放牧對羊草根際土壤線蟲群落及區(qū)系的影響

烏尼爾， 張 晶， 海 棠*

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031； 2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

羊草(LeymuschinensisTzvel)是典型草原的優(yōu)勢類群[1-2]，由于放牧、割草、人類活動的干擾，羊草草地出現(xiàn)退化、鹽堿化、品質(zhì)產(chǎn)量降低等現(xiàn)象[3-4]。張楊、陳寶瑞、張玉娟[1-3]對不同干擾方式下的羊草草地生物量、羊草形態(tài)特征、羊草根際土壤理化性質(zhì)、羊草根系分泌物等進行了研究，烏尼爾等認為不同干擾方式影響羊草形態(tài)特征及地上生物量[5]，放牧區(qū)羊草植株地上、地下生物量和各器官形態(tài)特征指標都顯著低于圍欄區(qū)。放牧影響羊草地上及地下生物量，但放牧是否影響羊草根際土壤線蟲群落種類及區(qū)系的分布？羊草根際土壤線蟲群落變化及土壤線蟲區(qū)系的分布是否可以作為羊草退化過程中的生物指標？

土壤線蟲是土壤小型動物，是評價土壤擾動的生物指標，土壤線蟲的種類及功能類群參與土壤的生態(tài)過程[6-8]。徐冰、任慧琴等用盆栽實驗研究了內(nèi)蒙古典型草原區(qū)3種建群種大針茅(StipagrandisP.Smirn)、克氏針茅(StipakryloviiRoshev)和羊草和 1種群落伴生種(冰草)根際土壤線蟲群落的數(shù)量特征。結(jié)果表明:4種植物根際土壤線蟲群落間差異顯著[9]。吳建波、阮維斌等在鄂爾多斯毛烏素沙地對油蒿(Artemisiaordosica)、檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)、牛心樸子(Cynanchumkomarovii) 等3種優(yōu)勢植物根際土壤線蟲群落進行的調(diào)查結(jié)果表明,3種植物根際土壤線蟲群落的多樣性、豐富度、均勻度和線蟲總數(shù)差異不顯著，結(jié)構(gòu)指數(shù)(SI)和各營養(yǎng)類群線蟲的比例存在顯著差異，在干旱生態(tài)系統(tǒng)中不同植物種類對土壤食物網(wǎng)中線蟲群落結(jié)構(gòu)和種類組成的影響有所差異[10]。王躍棠、梅續(xù)芳等發(fā)現(xiàn)小葉錦雞兒(CaraganamicrophyllaLam)灌叢通過影響灌叢土壤資源影響土壤線蟲的群落組成、多樣性和功能性[11]。

放牧?xí)绊懖莸赝寥览砘再|(zhì)及微生物量[12]，過度放牧?xí)寡虿萑郝涮卣靼l(fā)生變化[4]，那么放牧干擾對羊草根際土壤線蟲群落有何影響？地上植物群落特征的變化是否能特異性地影響土壤線蟲群落?這些問題逐漸受到生態(tài)學(xué)家的關(guān)注。本研究以土壤線蟲為指示生物，研究典型草原羊草根際土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)及區(qū)系對放牧干擾的響應(yīng)及放牧干擾下羊草根際土壤線蟲種類、數(shù)量、生態(tài)特征指數(shù)及區(qū)系變化規(guī)律，為今后以土壤線蟲為生物指標，評價草地擾動及草地退化過程提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況與試驗設(shè)計

2015年8月在內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正鑲白旗伊克淖爾蘇木典型草原以放牧區(qū)及圍欄區(qū)為取樣區(qū)。放牧區(qū)的總面積為53 hm2，圍欄區(qū)為每年5月份到10月份禁牧的草場，面積為10 hm2，圍欄區(qū)每年8月份刈割一次，留茬高度3～5 cm。

在放牧區(qū)及圍欄區(qū)分別以Z字形樣點取樣，在樣點上隨機選取羊草5株叢，沿其根部土壤剖面劃分為0～10 cm，10～20 cm土層用土鉆取樣，將同一土層的土樣混在一起，稱取200克左右，采用貝爾曼淺盤法分離土壤線蟲，重復(fù)3次，同時留部分土樣進行土壤含水量的測定。

1.2 土壤線蟲的分離、鑒定

用貝爾曼淺盤法分離線蟲[13]。依據(jù)《中國土壤動物檢索圖鑒》[14]鑒定，線蟲鑒定到屬，并依據(jù)土壤濕度，將土壤線蟲個體數(shù)量折算成每100 g干土中的線蟲條數(shù)。根據(jù)線蟲頭部和外部形態(tài)學(xué)特征、食道特征和取食生境將土壤線蟲分為以下4個營養(yǎng)類群；食細菌類線蟲(Bacterivores)、食真菌類線蟲(Fungivores)、植物寄生類線蟲(Plant parasites)、捕食類群/雜食類線蟲(Predators/Omnivores)[15-16]。

1.3 統(tǒng)計分析

(1)香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Weaver index):H′=-ΣPiLn(Pi)[17]

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

式中，v(i)為土壤線蟲第i類群的Colonizer-persister(c-p)值，f (i)為第i類自由生活線蟲占線蟲總量的比例。

(3)瓦斯樂斯卡指數(shù)(Wasilewska index):WI=(BF+FF)/PP[19]

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

上式中，其中BF指食細菌線蟲數(shù)量，F(xiàn)F指食真菌線蟲數(shù)量，PP指植物線蟲數(shù)量。

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

(6)基礎(chǔ)成分指數(shù)(Basal index):BI= 100×b/(b + e + s)

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

(8)結(jié)構(gòu)指數(shù)(Structure index):SI= 100[s/(s + b)]

e(Enrichment components)代表食物網(wǎng)中的富集成分,主要指c-p值為1的食細菌線蟲(Bacterivores)(記作:Ba1)和c-p值為2的食真菌線蟲(Fimgivores)(記作:Fu2)兩個類群；b(Basal components)代表食物網(wǎng)中的基礎(chǔ)成分，主要指c-p值為2的食細菌線蟲(記作:Ba2)和Fu2兩個類群；s(Structure components)代表食物網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)成分,包括c-p值為3～5的食細菌線蟲(記作:Ba3-Ba5)、c-p值為3～5的食真菌線蟲(記作:Fu3- Fu5)、c-p值為3～5的雜食線蟲(Omnivores)(記作:Om3-Om5),c-p值為3～5的捕食線蟲(Captors或Predators)(記作:Ca2-Ca5)類群。上述e,b和s值的計算公式分別為:e =Σkene；b =Σkbnb，s=Σksns其中ke,kb和ks為各類群所對應(yīng)的加權(quán)數(shù)(其值在0.8～5.0之間),ne,nb,ns為各類群所對應(yīng)的個體數(shù)量[21-22]。

線蟲區(qū)系分析：

基于土壤線蟲c-p值類群的權(quán)重分析，通過SI和EI擬合分成4個象限反饋土壤的很多信息[21-22]，如圖1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧對羊草根際土壤線蟲種類及優(yōu)勢度的影響

從表1可知，試驗區(qū)共捕獲34屬，7 160條·100 g-1干土線蟲。滑刃目線蟲3屬、小桿目線蟲5屬、墊刃目線蟲18屬，矛線目線蟲4屬、單宮目線蟲2屬、窄咽目線蟲1屬、三矛目線蟲1屬。

放牧影響羊草根際土壤線蟲的分布，放牧區(qū)0～10 cm土層里捕獲了1614條·100 g-1干土線蟲。極優(yōu)勢類群為真滑刃屬Aphelenchus、小桿屬Rhabditis和麗突屬Acrobeles，個體數(shù)占總捕獲個體數(shù)的37.17%；在圍欄區(qū)0～10 cm土層里捕獲了3237條·100 g-1干土線蟲。極優(yōu)勢類群為小桿屬Rhabditis、麗突屬Acrobeles和擬麗突屬Arcobeloides，屬于食細菌線蟲類，個體數(shù)占總捕獲個體數(shù)的52.39%，放牧區(qū)極優(yōu)勢屬的個體數(shù)低于圍欄區(qū)。

放牧區(qū)優(yōu)勢類群為擬麗突屬Arcobeloides、拱唇屬Labronema、真矛屬Eudorylaimus、米卡墊刃屬Miculenchus，個體數(shù)占總捕獲個體數(shù)的25.90%；圍欄區(qū)優(yōu)勢類群為居中屬Geocenamus、威爾斯屬Wilsonema、地單宮屬Geomonhystera和單宮屬Monhystera，個體數(shù)占總捕獲個體數(shù)的26.44%；除居中屬外都屬于食細菌、雜食捕食類線蟲。而放牧區(qū)次優(yōu)勢類群個體數(shù)占20.92%，高于圍欄區(qū)。

放牧區(qū)常見類群有擬盤旋屬Pararotylenchus和小環(huán)線蟲屬Criconemella，個體數(shù)占總捕獲個體數(shù)的2.91%；

圍欄區(qū)0～10 cm常見類群有短體屬Pratylenchus、矮化屬Tylenchorhynchus、默林屬Merlinius等的個體數(shù)占總捕獲個體數(shù)的8.80%；放牧影響常見屬的種類及個體數(shù)量。

表1 土壤線蟲種類、數(shù)量及優(yōu)勢度Table 1 Group richness,number and dominance of soil nematode/Individuals· 100 g-1 dry soil

續(xù)表1

注：Yeates(1993a)等.+++++為極優(yōu)勢類群(>10%)，++++為優(yōu)勢類群(5～10%)，+++為次優(yōu)勢類群(2～5%)，++為常見類群accompanying(1～2%)，+為稀有類群(<1%)，-表示無；不同小寫字母表示同一土層不同處理間具有顯著差異(P<0.05)；不同大寫字母表示同一處理不同土層間具有顯著差異(P<0.05)，下同

Note1：Yeates(1993a)[15].+++++ eudominant (>10%)，++++ dominant (5～10%)，subdominant (2～5%)，++為常見的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 放牧對羊草根際土壤線蟲營養(yǎng)類群種類及數(shù)量

放牧影響羊草根際土壤線蟲的營養(yǎng)類群的分布，放牧區(qū)羊草根際0～10 cm處食真菌線蟲(FF)顯著高于圍欄區(qū)(P<0.05)，而食細菌線蟲(BF)、植物寄生線蟲(PP)、雜食捕食類線蟲(OP)數(shù)量顯著低于圍欄區(qū)。

放牧區(qū)10～20 cm土層食真菌線蟲(FF)、植物寄生線蟲(PP)數(shù)量顯著高于圍欄區(qū)(P<0.05)。而食細菌線蟲(BF)和捕食/雜食類線蟲(OP)顯著低于圍欄區(qū)(P<0.05)。

圍欄區(qū) 0～10 cm和10～20 cm土層羊草根際食細菌線蟲(BF)顯著高于其它 3個營養(yǎng)類群(P<0.05)(表2)，放牧區(qū)0～10 cm處食細菌線蟲(BF)及植物寄生線蟲(PP)數(shù)量間沒有顯著差異，10～20 cm處植物寄生線蟲(PP)數(shù)量顯著高于其它三種營養(yǎng)類群(表2)。

表2 羊草根際土壤線蟲營養(yǎng)類群及數(shù)量Table 2 soil nematode functional groups and numbers in rhizosphere of Leymus chinensis

注：食真菌線蟲(FF)、食細菌線蟲(BF)、植物寄生線蟲(PP)、捕食/雜食類線蟲(OP)

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

2.3 放牧干擾下羊草根際土壤線蟲生H＇多樣性指數(shù)及成熟度指數(shù)的變化

0～10 cm及10～20 cm土層放牧區(qū)土壤線蟲多樣性指數(shù)H＇顯著高于圍欄區(qū)(P<0.05)，0～10 cm、10～20 cm土層，圍欄區(qū)羊草根際自由生活線蟲成熟度指數(shù)(MI) 顯著(P<0.05)高于放牧區(qū)(表3)。

表3 羊草根際土壤線蟲多樣性指數(shù)Table 3 biodiversity index of soil nematode in rhizosphere of Leymus chinensis

WI數(shù)反映土壤線蟲種群結(jié)構(gòu)組成與土壤健康程度，當(dāng)WI=1時有益的非植物寄生線蟲數(shù)量(食細菌和食真菌線蟲) 與有害的植物寄生線蟲數(shù)量相當(dāng)，土壤健康程度一般，WI值>1時，健康狀況越好；WI值<1時，值越小，土壤健康狀況越差。在不同土層圍欄區(qū)土壤線蟲群落瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)高于放牧區(qū)，表示圍欄區(qū)的土壤健康狀況優(yōu)于放牧區(qū)。

不同土層線蟲通道比(NCR)放牧區(qū)顯著低于圍欄區(qū)。BI指示土壤食物網(wǎng)的抵抗力，值越大，相對抵抗力越大。放牧區(qū)0～10 cm的BI值顯著高于圍欄區(qū)。而10～20 cm圍欄區(qū)高于放牧區(qū)(表4)。

0～10 cm放牧區(qū)處富集指數(shù)(EI)、結(jié)構(gòu)指數(shù)(SI)、顯著低于圍欄區(qū)，說明放牧區(qū)羊草根際土壤線蟲群落受干擾程度高，而圍欄區(qū)土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)豐富。放牧區(qū)及圍欄區(qū)不同土層的CI值都小于50，說明土壤線蟲分解土壤有機質(zhì)以細菌通道為主(表4)。

表4 羊草根際土壤線蟲生態(tài)功能指數(shù)Table 4 ecological functional index of soil nematode in rhizosphere of Leymus chinensis

2.4 放牧對羊草根際土壤線蟲區(qū)系的影響

功能區(qū)系的劃分可以明確不同干擾對羊草根際土壤線蟲群落的影響。在0～10 cm處放牧區(qū)羊草根際的土壤線蟲區(qū)系在D區(qū)，系土壤養(yǎng)分差，養(yǎng)分枯竭；C:N高；受到脅迫；真菌降解為主，食物網(wǎng)退化；圍欄區(qū)在C區(qū)系，無干擾，土壤養(yǎng)分較差、食物網(wǎng)穩(wěn)定(圖2)。10～20 cm處放牧區(qū)土壤線蟲區(qū)系在B區(qū)，受干擾低，土壤養(yǎng)分較好；N富集，C:N低，食物網(wǎng)成熟；圍欄區(qū)在C區(qū)系，土壤養(yǎng)分較差、無干擾、食物網(wǎng)穩(wěn)定(圖3)。

圖2 0～10 cm土層土壤線蟲權(quán)重區(qū)系分析Fig.2 Analysis of soil nematode fauna weight in 0～10 cm

3 討論

杜曉芳等認為在受擾動的生境中雜食捕食類線蟲的密度和多樣性較低[23]，本研究中圍欄區(qū)的羊草根際土壤中極優(yōu)勢屬、優(yōu)勢屬及次優(yōu)勢屬以食細菌和雜食捕食類線蟲為主，放牧區(qū)極優(yōu)勢類群、優(yōu)勢類群及次優(yōu)勢類群中出現(xiàn)以真菌為食的真滑刃屬線蟲及食植線蟲米卡墊刃屬Miculenchus，因此放牧影響羊草根際土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢-次優(yōu)勢類群的種類，放牧干擾使羊草根際雜食捕食類線蟲減少，使植物寄生線蟲數(shù)量增加。

圖3 10～20 cm土層土壤線蟲權(quán)重區(qū)系分析Fig.3 Analysis of soil nematode fauna weight in 10～20 cm

Zolda等認為，輕度放牧或者禁牧將有利于食細菌線蟲數(shù)量的增長[24-25]，本研究中圍欄區(qū)的食細菌數(shù)量顯著高于放牧區(qū)，與胡靜等的結(jié)論一致。放牧區(qū)土壤線蟲多樣性指數(shù)H＇指數(shù)顯著高于圍欄區(qū)(P<0.05)，放牧區(qū)土壤線蟲群落瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)、成熟度指數(shù)(MI)顯著(P<0.05)低于圍欄區(qū)，以上結(jié)論與薛會英，羅大慶，胡鋒，李輝信等[26]研究結(jié)果相似。羅大慶等認為自由放牧樣地WI指數(shù)低于圍封樣地，尤其在生長期僅為 0.70，土壤健康程度較差。在本研究中0～10 cm放牧區(qū)的WI指數(shù)為2.55，而圍欄區(qū)為7.42，認為此結(jié)果可能與試驗所處的生境及放牧的強度、土壤類型不同有關(guān)。

放牧影響羊草根際土壤線蟲區(qū)系的分布，圍欄區(qū)羊草根際不同土層土壤線蟲區(qū)系的分布都在C區(qū)，屬于無干擾及食物網(wǎng)穩(wěn)定，而0～10 cm處，放牧區(qū)土壤線蟲區(qū)系在D區(qū)，干擾最高，降解通道以真菌代謝為主，食物網(wǎng)退化；10-20 cm處放牧區(qū)在B區(qū)受中度干擾，食物網(wǎng)成熟。從羊草根際土壤線蟲區(qū)系的分析結(jié)果看放牧區(qū)羊草根際土壤線蟲食物網(wǎng)是受干擾最嚴重的，而圍欄區(qū)無干擾、食物網(wǎng)穩(wěn)定。

4 結(jié)論

以土壤線蟲為生物指標，研究放牧干擾對羊草根際土壤線蟲種類、數(shù)量及線蟲區(qū)系的影響，試驗區(qū)共捕獲線蟲34屬線蟲，放牧影響草地線蟲總數(shù)量及優(yōu)勢類群。不同土層土壤線蟲總數(shù)量的分布規(guī)律為：圍欄區(qū)>放牧區(qū)。放牧區(qū)優(yōu)勢及次優(yōu)勢類群中植物寄生線蟲類所占比例明顯增加。

放牧影響羊草根際土壤線蟲多樣性指數(shù)，放牧區(qū)H＇指數(shù)顯著高于圍欄區(qū)。而WI、MI指數(shù)放牧區(qū)低于圍欄區(qū)。放牧影響羊草根際土壤線蟲區(qū)系的分布，放牧區(qū)羊草根際土壤線蟲食物網(wǎng)退化、不穩(wěn)定，而圍欄區(qū)土壤線蟲食物網(wǎng)穩(wěn)定，土壤線蟲食物網(wǎng)退化，本試驗中放牧影響草地土壤健康，羊草根際土壤線蟲可以作為指示放牧干擾的生物指標。