刈割对不同植物群落特征、土壤微生物和土壤酶活性的影响

高明华等

摘要： 以呼伦贝尔草甸草原为样地，对羊草群落、贝加尔针茅群落在刈割干扰下的群落特征、土壤微生物与酶活性进行研究。结果表明，在刈割干扰下，以羊草为建群种的群落所受的影响比贝加尔针茅群落小，植物群落α多样性四个指数都显示比贝加尔针茅群落高，物种多样性更丰富，生长情况相对更好。各刈割区土壤微生物数量均表现为细菌>放线菌>真菌；垂直分布为0～10 cm>10～20 cm；土壤脲酶、过氧化氢酶、转化酶活性0～10 cm土层的均高于10～20 cm。相关分析表明，植物群落？琢多样性与土壤微生物数量、土壤酶活性呈显著正相关（P<0.05）。

关键词： 刈割；草甸草原；群落特征；土壤微生物；土壤酶活性

中图分类号：S812.8 文献标识码：A 文章编号：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

不论是天然草地、人工草地还是退耕后新建的草地，除发挥其生态功能外，其主要目的在于利用。草地的利用方式主要有放牧和割草两种。对于北方温带草原而言，放牧和刈割是草场利用和管理的主要方式，同时也是两个主要的人为干扰因素。由于牧草生产季节不平衡，刈割相对于放牧而言，对于解决牧草生产季节不平衡的问题，确保家畜越冬营养需要起着重要的作用。在广大牧区，割草地收获的干草是解决牧草供给季节不平衡的重要手段，也是冬春期间抗灾保畜，减少春乏损失的主要措施。

研究在刈割干扰下呼伦贝尔草甸草原羊草和贝加尔针茅群落特征、土壤微生物与酶活性的变化，并进行比较分析，在刈割条件下羊草群落和贝加尔针茅群落哪个生长情况更好，更适合刈割，产量更高等，对于草原的保护和合理利用，草原自然保护区的建设等都具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

采样地位于呼伦贝尔市陈巴尔虎旗草甸草原。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。属于中温带半干旱大陆性气候，冬季严寒漫长，夏季温暖短促，年均气温-2.6 ℃，最高、最低气温分别为38.4 ℃和-49 ℃；年积温1 580～1 800 ℃，无霜期110 d；年平均降水量350～450 mm，多集中在7～9月且变化较大。草原类型是以羊草（Leymus chininse）﹑贝加尔针茅（Stipa baicalensis）分别为建群种和优势种构成，主要伴生种有硬质早熟禾（Poasphondy lodes）﹑蓬子菜（Galium verum）等。

1.2 试验设计

1.2.1 样地设置 根据利用方式不同，将样地分为放牧和刈割两个区，再根据建群种不同将每个区划分为羊草群落（YD）和贝加尔针茅群落（BD）。本研究只对刈割区的羊草群落和贝加尔针茅群落进行研究，刈割区属于常年正常刈割3年以上，羊草群落和贝加尔针茅群落分别以羊草和贝加尔针茅为建群种。每个群落各设一个样带，每个样带长100 m，宽2 m，在每个样带中随机取面积为0.5 m×0.5 m的样方，重复15次。

1.2.2 植物调查与取样 2012年8月中旬，草原植物群落生物量达到高峰期时，在呼伦贝尔草甸草原刈割草场的羊草群落和贝加尔针茅群落各选取一个样带进行调查与取样。野外植被学调查采用常规调查法[1]。植物多度采用计数法测定、植被盖度采用目测法测定、用直尺测量每个物种的自然高度、地上生物量测定，齐地面剪取茎叶，然后分种计数并称取鲜重后，装入纸袋中自然晾干，称其干重。

1.2.3 土壤样品采集 在采取植物样本的同时采取土壤样本。每个样地内用9 cm土钻随机选10个样点，每个取样点之间间隔10 m，分层取0～10 cm、10～20 cm土壤样品，同层土样混合均匀，试验设3次重复。将土样保鲜带回实验室立即进行试验，用于土壤微生物和土壤酶活性的测定。

1.2.4 土壤微生物种群数量测定 细菌、放线菌和真菌的活菌计数培养基分别为牛肉膏蛋白胨培养基、高氏1号培养基、孟加拉红培养基，方法参考文献[2]。

1.2.5 土壤酶活性的测定 脲酶用靛酚蓝比色法测定，酶活性以24 h后1 g土中NH4+-N 的毫克数表示；转化酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，酶活性以24 h后1 g土中葡萄糖的毫克数表示；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法，酶活性以每克土壤滴定所需0.1 mol/L KMnO4的毫升数来表示[3]。

1.2.6 数据处理

1）重要值。植物群落物种重要值计算公式为：重要值=（相对高度+相对密度+相对盖度）/3

2）植物群落α多样性 物种α多样性指数包括：Margarlef丰富度指数（Ma）、Shannon-Wiener多样性指数（H′）、Simpson多样性指数（D）和Pielou均匀度指数（Jp）。

3）数据分析 采用Excel 和SAS 9.13 软件进行数据分析和作图。

2 结果与分析

2.1 植物群落数量特征分析

2.1.1 群落盖度变化 群落盖度分析结果显示，两个群落之间无显著性差异，贝加尔针茅和羊草的群落盖度大致相同，相差不大（P>0.05）。贝加尔针茅群落高出羊草群落2.090个百分点（图1A）。

2.1.2 群落高度变化 群落高度方差分析结果显示，两个群落之间无显著差异，贝加尔针茅和羊草的群落高度大致相同，相差不大（P>0.05）。贝加尔针茅群落高出羊草群落2.217%（图1A）。

2.1.3 群落密度变化 群落密度变化显示，两个群落的密度比较与群落高度和盖度有所不同，两个群落之间有显著差异（P<0.05），而且羊草群落的群落密度显著高于贝加尔针茅群落的群落密度50.132%（图1B）。

2.1.4 群落现存量变化 群落现存量变化显示，不同群落之间存在显著差异（P<0.05），羊草群落现存量显著高于贝加尔针茅群落现存量21.339%（图1A）。

2.2 植物群落α多样性变化

由表1可知，不同群落在刈割干扰下，Margalef物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数，贝加尔针茅群落相比羊草群落有升高趋势，Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数，不同群落之间没有显著差异，相差不大。

Margalef物种丰富度指数：羊草群落显著高于贝加尔针茅群落18.110%（P<0.05），不同群落之间有显著差异。

Shannon-Wiener多样性指数：不同群落之间有显著差异，羊草群落显著高于贝加尔针茅群落35.544%（P<0.05）。

Simpson优势度指数：不同群落之间无显著差异，但羊草群落高出贝加尔针茅群落2.20%。

Pielou均匀度指数：不同群落之间无显著差异，但羊草群落高出贝加尔针茅群落7.07%。

2.3 刈割条件下土壤微生物数量变化

由表2可知，在土壤微生物中，无论是羊草草原还是贝加尔针茅草原土壤，细菌的数量基本上较放线菌高1个数量级，放线菌较真菌高2个数量级。细菌与放线菌和真菌均呈显著差异（P<0.01），说明细菌占优势，放线菌次之，真菌最少。不同土层微生物数量0～10 cm高于10～20 cm，但差异不显著（P>0.05）。两类型草原相比较，在0～10 cm土层中放线菌的数量贝加尔针茅草原的要高于羊草草原的，但差异不显著（P>0.05）。

2.4 刈割对羊草和贝加尔针茅草原土壤酶活性的影响

刈割对羊草和贝加尔针茅草原土壤酶活性的影响情况见表2。两种类型草原土壤酶活性的垂直分布情况为0～10 cm高于10～20 cm，刈割干扰下两个土层中土壤脲酶和过氧化氢酶活性相比较，贝加尔针茅草原的要高于羊草草原的，但差异不显著（P>0.05），而转化酶的活性羊草草原要高于贝加尔针茅草原的，但差异不显著（P>0.05）。

2.5 土壤微生物、土壤酶活性与植物群落数量的关系

相关性分析表明，植物群落α多样性与土壤微生物数量、土壤酶活性呈显著正相关（P<0.05）。不同类型草原土壤酶活性的垂直分布情况与微生物的数量呈正相关。结果表明，不同植物群落土壤对刈割的响应有所不同，影响草地植物生长及其微生物的生存和繁衍，同时对土壤酶活性也产生了一定的间接影响。

3 结论与讨论

刈割作为草甸草原重要的利用和管理方式之一，对天然草地生态系统而言，是一种人为干扰机制，对草地生态系统及其各组分产生一定的影响。对于刈割干扰下的草甸草原，已经有了一系列的研究，研究表明，刈割可以增加群落的物种数、群落密度以及羊草群落盖度[4]，同时，随着刈割频次的增加，即刈割间隔期间的缩短，群落的地上生物量和地下生物量都有所减少。适量的刈割可以刺激植物的生长，但刈割频次过多会严重影响植物的生长[5]。适度的刈割对土壤微生物和土壤酶的活性也会产生一定的影响[6]，所以研究刈割对草原的影响对于合理利用草地具有重要意义。

贝加尔针茅个体比羊草大，在高度和盖度两个指标中贡献大，高于羊草，可是同一大小的样方中羊草数量众多，导致密度指标上羊草要大于贝加尔针茅[7]。而且，由于贝加尔针茅个体大，对别的物种的竞争排斥作用强，导致同一群落的种间竞争过程中，贝加尔针茅会优于羊草[8]，这可能使贝加尔针茅群落的现存量和枯落物量要小于羊草群落。另外这可能也是导致羊草群落α多样性比贝加尔针茅群落高，因为种间竞争小，就能允许更多的物种共同生存，生物多样性就高，反之就低。

植物群落与数量特征：在群落与数量特征的五个指标中，不同群落之间高度和盖度都没有显著差异，相差不大，但贝加尔针茅群落略高于羊草群落。而另外两个，即现存量和密度，不同群落之间有显著差异，并且都是羊草群落显著高于贝加尔针茅群落。表明在刈割干扰下，以羊草为建群种的群落所受的影响比贝加尔针茅群落小，生长情况相对更好。

植物群落α多样性：在刈割干扰下，羊草群落受影响较贝加尔针茅群落小，植物群落α多样性四个指数都比贝加尔针茅群落高，物种多样性更丰富。

总之，草甸草原自然保护区在刈割干扰下，羊草群落普遍生长情况相对更好，生物多样性也更高，而且由于枯落物的量高于贝加尔针茅群落，对土壤肥力的作用也会比贝加尔针茅好，但是就草场的牧草生产力而言，由于贝加尔针茅个体大于羊草，使得贝加尔针茅群落明显高于羊草群落。另外，虽然贝加尔针茅群落在刈割干扰下生长情况稍劣于羊草群落，但对草甸草原并没有多大影响，因此，贝加尔针茅群落更适合刈割。在草甸草原自然保护区的建设过程中，可以适当的调整两个群落的刈割强度和刈割频次，以便达到最好的利用效果，对此还有待进一步的研究。

参考文献：

[1] 姜 恕，李 博，王义凤.草地生态研究方法[M].北京：农业出版社，1988.

[2] 李振高，骆永明，滕 应.土壤与环境微生物研究法[M].北京：科学出版社，2008.

[3] 林先贵.土壤微生物研究原理与方法[M].北京：高等教育出版社，2010.

[4] 桂 花，乌仁其其格，袁 伟.呼伦贝尔草甸草原自然保护区不同干扰下植物群落特征研究[J].广东农业科学，2012，39（15）：181-183.

[5] 鲍雅静，李政海，包清海.多年刈割对羊草草原群落生物量及羊草和恰草种群重要值的影响[J].内蒙古大学学报，2001，32（3）：309-313.

[6] 郭明英，卫智军，徐丽君，等.不同刈割年限天然草地土壤呼吸特性研究[J].草地学报，2011，19（1）：51-57.

[7] 汪诗平.刈牧对草原植物的影响[J].生态学杂志，2000，19（6）：34-39.

[8] 孙吉雄.草地培育学[M].北京：中国农业出版社，2000.