摘要：為探究晉北地區(qū)刈割強(qiáng)度對(duì)草地土壤有機(jī)氮礦化與真菌多樣性之間關(guān)系的影響，通過(guò)對(duì)刈割草地進(jìn)行野外原位土壤氮礦化實(shí)驗(yàn)和土壤真菌多樣性分析。結(jié)果表明：在8 月份中度刈割強(qiáng)度下土壤凈氮礦化量最高；在整個(gè)生長(zhǎng)季，土壤凈氮礦化量均值大小為中度刈割gt;重度刈割gt;輕度刈割gt;不刈割，生長(zhǎng)季土壤凈氮礦化量呈現(xiàn)出中度刈割處理最高并顯著高于不刈割處理；草地的刈割處理增加了土壤真菌多樣性，土壤真菌ACE（Abundance-basedCoverage Estimator）指數(shù)、Chao 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)均在中度刈割強(qiáng)度下達(dá)到最大值（分別為737.2、738.5和4.506），Simpson指數(shù)在重度刈割強(qiáng)度下達(dá)到最大值（0.072）；被孢霉門(mén)（Mortierellomycota）和被孢霉屬（Mortierella）會(huì)受到當(dāng)月凈硝態(tài)氮含量、凈氮礦化含量的潛在抑制，附球菌屬（Epicoccum）與當(dāng)月凈銨態(tài)氮含量存在負(fù)效應(yīng)；土壤全碳與子囊菌門(mén)（Ascomycota）、赤霉菌屬（Gibberella）和新赤殼屬（Neocosmospora）的豐度存在正效應(yīng)，土壤碳氮比可能會(huì)促進(jìn)小盤(pán)菌屬（Pezizella）的豐度。

關(guān)鍵詞：農(nóng)牧交錯(cuò)帶；刈割強(qiáng)度；有機(jī)氮礦化；土壤真菌群落

中圖分類號(hào)：S812.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：0253-2395（2024）05-1068-11

0 引言

氮素的供應(yīng)能力是陸地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力的限制性重要因素，土壤氮的有效性對(duì)草地的功能至關(guān)重要，在很大程度上取決于有機(jī)物分解和解聚為單體的無(wú)機(jī)氮素［1］。土壤氮的有效性依賴于微生物對(duì)有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，只有當(dāng)有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮時(shí)，才會(huì)被植物快速吸收［2］。土壤氮礦化過(guò)程是在微生物的參與下，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的過(guò)程，礦化過(guò)程決定了氮素的可利用性，土壤氮礦化速率的高低可以表征為氮素可利用的指標(biāo)，影響著草地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力［3］。真菌作為土壤微生物中的重要生物組分之一，具有較為豐富的生物數(shù)量和較活躍的生理活動(dòng)，對(duì)于土壤氮礦化會(huì)產(chǎn)生顯著影響，有研究表明，用殺菌劑將大部分真菌去除后，有機(jī)物降解速率降低約36%，真菌對(duì)于地表有機(jī)質(zhì)的降解作用要大于其他微生物［4］。土壤真菌多樣性及活性能夠有效提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有維持土壤正常功能的作用［5］。

刈割作為一種草地主要的利用方式，有研究表明，適度刈割可以促進(jìn)植物物種多樣性的增加，使土壤中有機(jī)質(zhì)含量上升［6］。刈割不僅能夠改變草地植物組成及現(xiàn)存量、凋落物質(zhì)量、土壤碳氮等元素的輸入和轉(zhuǎn)化［7］。長(zhǎng)期刈割還可以影響到土壤溫度和土壤含水量，間接影響土壤真菌的活性和多樣性［8］。刈割能夠顯著促進(jìn)山地草地植物的氮素吸收，降低微生物生物量的碳氮比，進(jìn)而提高土壤氮素的轉(zhuǎn)化速率［9］，也有研究發(fā)現(xiàn)刈割在增加土壤溫度的同時(shí)降低土壤水分含量，使得微生物活性降低，土壤氮的轉(zhuǎn)化速率下降［10］。叢枝菌根真菌可以直接吸收土壤中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和氨基酸，從而降低土壤中有效氮的含量［11］。同時(shí)土壤真菌還能調(diào)節(jié)土壤有機(jī)氮的釋放［12］。刈割措施改變了草地物種組成、凋落物質(zhì)量以及土壤表面理化性質(zhì)等，然而其對(duì)草地土壤氮素礦化與土壤真菌群落有何影響尚不十分清楚。

本研究以晉北典型草原生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)不同刈割強(qiáng)度下的土壤氮礦化特征和土壤真菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，分析刈割對(duì)土壤凈氮礦化過(guò)程和土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響。為闡明不同刈割強(qiáng)度下草地土壤氮素礦化過(guò)程與土壤真菌多樣性提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

本實(shí)驗(yàn)站位于山西省朔州市右玉縣威遠(yuǎn)鎮(zhèn)后所堡村（北緯39.998° ，東經(jīng)112.336° ，海拔1 348 m），占地約20 hm2，屬于北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹?，年平均氣溫?.2 ℃，年平均降水量為410 mm；右玉縣草地是低地草甸，屬于暖溫帶半干旱草地生態(tài)系統(tǒng)；賴草（Leymus secalinus）是研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)種，常見(jiàn)植物還有堿蓬（Suaeda glauca）、堿茅（Puc?cinellia distans）、蒲公英（Taraxacum mongoli?cum）、堿地風(fēng)毛菊（Saussurea runcinata）、鵝絨委陵菜（Potentilla anserina）等［13］。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

從2017 年開(kāi)始對(duì)草地進(jìn)行刈割處理［14］。每年8 月中旬用手動(dòng)割草機(jī)進(jìn)行刈割，并將草屑移出樣地外，通過(guò)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置4 個(gè)刈割強(qiáng)度，分別為：不刈割（No Mowing，NM）、輕度刈割（Light Mowing，LM）、中度刈割（ModerateMowing，MM）和重度刈割（Heavy Mowing，HM），輕度、中度、重度刈割留茬高度依次為10cm、5 cm、2 cm。每種刈割強(qiáng)度重復(fù)4 次，共16個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為2 m×12 m，間隔1 m。

1.2.2 土壤取樣與指標(biāo)測(cè)定

2021 年8 月用直徑為3 cm 的土鉆在每個(gè)小區(qū)內(nèi)垂直鉆取3 鉆土壤表層（0～10 cm）土壤（取樣時(shí)間為上午9：00—11：00），混勻后裝入標(biāo)記好的自封袋中，土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室過(guò)2 mm篩，去除根系、礫石等雜物，封裝好備用。用元素分析儀（vario EL/MACRO cube，Elementar，Hanau，Germany）測(cè)定風(fēng)干土壤的全氮（TN）和全碳（TC）；另取新鮮土樣經(jīng)0.5 mol·L-1 的K2SO4 溶液浸提后，用流動(dòng)分析儀（FIAstar 5000Analyzer，F(xiàn)oss Tecator，Denmark）測(cè)定硝態(tài)氮含量；另外將部分土樣放于?20 ℃ 冰箱中冷凍保存，用來(lái)測(cè)定土壤真菌群落結(jié)構(gòu)。土壤水分含量使用TDR-200（Spectrum Technologies，Plain?field，USA）在取土的同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

1.2.3 土壤凈氮礦化測(cè)定

利用野外原位土壤培養(yǎng)法進(jìn)行測(cè)定，2021年4 月開(kāi)始在刈割平臺(tái)實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行埋管。在每個(gè)小區(qū)的取樣區(qū)，先齊地面修剪地上的植物，將凋落物清除干凈，然后將兩根長(zhǎng)度為10 cm，內(nèi)徑為5 cm 的PVC 管尖端朝下，用錘頭垂直砸入土中，盡量不破壞土壤的原始結(jié)構(gòu)，PVC 管頂部與地面平齊，封蓋培養(yǎng)30 d，以30 d 作為一個(gè)周期。培養(yǎng)后用鉗子將PVC 管垂直地面夾出，取出管內(nèi)土壤裝入提前標(biāo)記好的自封袋，兩管土裝于袋內(nèi)混合均勻。在取樣點(diǎn)附近再次按照以上方法將PVC 管埋下用以培養(yǎng)下一個(gè)周期土壤。同時(shí)，在距取樣的PVC 管3 cm～5cm 處，同樣用內(nèi)徑為5 cm 的土鉆取0～10 cm 深的對(duì)照土樣，每個(gè)小區(qū)取3 鉆土裝入提前標(biāo)記好的自封袋中，并混合均勻作為該管培養(yǎng)前的初始土壤。

分別稱取10 g 過(guò)篩完的新鮮管土和對(duì)照土樣品，裝入小方瓶，每個(gè)方瓶加入50 mL 0.5mol/L 的硫酸鉀溶液（土液比1∶5）進(jìn)行浸提，蓋緊瓶蓋搖勻，隨后放入搖床（200±20 r/min）20 ℃振蕩0.5 h，靜置一段時(shí)間后用定量濾紙過(guò)濾，將所得濾液用離心管封裝，放入?20 ℃ 冰箱保存。使用間斷化學(xué)分析儀（CleverChem380 Plus）測(cè)量銨態(tài)氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO-3 -N）的含量，計(jì)算在一定時(shí)間內(nèi)累積的氮礦化量和凈氮礦化速率。

1.2.4 DNA提取、PCR擴(kuò)增及高通量測(cè)序

本實(shí)驗(yàn)有4 個(gè)刈割處理，每個(gè)處理有4 次重復(fù)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)樣方內(nèi)取鮮土測(cè)定土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，共有16 份土壤鮮土樣品。通過(guò)E.Z. N. A. ? soil DNA kit 對(duì)每一份土壤鮮土樣品進(jìn)行土壤真菌DNA 提取，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1% 的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA 的提取質(zhì)量，然后對(duì)真菌進(jìn)行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase ChainReaction，PCR）擴(kuò)增，其引物為ITS1F（5′-CTT?GGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′） 和ITS2R（5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′），將相同樣本的PCR 產(chǎn)物混合均勻后進(jìn)行產(chǎn)物鑒定、純化和定量后將獲得的DNA 樣品用Illumina 公司的Miseq PE 300/NovaSeq PE 250 平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)間斷化學(xué)分析儀測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

CAmm = CAmm（培養(yǎng)后）? CAmm（培養(yǎng)前），（1）

CNit = CN（it 培養(yǎng)后）? CN（it 培養(yǎng)前）， （2）

CNmin = CAmm + CNit， （3）

其中CAmm 表示凈銨態(tài)氮含量，CAmm（培養(yǎng)前）表示培養(yǎng)前銨態(tài)氮含量，CAmm（培養(yǎng)后）表示培養(yǎng)后銨態(tài)氮含量，CNit 表示凈硝態(tài)氮含量，CNit（培養(yǎng)前）表示培養(yǎng)前硝態(tài)氮含量，CNit（培養(yǎng)后）表示培養(yǎng)后樣品硝態(tài)氮含量；CNmin 表示凈礦化量。

Ramm = CAmm/t， （4）

Rnit = CNit/t， （5）

Rmin = CNmin/t， （6）

Ramm 表示銨化速率；Rnit 表示硝化速率；Rmin 表示凈氮礦化速率；t 代表培養(yǎng)時(shí)間。

使用Excel 2021 進(jìn)行原始數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 24.0 進(jìn)行單因素分析，用Duncan 方法進(jìn)行顯著性比較，差異顯著水平定義為P=0.05。利用Mothur 1.30.2 計(jì)算土壤真菌群落的α 多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener 指數(shù)、Chao 指數(shù)、Simp?son 指數(shù)和ACE 指數(shù)），使用R（ver.3.3.1）對(duì)土壤因子和真菌多樣性進(jìn)行相關(guān)性分析并作圖，其他結(jié)果使用Origin 9.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 刈割強(qiáng)度對(duì)土壤凈氮礦化速率的影響

不同刈割強(qiáng)度下累積銨態(tài)氮對(duì)累積時(shí)間的響應(yīng)存在差異（圖2（a）），整體上累積凈銨化率隨著累積時(shí)間先增加，在90 d 時(shí)累積凈銨化速率最大，隨后又降低，在150 d 后累積速率再增加。整體上礦化速率在不同的刈割處理大小為L(zhǎng)M gt; MM gt; HM gt; NM。在輕度刈割處理下，累積90 d 的凈銨化率顯著高于30 d（Plt;0.05），但與其他累積時(shí)間不顯著。在中度刈割處理下，累積180 d 的凈銨化率顯著高于60 d 和30 d（Plt;0.05），而在重度刈割處理下，累積90d 的凈銨化率顯著高于累積120 d（Plt;0.05），累積120 d 的銨態(tài)氮礦化速率最低。

凈硝態(tài)氮礦化速率和凈氮礦化速率在不同累積時(shí)間下均無(wú)顯著性差異（圖2（b）、（c）），但隨累積時(shí)間都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在120 d 的礦化速率達(dá)到最高。在不刈割和重度刈割處理下，整個(gè)培養(yǎng)期間凈硝化率和凈氮礦化率變化較??；在輕度和中度刈割處理下，尤其是在90—120 d，礦化速率上升較快。

2.2 刈割強(qiáng)度對(duì)土壤凈氮礦化量和季節(jié)動(dòng)態(tài)的影響

土壤凈銨態(tài)氮含量表現(xiàn)出顯著的季節(jié)變化（圖3（a））。結(jié)果顯示，從5 月到10 月土壤凈銨態(tài)氮含量總體上呈現(xiàn)出先增加后降低再升高的趨勢(shì)。在4 種刈割強(qiáng)度下土壤凈銨態(tài)氮含量峰值均出現(xiàn)在10 月份，為11.63 mg/kg，不同刈割強(qiáng)度下土壤凈銨態(tài)氮含量均值變化大小為L(zhǎng)M（12.54 mg/kg）gt; MM（11.83 mg/kg）gt; HM（11.09 mg/kg）gt; NM（11.04 mg/kg）；最小值均出現(xiàn)在8 月份，為?2.84 mg/kg，不同刈割強(qiáng)度下土壤凈銨態(tài)氮含量均值變化大小為NM（0.81 mg/kg）gt; MM（ ? 1.69 mg/kg）gt; LM（?2.09 mg/kg）gt; HM（?8.34 mg/kg）。在輕度刈割強(qiáng)度下，10 月份的凈銨態(tài)氮含量（12.54mg/kg）顯著高于9 月（1.20 mg/kg）、5 月（?0.15 mg/kg）和8 月（?2.09 mg/kg），與7 月（7.86 mg/kg）和6 月（6.02 mg/kg）差異不顯著。在不刈割、中度和重度刈割強(qiáng)度下，10 月份的凈銨態(tài)氮含量顯著高于除7 月份以外的其他月份。

土壤凈硝態(tài)氮含量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化（圖3（b）），結(jié)果表明，在4 種刈割強(qiáng)度下，8 月份的土壤凈硝態(tài)氮含量均值顯著大于其他月份，其均值大小為8 月（38.72 mg/kg）gt; 6 月（16.13 mg/kg）gt; 7 月（11.42 mg/kg）gt; 9 月（10.15 mg/kg）gt; 5 月（9.63 mg/kg）gt; 10 月（1.54 mg/kg），不同刈割強(qiáng)度在8 月份的土壤凈硝態(tài)氮含量均值大小為MM（67.66 mg/kg）gt;LM（42.70 mg/kg）gt; HM（27.50 mg/kg）gt; NM（17.00 mg/kg）；土壤凈硝態(tài)氮含量最小值出現(xiàn)在10 月份，均值為1.54 mg/kg，不同刈割強(qiáng)度下的土壤凈硝態(tài)氮含量均值大小為HM（4.18 mg/kg）gt;LM（1.94 mg/kg）gt;MM（1.42 mg/kg）gt;NM（?1.37 mg/kg）。

各月土壤凈氮礦化量的結(jié)果顯示不同刈割強(qiáng)度在8 月和9 月的土壤凈氮礦化量存在顯著差異（圖4（a）），在8 月份中度刈割處理下土壤凈氮礦化量最高并且顯著高于不刈割和重度刈割處理（Plt;0.05）；在9 月份重度刈割處理下土壤凈氮礦化量最高并且輕、中和重度刈割處理都顯著高于不刈割處理（Plt;0.05）；其他月份不同刈割處理間的差異不顯著（Pgt;0.05）。

同一刈割強(qiáng)度不同月份之間土壤凈氮礦化量也存在顯著差異（圖4（a）），不刈割處理在6月和7 月的土壤凈氮礦化量顯著高于9 月和10月（Plt;0.05）；輕度刈割處理下，8 月的土壤凈氮礦化量最高并且顯著高于其他月份（Plt;0.05）；中度刈割處理下，土壤凈氮礦化量在8月的最高并且顯著高于其他月份（Plt;0.05）；重度刈割處理下，各月間的土壤凈氮礦化量差異都不顯著（Pgt;0.05）。

土壤凈氮礦化季節(jié)變化均值大小為8 月（35.88 mg/kg）gt; 7 月（18.81 mg/kg）gt; 6 月（18.33 mg/kg）gt; 10 月（13.17 mg/kg）gt; 9 月（12.36 mg/kg）gt; 5 月（9.55 mg/kg）。在8 月份中度刈割強(qiáng)度下土壤凈氮礦化量最高，為65.98mg/kg；在最低月10 月份，土壤凈氮礦化量均值大小依次為重度刈割（15.27 mg/kg）gt; 輕度刈割（14.48 mg/kg）gt; 中度刈割（13.25 mg/kg）gt;不刈割（9.67 mg/kg）。

通過(guò)分析逐月的累積凈氮礦化量的結(jié)果表明（圖4（b）），5 月、6 月、7 月和8 月不同刈割處理間的差異不顯著（Pgt;0.05），在5 月、6 月和7月重度刈割處理累積凈氮礦化量最高；在8 月、9 月和10 月中度刈割處理累積凈氮礦化量最高，不刈割處理累積凈氮礦化量最低。從各月份累積凈氮礦化量結(jié)果來(lái)看，不刈割處理下，6月和7 月顯著高于前一月的累積凈氮礦化量（Plt;0.05），8 月、9 月和10 月之間的累積凈氮礦化量差異不顯著（Pgt;0.05）；輕度和中度刈割處理趨勢(shì)相同，6 月、7 月和8 月顯著高于前一月的累積凈氮礦化量（Plt;0.05）；重度刈割處理下，6月和7 月顯著高于前一月的累積凈氮礦化量（Plt;0.05），10 月份顯著高于7 月份（Plt;0.05）。

通過(guò)雙因素方差分析來(lái)研究刈割強(qiáng)度和月份對(duì)土壤氮礦化的影響，結(jié)果表明（表1），刈割強(qiáng)度對(duì)土壤凈銨態(tài)氮、凈硝態(tài)氮和凈氮礦化含量均無(wú)顯著影響。月份對(duì)土壤凈銨態(tài)氮量、凈硝態(tài)氮量和凈氮礦化量均有顯著影響（Plt;0.05），刈割強(qiáng)度和月份二者之間的交互作用對(duì)土壤凈銨態(tài)氮、凈硝態(tài)氮和凈氮礦化含量均無(wú)顯著影響（Pgt;0.05）。

2.3 刈割強(qiáng)度對(duì)真菌群落α多樣性的影響

真菌群落豐富度指數(shù)（ACE 指數(shù)和Chao指數(shù)）均隨刈割強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，并且都在中度刈割處理下達(dá)到最大值，分別為737.2 和738.5（圖5）。中度刈割處理下的真菌群落的ACE 指數(shù)顯著高于輕度刈割和不刈割（Plt;0.05），Chao 指數(shù)顯著高于不刈割（Plt;0.05），其它樣地之間兩個(gè)豐富度指數(shù)差異不顯著（Pgt;0.05）（圖5（a）、（b））。刈割對(duì)真菌群落Shannon-Wiener 指數(shù)和Simpson 指數(shù)均有顯著影響（圖5（c）、（d）），Shannon-Wiener 指數(shù)隨著刈割強(qiáng)度先顯著降低后又顯著增加再顯著降低，在中度刈割強(qiáng)度達(dá)到最大值（4.506），在重度刈割強(qiáng)度達(dá)到最小值（4.019）。真菌群落的優(yōu)勢(shì)度（Simpson 指數(shù)）變化則與其他多樣性指數(shù)不同，隨著刈割強(qiáng)度先顯著增加后又顯著降低再顯著增加，在重度刈割處理下最大（0.072），在中度刈割處理下最小（0.029）。

2.4 優(yōu)勢(shì)真菌類群豐度與土壤環(huán)境因子和微生物多樣性的相關(guān)性

經(jīng)過(guò)質(zhì)量篩選及最小樣本序列數(shù)抽平后，共產(chǎn)生30 272 條有效真菌序列用于分析，按照97% 相似性將其聚類為1 域1 界10 門(mén)37 綱86目174 科314 屬457 種1018 OTU。在門(mén)水平下，被孢霉門(mén)（Mortierellomycota）與真菌ACE 指數(shù)、當(dāng)月凈硝態(tài)氮含量、凈氮礦化含量均呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.001）；土壤全碳與子囊菌門(mén)（Asco?mycota）呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001）；而羅茲菌門(mén)（Rozellomycota）則與真菌Chao 豐富度呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001）。在屬水平下，小盤(pán)菌屬（Pezi?zella）與土壤碳氮比顯著相關(guān)（Plt;0.001）；附球菌屬（Epicoccum）與土壤容重呈顯著正相關(guān)（Plt;0.001），而與當(dāng)月凈銨態(tài)氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.001）；被孢霉屬（Mortierella）與真菌ACE 指數(shù)、當(dāng)月凈硝態(tài)氮含量、凈氮礦化含量均呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.001）；綠僵菌屬（Metarhizium）、赤霉菌屬（Gibberella）和新赤殼屬（Neocosmospora）則與土壤總碳存在顯著正相關(guān)（Plt;0.001）。

3 討論

3.1 凈氮礦化率和無(wú)機(jī)氮凈積累量對(duì)刈割強(qiáng)度的響應(yīng)

土壤氮礦化具有較強(qiáng)的時(shí)空異質(zhì)性，受溫度、水分、土地利用類型調(diào)控，不同生態(tài)系統(tǒng)間氮礦化差異顯著，全球平均為2.41 mg·kg-1·d-1，隨緯度和海拔的增加而顯著降低［15］。在我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤凈氮礦化的平均值在（2.78±0.18）mg·kg-1·d-1，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤凈氮礦化值最高，達(dá)到（3.08±0.20）mg·kg-1·d-1，其次是森林生態(tài)系統(tǒng)，為（2.35±0.42）mg·kg-1·d-1，而草地平均僅有（0.57±0.13）mg·kg-1·d-1［16］。在我們的研究中，土壤凈氮礦化均值為0.60 mg·kg-1·d-1，其中銨態(tài)氮為0.11 mg·kg-1·d-1，硝態(tài)氮為0.49 mg·kg-1·d-1，略低于全國(guó)草地的平均值，且在中度刈割處理下土壤氮的礦化能力最高（0.76 mg·kg-1·d-1）。

本研究中土壤凈氮礦化量以凈硝態(tài)氮為主，凈銨態(tài)氮值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于凈硝態(tài)氮，這與扈明媛等的研究結(jié)果相似，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占凈氮礦化的比例在不同季節(jié)差異很大［17］。我們可以看出，在整個(gè)生長(zhǎng)季土壤凈銨態(tài)氮和凈硝態(tài)氮對(duì)刈割處理的響應(yīng)完全相反。這可能是在生長(zhǎng)季前期，每個(gè)刈割處理下土壤的總氮庫(kù)含量保持基本不變，前期土壤凈銨態(tài)氮積累速率快，已經(jīng)過(guò)氨化作用的無(wú)機(jī)氮很少再發(fā)生硝化作用轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，而硝態(tài)氮受低溫的影響，分解有機(jī)氮的硝化細(xì)菌活性低，從而導(dǎo)致凈硝態(tài)氮的積累率低于凈銨態(tài)氮的積累率，土壤凈銨態(tài)氮和硝態(tài)氮發(fā)生短暫的“ 互補(bǔ)”作用［16］。在生長(zhǎng)旺季（8 月），土壤凈硝態(tài)氮累積量快速上升，此時(shí)銨態(tài)氮大量硝化成為硝態(tài)氮，在中度刈割處理下對(duì)土壤凈硝態(tài)氮產(chǎn)生影響，因此中度刈割下的土壤凈硝態(tài)氮累積量最高。

土壤凈氮礦化率能夠反映出土壤對(duì)植物氮素的供應(yīng)能力［18］。生長(zhǎng)季初期和中期的個(gè)別處理，土壤累積凈銨化率出現(xiàn)負(fù)值，凈銨態(tài)氮的積累也出現(xiàn)了負(fù)值，在不刈割和輕度刈割處理下，凈銨態(tài)氮出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。在累積90 天時(shí)土壤凈銨化率顯著上升。之后土壤凈銨化率有所下降，但均在0 以上，說(shuō)明土壤凈銨態(tài)氮仍在增長(zhǎng)，但是增長(zhǎng)速度變緩。說(shuō)明刈割促進(jìn)了土壤凈銨態(tài)氮的增長(zhǎng)，且輕度刈割下有利于土壤凈銨態(tài)氮的生成。土壤凈硝態(tài)氮的大小為中度刈割 gt;重度刈割 gt; 不刈割 gt; 輕度刈割。在累積90 天前后，各刈割處理下的土壤凈硝化率和凈礦化率表現(xiàn)存在差異，中度刈割處理明顯加快了土壤凈硝化過(guò)程和氮礦化過(guò)程。Luo 等的研究中發(fā)現(xiàn)刈割與添加氮素互作實(shí)驗(yàn)不會(huì)影響土壤氮礦化，可能與環(huán)境條件、土壤氮素水平以及土壤微生物呼吸代謝等之間的調(diào)控過(guò)程有關(guān)［19］。

3.2 不同刈割強(qiáng)度下土壤氮礦化的季節(jié)動(dòng)態(tài)

在溫度、降水和微生物等的共同調(diào)控下，土壤氮礦化過(guò)程形成了特定的季節(jié)動(dòng)態(tài)，凈氮礦化、硝化和反硝化潛力以及微生物生物量均在夏季增加［20］。土壤凈氮礦化對(duì)不同季節(jié)的響應(yīng)有所差異，有研究表明土壤無(wú)機(jī)氮庫(kù)和凈氮礦化均在8 月達(dá)到峰值［21］。我們的研究結(jié)果表明，月份會(huì)顯著影響土壤凈氮礦化、凈銨態(tài)氮和凈硝態(tài)氮量以及累積量（圖3— 圖4）。土壤凈氮礦化量在生長(zhǎng)季初期隨月份逐漸升高，在8 月份達(dá)到高峰值，隨后在9 和10 月份又降低，土壤凈硝態(tài)氮含量決定了這種變化趨勢(shì)。累積凈氮礦化量則隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸遞增，這可能是由于植株對(duì)于土壤無(wú)機(jī)氮吸收不充分造成的，土壤無(wú)機(jī)氮濃度越高，在一定程度上就會(huì)抑制有機(jī)氮的進(jìn)一步礦化，因此培養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，土壤凈氮礦化率越低［22］。

本研究中10 月（生長(zhǎng)季末期）的凈銨態(tài)氮含量以及累積量顯著高于5 月（生長(zhǎng)季初期），但在8 月（生長(zhǎng)旺季）的凈銨態(tài)氮含量低于其他月份，出現(xiàn)了負(fù)值，但同月凈硝態(tài)氮含量最高，且在各個(gè)月份中凈銨態(tài)氮與凈硝態(tài)氮呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，這可能是發(fā)生了氮固持現(xiàn)象。Yan 等的研究同樣發(fā)現(xiàn)8 月存在硝態(tài)氮固定現(xiàn)象［21］。本研究發(fā)現(xiàn)在重度刈割下土壤8 月份的累積凈銨態(tài)氮含量是負(fù)值，這與8 月份土壤同處理下的凈銨態(tài)氮迅速下降，而凈硝態(tài)氮迅速上升有關(guān)。這可能是在7 月份的土壤溫度和含水量對(duì)土壤微生物比較適宜，土壤微生物活性較高，土壤有機(jī)氮氨化成銨態(tài)氮后又通過(guò)自養(yǎng)細(xì)菌的硝化作用轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮［21］。土壤硝態(tài)氮相應(yīng)降低，這可能與在土壤溫度較低時(shí)銨態(tài)氮不易轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮有關(guān)［23］。

3.3 不同刈割處理下草地土壤真菌多樣性特征

刈割可以通過(guò)提高空間異質(zhì)性改變種間關(guān)系從而改變?nèi)郝涞亩鄻有裕?2］。微生物α 多樣性被用來(lái)描述單一生境或處理下的微生物群落組成［24］，Shannon-Wiener 指數(shù)和Simpson 指數(shù)都能反映群落物種組成的豐富度和均勻度，但前者主要反映了物種間個(gè)體分配的均勻程度，與豐富度關(guān)系密切，而后者則反映了隨機(jī)取樣的個(gè)體屬于不同物種的概率，對(duì)富集種更敏感［25］。土壤真菌多樣性受土壤水分的影響，在內(nèi)蒙古地區(qū)從草原、荒漠草原到沙漠由濕潤(rùn)到干旱的梯度下，土壤真菌的多樣性顯著降低［26］。不同的利用方式對(duì)土壤真菌多樣性的影響不同，與放牧和圍封相比，刈割的物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)更低［27］。在我們的研究中，刈割會(huì)改變土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)和組成，增加真菌群落多樣性（圖5）。在刈割處理下，土壤真菌ACE 指數(shù)和Chao 指數(shù)均高于不刈割處理。本研究中的結(jié)果顯示，在中度刈割強(qiáng)度下，土壤真菌的Shannon-Wiener 指數(shù)為最大，說(shuō)明在該強(qiáng)度下真菌菌群之間的個(gè)體分配更均勻；在重度刈割強(qiáng)度下，真菌的Simpson 指數(shù)最大，說(shuō)明重度刈割強(qiáng)度下真菌群落優(yōu)勢(shì)種發(fā)生改變。

3.4 土壤真菌優(yōu)勢(shì)類群對(duì)刈割草地環(huán)境因子的響應(yīng)

土壤代謝活性的變化通常與微生物群落組成的變化有關(guān)，作為土壤養(yǎng)分的全碳、全氮以及無(wú)機(jī)氮會(huì)影響真菌群落組成［28］。在真菌群落中，被孢霉門(mén)（Morlierellomycota）和被孢霉屬（Morlierella）與真菌ACE 指數(shù)、當(dāng)月凈硝態(tài)氮含量、當(dāng)月凈氮礦化含量均成極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，被孢霉類真菌是土壤中主要的分解者，會(huì)影響到真菌群落豐富度和氮礦化過(guò)程［29］；而隨著土壤全碳含量的增加，土壤中碳源含量也在不斷升高，有利于子囊菌門(mén)的生長(zhǎng)與繁殖［30］，這和我們的研究結(jié)果一致（圖6），另外我們發(fā)現(xiàn)除了子囊菌門(mén)（Ascomycota）與土壤全碳存在相關(guān)關(guān)系，綠僵菌屬（Metarhizium）、赤霉菌屬（Gibberella）和新赤殼屬（Neocosmospora）都與土壤全碳關(guān)系密切；而羅茲菌門(mén)（Rozellomyco?ta）則對(duì)真菌Chao 豐富度（Chao_fungus）有顯著影響；土壤碳氮比通常和養(yǎng)分有效性聯(lián)系在一起，會(huì)影響到真菌的群落結(jié)構(gòu)組成［31］，在我們的研究中，小盤(pán)菌屬（Pezizella）與土壤碳氮比顯著相關(guān)，附球菌屬（Epicoccum）與土壤容重和當(dāng)月凈銨態(tài)氮含量呈顯著關(guān)系。綜合上述分析發(fā)現(xiàn)，真菌影響的主要是土壤累積凈硝態(tài)氮和無(wú)機(jī)氮、全碳和容重，對(duì)凈銨態(tài)氮影響不大。而被孢霉類真菌影響了當(dāng)月無(wú)機(jī)氮，優(yōu)勢(shì)菌主要影響的是真菌的豐富度。

4 結(jié)論

（1）輕度刈割處理下的土壤凈銨態(tài)氮以及凈銨化率最高，而中度刈割處理下的土壤凈硝態(tài)氮和凈硝化率最高。月份對(duì)土壤氮礦化具有顯著影響，存在明顯的季節(jié)效應(yīng)。中度刈割顯著促進(jìn)了土壤的氮礦化。

（2）刈割處理會(huì)增加真菌群落多樣性。真菌群落ACE 指數(shù)、Chao 指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)均在中度刈割強(qiáng)度下達(dá)到最大值，Simpson指數(shù)在重度刈割強(qiáng)度下達(dá)到最大值。

（3）被孢霉門(mén)和被孢霉屬的豐度與當(dāng)月凈硝態(tài)氮含量和凈氮礦化含量可能存在負(fù)效應(yīng)；附球菌屬的豐度與當(dāng)月凈銨態(tài)氮含量負(fù)相關(guān)。土壤全碳與子囊菌門(mén)、赤霉菌屬和新赤殼屬的豐度存在正效應(yīng)；土壤碳氮比與小盤(pán)菌屬的豐度存在正效應(yīng)。

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基金項(xiàng)目：山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目（202203021211303；202203021221014）；國(guó)家自然科學(xué)基金（31572452）