所下降，這是由于集中降雨期（5—10月）過后，淋溶作用加強(qiáng)，且植被的生長(zhǎng)消耗了大量速效氮。

3.2 氮沉降對(duì)土壤纖毛蟲群落的影響

隨氮沉降量增大，各處理組土壤纖毛蟲物種數(shù)呈線性顯著減少（P＜0.05），這與已有研究結(jié)果相一致，齊莎等（2010）認(rèn)為，連續(xù)5年氮處理后，土壤生物量及其多樣性均顯著降低，在土壤原生動(dòng)物中，土壤纖毛蟲對(duì)氮處理的響應(yīng)最為積極。根據(jù)前文對(duì)土壤纖毛蟲物種數(shù)據(jù)與環(huán)境因子之間的 RDA分析和Pearson相關(guān)性分析可知，土壤pH與纖毛蟲物種數(shù)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。人工模擬氮沉降后，土壤環(huán)境發(fā)生變化，其中最為顯著的是土壤pH降低，導(dǎo)致土壤酸化，氮沉降量越高，pH下降幅度越大，T20處理組土壤pH均值為6.58，而最適宜纖毛蟲生長(zhǎng)的土壤 pH在 6.7～7.0之間（沈韞芬，1999），因此高氮處理組中纖毛蟲物種數(shù)最低。此外，徐國良等（2003）指出氮沉降物性質(zhì)也可對(duì)土壤動(dòng)物的生長(zhǎng)和繁殖產(chǎn)生直接作用，如酸沉降物與土壤動(dòng)物直接接觸可致其死亡。

氮沉降處理對(duì)纖毛蟲密度的影響表現(xiàn)為 CK＜T20＜T5＜T10，其中，T10纖毛蟲密度最大，這表明氮沉降對(duì)纖毛蟲密度的影響具有閾值效應(yīng)，當(dāng)?shù)两盗靠刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)時(shí)，對(duì)纖毛蟲密度表現(xiàn)為促進(jìn)作用，但當(dāng)?shù)两盗窟^高時(shí)，促進(jìn)作用減弱。RDA分析與 Pearson相關(guān)性分析表明，土壤含水量與物種密度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），隨氮沉降量的增加，各處理組土壤含水量呈上升趨勢(shì)，因此纖毛蟲密度在低氮及中氮處理后增加，但在高氮處理后有所下降，這是由于過量的氮肥使土壤中速效氮含量上升，降低了水分的有效性；再者，邱波等（2004）研究表明，單施氮肥會(huì)降低植被多樣性，作為土壤原生動(dòng)物最重要的棲息地，植被根系多樣性的破壞也會(huì)使其密度降低。

纖毛蟲多樣性指數(shù)表現(xiàn)為 CK＞T5＞T10＞T20，即隨著氮沉降量增加，各處理組纖毛蟲群落組成趨于簡(jiǎn)單化，優(yōu)勢(shì)種和特有種單一且都為具有良好適應(yīng)能力的腎形蟲，纖毛蟲由較為高等的K-型纖毛蟲演替為簡(jiǎn)單低等的r-型纖毛蟲。究其原因，腹毛類纖毛蟲屬于纖毛蟲中較為高級(jí)的階元，個(gè)體大，只有當(dāng)環(huán)境良好時(shí)才可以大量生存，而高氮處理使其受到環(huán)境脅迫，因此在 T20處理組中腹毛類纖毛蟲分布最為罕見；其次，該類群主要攝食細(xì)菌、藻類及其他原生動(dòng)物，氮沉降量處理在使土壤環(huán)境發(fā)生變化的同時(shí)，也會(huì)使土壤團(tuán)聚體及土壤溶液滲透壓發(fā)生改變，從而導(dǎo)致土壤微生物活動(dòng)量減弱，轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)甚至死亡（宇萬太等，2008），最終改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)（張海芳等，2017）。腎形類纖毛蟲是土壤纖毛蟲中最常見的三大類群之一，除對(duì)攝食要求較低外，該類群適應(yīng)能力極強(qiáng)，具有完善而迅速的脫包囊和形成包囊機(jī)制，因而能存活于氮沉降后較為惡劣的環(huán)境中，甚至經(jīng)過長(zhǎng)期適應(yīng)，擁有較強(qiáng)的耐受性而成為高氮處理組的優(yōu)勢(shì)類群。隨氮沉降量增加，纖毛蟲物種數(shù)降低而密度增加，這也是纖毛蟲多樣性指數(shù)呈下降趨勢(shì)的直接原因。

4 結(jié)論

本研究表明，在甘肅甘南高寒草甸人工模擬氮沉降后，高氮處理對(duì)纖毛蟲群落組成具有消極影響，即高濃度氮肥不利于土壤纖毛蟲群落物種多樣性的提高，且對(duì)土壤纖毛蟲密度的影響具有閾值效應(yīng)。氮沉降處理通過影響土壤環(huán)境因子進(jìn)而改變土壤纖毛蟲群落結(jié)構(gòu)，其主要制約因子為土壤含水量和pH。為維持穩(wěn)定良好的生態(tài)系統(tǒng)功能，推薦5～10 g?m-2?a-1氮肥施用量作為高寒草甸最佳施肥水平參考值。氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過程，由于本試驗(yàn)研究周期較短，其對(duì)高寒草甸土壤纖毛蟲群落的長(zhǎng)期作用有待對(duì)多個(gè)影響因素、多地點(diǎn)及多時(shí)間點(diǎn)展開更深入的研究。

致謝：英國自然歷史博物館 Alan Warren（E-mail:a.warren@nhm.ac.uk）研究員為本文的英文摘要進(jìn)行了潤色，特此致謝！

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