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典型草原是我国地带性草原植被的主体部分,而春季返青期是典型草原生态系统脆弱期,水、热等环境因子变化最为剧烈,牧草也由休眠状态进入生理活跃状态,返青期是草地生态系统的启动阶段。本研究已2003-2005年在“河北沽源草地生态系统国家野外观测研究站”深入研究了返青期典型草原土壤水、热动态变化规律,并着重探讨了土壤水热环境因子动态变化对草地土壤微生物数量动态和土壤酶活性的影响,以及牧草萌动生长对土壤环境水热变化的响应特点,结果表明:
返青早期,土壤温度和含水量维持在较稳定水平,土壤温度均保持在0℃上下波动,土壤有效含水量则维持在15%左右,且地表以下不同土壤深度差异不显著。到了返青中期(4月中旬),当空气平均温度稳定大于0℃时,土壤温度急剧上升并持续到返青末期,土壤温度跃变值为6℃,不同深度差异显著,随土壤深度的增加而降低;同样,较深层土壤含水量也呈显著上升的趋势。
土壤微生物(细菌、酵母菌、放线菌和真菌)数量在整个返青期逐渐增加,尤其是返青早期,其增加趋势最为显著。土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性在返青期略有增加,但增加趋势不显著;返青前期土壤尿酶活性在始终处于较低水平,而到了返青中后期其活性显著增加。
返青期牧草萌动生长过程中,各牧草芽内源激素IAA和GA以及可溶性糖含量均呈逐渐增加的趋势,而ABA含量则逐渐降低。根茎类禾草羊草和赖草芽具有相对较高的GA含量和较低的ABA含量,以及根系丰富的可溶性糖含量使得其萌动生长早;各牧草芽ZR动态变化规律与根系可溶性糖含量一致。羊草和赖草在萌动生长过程中较其它牧草具有相对较高的硝酸还原酶活性,且各牧草硝酸还原酶活性均维持在较稳定水平。
返青期土壤温度始终是影响土壤微生物数量动态和酶活性的主要环境因子。土壤温度变化与土壤微生物数量动态呈显著正相关,各微生物数量随土壤温度的升高而增加;土壤温度变化对土壤磷酸酶活性影响效果不显著,但土壤温度的升高则显著促进了土壤尿酶活性的提高。随着土壤温度的升高牧草芽内源激素IAA和GA含量显著增加,而ABA则与土壤温度变化呈显著负相关;土壤温度仅与牧草芽可溶性糖含量动态呈显著正相关,而对根系可溶性糖含量作用效果不显著;土壤温度对牧草返青期芽硝酸还原酶活性影响效果不显著。
返青期土壤水分也是影响土壤微生物数量动态和土壤酶活性的重要因子。随土壤有效水含量的增加微生物数量也增加,但其作用效果不显著;土壤有效含水量的提高同样促进了土壤磷酸酶和尿酶活性的提高,但仅对尿酶活性与土壤含水量呈显著相关。土壤水分变化对牧草芽内源激素含量影响效果不显著,而显著促进了芽可溶性糖含量的提高;土壤水分的增加显著促进了冷蒿和披碱草芽硝酸还原酶活性而对赖草和羊草作用效果不明显。