全 文 ：第 19 卷
第 1 期

Vol. 19
No. 1
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2011 年
1 月

Jan.

2011
不同刈割年限天然草地土壤呼吸特性研究
郭明英1, 2 , 卫智军1 , 徐丽君2, 杨桂霞2 , 刘红梅1 , 吴艳玲1 , 辛晓平2*
( 1.内蒙古农业大学, 呼和浩特
010019; 2.农业部资源遥感与数字农业重点开放实验室/呼伦贝尔国家野
外站/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京
100081)
摘要: 通过对呼伦贝尔草甸草原土壤呼吸特性及土壤微生物的测定, 研究 4 种不同刈割方式对天然草地土壤呼吸
特性及土壤微生物的影响,为草甸草原碳收支研究提供基础理论依据。结果表明: 刈割对天然草地土壤呼吸速率、
微生物量碳氮、土壤酶活性和微生物数量存在一定影响。4 种不同刈割年限的天然草地土壤呼吸速率的日最高值
均出现在 12: 00- 14: 00 之间,对照区最高为 4. 874 mg
m- 2
h- 1 , 两年刈割区为 4. 603 mg
m- 2
h- 1 , 一年刈
割区为 4. 230 mg
m- 2
h- 1 ,三年刈割区最低为 4. 154 mg
m- 2
h- 1 ; 随着刈割年限的增加土壤呼吸速率呈现
降低趋势。土壤微生物量碳、氮含量、土壤酶活性 (除脲酶)以及微生物数量在表层 ( 0~ 10 cm)含量最高(活性最
强、数量最多) ,均表现出随土壤深度增加而降低(活性下降、数量减少)。微生物数量变化规律与土壤呼吸速率变
化结果一致,而微生物量碳、氮含量则是两年刈割区最高,除脲酶其他 3 种酶也是两年刈割区酶的活性最强,而脲
酶各层酶活性变化不规律。土壤呼吸速率与微生物量碳、氮, 蛋白酶、转化酶、过氧化氢酶、微生物数量呈正相关,
与脲酶呈负相关。
关键词:刈割; 土壤呼吸速率;微生物量碳氮; 土壤酶;微生物数量
中图分类号: S812. 2



文献标识码: A




文章编号: 1007-0435( 2011) 01-0051-07
Soil Respiration of Different Mowing Types of Meadows
GUO Ming-ying 1, 2 , WEI Zh-i jun1 , XU L-i jun2 , YANG Gu-i x ia2 , LIU Hong-mei1 ,
WU Yan-ling1 , XIN Xiao-ping2*
( 1. Inner M on golia Agricu ltural U nivers ity, H ohhot , In ner Mongolia 010019, China; 2. Key Lab of Resou rces Rem ote S ens ing and Digital
Agricul tu re/ H ulun ber Grassland Ecosys tem Ob ser vat ion and Research Stat ion/ Inst itute of Agricultural Resources an d Regional
Planning of Chin es e Acad emy of Agricul tu ral S cien ces , Beijing 100081, China)
Abstract: T o prov ide a theo ret ical basis for research on meadow balance o f carbon budget, the ef fects o f 4
dif ferent mow ing types on so il respirat ion and soil m icroor ganism are studied by detect ing Hulunbeier
meadow char acters o f soil respirat ion and soil m icroo rganism. Results indicate that mow ing inf luenced the
soil respiration, carbon and nit rogen content of m icroo rganism. In the four differ ent mow ing years of natu-
r al meadow s, the highest soil respirat ion rate appears from noon to 14 p. m . Fo r contro l ar eas, the highest
value is 4. 874 mg
m- 2
h- 1 ; in the tw o years of cut t ing areas, 4. 603 mg
m- 2
h- 1 ; o ne year o f cut-
t ing ar eas, 4. 230 mg
m- 2
h- 1 ; the three years of cut t ing areas, the low est value is 4. 154 mg
m- 2

h
- 1
. With the increasing years of cutt ing, the soil respirat ion rates show a trend of decreasing. The con-
tent of m icrobial carbon, nit ro gen, soil enzyme act ivity ( ex cept for urease) and m icro organisms, topsoil ( 0
~ 10 cm; the most act ive, the larg est number) , all of them have shown to decr ease w ith soil depth increas-
ing. M icroo rganism quant ities are consistent with so il respirat ion rates. T he highest content of carbon and
nit rog en appears in tw o years cut t ing areas, and also the other three enzymes ( ex cept for urease w ith irreg-
ular act iv ity) . The soil respirat ion rates are po sit iv ely cor related w ith m icrobial carbon, nit rog en, prote-
ase, inver tase, catalase and micro organisms, but negatively correlated w ith urease.
Key words: Mow ing; Soil respirat ion rate; M icrobe carbon content ; M icrobe nit ro gen; Micr oorg anism
quant ity


土壤呼吸是土壤与大气交换 CO2 的过程, 是土
壤碳素同化和异化平衡的结果 [ 1]。其中包括土壤微
生物呼吸、植物根系呼吸、土壤动物呼吸和含碳物质
的化学氧化作用等几个生物学和非生物学部分 [ 2]。
收稿日期: 2010-09-25;修回日期: 2010- 12-08
基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金;内蒙古自治区重大科技项目子课题
草甸草原固碳减排管理技术集成与研究示范
资助
作者简介:郭明英( 1982- ) ,女,黑龙江北安人,硕士,研究方向为草地资源、生态与管理, E-mail: gu om ingying163@ 163. com ; * 通讯作者
Author for correspon dence, E- mail: xinxp@ s ina. com
草
地
学
报 第 19卷
土壤呼吸过程是陆地生态系统碳循环中土壤碳的主
要输出途径, 是大气 CO 2 重要排放源,是陆地碳收
支中最大的通量,约占全球CO 2 交换量的 25% [ 3, 4]。
我国北方温带草原是巨大的土壤有机碳库, 刈
割是草场利用和管理的主要方式之一, 同时, 相对于
天然草地生态系统而言, 刈割是一种人为干扰机制,
势必对草地生态系统土壤的碳通量产生影响。目前
关于刈割频次对草原生态系统影响的研究已有一些
报道,但主要是不同频次刈割对群落生产力[ 5~ 8]、群
落组成[ 9, 10]、草地质量 [ 11, 12]、枯枝落叶积累 [ 13]、土壤
盐渍化[ 14]等的影响,而刈割对土壤呼吸影响的研究
较少。因此,本试验针对不同刈割处理对土壤呼吸
特性及土壤微生物的影响进行研究,为进一步揭示
天然草地碳收支提供理论依据。
1
材料与方法
1. 1
研究区概况
本研究是在中国农业科学院呼伦贝尔草原生态
系统国家野外科学观测研究站试验区 ( N49
33
,
E120
05
)进行的,海拔 630~ 760 m,处于大兴安岭
西麓丘陵向蒙古高原的过渡区。属温带半干旱大陆
性气候, 年均温- 2~ - 1
, 最高、最低气温可达
36. 17
和 - 48. 5
, 大于 10
积温 1780 ~
1820
,无霜期 95 ~ 110 d, 年均降水量 350~ 400
mm, 且年度间极不平衡, 主要集中在 6 - 8 月份。
地带性土壤为黑钙土或暗栗钙土, 土层厚 30~ 40
m,有机质含量 5. 10%, 土壤呈暗棕色, 质地较粗。
地带性植被为羊草草甸草原, 主要优势种为羊草
( L eymus chinensi s )、贝加尔针茅 ( St ipa baicalen-
sis )、硬质早熟禾 ( Poa sphondy lod es )、斜茎黄芪
( A str agalus adsuigens )、山野豌豆( Viciaamoena )、
线叶菊 ( Fili f oloumsibi ri cum )、冰草 ( A gropy r on
cr istatum )、寸草苔 ( Car ex dur iuscula )、日阴菅
( Car ex p ed if ormis)等。
1. 2
样地选择
试验样地选取位于谢尔塔拉十二队的羊草草甸
草原样地, 样地 2005年开始围封, 建群种以裂叶蒿
( A rtemisia tanaceti f olia) 和羊草为主。设置对照
区(零刈割)、一年刈割区(一年刈割一次)、两年刈割
区(两年刈割一次)、三年刈割区(三年刈割一次) , 4
种不同处理方式的草地进行试验,每个区植物群落
相同,生物量为 80~ 120 g
m2。刈割时间一般为
每年 8月 5日进行, 留茬高度 7 cm, 刈割量为地上
生物量的 70% 左右。试验于 2009 年开始进行, 主
要包括土壤呼吸速率及土壤微生物特性的测定。
1. 3
研究方法
1. 3. 1
土壤呼吸测定
在采集土壤微生物的土样
地段同一位置, 利用全自动 LI-6400 进行土壤呼吸
作用测定。每次测定时,提前 24 h将测定基座嵌入
土壤中,每个小区安装 3个气体采集框( 3次重复) ,
4个小区, 共安装 12个气体采集框。在保证不影响
原有植被和土壤的前提下, 将气体采集箱底圈-无底
无盖管状容器( d= 10 cm, h= 5 cm )一端压入样地
土壤表层5 cm 深处,测定时再用密封条与气体分析
室密闭连接。经过一段时间的稳定后, 将待测底圈
内的绿色植物齐地面剪掉,尽可能不扰动地表的凋
落物。测量时,土壤呼吸室需要尽量接近土壤表面,
使土壤呼吸室内的气流能够充分与表面气体混合;
尽量选取晴朗天气,每次测定前进行仪器调零校准,
使仪器的各项读数在自然状况下保持稳定。每次测
量过程记录 3次数据, 分别记录箱内温度、湿度和土
壤呼吸速率值,所测得数据直接导入计算机进行统
计分析。
在刈割处理前进行土壤呼吸与微生物的测定,
测定时间为 2009年 8月初,这是建立在全年的基础
上选择的测定时间,测定 1次。测定时间为 8: 00至
次日 6: 00,从 8: 00至 18: 00每隔 2 h 测定 1次,从
18: 00至次日 6: 00每隔 3 h测定 1次, 持续测定 24
h,求其算术平均值。
1. 3. 2
土壤微生物量碳、氮测定
土壤样品于
2009年 8月采集,在各地段中随机选取 3 个土壤采
样点,每样点取样分 4 层, 即 0~ 40 cm ,每隔 10 cm
取一次土,从土壤中取约 100 g 土壤进行预培养,其
中约 30 g 做熏蒸处理, 30 g 做未熏蒸处理, 30 g 测
含水量。微生物量碳采用熏蒸提取-容量分析法,微
生物量氮采用熏蒸提取-茚三酮比色法进行测
定[ 1 5] ,所用熏蒸剂均是氯仿。
1. 3. 3
土壤酶活性的测定
脲酶活性的测定采用
奈氏比色法,以 1 g 干土 24 h 生成的 NH 3-N 量为
脲酶 1个活性单位; 过氧化氢酶活性的测定采用高
锰酸钾滴定法,酶活性以 1 g 干土 1 h 内消耗的 0. 1
mol
L - 1KMnO4 体积数(以 mL 计)表示; 转化酶
活性的测定采用 3, 5-二硝基水杨酸比色法, 酶活性
以 24 h 后 1 g 土壤葡萄糖的 mg 数表示 [ 16] ; 蛋白酶
活性的测定采用铜盐比色法, 以 1 g 土壤在 24 h内
酶解蛋白质释放的质量代表蛋白酶的活性 [ 17]。
52
第 1期 郭明英等:不同刈割年限天然草地土壤呼吸特性研究
1. 3. 4
土壤微生物数量的测定
土壤微生物数量
测定采用平板涂抹接种法[ 18, 19] , 以牛肉膏蛋白胨培
养基培养细菌( Bacteria) ;高氏 1号培养基加重铬酸
钾( 3. 30 mL
L - 1 ) 培养放线菌( A ct inomyces) ; 马
丁氏培养基加链霉素 ( 3. 30 mL
L- 1 )培养真菌
( Fungi) ;固氮菌培养基培养固氮菌( Azotobacter )。
培养 3~ 6 d 观察计数, 具体菌落计数方法如下:
1 g 干土的
菌落数 =
同一稀释度三次重复的平均菌落数
稀释倍数
干土的重量
1. 3. 5
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
不同刈割年限草地土壤微生物量碳氮变化
2. 1. 1
土壤微生物量碳
由不同刈割年限草地土
壤微生物量碳分析结果(图 1)可知, 4种利用方式土
壤微生物量碳含量的变化规律一致,均随土壤深度
的增加其含量降低。表层 0~ 10 cm 含量最高。从
土壤微生物量碳含量的变化趋势来看, 除 30~ 40
cm 土层呈现出对照区> 两年刈割区> 三年刈割区
> 一年刈割区, 其他 3层均为两年刈割区> 对照区
> 一年刈割区> 三年刈割区。
图 1
不同刈割处理草地土壤微生物量碳的变化
F ig. 1
So il m icrobial biomass carbon in different treatments
2. 1. 2
土壤微生物量氮
由图 2可知, 4种利用方
式土壤微生物量氮含量的变化规律一致, 均是随着
土层深度增加而降低。其表层 0~ 10 cm 含量最高,
从微生物量氮含量的变化趋势来看, 0~ 10 cm 呈现
出两年刈割区> 对照区> 三年刈割区> 一年刈割
区,其值分别为 45. 945 mg
kg- 1 , 33. 853 mg

kg- 1 , 30. 398 mg
kg- 1和26. 891 mg
kg- 1。其他
3个土层均为两年刈割区> 对照区> 一年刈割区>
三年刈割区。
图 2
不同刈割处理草地土壤微生物量氮的变化
F ig . 2
So il microbial biomass nitr ogen in different tr eatments
2. 2
不同刈割年限草地土壤酶活性变化
土壤蛋白酶、转化酶与过氧化氢酶,这 3种酶活
性变化规律一致,均是随土壤深度的增加而活性降
低,其表层 0~ 10 cm 酶活性最强;而脲酶活性与之
相反, 总体表现为随土壤深度的增加而增强。蛋白
酶、转化酶与过氧化氢酶在 0~ 10 cm 与 20~ 30 cm
均是两年刈割区酶活性最强, 而 10~ 20 cm 一年刈
割区的蛋白酶活性最强, 30~ 40 cm 三年刈割区过
氧化氢酶活性最强, 其他均是两年刈割区酶活性最
强,而脲酶各层酶活性变化不规律。对 4 种酶活性
进行统计分析表明: 蛋白酶在 0~ 10 cm, 三年刈割
区与一年刈割区、两年刈割区之间存在显著性差异
53
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报 第 19卷
( P< 0. 05) ;在 10~ 20 cm 各区之间差异不显著; 在
20~ 30 cm 与 30~ 40 cm 2个土层, 对照区、三年刈
割区与一年刈割区、两年刈割区之间分别存在显著
性差异( P< 0. 05) ,对照区与三年刈割区、一年刈割
区与两年刈割区之间差异不显著。过氧化氢酶在
10~ 20 cm,一年刈割区与其他3个区之间存在显著
性差异( P< 0. 05) ; 在 20~ 30 cm, 对照区与其他 3
个区均存在显著性差异( P< 0. 05) , 一年刈割区与
两年刈割区存在显著性差异( P< 0. 05) ; 在 0~ 10
cm 与 30~ 40 cm 2个土层, 4个区之间均没有显著
性差异。转化酶与脲酶在 4个土层之间均没有显著
性差异。
表 1
不同利用方式草地土壤酶活性的变化
T able 1
So il enzyme in different use patterns
土层
Depth , cm
不同处理
Use pat tern
蛋白酶
Protease
转化酶
In vertase
过氧化氢酶
Catalase
脲酶
Ureas e
0~ 10 对照区 0. 911
0. 216ab 9. 545
0. 538a 2. 355
0. 260a 0. 124
0. 034a
一年刈割区 0. 829
0. 670a 9. 632
1. 179a 2. 418
0. 283a 0. 219
0. 210a
两年刈割区 1. 239
0. 089a 10. 069
1. 773a 2. 637
0. 028a 0. 070
0. 018a
三年刈割区 0. 670
0. 269b 9. 965
0. 217a 2. 532
0. 128a 0. 186
0. 142a
10~ 20 对照区 0. 331
0. 104a 8. 529
2. 958a 2. 020
0. 095a 0. 233
0. 172a
一年刈割区 0. 699
0. 447a 8. 738
1. 553a 1. 925
0. 433b 0. 268
0. 099a
两年刈割区 0. 604
0. 693a 9. 442
1. 044a 2. 535
0. 180a 0. 154
0. 036a
三年刈割区 0. 378
0. 074a 9. 316
0. 669a 2. 397
0. 417a 0. 281
0. 149a
20~ 30 对照区 0. 226
0. 096b 8. 128
2. 364a 1. 825
0. 074b 0. 189
0. 009a
一年刈割区 0. 697
0. 195a 7. 904
1. 639a 1. 743
0. 478a 0. 279
0. 212a
两年刈割区 0. 788
0. 002a 9. 340
1. 239a 2. 417
0. 305a 0. 156
0. 072a
三年刈割区 0. 205
0. 077b 6. 809
0. 213a 2. 135
0. 223ab 0. 302
0. 146a
30~ 40 对照区 0. 205
0. 060b 6. 865
2. 472a 1. 802
0. 159a 0. 256
0. 097a
一年刈割区 0. 368
0. 200a 7. 237
1. 061a 1. 683
0. 245a 0. 324
0. 181a
两年刈割区 0. 419
0. 120a 7. 869
2. 863a 2. 057
0. 691a 0. 342
0. 075a
三年刈割区 0. 107
0. 018b 7. 137
1. 825a 2. 160
0. 079a 0. 256
0. 166a


注:表中同一列中不同字母间具有显著性差异( P< 0. 05)
Note: Different let ters in th e sam e colum n m ean signif ican t dif feren ces ( P < 0. 05)
2. 3
不同刈割年限草地土壤微生物数量
细菌、放线菌、真菌(霉菌) 是草原土壤微生物
中数量最大的 3大类群。不同刈割年限草地各类群
土壤微生物垂直分布是不同的,具有一定的规律性。
由图 3可知, 4种刈割利用方式微生物数量变化规
律基本一致,均是表层( 0~ 10 cm )土壤中的微生物
数量最高,随着土层深度增加而微生物数量减少。
细菌数量在 0~ 10 cm 与 30~ 40 cm 为对照区> 两
年刈割区> 一年刈割区> 三年刈割区, 在 10~ 20
cm 与 20~ 30 cm 2个土层表现为两年刈割区> 对
照区> 一年刈割区> 三年刈割区。真菌数量在各土
层之间均表现出两年刈割区最高。放线菌数量在各
土层均表现出对照区> 两年刈割区> 一年刈割区>
三年刈割区。在 4种刈割利用方式下微生物数量大
小均为细菌> 放线菌> 真菌。对照区微生物总数最
多,之后是两年刈割区, 一年刈割区次之, 三年刈割
区最少。
图 3
不同刈割处理草地土壤微生物数量的变化
Fig . 3
Microbe quantities in different treatments
54
第 1期 郭明英等:不同刈割年限天然草地土壤呼吸特性研究
2. 4
不同刈割年限草地土壤呼吸的昼夜变化
在 8月,天然草地土壤呼吸的昼夜变化如图 4
所示, 不同刈割年限天然草地的土壤呼吸在 24 h 内
的波动幅度不大, 呈现出
上升- 下降
变化趋势。
土壤呼吸的最高值出现在 12: 00- 14: 00之间,对照
区的最高为 4. 874 mg
m- 2
h- 1 , 两年刈割区的
为 4. 603 mg
m- 2
h- 1 , 一年刈割区的为 4. 230
mg
m- 2
h- 1 , 三年刈割区的最低为4. 154 mg

m- 2
h- 1。对照区、一年刈割区、两年刈割区、三
年刈割区土壤呼吸速率最低值均出现在 6: 00分
别为 2. 079 mg
m- 2
h- 1 , 1. 798 mg
m- 2

h- 1 , 2. 003 mg
m- 2
h- 1 , 1. 642 mg
m- 2

h
- 1。对照区与一年刈割区土壤呼吸速率变化规
律为
上升- 下降
, 在 12: 00出现最大值, 随后下
降。两年刈割区与三年刈割区呈
上升- 下降-
上升
的变化趋势, 在 12: 00出现最大值, 之后下
降至 0: 00,在 3: 00 略有回升之后又下降。日平均
土壤呼吸速率比较为对照区> 两年刈割区> 一年
刈割区> 三年刈割区。
图 4
不同刈割处理草地土壤呼吸速率的变化
F ig. 4
So il respiration in differ ent cutting treatments
2. 5
土壤微生物与土壤呼吸相关性分析
通过对土壤呼吸速率与微生物特性相关分析,结果
表明(表2) ,土壤呼吸速率与微生物量碳、微生物量氮、蛋
白酶、转化酶、过氧化氢酶、微生物数量呈正相关,而与脲
酶极显著负相关性(P< 0. 01) ,与其他均不显著。
表 2
土壤呼吸速率与微生物特性相关分析
T able. 2
Co rr elation analysis bet ween so il respiration rates and micr obe char act eristics
内容
Content
微生物量碳
Microbe carb on
微生物量氮
Microbe ni tr ogen
蛋白酶
Proteas e
转化酶
In vertas e
脲酶
Urease
过氧化氢酶
Catalase
微生物数量
Micr oorganism s qu ant ity
土壤呼吸
Soil respirat ion
相关系数( R )
Correlation coeff icient
0. 932 0. 818 0. 359 0. 478 -0. 957 0. 156 0. 999
显著水平( P )
S ignifi can t
0. 0683 0. 1816 0. 6410 0. 5216 0. 0432 0. 8441 0. 0012
3
讨论与结论
3. 1
不同刈割年限草地土壤微生物量碳、氮
从土壤微生物量碳、氮分析结果看, 4种刈割处
理土壤微生物量碳、氮含量的变化规律一致, 均随土
壤深度的增加而降低, 其表层 0~ 10 cm 含量最高。
这是因为随着土层的加深, 土壤有机质含量急剧下
降,地下生物量也随着减少[ 21] ; 并且均表现出两年
刈割区> 对照区> 一年刈割区> 三年刈割区, 这说
明两年刈割处理使微生物量碳、氮含量有所增加, 而
一年与三年刈割处理下微生物量碳、氮含量降低。
这可能是由于两年刈割改善了水热条件和通气状
况,微生物活动活跃,而且土壤表层累积了枯枝落叶
和腐殖质,有机质含量高, 有利于土壤微生物的生
长。一年刈割虽然改善了水热条件和通气状况, 但
土壤表层枯落物积累的少, 三年刈割虽然土壤表层
积累了较多的枯落物, 但是水热条件和通气状况相
对较差。由于利用年限较短,所以刈割处理并没有
对土壤微生物量形成明显的影响。对刈割处理土壤
微生物碳、氮的研究尚未见报道,因此对土壤微生物
碳、氮影响因素还有待进一步研究。
3. 2
不同刈割年限草地土壤酶活性
从土壤酶活性分析结果看, 蛋白酶、转化酶与过
氧化氢酶这 3种酶活性变化规律一致, 均随土壤深
度的增加而降低, 其表层 0~ 10 cm 酶活性最强;而
脲酶活性与上面 3种酶活性相反, 总体表现为随土
壤深度的增加而酶活性增强。这可能是土壤表层累
积了较多的枯枝落叶和腐殖质, 有机质含量高, 有充
分的营养源以利于土壤微生物的生长, 加之水热条
件和通气状况良好, 微生物生长旺盛,代谢活跃, 呼
吸强度加大而使表层积聚了较高的土壤酶活性[ 21]。
在 4种刈割处理中, 两年刈割处理的蛋白酶活性比
55
草
地
学
报 第 19卷
一年刈割处理高,且均高于不刈割(对照) ,三年刈割
处理活性最低, 说明刈割可使蛋白酶活性升高。对
转化酶而言,刈割处理均比不刈割处理有较大提高,
过氧化氢酶活性表现的结果与转化酶基本一致, 说
明刈割使转化酶与过氧化氢酶活性升高。脲酶活性
则是一年刈割处理比三年刈割处理高, 均高于不刈
割,两年刈割处理活性最低,说明刈割使脲酶活性有
所升高。过氧化氢酶活性的变化与章家恩等 [ 20] 研
究结果一致,而脲酶与其研究结果相反。从 4 种刈
割处理方式看, 刈割处理均使酶活性增强,但结果不
显著,这可能是因为刈割影响了草地的水热条件, 由
于利用时间短, 没有对草地造成太明显的影响。
3. 3
不同刈割年限草地土壤微生物数量
从微生物数量分析结果看, 4种刈割处理微生
物数量变化规律基本一致,均是表层( 0~ 10 cm)土
壤中的微生物数量最高, 随着土层深度增加而微生
物数量减少,表现出对照区> 两年刈割区> 一年刈
割区> 三年刈割区。说明不同刈割处理对土壤微生
物总数有较大的影响, 均造成了微生物数量下降。
这是因为微生物数量分布特征与土壤水热条件、肥
力状况及植物群落特征相联系, 不同生境之间微生
物各类群的数量存在一定差异, 而且微生物的活动
和植物根系生物量及有机质含量分布也密切相
关[ 22~ 25]。表层土壤中含有丰富的有机质和大量植
物根系,且水热、通气状况良好, 有利于微生物生长
和繁殖。各区细菌在各土层分布的数量均大于放线
菌和真菌的数量。细菌、放线菌和真菌 3者在对照
区、一年刈割区、两年刈割区、三年刈割区的数量变
化趋势一致,其数量大小依次为对照区> 两年刈割
区> 一年刈割区> 三年刈割区。对照区植被群落特
征、地表凋落物、土壤养分状况明显好于其他区, 能
够供给土壤微生物生长和繁殖所需的充足能
量[ 24, 26, 27] , 导致对照区土壤微生物数量最多; 其他刈
割区随着刈割强度增加、刈割时间延长,致使土壤养
分不同程度的下降, 土壤环境恶化,土壤微生物数量
降低。
3. 4
不同刈割年限草地土壤呼吸的昼夜变化
对于土壤呼吸的日动态国内外许多学者已经作
了大量研究,通过对全天动态变化的观测,土壤呼吸
速率的日变化均呈单峰型,峰值一般出现在 12: 00
- 14: 00[ 28~ 30] 。本试验的土壤呼吸速率在 12: 00-
14: 00达到最大值,这与前人的研究结果基本一致,
对照区> 两年刈割区> 一年刈割区> 三年刈割区。
这说明刈割影响土壤呼吸, 但其影响不是特别明显。
这可能是刈割利用时间短,对土壤呼吸速率变化影
响小。仲延凯等[ 31] 研究表明,由于刈割减少了土壤
的植被覆盖度和枯落物的积累, 使得植物累积和输
送到土壤中的营养成分较少,致使根系和土壤微生
物呼吸作用强度减弱, 使得土壤含水量也有所降低。
土壤含水量多少影响根系生长、根系呼吸、土壤微生
物群落构成、微生物活力以及代谢活力,进而影响土
壤呼吸。对照区植被和土壤方面受到的外界干扰最
小,植被特征和土壤养分状况明显好于其他刈割区,
因而土壤呼吸速率最强。由于土壤环境非常复杂,
土壤呼吸包括了土壤微生物、土壤动物和植物根系
3个部分[ 29] ,是一种复杂的生物学过程,受到多种因
素的影响。它不仅受到土壤温度、土壤含水量、降
水、凋落物, 以及土壤含水量等非生物因子的影响,
还受到植被类型、叶面积指数、根系生物量等生物因
子和人类活动的综合影响[ 32, 33]。影响这些因素的
主导因子有时并不一定相同,任何一种影响都可能
使土壤呼吸速率发生变化。
不同刈割利用会对温度产生直接或间接的影
响,温度的变化又对土壤微生物呼吸产生影响, 由于
利用年限较短刈割对土壤微生物活动的影响尚未形
成明显的梯度变化。刈割对草地土壤呼吸作用的影
响主要在于对土壤微生物数量、植物根系生长和土
壤理化性质等方面的改变,因此土壤呼吸作用与植
物群落生长状况及土壤环境条件密切相关[ 3, 34, 35] ,
受多方面因素共同控制。本试验各刈割区土壤呼吸
与微生物相关分析结果表明,土壤呼吸速率与微生
物量碳、微生物量氮、蛋白酶、转化酶和呈正相关,与
过氧化氢酶、脲酶呈负相关,而与微生物数量极显著
正相关性。由于没有对根系呼吸进行研究,因此,关
于根系、根系与土壤微生物代谢共同作用对土壤呼
吸昼夜变化的影响还有待于进一步研究。
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