羅冬，王明玖*，鄭少龍，李元恒. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0009；. 內(nèi)蒙古通遼市奈曼旗林業(yè)局，內(nèi)蒙古 通遼 0800；. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0000

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圍封對荒漠草原土壤微生物數(shù)量及其酶活性的影響

羅冬1，王明玖1*，鄭少龍2，李元恒3
1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2. 內(nèi)蒙古通遼市奈曼旗林業(yè)局，內(nèi)蒙古 通遼 028300；3. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010

摘要：以鄂爾多斯高原溫性荒漠草原為對象，對比研究了放牧和圍封條件對草原植物地下生物量、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響，旨在為干旱區(qū)退化草地的恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，（1）與放牧區(qū)相比，圍封顯著增加了表層土壤（0～10 cm）草地植物地下生物量23.81%，極顯著增加了次表層土壤（10～20 cm）草地植物地下生物量37.21%，而對土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響。（2）圍封極顯著提高了表層土壤真菌種群數(shù)量71%，次表層土壤細(xì)菌種群數(shù)量147%，顯著提高了底層土壤（20～40 cm）真菌164%和表層、次表層土壤放線菌種群數(shù)量56%和8.9%。（3）圍封區(qū)的次表層土壤脲酶活性顯著增加了 31.13% ，表層土壤蔗糖酶活性顯著降低了 24.14%，表層土壤過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性分別顯著提高了16.59%和11.76%。（4）圍封與放牧條件下，各指標(biāo)相關(guān)性表現(xiàn)不盡一致；放牧條件下，放線菌種群數(shù)量與各指標(biāo)相關(guān)性均不顯著（P＞0.05），而在圍封下，放線菌與真菌種群數(shù)量及堿性磷酸酶活性無顯著相關(guān)性（P＞0.05），與其他指標(biāo)均表現(xiàn)出顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)68%以上；放牧條件下，真菌種群數(shù)量與4種土壤酶活性均呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在84%以上，而圍封條件下，其與4種酶活性均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。

關(guān)鍵詞：荒漠草原；土壤地下生物量；土壤有機(jī)質(zhì)；微生物數(shù)量；土壤酶活性

引用格式：羅冬， 王明玖， 鄭少龍， 李元恒. 圍封對荒漠草原土壤微生物數(shù)量及其酶活性的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（5）: 760-767.

LUO Dong， WANG Mingjiu， ZHENG Shaolong， LI Yuanheng. Effects of Enclosure on Soil Microbial Quantity and Enzyme Activity in Desert Steppe ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（5）: 760-767.

荒漠草原是干旱性最強(qiáng)的草原生態(tài)系統(tǒng)，在溫帶草原中占重要地位（韓國棟等，2007）。與其他類型草原相比，該生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，服務(wù)功能下降明顯，部分地段承受和抵御干擾的能力十分脆弱，有向逐漸裸露化或荒漠化發(fā)展的趨勢（賽勝寶等，1995）。地處我國北方西部內(nèi)陸氣候與東部季風(fēng)氣候過渡帶上的鄂爾多斯高原荒漠草原（任健美等，2005），因其高寒、干旱、風(fēng)大沙多等生境及長期不合理利用，導(dǎo)致該類草地退化嚴(yán)重，成為了草地恢復(fù)研究的關(guān)鍵區(qū)域（姜聯(lián)合，2005）。近年來，鄂爾多斯高原荒漠草原干旱化趨勢尤為明顯（韓芳等，2013），土壤蓄水保肥能力減弱，植被稀疏，物種多樣性喪失，草地生產(chǎn)力下降。如何對退化草地進(jìn)行恢復(fù)治理，恢復(fù)土壤肥力，對于保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)，實(shí)現(xiàn)草地資源的永續(xù)利用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

圍欄封育，一直被認(rèn)為是草地管理和退化草地恢復(fù)的經(jīng)濟(jì)而有效的措施。以往對封育條件下荒漠草原恢復(fù)機(jī)理的研究多集中于植物凈初級生產(chǎn)力（侯向陽等，2014）、土壤理化性質(zhì)（李學(xué)斌等，2015）、物種多樣性（王蕾等，2012）以及土壤種子庫（沈艷等，2015）等方面，而關(guān)于土壤微生物學(xué)特性方面的研究相對較少（廖仰南，1993；紅梅等，2009）。近年來，隨著人們對微生物在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用的認(rèn)識，愈來愈多的研究側(cè)重于用微生物參數(shù)來評價(jià)土壤肥力和質(zhì)量狀況（王少昆等，2013；趙帥等，2011），但由于荒漠草原分布的廣泛性和復(fù)雜性，研究結(jié)果尚無統(tǒng)一定論（牛得草等，2013；馬文文等，2014；陳鴻洋等，2015），而對鄂爾多斯荒漠草原恢復(fù)過程中土壤微生物的研究更是鮮有報(bào)道。本研究以鄂爾多斯市鄂托克旗荒漠草原為對象，對比分析放牧和圍封條件下草原的植物地下生物量、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤微生物數(shù)量、酶活性指標(biāo)及各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系，旨在探討封育在退化荒漠草原恢復(fù)過程中的貢獻(xiàn)效果，為退化草地的改良提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市鄂托克旗阿爾巴斯蘇木（鄉(xiāng)），地理坐標(biāo) N39°11′16"，E107°55′41"，海拔高度1441 m，年平均降水量約為265 mm，且主要集中在6—8月，約占全年降水量的63%，年平均蒸發(fā)量2470 mm。年平均風(fēng)速在3 m·s-1以上；年平均沙塵暴日為9 d，集中于春季。年平均溫度為 7.2 ℃，≥10 ℃的年積溫為2800～3500 ℃，年平均日照2800～3100 h，無霜期平均122 d。土壤為淡棕鈣土，植被低矮稀疏，平均高度為9 cm，蓋度為18%～25%，種類組成貧乏。建群種為短花針茅（Stipa breviflora），在群落中起重要作用的植物為狹葉錦雞兒（Caragana stenophylla）、無芒隱子草（Cleistogenes songorica）。主要伴生種有寸草苔（Carex duriuscula）、白草（Pennisetum centrasiaticum）、蒙古韭（Allium mongolicum）、阿爾泰狗娃花（Heteropappus altaicus）和牛枝子（Lespedeza davurica）等。櫛葉蒿（Neopallasia pectinata）、砂藍(lán)刺頭（Echinops gmelini）、豬毛菜（Salsola collina）等一、二年生植物也很常見。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置及樣品采集

于2012年4月，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選取地勢較平坦、土壤和植被基本一致的區(qū)域，設(shè)置圍欄。在圍欄內(nèi)外各隨機(jī)設(shè)置6個(gè)固定樣點(diǎn)，即為放牧處理區(qū)（CK）和圍封處理區(qū)（WF）。于2014年（封育第3年）8月初，用內(nèi)徑8 cm根鉆測取0～10、10～20和20～40 cm土層的植物地下生物量，每樣點(diǎn) 3次重復(fù)，同層均勻混合，待清洗測定；土樣采用對角交叉法按上述土層深度進(jìn)行取樣，每樣點(diǎn)5次重復(fù)，同層均勻混合，取1 kg左右土樣裝入無菌聚乙烯袋并用生物冰袋冷藏后，帶回實(shí)驗(yàn)室，將每份土樣分為2份，其中一份用于微生物數(shù)量測定，快速（4 ℃下保存不超過24 h）進(jìn)行分離培養(yǎng)、計(jì)數(shù)；另一份土樣精細(xì)去除可見植物殘?bào)w（根、莖、葉、凋落物），過篩（2 mm）后，在室溫下風(fēng)干，用于土壤有機(jī)質(zhì)及土壤酶活性的測定。

1.2.2 樣品分析

將含有根系的土壤放入尼龍網(wǎng)袋中用水沖洗，對根系進(jìn)行分離，并在65 ℃下烘干至恒重后換算成單位面積的量，即植物地下生物量；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定；土壤微生物數(shù)量測定采用稀釋涂布平板計(jì)數(shù)法（沈萍等，2001）。

真菌的培養(yǎng)基為馬丁-孟加拉紅，即稱取 10 g土樣，在無菌條件下用無菌水配成不同濃度梯度懸浮液，取稀釋度為10-1、10-2、10-3的土壤懸浮液各50 μL，接種于盛有滅菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中，用無菌刮刀涂抹均勻。每個(gè)濃度 3次重復(fù)，25 ℃恒溫培養(yǎng)5～7 d，選取每皿菌落數(shù)為15～150的1個(gè)稀釋度統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)，按如下公式計(jì)算真菌數(shù)量。

菌數(shù)=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)/干土重

放線菌以高氏一號為培養(yǎng)基，除懸浮液稀釋倍數(shù)為10-3、10-4、10-5外，其余與真菌數(shù)量測定方法相同。恒溫28 ℃恒溫培養(yǎng)7～10 d，按上述方法和公式統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)并計(jì)算放線菌數(shù)量。

細(xì)菌以牛肉膏蛋白胨瓊脂為培養(yǎng)基除28 ℃恒溫培養(yǎng)3 d統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)外，其余與放線菌數(shù)量測定方法相同。

酶活性主要測定了脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶和堿式磷酸酶，分別以1 g干土37 ℃條件下培養(yǎng)24 h后所生成的NH3-N的質(zhì)量數(shù)（mg）、釋放葡萄糖的質(zhì)量數(shù)（mg）、消耗0.1 mol·L-1高錳酸鉀的體積數(shù)（mL）和生成苯酚的質(zhì)量數(shù)（mg）（關(guān)松蔭，1986）為計(jì)算指標(biāo)，分別采用苯酚-次氯酸鈉比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法、高錳酸鉀滴定法和磷酸苯二鈉比色法進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

分別用Excel 2003和spss 19.0軟件作圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。各指標(biāo)放牧與圍封處理間的比較及同一處理不同土層間的比較均采用單因素ANOVA統(tǒng)計(jì)分析，相關(guān)性分析采用Pearson's法。

2　結(jié)果與分析

2.1 圍封對植物地下生物量及土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

CK和WF區(qū)的植物地下生物量均隨土層深度增加而顯著減少（P＜0.05）。對表層土壤植物地下生物量分析得，WF較 CK區(qū)顯著增重 23.81% （P＜0.05）；在次表層土壤中，WF比 CK區(qū)增重37.21%，并達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；底層土壤植物地下生物量在兩區(qū)域內(nèi)，無顯著差異（P＞0.05）。就土壤有機(jī)質(zhì)含量而言，CK區(qū)表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于下兩層（P＜0.05），下兩層差異不顯著（P＞0.05）；WF區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加而顯著減少（P＜0.05）；兩區(qū)域同層土壤有機(jī)質(zhì)含量均無顯著差異（P＞0.05）（表1）。

2.2 圍封對土壤微生物數(shù)量的影響

WF與CK區(qū)的草地土壤，均以細(xì)菌種落數(shù)量占絕對優(yōu)勢，其次為放線菌，真菌最少，即細(xì)菌＞放線菌＞真菌。兩區(qū)域次表層土壤細(xì)菌種群數(shù)量存在極顯著差異（P＜0.01），WF較CK區(qū)提高了147%；WF區(qū)的表層土壤真菌種群數(shù)量較CK提高了71%，且達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），底層顯著提高了164% （P＜0.05）；表層和次表層土壤放線菌種群數(shù)量，WF 較CK區(qū)分別提高了56%和8.9%，且達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；在次表層土壤上，WF區(qū)微生物總數(shù)與CK區(qū)存在極顯著差異（P＜0.01），較 CK提高了145%，其他層次土壤的菌種數(shù)量，在兩區(qū)域內(nèi)均無顯著差異（P＞0.05）。同一區(qū)域不同土層深度間，在CK區(qū)，除放線菌外，其他菌種及各土層微生物總數(shù)均表現(xiàn)為表層顯著高于下兩層（P＜0.05），下兩層無顯著差異（P＞0.05）；WF區(qū)的細(xì)菌種群數(shù)量和各土層微生物總數(shù)隨土層深度增加呈顯著遞減（P＜0.05），真菌種群數(shù)量為表層顯著高于下兩層，放線菌為底層顯著低于上兩層（P＜0.05）；依3層土壤微生物群落數(shù)量之和來看，WF較 CK區(qū)提高25.97%（表2）。

表1　圍封對地下生物量及土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 1　The influence of belowground biomass and soil organic mass fraction under enclosure

表2　圍封對土壤3大類微生物種群數(shù)量的影響Table 2　The influence of the three main types of soil microbial populations under enclosure

2.3 圍封對土壤酶活性的影響

本研究中，4種土壤酶活性對WF的響應(yīng)不盡一致。退化草地圍封3年后的表層土壤，除脲酶外，其他 3種酶的活性與 CK區(qū)均存在顯著差異（P＜0.05），WF較CK區(qū)，蔗糖酶活性降低了24.14%、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性分別提高了 16.59% 和11.76%；在次表層土壤中，兩區(qū)域的脲酶和蔗糖酶活性存在顯著差異（P＜0.05），WF較CK區(qū)分別提高了31.13%和17.23%，其他2種酶均無顯著差異（P＞0.05）；在底層土壤中，兩區(qū)域的 4種酶活性均無顯著差異（P＞0.05）。就同區(qū)域不同土層深度而言，WF區(qū)的土壤脲酶和蔗糖酶活性均表現(xiàn)為隨土層增加而顯著降低（P＜0.05），過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性均表現(xiàn)為表層顯著高于下兩層（P＜0.05），且下兩層無顯著差異（P＞0.05）。CK區(qū)，除過氧化氫酶活性表現(xiàn)為隨土層深度增加而顯著降低外（P＜0.05），其他 3種酶活性均表現(xiàn)為表層顯著高于下兩層（P＜0.05），下兩層差異不顯著（P＞0.05）（圖1）。

2.4 相關(guān)性分析

對溫性荒漠草原不同利用方式草地的植物地下生物量、土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤微生物數(shù)量及酶活性進(jìn)行相關(guān)分析（表3）。在CK區(qū)，放線菌與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著（P＞0.05）；細(xì)菌群落數(shù)量與蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為86.6%；其他各指標(biāo)間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)到81%以上。在WF區(qū)，地下生物量除與放線菌群落數(shù)量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為72.8%，與其他指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 80%以上；有機(jī)質(zhì)與真菌呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為70.2%，與其他指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)71%以上；細(xì)菌與放線菌群落數(shù)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)達(dá)為73.3%，其他指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)83%以上；真菌除與放線菌群落數(shù)量無顯著關(guān)系外（P＞0.05），與4種土壤酶活性均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)達(dá) 66%以上；放線菌群落數(shù)量與脲酶和蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；除蔗糖酶和堿性磷酸酶呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）外，其他土壤酶活性均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)85%以上。

3　討論

3.1 圍封對植物地下生物量及土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

植物地下生物量是指存在于草地植被地表下草本根系和根莖生物量的總和（黃德華等，1988），是草地植被碳蓄積的重要組成部分，草地生物量的80%以上集中在地下（Mokany et al.，2005），它是土壤有機(jī)碳庫的最主要輸入源，準(zhǔn)確測定地下生物量的變化是探索不同草地利用方式效果的基礎(chǔ)。嚴(yán)格來說，地下生物量應(yīng)該是本生長季新生的生物總量，但事實(shí)上，多年生草本植物含有大量的他年地下活體，當(dāng)年新生部分也在不斷死亡，很難嚴(yán)格加以區(qū)分。因此，這里的地下生物量是包含活的生物量和死的生物量積累量，即群落所有植物的根系及地下繁殖體。草地利用方式（放牧、圍封、刈割等）、環(huán)境因子的干擾（火災(zāi)、干旱等）以及環(huán)境條件（氣候條件、土壤類型等）都會(huì)對草原生態(tài)系統(tǒng)地下生物量產(chǎn)生影響（Collins et al.，2005；Hobbs et al.，2006）。本研究中，退化草地經(jīng) 3年圍封后，表層地下生物量顯著高于CK區(qū)（P＜0.05）；次表層達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），表明圍封促進(jìn)了荒漠草地地下生物量的累積。劉建軍等（2005）對蒙古克氏針茅（Stipa krylovii）-冷蒿（Artemisia frigida）草原研究表明，圍封較自由放牧提高了地下生產(chǎn)力，這一結(jié)論在本研究中得到證實(shí)。這可能是圍封有效地控制了牲畜對植物的采食與踐踏，促進(jìn)了退化草地植物的生長，植物的光合面積及強(qiáng)度增加，營養(yǎng)傳輸量增大，從而促使地下生物量的積累。從同一處理不同土層來看，宇萬太等（2001）對草地地下生物量研究發(fā)現(xiàn)，80%的地下根量分布于淺層土壤，并隨土層深度呈指數(shù)下降。本研究中，兩區(qū)域的草地地下生物量均隨土層深度的增加而劇減，即垂直分布呈“T”型，與上述學(xué)者的研究結(jié)果基本一致，這可能是因?yàn)榇蟛糠滞寥烙袡C(jī)質(zhì)和養(yǎng)分都儲(chǔ)存于土壤表層，植物發(fā)展主要根系于該層以盡量獲取更多的資源以滿足生長需求。大量研究得出，放牧使得地下生物量出現(xiàn)淺層化趨勢。本試驗(yàn)中，圍封三年后草地地下生物量淺層化仍存在，根系淺層化是否能長期應(yīng)對荒漠草原的環(huán)境變化，圍封年限的合理化范圍等問題還需進(jìn)一步研究。

表3　各指標(biāo)之間的相關(guān)性分析Table 3　Correlation analysis among the various indicators

土壤有機(jī)質(zhì)是指進(jìn)入土壤中的各種有機(jī)物質(zhì)，在土壤微生物作用下形成的一系列有機(jī)化合物的總稱，其來源主要包括微生物、植物、動(dòng)物和人類活動(dòng)。在自然條件下，地面植被殘?bào)w和根系是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源（呂貽忠等，2006）。楊合龍等（2015）采用封育措施探究伊犁絹蒿荒漠草地土壤養(yǎng)分變化的研究表明，隨封育年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)呈先降后升變化；程杰等（2007）對云霧山封育 23年的天然草地研究表明土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于對照。本試驗(yàn)中，退化草地圍封3年后與CK區(qū)同層相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量并未顯著提高（P＞0.05），這可能是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)本身變化比較緩慢，難以及時(shí)反映土壤受干擾時(shí)的各種動(dòng)態(tài)，加之圍封年限較短，圍封處理未能體現(xiàn)預(yù)期效果。同一區(qū)域不同土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈明顯垂直分布，這可能是地表殘?bào)w被分解后，因表土根系發(fā)達(dá)而吸收較多養(yǎng)分，隨土層深度的增加，養(yǎng)分剩余量減少造成。

3.2 圍封對微生物數(shù)量的影響

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)的活性部分（Jenkinson et al.，1981），在土壤質(zhì)量的演變過程中具較高的轉(zhuǎn)化能力（Powlson et al.，1987），是土壤有效養(yǎng)分的貯存庫（薛青芳等，2007）。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物主要扮演“分解者”的角色，幾乎參與土壤中一切生物化學(xué)反應(yīng)，發(fā)揮著地球C、N、P、S等物質(zhì)循環(huán)的“調(diào)節(jié)器”、土壤養(yǎng)分植物有效性的“轉(zhuǎn)化器”和污染環(huán)境的“凈化器”等多方面生態(tài)功能（程杰等，2007）。其分布與活動(dòng)，一方面反映了環(huán)境、生物因子對微生物的分布習(xí)性、群落組成、種群演替及功能的影響，另一方面說明微生物自身對植物生長、土壤肥力及物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化的現(xiàn)狀和趨勢的響應(yīng)。本研究中，圍封措施顯著提高了底層真菌和表層、次表層放線菌的群落數(shù)量；極顯著提高了次表層細(xì)菌和表層真菌的群落數(shù)量。這與邵玉琴等（2004）對恢復(fù)草地和退化草地土壤微生物類群數(shù)量分布特征的研究中得出的圍封樣地各土層中土壤微生物各類群數(shù)量均高于退化草地的結(jié)果基本吻合。原因：一方面可能是圍封后植被的恢復(fù)有效防止了降雨引起的濺蝕和地表徑流侵蝕，增加了草地土壤的保墑力；另一方面可能是地上植被的恢復(fù)及根系的增長，增加了土壤的養(yǎng)分輸入量，這些條件的改善給微生物的存活與生長提供了更好的條件。同一區(qū)域不同土層看，細(xì)菌在微生物總數(shù)中占絕對優(yōu)勢，因此細(xì)菌的變化趨勢基本決定了微生物總數(shù)的變化趨勢。譚秋錦等（2014）對不同生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物數(shù)量及生物量特征的研究表明，細(xì)菌在微生物群落中占絕對數(shù)量，放線菌次之，真菌數(shù)量最少。這可能由于細(xì)菌種群組成的多樣性和對不同時(shí)期植物殘?bào)w分解利用過程中各種群之間的接力更替有關(guān)。土壤微生物群落數(shù)量集中分布于土壤表層并表現(xiàn)出明顯的垂直分布特性，原因可能是草地表土有機(jī)質(zhì)豐富，植物根系的分泌物含量高，為微生物的繁殖提供了營養(yǎng)，有利于土壤微生物的生存和繁殖。本研究的不足之處在于未能細(xì)化各菌群代表菌落，如芽孢桿菌、鏈霉菌等，如有條件應(yīng)深入研究以提供更精確的機(jī)理依據(jù)。

3.3 圍封對土壤酶活性的影響

土壤酶類作為有機(jī)質(zhì)分解過程的生物催化劑（向澤宇等，2011），主要來自于土壤微生物和植物根系（文都日樂等，2010），對外界環(huán)境因素引起的變化極為敏感并能夠在短期內(nèi)發(fā)生變化，可以作為衡量生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)（Dick，1994；陳利軍等，2002）。其活性強(qiáng)弱可表征土壤特定生化反應(yīng)的方向和強(qiáng)度，對維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定起著重要作用（閆瑞瑞等，2011）。土壤脲酶直接參與土壤含氮化合物的分解與轉(zhuǎn)化，土壤堿性磷酸酶的活性高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的分解、轉(zhuǎn)化及其生物有效性，二者的活性分別表征土壤的氮素和磷素的供應(yīng)狀況，與土壤肥力直接相關(guān)（文都日樂等，2010）。本研究中，圍封區(qū)次表層脲酶活性與表層堿性磷酸酶活性顯著高于放牧區(qū)（P＜0.05），其原因可能是草地圍封后，次表層根系及菌群數(shù)量顯著增加，使得有機(jī)氮分解強(qiáng)度更高，促使該層脲酶活性有較大提高，使得脲酶源表現(xiàn)為根系和微生物兩方面；而表層堿性磷酸酶活性提高可能是表層凋落物分解，土壤肥力增強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)其活性提高，使得其來源偏重于根系。蔗糖酶活性與草地有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化和呼吸強(qiáng)度有關(guān)，本試驗(yàn)中，圍封導(dǎo)致了土壤表層蔗糖酶活性下降，其原因可能是圍封促使土表凋落物增多，表層土壤通氣性降低，致使表土的呼吸強(qiáng)度減弱；而放牧區(qū)有機(jī)質(zhì)累積量不足，蔗糖酶的活性較強(qiáng)，也表現(xiàn)出草地生物活性的適應(yīng)性調(diào)節(jié)能力。過氧化氫酶反映了土壤腐殖化強(qiáng)度和有機(jī)質(zhì)積累程度。本試驗(yàn)中，圍封區(qū)土壤表層過氧化氫酶活性顯著高于放牧區(qū)，其原因可能是土表殘留物增多，為提高腐殖化程度及有機(jī)質(zhì)累積速率，其活性隨之增強(qiáng)。圍封對土壤酶的活性總體上有較顯著的提高作用，這與牛得草等（2013）、閆瑞瑞等（2011）研究結(jié)果基本一致，但土壤深層的酶活性不因圍封而發(fā)生變化，是否與圍封年限或酶種選擇有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

3.4 各指標(biāo)之間的關(guān)系

關(guān)于土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性相關(guān)性的報(bào)道較多，但結(jié)果不盡一致，這可能與研究區(qū)域土壤類型及草地利用方式不同有關(guān)。馬文文等（2014）在研究荒漠草原2種植物群落土壤微生物及土壤酶特征中發(fā)現(xiàn)，鹽爪爪（Kalidium foliatum）群落草地土壤細(xì)菌與脲酶、磷酸酶呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與蔗糖酶、過氧化氫酶呈顯著正相關(guān)關(guān)系，駱駝刺（Alhagi sparsifolia）群落草地土壤細(xì)菌與蔗糖酶活性、過氧化氫酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與脲酶活性、磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系。同樣，呂桂芬等（2008）在內(nèi)蒙古不同類型荒漠草原土壤微生物數(shù)量及其酶活性研究中得出，蔗糖酶與過氧化氫酶呈負(fù)相關(guān)關(guān)系但不顯著。而閆瑞瑞等（2011）在不同放牧梯度下草甸草原土壤微生物和酶活性研究中得到，土壤微生物數(shù)量與蔗糖酶、過氧化氫酶呈顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究除土壤微生物數(shù)量和酶活性外，還補(bǔ)充了植物地下生物量及土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，較系統(tǒng)地闡述了不同草地利用方式下，植物地下部分和土壤多層次營養(yǎng)指標(biāo)的變化，相關(guān)研究鮮有報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)，放牧條件下的放線菌種群數(shù)量與其他指標(biāo)均無顯著相關(guān)關(guān)系（P＞0.05），而圍封后，放線菌與地下生物量、細(xì)菌群落數(shù)量、過氧化氫酶活性均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），與有機(jī)質(zhì)含量、脲酶和蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），出現(xiàn)上述結(jié)果可能主要與兩種草地利用方式下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。另一方面，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)并未隨利用方式的改變而變化，但與其他指標(biāo)的相關(guān)性卻很顯著。綜上所述，土壤有機(jī)質(zhì)、土壤微生物數(shù)量與酶活性等存在復(fù)雜關(guān)系，不能籠統(tǒng)地確定土壤微生物數(shù)量提高有助于酶活性的增強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)含量與微生物數(shù)量或酶活性有直接關(guān)系等觀點(diǎn)，這類問題的研究，需要進(jìn)行長期試驗(yàn)或?qū)⒁环N土壤酶與特定分泌此類酶的微生物類群對應(yīng)分析，才能從機(jī)理上回答各指標(biāo)之間的關(guān)系。未來應(yīng)進(jìn)一步探究土壤酶活性降低是由分泌此酶的微生物數(shù)量引起的，還是由酶的活性基團(tuán)減少引起等問題。

4　結(jié)論

對鄂爾多斯荒漠草地實(shí)施3年圍封措施后，顯著提高了草地表層和次表層土壤植物地下生物量，而對底層土壤植物地下生物量無顯著影響；土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著變化；三大微生物種群數(shù)量在土壤表層和次表層均有顯著或極顯著增加，在底層土壤中，只有真菌種群數(shù)量顯著增加；土壤脲酶在次表層有顯著提高，蔗糖酶在表層顯著下降，過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性在表層顯著提高，底層土壤中4種酶的活性無顯著差異。各指標(biāo)值均表現(xiàn)出較強(qiáng)的垂直分布特性。不同處理下，草地植物地下生物量、土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤微生物數(shù)量及酶活性存在不同程度的相關(guān)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

COLLINS S L， SMITH M D. 2005. Scale-dependent interaction of fire and grazing on community heterogeneity in tall grass prairie ［J］. Ecology，87（8）: 2058-2067.

DICK R P. 1994. Soil enzyme activities as indicators of soil quality ［C］// DORAN J W， COLEMAN D C， BEZDICEK D F， et al. Defining Soil Quality for a Sustainable Environment ［J］. Soil Science， 159（1）: 7.

HOBBS N T， SCHIMEL D S， OWENSBY C E. 1991. Fire and grazing in the tall grass prairie: contingent effects on nitrogen budgets ［J］. Ecology， 72（4）: 1374-1382.

JENKINSON D S， LADD J N. 1981. Microbial biomass in soil: Measurement and turnover ［A］//Paul V E A， Ladd J N. Soil Biochemistry ［M］. New York: Marcel Dekker Inc.

MOKANY K， RAISON R J， PROKUSHKIN A S. 2005. Critical analysis of root: shoot ratios in terrestrial biomes ［J］. Global Change Biology，12（1）: 84-96.

POWLSON D S， BROOKS P C， CHRISTENSEN B T. 1987. Measurement of soil Microbial biomass provides an early indication of changes in total soil organic matter due to straw incorporation ［J］. Soil Biology and Biochemistry， 19（2）: 159-164

陳鴻洋， 尚振艷， 傅華， 等. 2015. 荒漠區(qū)不同大小灌叢周圍土壤微生物生物量及活性特征［J］. 草業(yè)學(xué)報(bào)， 24（2）: 70-76.

陳利軍， 武志杰. 2002. 與氮轉(zhuǎn)化有關(guān)的土壤酶活性對抑制劑施用的響應(yīng)［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 13（9）: 1099-1103.

程杰， 高亞軍. 2007. 云霧山封育草地土壤養(yǎng)分變化特［J］. 草地學(xué)報(bào)，15（3）: 273-277.

關(guān)松蔭. 1986. 土壤酶及其研究法［M］. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社.

韓芳， 劉朋濤， 牛建明， 等. 2013. 50a來內(nèi)蒙古荒漠草原氣候干燥度的空間分布及其演變特征［J］. 干旱區(qū)研究， 30（3）:449-456.

韓國棟， 焦樹英， 畢力格圖， 等. 2007. 短花針茅草原不同載畜率對植物多樣性和草地生產(chǎn)的影響［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 27（1）: 182-188.

紅梅， 敖登高娃， 李金霞， 等. 2009. 荒漠草原土壤健康評價(jià)［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 23（5）: 117-120.

侯向陽， 紀(jì)磊， 王珍. 2014. 荒漠草原與典型草原NPP、碳積累對不同降雨年份和利用方式的響應(yīng)［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 34（21）: 6256-6264.

黃德華， 陳佐忠， 張鴻芳. 1988. 貝加爾針茅、克氏針茅、線葉菊草原地下生物量的比較研究［A］//草原生態(tài)系統(tǒng)研究（第2集）［C］. 北京: 科學(xué)出版社.

姜聯(lián)合. 2005. 鄂爾多斯高原飛播造林物種種苗生物學(xué)及植被恢復(fù)優(yōu)化方案研究［D］. 北京: 北京林業(yè)大學(xué).

李學(xué)斌， 陳林， 樊瑞霞， 等. 2015. 圍封條件下荒漠草原4種典型植物群落枯落物輸入對土壤理化性質(zhì)的影響［J］. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版）， 41（1）: 101-110.

廖仰南， 趙吉， 杜建軍， 等. 1993. 內(nèi)蒙古草原與荒漠地帶土壤微生物的生態(tài)分布特性［J］. 植物學(xué)通報(bào)， 10（增刊）: 39-41．

劉建軍， 浦野忠朗， 鞠子茂， 等. 2005. 放牧對草原生態(tài)系統(tǒng)地下生產(chǎn)力及生物量的影響［J］. 西北植物學(xué)報(bào)， 25（1）: 88-93.

呂桂芬， 吳永勝， 李浩， 等. 2008. 內(nèi)蒙古不同類型荒漠草原土壤微生物數(shù)量及其酶活性研究［J］. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)， 37（6）: 761-764.

呂貽忠， 李保國. 2006. 土壤學(xué)［M］. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社.

馬文文， 姚拓， 靳鵬， 等. 2014. 荒漠草原2種植物群落土壤微生物及土壤酶特征［J］. 中國沙漠， 34（1）: 176-183.

牛得草， 江世高， 秦燕， 等. 2013. 圍封與放牧對土壤微生物和酶活性的影響［J］. 草業(yè)科學(xué)， 30（4）: 528-534.

任健美， 尤莉， 高建峰， 等. 2005. 鄂爾多斯高原近40a氣候變化研究［J］.中國沙漠， 6（11）: 82-87.

賽勝寶， 李德新. 1995. 荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)研究［M］. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古人民出版社.

邵玉琴， 趙吉， 楊劼. 2004. 恢復(fù)草地和退化草地土壤微生物類群數(shù)量的分布特征［J］. 中國沙漠， 24（2）: 111-114.

沈萍， 范秀容， 李廣武. 2001. 微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］. 北京: 高等教育出版社.

沈艷， 劉彩鳳， 馬紅彬， 等. 2015. 荒漠草原土壤種子庫對草地管理方式的響應(yīng)［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 35（14）: 4725-4732.

譚秋錦， 宋同清， 彭晚霞， 等. 2014. 峽谷型喀斯特不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤微生物數(shù)量及生物量特征［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 34（12）: 3302-3310.

王蕾， 許冬梅， 張晶晶. 2012. 封育對荒漠草原植物群落組成和物種多樣性的影響［J］. 草業(yè)科學(xué)， 29（10）: 1512-1516.

王少昆， 趙學(xué)勇， 張銅會(huì)， 等. 2013. 造林對沙地土壤微生物的數(shù)量、生物量碳及酶活性的影響［J］. 中國沙漠， 33（2）: 529-535.

文都日樂， 張靜妮， 李剛， 等. 2010. 放牧干擾對貝加爾針茅草原土壤微生物與土壤酶活性的影響［J］. 草地學(xué)報(bào)， 18（4）: 517-522.

向澤宇， 王長庭， 宋文彪， 等. 2011. 草地生態(tài)系統(tǒng)土壤酶活性研究進(jìn)展［J］. 草業(yè)科學(xué)， 28（10）: 1801-1806.

薛青芳， 高艷梅， 汪景寬， 等. 2007. 土壤微生物量碳氮作為土壤肥力指標(biāo)的探討［J］. 土壤通報(bào)， 38（2）: 247-250.

閆瑞瑞， 閆玉春， 辛?xí)云? 2011. 不同放牧梯度下草甸草原土壤微生物和酶活性研究［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 20（2）: 259-265.

楊合龍， 孫宗玖， 管光玉， 等. 2015. 封育對伊犁絹蒿荒漠草地土壤養(yǎng)分的影響［J］. 中國草地學(xué)報(bào)， 37（2）: 107-111.

宇萬太， 于永強(qiáng). 2001. 植物地下生物量研究進(jìn)展［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，12（6）: 927-932.

趙帥， 張靜妮， 賴欣， 等. 2011. 放牧與圍封對呼倫貝爾針茅草原土壤酶活性及理化性質(zhì)的影響［J］. 中國草地學(xué)報(bào)， 33（1）: 71-76.

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.05.005

中圖分類號：X172

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）05-0760-08

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201003061）

作者簡介：羅冬（1986年生），男，博士研究生，主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展方面的研究。E-mail: luodong8611@163.com

*通信作者：王明玖（1961年生），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事草地管理和草地生態(tài)方面教學(xué)與科研工作。E-mail: wangmj_0540@163.com

收稿日期：2016-02-22

Effects of Enclosure on Soil Microbial Quantity and Enzyme Activity in Desert Steppe

LUO Dong1， WANG Mingjiu1*， ZHENG Shaolong2， LI Yuanheng3
1. College of Ecology and Environmental Science， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010019， China；2. Bureau of Foresty， Naiman banner of Tongliao city in Inner Mongolia， Tongliao 028300， china；3. Institute of Grassland Research， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Hohhot 010010， China；

Abstract：This study conducted on a Stipa breviflora dominated temperate desert steppe in Ordos plateaus， a comparative studied the impacts of grazing and enclosure on belowground standing biomass， soil organic matter， soil microbial quantity and enzyme activity. Objective of this study was to provide a scientific basis for the recovery and reconstruction of degraded grassland in arid areas. The key findings are， （1） Compared with the grazing area， enclosure significantly increased 23.81% and 37.21% grassland belowground standing biomass in the surface soil （0～10 cm） and in the subsurface soil （10～20 cm）， respectively， while it had no significant effect on soil organic matter content. （2） Enclosure significantly improved 71% fungi population in soil surface and 147% bacterial population in subsurface， and also significantly increased 164% fungi population in underlying soil layer （20～40 cm） and 56% and 8.9% actinomycetes population in soil surface and in subsurface， respectively. （3） Enclosure significantly increased 31.13% urease activity in the subsurface soil， decreased 24.14% sucrose activity in the surface soil， and improved 16.59% catalase activity and 11.76% alkaline phosphatase activity in the surface soil. And （4） it was not consistent of the correlation between enclosure and grazing on different indexes， showing that the actinomycetes population was no significant correlation among different indexes under grazing treatment （P＞0.05）， while with the exception of no significant correlation between actinomycetes and fungi population with alkaline phosphatase activity under the enclosure （P＞0.05）， the other indexes showed significant （P＜0.05） or very significant （P＜0.01）positive correlation relationship with more than 68% correlation coefficient. In addition， the fungi population had a very significantly （P＜0.01） positive correlation with four kinds of soil enzyme activity under the grazing condition， and the correlation coefficient is above 84%. And it was a significant positive correlation between the fungi population and four soil enzyme activity under the enclosure （P＜0.05）.

Key words：desert steppe； belowground biomass； soil organic matter； microorganism population； soil enzyme activity