刈割對不同植物群落特征、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行研究。結果表明，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多樣性四個指數都顯示比貝加爾針茅群落高，物種多樣性更豐富，生長情況相對更好。各刈割區土壤微生物數量均表現為細菌>放線菌>真菌；垂直分布為0～10 cm>10～20 cm；土壤脲酶、過氧化氫酶、轉化酶活性0～10 cm土層的均高于10～20 cm。相關分析表明，植物群落？琢多樣性與土壤微生物數量、土壤酶活性呈顯著正相關（P<0.05）。

關鍵詞： 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：S812.8 文獻標識碼：A 文章編號：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，除發揮其生態功能外，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。對于北方溫帶草原而言，放牧和刈割是草場利用和管理的主要方式，同時也是兩個主要的人為干擾因素。由于牧草生產季節不平衡，刈割相對于放牧而言，對于解決牧草生產季節不平衡的問題，確保家畜越冬營養需要起著重要的作用。在廣大牧區，割草地收獲的干草是解決牧草供給季節不平衡的重要手段，也是冬春期間抗災保畜，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生長情況更好，更適合刈割，產量更高等，對于草原的保護和合理利用，草原自然保護區的建設等都具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

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，冬季嚴寒漫長，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）分別為建群種和優勢種構成，主要伴生種有硬質早熟禾（Poasphondy lodes）﹑蓬子菜（Galium verum）等。

1.2 試驗設計

1.2.1 樣地設置 根據利用方式不同，將樣地分為放牧和刈割兩個區，再根據建群種不同將每個區劃分為羊草群落（YD）和貝加爾針茅群落（BD）。本研究只對刈割區的羊草群落和貝加爾針茅群落進行研究，刈割區屬于常年正常刈割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。每個群落各設一個樣帶，每個樣帶長100 m，寬2 m，在每個樣帶中隨機取面積為0.5 m×0.5 m的樣方，重復15次。

1.2.2 植物調查與取樣 2012年8月中旬，草原植物群落生物量達到高峰期時，在呼倫貝爾草甸草原刈割草場的羊草群落和貝加爾針茅群落各選取一個樣帶進行調查與取樣。野外植被學調查采用常規調查法[1]。植物多度采用計數法測定、植被蓋度采用目測法測定、用直尺測量每個物種的自然高度、地上生物量測定，齊地面剪取莖葉，然后分種計數并稱取鮮重后，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采取土壤樣本。每個樣地內用9 cm土鉆隨機選10個樣點，每個取樣點之間間隔10 m，分層取0～10 cm、10～20 cm土壤樣品，同層土樣混合均勻，試驗設3次重復。將土樣保鮮帶回實驗室立即進行試驗，用于土壤微生物和土壤酶活性的測定。

1.2.4 土壤微生物種群數量測定 細菌、放線菌和真菌的活菌計數培養基分別為牛肉膏蛋白胨培養基、高氏1號培養基、孟加拉紅培養基，方法參考文獻[2]。

1.2.5 土壤酶活性的測定 脲酶用靛酚藍比色法測定，酶活性以24 h后1 g土中NH4+-N 的毫克數表示；轉化酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，酶活性以24 h后1 g土中葡萄糖的毫克數表示；過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的毫升數來表示[3]。

1.2.6 數據處理

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

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

3）數據分析 采用Excel 和SAS 9.13 軟件進行數據分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 植物群落數量特征分析

2.1.1 群落蓋度變化 群落蓋度分析結果顯示，兩個群落之間無顯著性差異，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個百分點（圖1A）。

2.1.2 群落高度變化 群落高度方差分析結果顯示，兩個群落之間無顯著差異，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，兩個群落的密度比較與群落高度和蓋度有所不同，兩個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 群落現存量變化 群落現存量變化顯示，不同群落之間存在顯著差異（P<0.05），羊草群落現存量顯著高于貝加爾針茅群落現存量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、Shannon-Wiener多樣性指數，貝加爾針茅群落相比羊草群落有升高趨勢，Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數，不同群落之間沒有顯著差異，相差不大。

Margalef物種豐富度指數：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：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優勢度指數：不同群落之間無顯著差異，但羊草群落高出貝加爾針茅群落2.20%。

Pielou均勻度指數：不同群落之間無顯著差異，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量變化

由表2可知，在土壤微生物中，無論是羊草草原還是貝加爾針茅草原土壤，細菌的數量基本上較放線菌高1個數量級，放線菌較真菌高2個數量級。細菌與放線菌和真菌均呈顯著差異（P<0.01），說明細菌占優勢，放線菌次之，真菌最少。不同土層微生物數量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 刈割對羊草和貝加爾針茅草原土壤酶活性的影響

刈割對羊草和貝加爾針茅草原土壤酶活性的影響情況見表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，刈割干擾下兩個土層中土壤脲酶和過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量的關系

相關性分析表明，植物群落α多樣性與土壤微生物數量、土壤酶活性呈顯著正相關（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量呈正相關。結果表明，不同植物群落土壤對刈割的響應有所不同，影響草地植物生長及其微生物的生存和繁衍，同時對土壤酶活性也產生了一定的間接影響。

3 結論與討論

刈割作為草甸草原重要的利用和管理方式之一，對天然草地生態系統而言，是一種人為干擾機制，對草地生態系統及其各組分產生一定的影響。對于刈割干擾下的草甸草原，已經有了一系列的研究，研究表明，刈割可以增加群落的物種數、群落密度以及羊草群落蓋度[4]，同時，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，但刈割頻次過多會嚴重影響植物的生長[5]。適度的刈割對土壤微生物和土壤酶的活性也會產生一定的影響[6]，所以研究刈割對草原的影響對于合理利用草地具有重要意義。

貝加爾針茅個體比羊草大，在高度和蓋度兩個指標中貢獻大，高于羊草，可是同一大小的樣方中羊草數量眾多，導致密度指標上羊草要大于貝加爾針茅[7]。而且，由于貝加爾針茅個體大，對別的物種的競爭排斥作用強，導致同一群落的種間競爭過程中，貝加爾針茅會優于羊草[8]，這可能使貝加爾針茅群落的現存量和枯落物量要小于羊草群落。另外這可能也是導致羊草群落α多樣性比貝加爾針茅群落高，因為種間競爭小，就能允許更多的物種共同生存，生物多樣性就高，反之就低。

植物群落與數量特征：在群落與數量特征的五個指標中，不同群落之間高度和蓋度都沒有顯著差異，相差不大，但貝加爾針茅群落略高于羊草群落。而另外兩個，即現存量和密度，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，生長情況相對更好。

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多樣性四個指數都比貝加爾針茅群落高，物種多樣性更豐富。

總之，草甸草原自然保護區在刈割干擾下，羊草群落普遍生長情況相對更好，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，對土壤肥力的作用也會比貝加爾針茅好，但是就草場的牧草生產力而言，由于貝加爾針茅個體大于羊草，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情況稍劣于羊草群落，但對草甸草原并沒有多大影響，因此，貝加爾針茅群落更適合刈割。在草甸草原自然保護區的建設過程中，可以適當的調整兩個群落的刈割強度和刈割頻次，以便達到最好的利用效果，對此還有待進一步的研究。

參考文獻：

[1] 姜 恕，李 博，王義鳳.草地生態研究方法[M].北京：農業出版社，1988.

[2] 李振高，駱永明，滕 應.土壤與環境微生物研究法[M].北京：科學出版社，2008.

[3] 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.

[4] 桂 花，烏仁其其格，袁 偉.呼倫貝爾草甸草原自然保護區不同干擾下植物群落特征研究[J].廣東農業科學，2012，39（15）：181-183.

[5] 鮑雅靜，李政海，包清海.多年刈割對羊草草原群落生物量及羊草和恰草種群重要值的影響[J].內蒙古大學學報，2001，32（3）：309-313.

[6] 郭明英，衛智軍，徐麗君，等.不同刈割年限天然草地土壤呼吸特性研究[J].草地學報，2011，19（1）：51-57.

[7] 汪詩平.刈牧對草原植物的影響[J].生態學雜志，2000，19（6）：34-39.

[8] 孫吉雄.草地培育學[M].北京：中國農業出版社，2000.