生物土壤结皮（Biocrusts）作为干旱半干旱荒漠地表景观的重要组成，是由一些绿藻、地衣、苔藓等隐花植物、土壤微生物以及相关的其他生物通过菌丝体和分泌物等与表层土壤颗粒胶结而形成的十分复杂的复合体^［1-2］。作为荒漠生态系统的“工程师”，生物土壤结皮在维持土壤稳定性、促进土壤发育、促进沙地物质循环和能量流动、调节土壤温湿度、提高并维持生物的多样性等方面均发挥重要的功能^［3-4］，对其进行深入研究是人类实现荒漠景观管理和荒漠生态系统可持续发展的重要前提。

土壤微生物和线虫作为土壤生态系统中的重要组分，其广泛分布于各种生境的土壤中，占据土壤食物网的重要节点，是重要的分解者^［5-7］。食细菌线虫作为最主要的土壤自由生活线虫，与细菌通过捕食关系形成的食物网结构是土壤微食物网中最重要的部分，可控制食物网能量流动的方向和大小^［8］。除自身代谢外，土壤食细菌线虫还可通过捕食细菌直接或间接影响土壤能量流动和物质循环^［9］。土壤食微生物线虫通过与土壤微生物之间的竞争和取食等相互作用彼此产生协同或拮抗作用。理论推测，土壤食细菌线虫通过取食微生物会降低微生物数量和活性，但大量研究发现在食细菌线虫的取食压力下微生物数量和活性不仅未减反而增加。黄荣霞等^［10］研究发现，食细菌线虫可刺激石油污染地土壤微生物的增殖，进而增强土壤酶活性；毛小芳等^［11］研究发现，食细菌线虫可明显促进细菌增殖和提高土壤微生物的活性（土壤呼吸强度、土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性均提高）。也有一些相反的结论，其认为食细菌线虫抑制或不影响土壤微生物的数量或活性^［12-13］。目前，土壤食细菌线虫与微生物之间的关系已备受关注，其是解析土壤微食物网的功能和作用的重要依据，但它们的关系还不清晰，特别是在干旱半干旱的荒漠区土壤食细菌线虫与微生物之间的关系鲜见报道。鉴于此，本研究以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象，研究土壤食细菌线虫与土壤酶活性的关系，揭示食细菌线虫对土壤微生物活性的影响，以期为荒漠生态系统的管理及修复提供科学依据。

本试验的采样点位于腾格里沙漠东南缘中国科学院沙坡头沙漠试验研究站人工植被固沙区（37°32′N，105°02′E），处于荒漠化草原向草原化荒漠的过渡地带，也是沙漠与绿洲的过渡区。受蒙古高气压的影响，研究区常年气候干燥且多西北风，年降水量仅为186 mm，且集中在5—9月，但年蒸发量却高达3 000 mm。地下水埋深达80 m，不能被植物直接利用，降水成为该地区植物生长的主要水分来源。

为保护包兰铁路沙坡头沙漠地段的畅通，科学工作者于1956年起在铁路北侧相继建立了以固为主，固阻结合的植被固沙防护体系。首先在流动沙丘上垂直于主风的方向扎设阻沙栅栏，然后在阻沙栅栏扎设麦草方格作为固沙屏障，在无灌溉条件下栽植柠条（Caragana korshinskii）、油蒿（Artemisia ordosica）和花棒（Hedysarum scoparium）等为主的旱生灌木。经过60多年的演变，这些维管束植被的间隙定殖了发育早期阶段的藻类结皮和发育晚期阶段的地衣和藓类结皮，盖度约达到80%。本研究选择铁路北侧的1964年人工植被固沙区作为研究区，以生物土壤结皮下的土壤作为研究对象，研究接种食细菌线虫后土壤酶活性的变化，明确食细菌线虫对土壤微生物活性的影响，进而揭示其对土壤质量及荒漠生态系统的影响。

采集腾格里沙漠东南缘的1964年人工植被固沙区藻-地衣结皮和藓类结皮及其覆盖下的沙丘土壤，随机选择5个10 m×10 m的样方，在每个样方内随机选取10个点，去除地表的凋落物层，分两种方式采样，一种方式是用PVC管（内径110 mm，高100 mm）采集分别带藻-地衣结皮和藓类结皮的土壤原状样品，采集完成后用堵头堵上下端，做成一个培养钵，共采集50个土壤样品，带回实验室置于常温下备用；另一种方式是采用五点取样法，用直径为5 cm土钻采取0—10 cm土层的土样，将同种结皮下的土壤混合形成一个土样，手工去除可见植物根系和残体，土样装入自封袋并带回实验室。将土样分为两部分，一部分风干用于测定土壤理化性质，另一部分用于土壤线虫的富集培养。该区土壤理化性质和线虫密度见表1。

为了尽量减少对土壤物理结构和微生物区系的破坏，本试验采用低温冷冻来杀灭培养钵中原状土壤中的原有线虫。其具体过程为：调节培养钵的土壤含水量至田间持水量的60%，22 ℃下培养7 d后（光照时间∶黑暗时间=1∶1）置于-26 ℃下黑暗冷冻48 h，杀灭土壤中活的线虫；然后，重新调节培养钵的土壤含水量至田间持水量的60%，置于22 ℃下培养7 d后， -26 ℃下冰冻48 h；这样反复培养-冷冻4次后，将其放入22 ℃培养7 d后，采用改良的Baermann漏斗法检测土壤线虫^［14］，直到检测不出活线虫为止。

采用原位富集培养法培养土壤食细菌线虫^［15］。将采集的新鲜土壤与新鲜猪粪按1∶1的体积比混合，置于室内自然条件下进行富集培养（平均温度22 ℃），培养40 d左右，期间需定时补充水分。采用改良的Baermann漏斗法分离土壤线虫，光学显微镜下统计线虫的数量，并将其接种到PVC培养钵的土壤中。

将食细菌线虫的成虫按每克土壤10、30、60、90、120、150条的密度接入PVC培养钵的土壤中，以未接种食细菌线虫的土壤为对照，重复3次。调节PVC培养钵中的土壤含水量至田间持水量的60%，在22 ℃下培养（光照时间∶黑暗时间=1∶1），每5 d补水1次，每次补水量为200 mL。培养1、10、20、30、60 d时，分别测定土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶的活性。

采用靛酚蓝比色法测定土壤脲酶的活性^［16］，以单位时间内尿素转化为NH4+-N的量来表示；采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶活性^［16］，以单位时间内蔗糖转化为葡萄糖的量来表示；采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑（TTC）比色法测定脱氢酶活性，以单位时间内TTC转化为三苯甲臜的量来表示^［17］；采用对硝基酚磷酸钠比色法测定碱性磷酸酶活性^［18］，以单位时间内对硝基酚磷酸钠转化为p-Nitrophenol的量来表示。

数据经Excel处理后，采用SPSS 16.0软件进行方差分析，显著性水平均为0.05。单因素方差分析用于食细菌线虫的接种密度对土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性的影响；多因素方差分析用于土壤食细菌线虫的接种密度、结皮类型和培养时间交互作用对土壤酶活性的影响。

培养1 d时，藻-地衣结皮下接种不同密度的食细菌线虫后土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性与未接种的对照差异均不显著（图1）。培养10 d，藻-地衣结皮下食细菌线虫的接种密度为每克土壤0—90条，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性随接种密度的增加而提高，90条时土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性达到峰值（分别为0.60 mg·g^-1·h^-1、22.1 mg·g^-1·h^-1、2.60 μg·g^-1·h^-1和313.8 μg·g^-1·h^-1）；当食细菌线虫的接种密度大于90条，土壤酶活性随食细菌线虫接种密度的增加而降低。同样，培养20 d和30 d时，食细菌线虫的接种密度为每克土壤0—60条，藻-地衣结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性随食细菌线虫接种密度的增加而提高，60条时土壤酶活性达到峰值（20 d时，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性分别为0.61 mg·g^-1·h^-1、24.4 mg·g^-1·h^-1、2.64 μg·g^-1·h^-1和377.4 μg·g^-1·h^-1；30 d时，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性分别为0.68 mg·g^-1·h^-1、25.6 mg·g^-1·h^-1、3.00 μg·g^-1·h^-1和442.9 μg·g^-1·h^-1），而后土壤酶活性随着食细菌线虫接种密度的增加而下降；在培养60 d 时，食细菌线虫的接种密度为每克土壤0—30条，藻-地衣结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性随接种密度的增加而提高，30条时土壤酶活性达到峰值（土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性分别为0.29 mg·g^-1·h^-1、5.16 mg·g^-1·h^-1、0.57 μg·g^-1·h^-1和337.1 μg·g^-1·h^-1），而后土壤酶活性随着食细菌线虫接种密度的增加而下降。

可见，土壤食细菌线虫可提高藻-地衣结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性，但当土壤食细菌线虫的密度超过阈值时，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性与土壤食细菌线虫的密度呈现负相关性。

培养1 d时，藓类结皮下接种不同密度的土壤食细菌线虫后土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性与未接种的对照之间差异均不显著（图2）；培养10 d时，藓类结皮下食细菌线虫的接种密度为每克土壤0—90条，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性随土壤食细菌线虫密度的增加而提高，当食细菌线虫的接种密度为90条，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性达到峰值（分别为0.85 mg·g^-1·h^-1、30.3 mg·g^-1·h^-1、2.72 μg·g^-1·h^-1和354.3 μg·g^-1·h^-1），而后随着食细菌线虫密度的增加土壤酶的活性下降；同样，培养20 d和30 d时，食细菌线虫的接种密度为每克土壤0—60条，藓类结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性随接种密度的增加而提高，在60条的接种密度下土壤酶的活性达到峰值（20 d时，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性分别为0.93 mg·g^-1·h^-1、27.9 mg·g^-1·h^-1、2.77 μg·g^-1·h^-1和389.8 μg·g^-1·h^-1；30 d时，土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性分别为0.97 mg·g^-1·h^-1、30.2 mg·g^-1·h^-1、3.00 μg·g^-1·h^-1和497.0 μg·g^-1·h^-1），此后土壤酶活性随着线虫接种密度的增加而下降；培养60 d 时，食细菌线虫的接种密度为每克土壤0—30条，藓类结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性随接种密度的增加而提高，当线虫接种密度为30条，土壤酶活性达到峰值（土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性分别为0.48 mg·g^-1·h^-1、12.8 mg·g^-1·h^-1、0.93 μg·g^-1·h^-1和367.0 μg·g^-1·h^-1），而后土壤酶活性随着食细菌线虫接种密度的增加而下降。可见，藓类结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性均随着食细菌线虫接种密度的增加而呈现先升后降的趋势。

因此，土壤食细菌线虫能提高藓类结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性，但当土壤食细菌线虫密度超过阈值时，土壤酶活性与土壤食细菌线虫接种密度呈现负相关性。

食细菌线虫接种密度、培养时间和结皮类型均极显著影响土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶的活性（P<0.001，表2）；结皮类型极显著影响土壤酶活性（P<0.001），接种相同密度的土壤食细菌线虫后，藓类结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性均高于藻-地衣结皮，指示藓类结皮更利于食细菌线虫与微生物的互作模式。此外，线虫接种密度、结皮类型和培养时间二者或三者互作显著影响土壤酶的活性（P<0.05），表明线虫接种密度、培养时间和结皮类型三因素共同影响土壤酶的活性。

腾格里沙漠人工植被固沙区土壤食细菌线虫可显著提高藻-地衣结皮和藓类结皮下土壤脱氢酶、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶的活性（P<0.05），指示土壤食细菌线虫可提高荒漠区土壤微生物活性。前人的研究也认为食细菌线虫能够提高土壤微生物的活性及土壤酶的活性^［19-20］。可能的原因为：①食细菌线虫通过自身的活动将微生物携带到其自身无法迅速到达的区域，扩充了微生物的生存空间^［21］；②食细菌线虫的代谢物为微生物的生长提供了可利用的营养物质^［22］，加速了微生物的增殖；③由于线虫的选择性取食，改变了优势菌种群的相对丰度，缓解了其他种类微生物的竞争压力，促进了微生物的增殖^{［13，22］}；因此，土壤食细菌线虫与微生物之间通过竞争和取食等相互作用不但没有降低微生物的数量和活性反而促进了微生物的繁衍，它们之间存在互利共生关系，它们协同提高土壤C、N和P等养分元素的转化^{［20，23-24］}，可改良土壤质量。但当土壤食细菌线虫密度过大时（每克土壤120条和150条），过量的牧食作用导致微生物数量和活性急剧下降，土壤脱氢酶、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶的活性也因此降低，土壤C、N、P元素的转化率降低，诱导土壤质量下降。

接种相同密度的食细菌线虫，藓类结皮下土壤脱氢酶、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶的活性均高于藻-地衣结皮。相比于发育早期的藻-地衣结皮，发育晚期的藓类结皮拥有更厚的结皮层，其厚度约为藻-地衣结皮的4—6倍，厚的结皮层为微生物提供丰富的营养来源（高的有机质和氮含量等，表1）、稳定的土壤温度、较高的土壤湿度^［25-26］，促进了微生物的增殖。这些大量的微生物资源促进了其捕食者-食细菌线虫的繁衍，而食细菌线虫的增殖又反过来促进了土壤微生物的繁衍，通过食细菌线虫与微生物间的这种互利共生关系，最终提高了土壤微生物的活性，加速了土壤C、N和P元素的转化，改良了荒漠区的土壤质量。

在腾格里沙漠人工植被固沙区，土壤食细菌线虫可提高藻-地衣结皮和藓类结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶的活性，表明土壤食细菌线虫可提高微生物活性，指示土壤食细菌线虫与土壤微生物存在互利共生关系，它们协同作用促进土壤C、N、P营养元素转化，进而改良荒漠区土壤的质量。但是，当食细菌线虫的密度超过阈值后，土壤酶的活性与线虫密度呈负相关性，指示过量的土壤食细菌线虫可抑制土壤微生物；结皮类型也显著地影响土壤酶活性（P<0.05），藓类结皮下土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性明显高于藻-地衣结皮，表明结皮的进展演替更有利于土壤食细菌线虫与微生物的互利共生关系，指示结皮的进展演替有利于荒漠区土壤的修复。因此，在腾格里沙漠人工植被固沙区，土壤食微线虫能够提高藻-地衣结皮和藓类结皮下土壤酶的活性，指示土壤食细菌线虫可促进荒漠区土壤修复和改良，有利于荒漠生态系统的恢复。