草原作为中国陆地最重要的生态系统之一，生态功能价值巨大^[1]，在保护生物多样性、发展畜牧业、防止水土流失和维护生态平衡等方面发挥着重要作用^[2]。放牧是人类利用天然草原的主要方式^[3]，能够有效调节草原生态系统的生产力，是对草原最经济、最普遍的利用方式之一^[4]。家畜对草原的践踏、采食和排泄等行为不但能够调节植物凋落物周转率而且还可以促进土壤理化因子循环，调节土壤微生物活性^[5]。但是草原生态系统对于不同程度放牧的响应不同，高强度放牧显著影响植物和土壤动物群落多样性，导致其多样性下降，草原植被退化，加剧草原土壤荒漠化^[6-9]，进而压迫生物的生存环境，导致其生物多样性进一步下滑^[10]，不利于草原生态系统的可持续发展^[11]；中度放牧强度下植物和土壤动物多样性指数最高，动植物多样性的提高缓解了放牧对于草原生态系统的压力^[12]；轻度放牧则增加了土壤养分的含量^[13-16]，改变了土壤有机碳的分布格局，促使土壤有机碳向下层土壤转移^[17]。

青藏高原面积的33% 被草原覆盖^[18]，是当地进行畜牧生产的基础^[19]。草原上生长着具有经济和药用价值的植物，是一个巨大的碳储库和诸多珍稀野生动物的栖息地，对维护青藏高原生态安全有着至关重要的作用。生活在土壤腐殖质中或者是土壤表面凋落物中的原生动物称之为土壤原生动物^[20]。土壤原生动物作为土壤有机整体的一部分^[21]，个体微小、分布广、种类多，能够对土壤环境的微小变化作出积极且准确的响应^[22-23]。放牧将会导致土壤产生侵蚀作用，土壤环境发生改变^[24]，进而影响土壤原生动物的物种组成和群落结构。因此，土壤原生动物对于不同放牧强度下的草原生态系统是一种理想的指示生物。本研究以拉萨河谷温性草原为研究对象，通过不同放牧强度的试验，探究土壤原生动物群落特征和环境因子对温性草原不同放牧强度的响应，以期为不同放牧强度下的草原生态系统变化提供基础研究数据，为保护青藏高原草原生态系统，促进草原生态系统可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法 1.1 研究区概况

研究区位于拉萨河上游彭波河流域第一农业大县林周县^[25]的卡孜乡白郎村境内，属于典型的高原季风半干旱气候区，太阳光辐射强，昼夜温差大，年降雨量在440 mm左右^[26]，6—9月为雨季，年平均气温4.1℃ ^[27]，无霜期120 d ^[28]。土壤土层较薄，平均厚度25 cm，草原砾石土在研究区较为常见^[29]。温性暖干草原是研究区主要的草地类型，常见的植被有草沙蚕(Tripogon bromoideas)、白草(Pennisetum centrasiaticum)、劲直黄芪(Astragalus strictus)、狼毒(Stellera chamaejasme)等^[3]；常见的动物有西藏飞蝗(Locusta migratoria tibetensis)、高原兔(Lepus oiostolus)、高原山鹑(Perdix hodgsoniae)等^[30]。

1.2 研究方法 1.2.1 样地设置

根据白朗沟地理环境特征将研究区域划分为4个采样区，即自牧(A)、禁牧(B)、中牧(C)和重牧(D)4种不同放牧强度。在2016年7月—2018年9月进行放牧试验，每年的7、8、9月中旬各放牧1次，时间为8 h。自牧为自然开放的放牧状态；禁牧为每公顷0只羊单位进行放牧；中牧为每公顷1.6只羊单位进行放牧；重牧为每公顷2.47只羊单位进行放牧^[31-32]。每个样区3个重复，共计12个样地。为避免客观因素带来的试验误差，试验羊为2 ~ 3龄健康、体重相近、性别一致的彭波细毛羊(本地绵羊)^[3]。不同放牧强度样地概况见表 1。

1.2.2 采样方法

2018年9月在每个样地(20 m×20 m)，用GPS(型号：MAP 63lcsx)记录经纬度及海拔，采用梅花五点采样法选取5个样方(20 cm×20 cm)，拣去土壤表面的凋落物后用土壤墒情速测仪T2S-2X测定土壤表层温度(ST)和土壤湿度(SWC)，用土壤养分速测仪JN-QXM测定全氮(TN)、有效磷(AP)、速效钾(RAK) 含量和电导率(EC)，用土壤采集器采集0 ~ 10 cm土层土样，共获得180(12×5×3)个样品。将采集好的土壤样品带回实验室，在牛皮纸上平整地铺开，为防止空气中漂浮的原生动物孢囊影响后续试验结果用草纸覆盖，在干燥阴凉处自然风干1个月后装入牛皮纸中备用。

1.2.3 土壤原生动物培养与鉴定

取50 g已风干的土壤样品于直径15 cm的培养皿中，在25℃恒温培养箱中采用“非淹没培养皿法”^[33]培养土壤原生动物，即在培养皿中加入土壤浸出液，使土壤样品充分湿润但不被淹没。从第2天开始采用“活体观察法”^[34]进行形态学物种鉴定，并记录所鉴定物种的个体数，直到没有新的物种出现为止。土壤纤毛虫物种分类采用Lynn^[35]的分类系统，土壤肉鞭虫物种分类采用Levine等^[36]分类系统。

1.3 数据处理与分析

在Excel 2019中对数据进行初步的处理，用SPSS 21.0对土壤原生动物与环境因子之间进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，并进行多重比较(Duncan法)；运用R 4.0.5计算多样性指数(H、E、C、M)和相似性系数(Jaccard)^[37-38]；采用Origin 2019b作图；采用Canoco 4.5 for Windows对土壤原生动物物种和环境因子进行去趋势对应分析(DCA)和典范对应分析(CCA)。

多样性指数(Shannon-wiener)：

$ H = - \sum\limits_{i = 1}^s {\frac{{{n_i}}}{N}} \ln \left( {\frac{{{n_i}}}{N}} \right) $

(1)

均匀度指数(Pieluo)：

$ E = \frac{H}{{\ln S}} $

(2)

优势度指数(Simpson)：

$ C = {\sum\limits_{i = 1}^s {\left( {\frac{{{n_i}}}{N}} \right)} ^2} $

(3)

丰富度指数(Margalef)：

$ M = \frac{{\left( {S - 1} \right)}}{{\ln N}} $

(4)

Jaccard相似性系数：

$ J = \frac{c}{{a + b - c}} $

(5)

式中：H为物种多样性指数；n_i为第i类群的个体数；N为总个体数；S为所有的类群数；c表示两个样地中共同拥有的物种数；a和b表示两个不同样地中各自拥有的物种数。相似性指数在0 ~ 0.25表示极不相似，在0.25 ~ 0.5表示中等不相似，在0.5 ~ 0.75表示中等相似，在0.75 ~ 1表示极相似。

2 结果与分析 2.1 不同放牧强度下土壤原生动物群落组成

拉萨河谷温性草原4个放牧强度下，共鉴定出土壤原生动物46属，隶属于2门、12纲、21目、36科(表 2)。其中，优势类群为变形目(Amoebida)，共计6属，占总物种数的13.043%；次优势类群为散毛目(Sporadotrichia)，共计5属，占总物种数的10.870%；罕见类群为篮口目(Nassulida)、小胸目(Microthoracida)、瓶纤目(Armophorida)、楯纤目(Scuticociliatidae)、游仆虫目(Euplotidae)、异毛目(Hererotrichida)、领鞭目(Choanoflagellida)、尾滴目(Cercomonadida)、双滴目(Diplomonadida)和中阳目(Centrohelida)，共计10属，占总物种数的21.74%。

对不同放牧强度下土壤原生动物群落组成分析可知，中牧和重牧状态下的温性草原土壤原生动物主要类群是旋毛纲(Spirotrichea)，分别占总物种数41% 和76%；其次为前管纲(Prostomatea)，分别占总物种数34% 和10%。禁牧和自牧状态下温性草原土壤原生动物主要类群为旋毛纲(Spirotrichea)，分别占总物种数的28% 和61%；其次为肾形纲(Colpodea)，分别占总物种数的15% 和20%(图 1)。

2.2 不同放牧强度下土壤原生动物多样性

对拉萨河谷温性草原土壤原生动物多样性指数(H、E、C、M)进行单因素方差分析，结果显示，各多样性指数在不同放牧强度下无显著性差异(P > 0.05)，但H、E、C指数均为中牧 > 禁牧 > 重牧 > 自牧，M指数为重牧 > 中牧 > 禁牧 > 自牧(图 2)。

2.3 不同放牧强度下土壤原生动物群落相似性

Jaccard相似性结果显示(图 3)，不同放牧强度下拉萨河谷温性草原12个样地相似性系数在0.053 ~ 0.45，属于极不相似到中等不相似。位于极不相似的样品有40对，位于中等不相似的样品有26对，整体相似性程度不高，其中样地D3和B3的相似性程度最低，为0.053；样地A1和A2的相似性程度最高，为0.45。

对不同放牧强度下12个样地基于欧式距离进行系统聚类，结果(图 4) 显示，12个样地整体上聚为两大类，样地B3单独聚为一类，其他样地聚为一类。除样地B3外的其他样地又可分为两大类，样地A1、A2、A3、C2、D1和D3聚为一类，样地B1、B2、C1、D2和D3聚为一类。表明样地B3土壤原生动物群落组成空间异质性较大。

2.4 不同放牧强度下的环境因子

统计分析结果(表 3)显示，SWC、ST、TN和AP在不同放牧强度下具有不同程度的差异(P < 0.05)，EC和RAK在不同放牧强度下没有差异性(P > 0.05)。其中，自牧状态下的AP含量和禁牧状态下的TN含量显著低于其他样地。

2.5 不同放牧强度下土壤原生动物与环境因子的关系

去趋势对应分析结果显示，排序轴长度大于3，可以使用单峰模型。本研究共筛选出7个环境因子包括海拔(Alt)、土壤湿度(SWC)、土壤温度(ST)、电导率(EC)、全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(RAK)进行典范对应分析(CCA)，并使用蒙特卡洛拟合的方法对环境因子进行显著性检验，结果如图 5所示。由图 5可知，轴1和轴2共同解释了物种变异的32.99%，说明轴1和轴2在一定程度上能够反映拉萨河谷温性草原不同放牧强度下的土壤原生动物群落、不同放牧强度样地与环境因子的关系。TN(P=0.028，F=0.004)是显著解释变量，解释了土壤原生动物群落变异的16.2%，是影响不同放牧强度下土壤原生动物群落分布的主要环境因子，用实线表示，其他的环境因子用虚线表示。代表TN的箭头长度最长，说明TN对于不同放牧强度下的土壤原生动物群落变化影响最大。样地B1、B2、B3投影点与代表SWC的箭头距离最近，说明SWC是影响该样地的主要环境因子；样地A1、A2、A3、C3、D1、D2、D3投影点与代表EC的箭头距离最近，说明EC对该样地的影响最大；样地C2投影点与代表RAK的箭头距离最近，说明RAK对该样地的影响最大；样地C1投影点与代表TN的箭头距离最近，表明TN是影响该样地的主要环境因子。SWC与Cpd、Lox、Trp等呈最大的正相关关系，TN与Eue、Pla呈最大的正相关关系，EC与Thc、Lin、Ani等呈最大的正相关关系，说明SWC、TN、EC是影响拉萨河谷温性草原不同放牧强度下土壤原生动物物种的主要环境因子。

3 讨论

土壤原生动物作为土壤动态变化的指示生物，对于土壤环境的微小变化都会作出积极的响应^[22]。优势类群作为群落特征重要的组成部分，对于土壤动物群落结构具有明显的控制作用^[39-40]。随着放牧强度的下降，草原生态系统承载力增强，土壤原生动物的群落逐渐复杂化，由肾形纲(Colpodea)R-对策逐渐向旋毛纲(Spirotrichea)K-对策转变^[23]。但是青藏高原作为中国生态屏障，生态环境良好，在大环境下不同放牧强度的土壤原生动物都以旋毛纲为主要类群。不同的放牧强度会对草原生态系统的生物量和物种组成产生不同的影响^[41-42]，这导致不同放牧强度下的土壤原生动物群落相似性低，其中D3和B3样地的群落相似性最低，原因是重牧和禁牧两种极端的放牧形式下土壤原生动物物种组成差异较大，而且样地B3的土壤湿度显著高于其他样地，这导致B3样地与其他样地分离单独聚为一类。中度放牧模式下植被群落覆盖度和土壤养分都能够维持在较高水平^[3]，植物群落多样性指数(H、C)在此达到最大值^[43]，土壤原生动物作为土壤有机体的一部分，其多样性指数(H、E、C)随着植被盖度和土壤养分的增加而达到最大值。重度放牧能够显著降低草原植被高度和生物多样性^[19]。重牧条件下即高干扰强度下对土壤原生动物的影响增加，总个体数降低，导致重牧强度下的原生动物丰富度指数(M)较高于其他放牧强度。

不同放牧强度下的草原生态系统土壤环境因子高低不同，自牧状态下的土壤有效磷含量和禁牧状态下的土壤全氮含量显著低于其他放牧强度的样地，自牧状态下畜牧粪便增加了土壤有机质的含量，有机质含量过高直接导致土壤对磷酸根的固定作用显著降低^[44]，从而使自牧状态下的土壤有效磷含量显著低于其他放牧样地。植被和生物量使土壤全氮的含量在一定水平上保持稳定，土壤有机质的生物积累和水解作用能够显著影响土壤全氮的含量^[45-46]，禁牧状态下的草原生态系统缺少畜牧粪便有机质的添加，导致禁牧状态下的土壤全氮含量显著低于其他放牧强度样地。大多数的土壤动物生活在土壤孔隙水中，其生命活动的产生依赖于土壤水分的可获得性^[47]，土壤原生动物生长繁殖的主要限制因子是土壤湿度^[48]，禁牧状态下样地B1、B2、B3没有畜牧的侵扰，草地植被较其他放牧强度的样地更为茂盛，避免了阳光直接照射土壤表面所造成的水分大量蒸发，因此土壤湿度对于禁牧样地的影响最大。其他不同强度的放牧样地由于畜牧的干扰，在畜牧粪便的作用下，土壤中的有机质含量增加，而土壤有机质能够影响土壤中其他理化因子的水平。土壤中的全氮和速效钾能够提供土壤原生动物生长繁殖所必需的营养^[30]，土壤电导率与土壤pH有着密切的关系，土壤电导率高的土壤pH往往比较低^[49]，土壤原生动物对于环境的变化异常敏感，过高、过低的土壤pH都能够影响土壤原生动物的生存繁殖。因此，土壤湿度、全氮、速效钾、电导率等环境因子的共同作用影响着不同放牧强度下土壤原生动物的物种组成和分布。

4 结论

不同放牧强度下拉萨河谷温性草原共鉴定出土壤原生动物46属，其中主要类群为旋毛纲(Spirotrichea)；单因素方差分析显示，土壤原生动物多样性指数(H、C、E、M)在不同放牧强度下无显著性差异(P > 0.05)；相似性指数在极不相似到中等不相似之间，样地间物种组成差异较大，空间异质性强；全氮是不同放牧强度下土壤原生动物物种组成和分布的主要影响因素。