栽培牧草根围土壤线虫群落组成及多样性研究*

陈 杨，海 棠，李志美

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院/草地资源教育部重点实验室/农业农村部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室/内蒙古自治区草地管理与利用重点实验室,呼和浩特 010018)

陆地生态系统拥有丰富的土壤生物多样性。土壤线虫是众多土壤动物中数量最多、功能最丰富的类群，是土壤食物网中重要的组成部分[1]，其群落特征可以较好地反映土壤食物网状况[2]。生物多样性是群落组成的重要特征，它既能反映群落中物种的数量和生态系统食物网的复杂性和稳定性，又能反映不同生境之间的相似性和差异性[3]。根据取食习性和生活史策略，土壤线虫分为不同的营养类群和功能团类群[4～5]。根据头部形态和取食特性，土壤线虫可分为4个功能(营养)类群：食细菌线虫；食真菌线虫；植食性线虫；捕食/杂食性线虫[6]。草原2号苜蓿 (MedicagovariaMartin. cv. Caoyuan No.2) 是适合北方干旱寒冷地区栽培种植的优良牧草，在北方人工草地建立中发挥着重要作用。蒙古冰草(AgropyronmongolicumKeng.cv.Neimeng )是适合干旱半干旱草原区早春放牧利用的优良饲草，具有返青早、根系发达、抗旱性强等性能[7～8]。这两种牧草在北方均是不可忽视的优良牧草。为此，以土壤线虫为生物指标，对种植年长为2年的上述两种栽培牧草根围土壤线虫群落组成及多样性进行了研究，为草地修复及建立健康可持续的豆科、禾本科人工草地提供理论依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 试验地概况

本试验于2020年7月末在呼和浩特市区内蒙古农业大学牧草试验站采样。试验地属温带大陆季风气候，地处111°21′E、40°49′N，海拔1040m，年平均气温6.4℃；试验地土壤为砂质栗钙土，pH值为6.9～7.5。按照常规管理方式进行管理，土壤养分相对一致。

1.2 研究方法

1.2.1取样方法

于2020年7月末，在种植时间为2年的草原2号苜蓿和蒙古冰草牧草地，各随机选取5株植株，在植株根围采用五点法取土样，取样深度为0～10cm和10～20cm，重复三次。

1.2.2线虫的分离方法

线虫的分离及鉴定，是用浅盘法分离线虫[9]，用福尔马林最后固定到10ml的小瓶中。根据土壤线虫的外形、内在结构和死态，在显微镜下进行计数鉴定[10～11]。另取20g土壤，采用烘干法测定土壤含水量[12]。线虫的种类鉴别到属[11,13]；线虫的数量根据土壤含水量折合成每100g干土线虫的数量；根据Bongers[14]等将线虫分为5个不同生活史策略(Colonizer-persister，c-p)类群，即c-p值为1的极端r-对策者到c-p值为5的k-对策者。c-p1世代时间短，产卵多，抗压能力强；c-p2世代时间短，产卵多，较耐受环境压力；c-p3世代时间较长，对环境压力较敏感；c-p4世代时间长，对环境压力敏感；c-p5世代时间长，产卵少，对环境非常敏感。各类群数量优势度划分标准[15]是：个体数量占总鉴别量的10%为优势类群(+++)；个体数量占总鉴别量的1%～10%为常见类群(++)；个体数量占总鉴别量的1%以下者为稀有类群(+)。

1.2.3线虫多样性指数计算方法

土壤线虫群落多样性指数采用土壤线虫生态学者普遍应用的多样性指数来计算[5,16～17]。计算公式如下：

辛普森多样性指数Dom=1-∑Pi2

(1)

式中，Pi为第i个(属)分类单元中个体所占的比例。

丰富度指数SR=(S-1)/lnN

(2)

式中，N为所鉴定的线虫个体数目;S为鉴定分类单元的数目。

自由生活类线虫成熟度指数[14]MI=∑c(i)×pi

(3)

植食性线虫成熟度指数[14]PPI=∑c(i)×pi

(4)

式中，c(i)为非植物寄生性(植物寄生性)土壤线虫第i类(属)群c-p值。

线虫通路指数[18]NCR=NBa/(NBa+NFu)

(5)

式中，NBa和NFu分别为食细菌线虫和食真菌线虫占线虫总数的相对多度。

1.2.4数据统计分析

用Excel 2019和SAS 9.2软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 两种栽培牧草土壤线虫数量及群落组成特征

本试验共鉴别出土壤线虫16属(表1)。草原2号0～10cm根围处鉴别出土壤线虫15属，土壤线虫总数为422条/100g干土，优势属为丽突属和头叶属,分别占线虫总数的30.44%和24.52%；草原2号10～20cm根围处鉴别出土壤线虫15属，土壤线虫总数为430条/100g干土，优势属为丽突属和头叶属,分别占线虫总数的30.46%和18.19%。蒙古冰草0～10cm根围处鉴别出土壤线虫14属，土壤线虫总数为442条/100g干土，优势属为丽突属、拟丽突属和头叶属，分别占线虫总数的21.15%、12.07%和26.20%；蒙古冰草10～20cm根围处鉴别出土壤线虫14属，土壤线虫总数为261条/100g干土，优势属为棱咽属、丽突属、拟丽突属、头叶属和真头叶属，分别占线虫总数的15.17%、10.87%、13.39%、20.44%和10.06%。优势属线虫数量与总数变化趋势相一致，优势属土壤线虫数量决定线虫总数，分别占总数的70.15%、64.49%、70.99%、69.93%。蒙古冰草根围处优势属线虫数量对线虫总数的贡献大于草原2号；10～20cm根围处线虫总数量草原2号显著高于蒙古冰草。各土层土壤线虫均为食细菌线虫数量最大，显著高于其他功能(营养)类群(见图1)。

表1 两种栽培牧草根围土壤线虫种类(属)、数量及优势度

营养类群不同小写字母表示同土层牧草营养类群间具有显著差异(P<0.05)图1 两种栽培牧草各营养类群土壤线虫数量

2.2 土壤线虫群落的c-p类群结构

在分离鉴别草原2号杂花苜蓿与蒙古冰草根围土壤得到的所有线虫中，c-p1～c-p5线虫的类群个数分别占土壤线虫总数的比例不大相同。在草原2号0～10cm根围土壤线虫中，c-p1～c-p5线虫的类群个数分别占土壤线虫总数的1.26%、87.93%、4.47%、1.02%和5.38%，而在10～20cm根围土壤线虫中分别为2.91%、87.48%、3.38%、0.44%和5.80%；在蒙古冰草0～10cm根围土壤线虫中，c-p1～c-p5线虫的类群个数分别占土壤线虫总数的1.94%、85.39%、5.32%、1.03%和6.28%，而在10～20cm根围土壤线虫中分别为2.03%、76.85%、14.18%、2.00%和4.86%。在两种牧草间不同土层c-p2的线虫类群个体数量显著高于其他c-p1、c-p3、c-p4、c-p5的线虫(图2)。c-p1和c-p2类群为r-策略者，其生命周期短，增殖能力强，耐受干扰，在有利的条件下数量能迅速增加[19]。

生活史策略(c-p)类群不同小写字母表示同土层牧草c-p类群具有显著差异(P<0.05)图2 两种栽培牧草各C-P类群土壤线虫数量

2.3 土壤线虫生态指数

两种牧草各生态指数见表2。草原2号0～10cm根围土壤线虫的自由生活类线虫成熟度指数(MI)显著高于其10～20cm根际土壤线虫；蒙古冰草10～20cm根围土壤线虫的植食性线虫成熟度指数(PPI)显著高于其0～10cm根围土壤线虫。除MI、PPI外，丰富度指数(SR)、多样性指数(DOM)和线虫通路指数(NCR)均无显著差异。

表2 两种栽培牧草土壤线虫生态指数

3 讨论

在草原2号苜蓿与蒙古冰草根围土壤中，鉴定出的土壤线虫种类(属)与其他研究中鉴定出的土壤线虫数目相比相对较少，虽与王雪峰等[20]对根际效应对大豆田土壤线虫群落组成及多样性的影响中鉴定出的16属相似，但与孟元等[21]对内蒙古短花针茅荒漠草原土壤线虫群落的垂直分布特征中鉴定出26属、与吴建波等[22]对内蒙古高原锦鸡儿属(CaraganaFabr.)植物根际线虫群落多样性研究中鉴定出的37属和吴东辉等[23]的刈割活动对松嫩草原碱化羊草草地土壤线虫群落的影响中鉴定出的40属不大相似。因此，土壤线虫的属数与食物源和外部条件密切相关[5,24～25]。本试验结果之所以不同，可能与试验地属于新开垦地有关。食细菌性线虫是本试验的主要营养类群。本试验中的线虫生活史策略主要以c-p2类群为主，而其他类群所占比例非常小。在线虫的生活史策略中c-p2类群为r-策略者，其生命周期短、增殖能力强并耐受干扰，这与新开垦地土壤环境压力较大有关。两种栽培牧草的土壤食物网以食细菌通道为主，土壤有机质以细菌分解途径为主，这与董道峰等[26]的日光温室土壤食物网以食细菌通道为主的结果相似。两种牧草间SR、Dom、NCR指数均没有显著差异，可能与牧草生长年限有关。

4 结论

4.1供试两种牧草根围共鉴定出线虫16属，优势属为丽突属和头叶属，不同土层草原2号苜蓿根际土壤线虫种类(属数)高于蒙古冰草。

4.2草原2号苜蓿10～20cm处线虫数量显著高于蒙古冰草，两种栽培牧草根围土壤线虫都是以食细菌通道为主。

4.3线虫生活史策略主要以c-p2类群为主，其他类群所占比例较少。

4.4两种牧草根围土壤线虫生态指数无明显差异，但草原2号苜蓿MI指数0～10cm处高于10～20cm处，蒙古冰草PPI指数10～20cm处高于0～10cm处。