有機肥施用對農田中小型土壤動物群落的影響

美 麗，紅 梅,2*，劉鵬飛，趙巴音那木拉,2，德海山,2，李志新

(1.內蒙古農業大學,內蒙古 呼和浩特 010011;2.內蒙古自治區土壤質量與養分資源重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010011;3.扎賚特旗農業技術推廣中心,內蒙古 興安盟 137600)

內蒙古自治區東北部的呼倫貝爾市、興安盟、通遼市和赤峰市分布著大面積的黑色或暗黑色腐殖質的表層土壤，總面積為17.15萬km2，約占中國東北黑土的1/4～1/5，是我國東北黑土的一部分，也是內蒙古自治區重要的商品糧生產基地[1]。近年來，由于過度開墾、土壤侵蝕及不合理的田間管理措施，造成一系列生態環境問題。而作為我國糧食的主產區，土壤有機質的下降對我國糧食生產造成一定威脅[2]，因此保護黑土地刻不容緩。增施有機肥是培肥地力的重要方式，這里畜禽有機肥資源豐富，且需要人們合理有效地處理禽畜糞便，使其無害化、資源化[3]，并且能夠給作物提供生長所需的大量元素及中微量元素，同時還能增加土壤的生物活性，改善土壤物理和化學性質，如孔隙度、團聚體穩定性等[4]。而中小型土壤動物作為農業生態系統中的重要組成部分，影響土壤的物質能量的遷移與轉化，對調節土壤養分礦化等物質循環的過程起到重要作用[5-6]。

當前化肥的過量、盲目施用等問題凸現，不僅帶來了成本的增加還造成了環境的污染。長期大量使用化肥會對土壤肥力、生物多樣性和地表水等產生消極影響[7]，有研究發現化肥的施用減少了小型土壤動物多度和豐度[8]，氮肥的施用降低了小型土壤動物的多樣性[9-10]。有機肥的添加通常使土壤動物的密度得到顯著提高[11]，因而有機肥的使用越來越被重視。但由于土壤動物取食和相互關系相對復雜，土壤動物各類群對有機質增加的反應并不一致[12-13]。國內關于有機肥施用對農田土壤影響的研究主要集中在土壤的理化性質和微生物學等方面。近年來，有關施用有機肥對農田土壤線蟲的研究越來越多[14-18]，不同量的有機肥施用對農田中小型土壤動物群落的研究報道較少。因此，本研究在前人研究的基礎上對畜禽有機肥進行不同量還田，在農田土壤中開展中小型土壤動物群落研究對黑土肥力提升以及考察中小型土壤動物對不同有機肥施用量的響應特征具有重要作用和意義。探討有機肥在不同施用量下中小型土壤動物群落變化，以及對土壤性狀變化的情況，為黑土農田生態系統健康管理和土壤肥力提升提供科學依據。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

試驗區位于內蒙古自治區東北部興安盟扎賚特旗農業科技示范園區試驗示范種植基地，地處大興安嶺南麓向松嫩平原延伸的過渡地帶，處于黑龍江、吉林、內蒙古三省區交界處。東接黑龍江省龍江縣，南與黑龍江省泰來縣、吉林省鎮賚縣交界，西連科爾沁右翼前旗，北與呼倫貝爾市扎蘭屯毗鄰。扎賚特旗屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫3.24℃，年降水量400 mm，無霜期120～140 d。

1.2 試驗設計

試驗設置4個有機肥施用梯度，即有機肥0 kg·hm-2(CK),15 000 kg·hm-2(OF1)、30 000 kg·hm-2(OF2)、45 000 kg·hm-2(OF3)；有機肥為當地農戶家發酵好的牛糞，所有處理均施尿素150 kg·hm-2，磷酸二銨225 kg·hm-2。小區面積為10 m×10 m=100 m2，重復3次。種植作物為玉米，品種為先玉335，玉米株距20 cm，行距50 cm。玉米于2016年4月30日耕種，9月26日收獲，其他田間管理一致。

1.3 中小型土壤動物的取樣及鑒定方法

樣品采集于2016年6～9月每個月采樣一次。為了消除邊界效應，在每個小區中心選取3個采樣點，采用10 cm直徑的環刀，分別按土壤深度0～10、10～20、20～30 cm分層取樣。中小型土壤動物采用改良的Tullgern干漏斗法進行24 h分離，并將收集到的中小型土壤動物置于75%的酒精溶液中。中小型土壤動物的分類鑒定依據尹文英《中國土壤動物檢索圖鑒》[19]在顯微鏡(Olympus CKX41)和體視顯微鏡(SZ78系列)下對標本進行鑒定，鑒定到科的水平。由于成蟲和幼蟲在土壤中的作用不同，故分開統計。各個體類群等級劃分為：個體密度占總個體密度的10%以上為優勢類群；個體密度占總個體密度的1%～10%為常見類群；個體密度占總個體密度的1%以下為稀有類群[20]。

土壤動物采樣的同時，采集各層土樣進行土壤理化性質指標的分析。土壤有機質(SOM)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定[21]；土壤pH值采用酸度計(土∶液=1∶5)測定；土壤銨態氮與硝態氮的測定，先用2 mol·L-1KCl浸提，再用流動注射儀進行測定；土壤容重采用環刀法測定；土壤溫度采用土壤溫度計測定。

1.4 數據處理

所有數據統計分析均使用SAS 9.0軟件，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和多重比較法(LSD)分析不同處理間數據的差異。利用Pearson相關系數(兩尾測驗)分析所捕獲的主要土壤動物個體密度、類群數與土壤養分的相關性。使用Excel 2007繪制圖表。選用多樣性指數、均勻度指數、豐富度指數、優勢度指數和群落相似性指數作為不同有機肥施用量下土壤動物群落結構指標[22]，其計算公式如下：

(1)Margalef豐富度指數：D=(S-1)/lnN；

(2)Shannon-Wiener多樣性指數：H=-∑(PilnPi)；

(3)Pielou均勻度指數：E=H/lnS；

(4)Simpson優勢度指數：C=∑Pi2。

式中，Pi為第i個物種的個體數占總個體數的比率；N為總個體數，H為多樣性指數，S為總種數或種的總量。

2 結果與分析

2.1 中小型土壤動物群落組成

有機肥施用對農田中小型土壤動物的個體密度與類群數有一定的影響，并呈現著一定的規律。隨著有機肥施用量的增多，中小型土壤動物個體密度呈遞增趨勢，OF3處理下個體密度達到最高，個體密度大小依次為OF3>OF2> OF1>CK。類群數CK最高，OF1、OF2、OF3處理降低了中小型土壤動物的類群數。

表1 中小型土壤動物個體密度統計 (只·m-2)

續表

續表

注：“—”表示該土壤動物類群在該處理中未被發現。

2.2 中小型土壤動物個體密度與類群數的月動態變化

由圖1可知，施用有機肥對中小型土壤動物群落帶來了一定影響，研究結果表明，施用有機肥對中小型土壤動物個體密度影響大于對其類群數的影響。OF1、OF2、OF3處理顯著提高了中小型土壤動物的個體密度，但降低了類群數。從個體密度看，各處理均在7月達到最大值，8月為最小值。從類群數看，各處理均在7月達到最大值，9月為最小值。

圖1 施用有機肥對中小型土壤動物群落的影響及各處理下月動態變化

2.3 施用有機肥中小型土壤動物的多樣性變化

由表2可知，施用有機肥后多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數均未達到顯著差異(P>0.05)。多樣性指數OF2處理最大，排序為OF3

表2 有機肥不同施用量下農田土壤動物的多樣性變化

注：不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.4 中小型土壤動物的垂直分布

由圖2可知，由于表層土壤疏松、通氣性好，多數中小型土壤動物棲息在土壤表層中。中小型土壤動物在土層中的垂直分布表現出明顯表聚性特點，并且各處理并未改變這一規律。在0～10和10～20 cm土層中，只有有機肥施用量達到30 000 kg·hm-2(OF2)才與CK差異顯著(P<0.05)，在20～30 cm土層中，只有OF3處理下中小型土壤動物的個體密度高于CK。

2.5 有機肥施用后土壤理化性質與相關性分析

由表3可知，為明確有機肥施用對中小型土壤動物帶來的影響，對農田施用不同量有機肥后，土壤環境發生了改變。與CK相比，OF3處理顯著提高了土壤有機質含量、硝態氮含量和土壤溫度(P<0.05)；顯著降低了土壤pH值和土壤容重(P<0.05)。OF1和OF2處理顯著降低了土壤pH值，增加了土壤溫度(P<0.05)；對其他環境參數并沒有顯著影響。

由表4可知，中小型土壤動物對所生存的環境極為敏感，土壤環境的變化與中小型土壤動物的變化存在一定的相關關系。表4分析了中小型土壤動物群落特征與土壤理化性質的關系，中小型土壤動物個體密度與土壤有機質、硝態氮含量呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與土壤容重呈顯著負相關關系(P<0.01)。土壤中小型動物類群數與各環境因素的相關性都沒有呈顯著效果。

圖2 不同處理土壤動物個體密度和類群數的垂直分布

注：相同條柱，不同小寫字母表示處理之間個體密度和類群數差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示0～10、10～20和20～30 cm間個體密度和類群數差異顯著(P<0.05)。

表3 施用有機肥處理下的環境參數

表4 有機肥處理下中小型土壤動物群落與土壤主要理化性質的相關系數

注：*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)。

3 討論

3.1 有機肥不同施用量對農田中小型土壤動物群落的影響

3.2 中小型土壤動物群落多樣性分析

3.3 對中小型土壤動物月動態變化及垂直分布的影響

6～9月4個月的土壤動物個體密度和類群數的月動態變化中，月份對中小型土壤動物的影響較大，個體密度和類群數都在7月最多；個體密度排序8月<9月<6月<7月，類群數排序9月<6月<8月<7月。原因可能是當地7月份土壤的水熱條件適中，促進土壤生物的活動，加快有機肥在土壤中的腐解速度，為中小型土壤動物提供了一定食物來源，使7月份土壤動物的個體密度和類群數最多。中小型土壤動物的垂直分布中，個體密度0～10 cm>10～20 cm>20～30 cm(P<0.05)，類群數0～10 cm>20～30 cm(P<0.05)，這主要是表層土壤養分含量較高，利于中小型土壤動物生存[30]；而土壤動物垂直分布研究表明中小型土壤動物具有表聚特性[31]，但是人為活動能干擾并降低土壤動物表聚性[32]，在本研究中隨土層的加深中小型土壤動物個體密度不斷減少，類群數也相應的減少，但是沒有個體密度明顯。

4 結論

OF1、OF2、OF3處理均顯著提高了農田中小型土壤動物個體密度(P<0.05)，個體密度與土壤有機質、硝態氮極顯著相關，與土壤容重顯著負相關；而對其類群數無顯著影響(P>0.05)。施用有機肥后，OF3處理的優勢度指數最高(0.31)，OF2處理多樣性指數(1.92)和豐富度指數(4.17)最高,OF1處理均勻度指數(0.62)最高。

農田中小型土壤動物依舊保持表聚特性，并且有機肥的施用也并沒有改變這一特性。