放牧对羊草根际土壤线虫群落及区系的影响

乌尼尔， 张 晶， 海 棠*

(1. 内蒙古农牧业科学院， 内蒙古 呼和浩特 010031； 2. 内蒙古农业大学草原与资源环境学院， 内蒙古 呼和浩特 010010)

羊草(LeymuschinensisTzvel)是典型草原的优势类群[1-2]，由于放牧、割草、人类活动的干扰，羊草草地出现退化、盐碱化、品质产量降低等现象[3-4]。张杨、陈宝瑞、张玉娟[1-3]对不同干扰方式下的羊草草地生物量、羊草形态特征、羊草根际土壤理化性质、羊草根系分泌物等进行了研究，乌尼尔等认为不同干扰方式影响羊草形态特征及地上生物量[5]，放牧区羊草植株地上、地下生物量和各器官形态特征指标都显著低于围栏区。放牧影响羊草地上及地下生物量，但放牧是否影响羊草根际土壤线虫群落种类及区系的分布？羊草根际土壤线虫群落变化及土壤线虫区系的分布是否可以作为羊草退化过程中的生物指标？

土壤线虫是土壤小型动物，是评价土壤扰动的生物指标，土壤线虫的种类及功能类群参与土壤的生态过程[6-8]。徐冰、任慧琴等用盆栽实验研究了内蒙古典型草原区3种建群种大针茅(StipagrandisP.Smirn)、克氏针茅(StipakryloviiRoshev)和羊草和 1种群落伴生种(冰草)根际土壤线虫群落的数量特征。结果表明:4种植物根际土壤线虫群落间差异显著[9]。吴建波、阮维斌等在鄂尔多斯毛乌素沙地对油蒿(Artemisiaordosica)、柠条锦鸡儿(Caraganakorshinskii)、牛心朴子(Cynanchumkomarovii) 等3种优势植物根际土壤线虫群落进行的调查结果表明,3种植物根际土壤线虫群落的多样性、丰富度、均匀度和线虫总数差异不显著，结构指数(SI)和各营养类群线虫的比例存在显著差异，在干旱生态系统中不同植物种类对土壤食物网中线虫群落结构和种类组成的影响有所差异[10]。王跃棠、梅续芳等发现小叶锦鸡儿(CaraganamicrophyllaLam)灌丛通过影响灌丛土壤资源影响土壤线虫的群落组成、多样性和功能性[11]。

放牧会影响草地土壤理化性质及微生物量[12]，过度放牧会使羊草群落特征发生变化[4]，那么放牧干扰对羊草根际土壤线虫群落有何影响？地上植物群落特征的变化是否能特异性地影响土壤线虫群落?这些问题逐渐受到生态学家的关注。本研究以土壤线虫为指示生物，研究典型草原羊草根际土壤线虫群落结构及区系对放牧干扰的响应及放牧干扰下羊草根际土壤线虫种类、数量、生态特征指数及区系变化规律，为今后以土壤线虫为生物指标，评价草地扰动及草地退化过程提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况与试验设计

2015年8月在内蒙古锡林郭勒盟正镶白旗伊克淖尔苏木典型草原以放牧区及围栏区为取样区。放牧区的总面积为53 hm2，围栏区为每年5月份到10月份禁牧的草场，面积为10 hm2，围栏区每年8月份刈割一次，留茬高度3～5 cm。

在放牧区及围栏区分别以Z字形样点取样，在样点上随机选取羊草5株丛，沿其根部土壤剖面划分为0～10 cm，10～20 cm土层用土钻取样，将同一土层的土样混在一起，称取200克左右，采用贝尔曼浅盘法分离土壤线虫，重复3次，同时留部分土样进行土壤含水量的测定。

1.2 土壤线虫的分离、鉴定

用贝尔曼浅盘法分离线虫[13]。依据《中国土壤动物检索图鉴》[14]鉴定，线虫鉴定到属，并依据土壤湿度，将土壤线虫个体数量折算成每100 g干土中的线虫条数。根据线虫头部和外部形态学特征、食道特征和取食生境将土壤线虫分为以下4个营养类群；食细菌类线虫(Bacterivores)、食真菌类线虫(Fungivores)、植物寄生类线虫(Plant parasites)、捕食类群/杂食类线虫(Predators/Omnivores)[15-16]。

1.3 统计分析

(1)香农-威纳指数(Shannon-Weaver index):H′=-ΣPiLn(Pi)[17]

(2)成熟指数(Maturity index):MI =Συ(i)f(i)[18]

式中，v(i)为土壤线虫第i类群的Colonizer-persister(c-p)值，f (i)为第i类自由生活线虫占线虫总量的比例。

(3)瓦斯乐斯卡指数(Wasilewska index):WI=(BF+FF)/PP[19]

(4)线虫通道比(Nematode Channel Ratio):NCR= BF/ (BF+ FF)[20]

上式中，其中BF指食细菌线虫数量，FF指食真菌线虫数量，PP指植物线虫数量。

(5)通道指数(Channel index):CI=0.8Fu2/(3.2Ba1+ 0.8Fu2)

(6)基础成分指数(Basal index):BI= 100×b/(b + e + s)

(7)富集指数(Enrichment index):EI=100 [e/(e + b)]

(8)结构指数(Structure index):SI= 100[s/(s + b)]

e(Enrichment components)代表食物网中的富集成分,主要指c-p值为1的食细菌线虫(Bacterivores)(记作:Ba1)和c-p值为2的食真菌线虫(Fimgivores)(记作:Fu2)两个类群；b(Basal components)代表食物网中的基础成分，主要指c-p值为2的食细菌线虫(记作:Ba2)和Fu2两个类群；s(Structure components)代表食物网中的结构成分,包括c-p值为3～5的食细菌线虫(记作:Ba3-Ba5)、c-p值为3～5的食真菌线虫(记作:Fu3- Fu5)、c-p值为3～5的杂食线虫(Omnivores)(记作:Om3-Om5),c-p值为3～5的捕食线虫(Captors或Predators)(记作:Ca2-Ca5)类群。上述e,b和s值的计算公式分别为:e =Σkene；b =Σkbnb，s=Σksns其中ke,kb和ks为各类群所对应的加权数(其值在0.8～5.0之间),ne,nb,ns为各类群所对应的个体数量[21-22]。

线虫区系分析：

基于土壤线虫c-p值类群的权重分析，通过SI和EI拟合分成4个象限反馈土壤的很多信息[21-22]，如图1所示。

2 结果与分析

2.1 放牧对羊草根际土壤线虫种类及优势度的影响

从表1可知，试验区共捕获34属，7 160条·100 g-1干土线虫。滑刃目线虫3属、小杆目线虫5属、垫刃目线虫18属，矛线目线虫4属、单宫目线虫2属、窄咽目线虫1属、三矛目线虫1属。

放牧影响羊草根际土壤线虫的分布，放牧区0～10 cm土层里捕获了1614条·100 g-1干土线虫。极优势类群为真滑刃属Aphelenchus、小杆属Rhabditis和丽突属Acrobeles，个体数占总捕获个体数的37.17%；在围栏区0～10 cm土层里捕获了3237条·100 g-1干土线虫。极优势类群为小杆属Rhabditis、丽突属Acrobeles和拟丽突属Arcobeloides，属于食细菌线虫类，个体数占总捕获个体数的52.39%，放牧区极优势属的个体数低于围栏区。

放牧区优势类群为拟丽突属Arcobeloides、拱唇属Labronema、真矛属Eudorylaimus、米卡垫刃属Miculenchus，个体数占总捕获个体数的25.90%；围栏区优势类群为居中属Geocenamus、威尔斯属Wilsonema、地单宫属Geomonhystera和单宫属Monhystera，个体数占总捕获个体数的26.44%；除居中属外都属于食细菌、杂食捕食类线虫。而放牧区次优势类群个体数占20.92%，高于围栏区。

放牧区常见类群有拟盘旋属Pararotylenchus和小环线虫属Criconemella，个体数占总捕获个体数的2.91%；

围栏区0～10 cm常见类群有短体属Pratylenchus、矮化属Tylenchorhynchus、默林属Merlinius等的个体数占总捕获个体数的8.80%；放牧影响常见属的种类及个体数量。

表1 土壤线虫种类、数量及优势度Table 1 Group richness,number and dominance of soil nematode/Individuals· 100 g-1 dry soil

续表1

注：Yeates(1993a)等.+++++为极优势类群(>10%)，++++为优势类群(5～10%)，+++为次优势类群(2～5%)，++为常见类群accompanying(1～2%)，+为稀有类群(<1%)，-表示无；不同小写字母表示同一土层不同处理间具有显著差异(P<0.05)；不同大写字母表示同一处理不同土层间具有显著差异(P<0.05)，下同

Note1：Yeates(1993a)[15].+++++ eudominant (>10%)，++++ dominant (5～10%)，subdominant (2～5%)，++为常见的accompanying(1～2%)，+ subresident(<1%)，- not detected;Different lowercase letters indicate that there are significant differences between different treatments of the same trophic group (the same soil layer) at the 0.05 level;Different capital letters indicate significant differences among different trophic groups at the 0.05 level,the same as below

2.2 放牧对羊草根际土壤线虫营养类群种类及数量

放牧影响羊草根际土壤线虫的营养类群的分布，放牧区羊草根际0～10 cm处食真菌线虫(FF)显著高于围栏区(P<0.05)，而食细菌线虫(BF)、植物寄生线虫(PP)、杂食捕食类线虫(OP)数量显著低于围栏区。

放牧区10～20 cm土层食真菌线虫(FF)、植物寄生线虫(PP)数量显著高于围栏区(P<0.05)。而食细菌线虫(BF)和捕食/杂食类线虫(OP)显著低于围栏区(P<0.05)。

围栏区 0～10 cm和10～20 cm土层羊草根际食细菌线虫(BF)显著高于其它 3个营养类群(P<0.05)(表2)，放牧区0～10 cm处食细菌线虫(BF)及植物寄生线虫(PP)数量间没有显著差异，10～20 cm处植物寄生线虫(PP)数量显著高于其它三种营养类群(表2)。

表2 羊草根际土壤线虫营养类群及数量Table 2 soil nematode functional groups and numbers in rhizosphere of Leymus chinensis

注：食真菌线虫(FF)、食细菌线虫(BF)、植物寄生线虫(PP)、捕食/杂食类线虫(OP)

Note:Fungal nematodes (FF),bacterial nematodes (BF),plant parasitic nematodes (PP),predatory/omnivorous nematodes (OP)

2.3 放牧干扰下羊草根际土壤线虫生H＇多样性指数及成熟度指数的变化

0～10 cm及10～20 cm土层放牧区土壤线虫多样性指数H＇显著高于围栏区(P<0.05)，0～10 cm、10～20 cm土层，围栏区羊草根际自由生活线虫成熟度指数(MI) 显著(P<0.05)高于放牧区(表3)。

表3 羊草根际土壤线虫多样性指数Table 3 biodiversity index of soil nematode in rhizosphere of Leymus chinensis

WI数反映土壤线虫种群结构组成与土壤健康程度，当WI=1时有益的非植物寄生线虫数量(食细菌和食真菌线虫) 与有害的植物寄生线虫数量相当，土壤健康程度一般，WI值>1时，健康状况越好；WI值<1时，值越小，土壤健康状况越差。在不同土层围栏区土壤线虫群落瓦斯乐斯卡指数(WI)高于放牧区，表示围栏区的土壤健康状况优于放牧区。

不同土层线虫通道比(NCR)放牧区显著低于围栏区。BI指示土壤食物网的抵抗力，值越大，相对抵抗力越大。放牧区0～10 cm的BI值显著高于围栏区。而10～20 cm围栏区高于放牧区(表4)。

0～10 cm放牧区处富集指数(EI)、结构指数(SI)、显著低于围栏区，说明放牧区羊草根际土壤线虫群落受干扰程度高，而围栏区土壤食物网结构丰富。放牧区及围栏区不同土层的CI值都小于50，说明土壤线虫分解土壤有机质以细菌通道为主(表4)。

表4 羊草根际土壤线虫生态功能指数Table 4 ecological functional index of soil nematode in rhizosphere of Leymus chinensis

2.4 放牧对羊草根际土壤线虫区系的影响

功能区系的划分可以明确不同干扰对羊草根际土壤线虫群落的影响。在0～10 cm处放牧区羊草根际的土壤线虫区系在D区，系土壤养分差，养分枯竭；C:N高；受到胁迫；真菌降解为主，食物网退化；围栏区在C区系，无干扰，土壤养分较差、食物网稳定(图2)。10～20 cm处放牧区土壤线虫区系在B区，受干扰低，土壤养分较好；N富集，C:N低，食物网成熟；围栏区在C区系，土壤养分较差、无干扰、食物网稳定(图3)。

图2 0～10 cm土层土壤线虫权重区系分析Fig.2 Analysis of soil nematode fauna weight in 0～10 cm

3 讨论

杜晓芳等认为在受扰动的生境中杂食捕食类线虫的密度和多样性较低[23]，本研究中围栏区的羊草根际土壤中极优势属、优势属及次优势属以食细菌和杂食捕食类线虫为主，放牧区极优势类群、优势类群及次优势类群中出现以真菌为食的真滑刃属线虫及食植线虫米卡垫刃属Miculenchus，因此放牧影响羊草根际土壤线虫群落结构及优势-次优势类群的种类，放牧干扰使羊草根际杂食捕食类线虫减少，使植物寄生线虫数量增加。

图3 10～20 cm土层土壤线虫权重区系分析Fig.3 Analysis of soil nematode fauna weight in 10～20 cm

Zolda等认为，轻度放牧或者禁牧将有利于食细菌线虫数量的增长[24-25]，本研究中围栏区的食细菌数量显著高于放牧区，与胡静等的结论一致。放牧区土壤线虫多样性指数H＇指数显著高于围栏区(P<0.05)，放牧区土壤线虫群落瓦斯乐斯卡指数(WI)、成熟度指数(MI)显著(P<0.05)低于围栏区，以上结论与薛会英，罗大庆，胡锋，李辉信等[26]研究结果相似。罗大庆等认为自由放牧样地WI指数低于围封样地，尤其在生长期仅为 0.70，土壤健康程度较差。在本研究中0～10 cm放牧区的WI指数为2.55，而围栏区为7.42，认为此结果可能与试验所处的生境及放牧的强度、土壤类型不同有关。

放牧影响羊草根际土壤线虫区系的分布，围栏区羊草根际不同土层土壤线虫区系的分布都在C区，属于无干扰及食物网稳定，而0～10 cm处，放牧区土壤线虫区系在D区，干扰最高，降解通道以真菌代谢为主，食物网退化；10-20 cm处放牧区在B区受中度干扰，食物网成熟。从羊草根际土壤线虫区系的分析结果看放牧区羊草根际土壤线虫食物网是受干扰最严重的，而围栏区无干扰、食物网稳定。

4 结论

以土壤线虫为生物指标，研究放牧干扰对羊草根际土壤线虫种类、数量及线虫区系的影响，试验区共捕获线虫34属线虫，放牧影响草地线虫总数量及优势类群。不同土层土壤线虫总数量的分布规律为：围栏区>放牧区。放牧区优势及次优势类群中植物寄生线虫类所占比例明显增加。

放牧影响羊草根际土壤线虫多样性指数，放牧区H＇指数显著高于围栏区。而WI、MI指数放牧区低于围栏区。放牧影响羊草根际土壤线虫区系的分布，放牧区羊草根际土壤线虫食物网退化、不稳定，而围栏区土壤线虫食物网稳定，土壤线虫食物网退化，本试验中放牧影响草地土壤健康，羊草根际土壤线虫可以作为指示放牧干扰的生物指标。