稻草不同還田方式對土壤動物群落結構的影響

茍麗瓊，姚 恒，王 戈，黃如成，段均華，肖玖金，*，張 健

(1.四川農業大學 理學院，四川 雅安 625014； 2.廣元市朝天區林業和園林局，四川 廣元 628012； 3.四川九頂山省級自然保護區什邡管理站，四川 什邡618400； 4.四川農業大學 生態林業研究所，四川 溫江 611130)

稻草是指收獲作物主產品之后在田間剩余的副產物[1]。稻草是農業生產中多用途的生物資源，含有豐富的大量元素和微量元素。稻草還田后在土壤里能夠形成有機質和腐殖質，有利于改善土壤結構，提高土壤肥力，是農業生產上重要的潛在碳庫[2-3]，有助于提高農田生態環境質量[4-5]。目前，許多水稻種植區直接將稻秸焚燒[6]，對空氣環境造成嚴重污染。前人研究表明，秸稈還田后能夠形成特殊的“秸稈層”結構，可有效滯留氮素，增加土壤生物群落功能多樣性[7]，但類似研究主要集中于玉米秸稈還田對土壤養分及土壤動物的影響方面[8]，而關于不同稻草還田處理下土壤動物反應方面的研究較少。

土壤動物在生態系統中是重要的物質分解者，對土壤性質變化、物質遷移和能量轉化具有重要的作用[9]。土壤動物通過食物鏈，以植物殘體、微生物、腐殖質和水等作為營養物質，不斷從環境中吸收養分，同時，將體內未被消化的物質排出，在微生物的綜合作用下轉化為土壤養分，并被植物吸收利用[10-11]。當污染物在土壤中積累超過一定限度時，會影響到土壤動物的繁衍和生存，甚至導致其死亡[12]；因而，土壤動物可以作為土壤污染監測和土壤質量評價的重要指示生物，也是自然界中物質循環的原動力[13]。

為探索稻草不同還田方式下土壤動物群落結構特征，本研究以無稻草還田區域為對照(CK)，研究稻草焚燒(FS)、覆蓋(FG)、填埋(TM)3種還田方式下的農田土壤動物群落特征，以期為農田土壤動物的保護及其生態系統的可持續利用和發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區位于四川省都江堰市蒲陽鎮金鳳村大田(103°37′18″ E，31°0′23″ N)，屬亞熱帶濕潤氣候，四季分明，最冷月均溫4.6 ℃，最熱月均溫24.4 ℃，年均溫15 ℃，年均降水量1 243.8 mm，降水主要集中在6—9月，年均無霜期269 d，年均蒸發量為930.09 mm。土壤為山地黃壤，樣地采用水稻-油菜輪作模式，水稻品種為川優6203，當季油菜(綿油88)收割后開展試驗。

1.2 試驗設置

于2016年4月底，按照具有典型性、代表性的原則在大田內設置8個面積均為25 m2(5 m×5 m)的樣地，樣地間間距均大于2 m。按照單位面積稻草的平均產生量，每樣地上選取最新收獲的10 kg水稻稻草進行試驗。共設置4個處理，每個處理重復2次。具體處理方式如下：FS，焚燒，將水稻稻草焚燒冷卻成灰后均勻撒在樣地上；FG，覆蓋，將水稻稻草切碎，均勻鋪撒在樣地上；TM，填埋，將水稻稻草切碎，填埋于5～10 cm的條溝里；CK，對照，水稻稻草不還田。

1.3 樣品采集

分別在稻草還田處理2個月和5個月后，對各處理的土壤分層(0—5、5—10、10—15 cm)采樣，對大型土壤動物進行手撿，將采集到的土壤動物放入裝有體積分數75%乙醇溶液的容器中，貼上標簽，注明編號與土層深度，帶回實驗室在解剖鏡(PXS-1040)下鑒定計數。同時，在各土層用環刀從下至上順次取2個樣用來分離干、濕生土壤動物，用尼龍網包好編號，放入黑布袋中帶回實驗室。

1.4 土壤動物的分離與計數

在土壤動物分離箱中分別用Tullgren干漏斗法和Baermann濕漏斗法對土壤動物進行分離，溫度控制在35～40 ℃，分離時間為48 h。干生土壤動物在盛有體積分數75%乙醇溶液的培養皿中收集，濕生土壤動物用清水收集。枯落物與干生土壤動物每隔12 h觀察1次，濕生土壤動物每隔4 h觀察1次，將觀察到的所有土壤動物置于解剖鏡下鑒定[14-16]，主要參照《中國土壤動物檢索圖鑒》[17]、《中國亞熱帶土壤動物》[18]、《昆蟲分類檢索》[19]和《幼蟲分類學》[20]等進行分類計數。由于幼蟲和成蟲在土壤中的作用不同，因此分開統計。

1.5 數據分析與處理

采用Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Margalef豐富度指數(D)、Pielou均勻度指數(J)和Simpson優勢度指數(C)[21]對土壤動物進行多樣性分析。

類群數量等級劃分：將個體密度大于捕獲總密度10.0%以上者劃為優勢類群，1.0%～10.0%者劃為常見類群，不足1.0%者劃為稀有類群。

所有數據在SPSS 22.0平臺上進行數據整理與單因素方差分析(one-way ANOVA)。如果不同樣地間土壤動物群落組成差異顯著，用LSD(方差齊性)法或Dunnetts’C法(方差不齊)進行多重比較。對不服從正態分布的數據，利用lg(X+1)進行轉換，如果數據轉換后仍不服從正態分布，則進行Kruskal Wallis Test(H)非參數檢驗。

用Origin 8.1制圖。

2 結果與分析

2.1 土壤動物類群結構及組成

本試驗全部捕獲的土壤動物分別隸屬于50個類群(表1)。其中，優勢類群為線蟲綱(Nematoda)，占全部調查土壤動物總密度的79.2%，常見類群為懶甲螨科(Nothridae)、線蚓科(Enchytraeidae)、綏螨科(Sejidae)和麗甲螨群(Liacaroid mites)4類，分別占全部調查土壤動物總密度的8.32%、4.26%、2.05%和1.65%；剩余的45類構成稀有類群。

還田2個月后，各處理樣地上共捕獲土壤動物39類。還田處理下(FS、FG、TM)，線蟲綱和懶甲螨科共同構成樣地上的優勢類群；CK樣地上，土壤動物的優勢類群為線蟲綱，懶甲螨科、線蚓科、綏螨科和棘跳科(Onychiuridae)構成常見類群。

還田5個月后，各處理樣地上共捕獲土壤動物36類。還田處理下，線蟲綱成為其優勢類群，線蚓科和麗甲螨群為常見類群；CK樣地上，土壤動物的優勢類群同樣為線蟲綱，線蚓科、蟻科、懶甲螨科、綏螨科和麗甲螨群為常見類群。

2.2 不同處理下土壤動物群落的分布特征

如圖1所示：還田2個月后，FS和FG處理樣地的土壤動物密度顯著(P<0.05)高于TM和CK；而還田5個月后，FG處理樣地的土壤動物密度最高，與TM處理無顯著差異，但顯著(P<0.05)高于FS和CK處理。由此可見，還田處理對土壤動物群落的影響還與還田時間有關。

還田2個月后，不同處理樣地上土壤動物的類群數無顯著差異；還田5個月后，FS和FG處理的土壤動物類群數顯著(P<0.05)高于TM處理。由此可見，隨著還田時間的延長，不同處理對土壤動物群落數有顯著影響。

相同還田時間不同處理柱上無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters under the same treatment time indicated significant difference at P<0.05.圖1 不同處理下的土壤動物密度和類群數Fig.1 Density and community quantity of soil fauna under different treatments

2.3 不同處理下不同體型土壤動物群落的分布特征

如圖2-A所示：還田2個月后，不同處理的大型土壤動物密度無顯著差異，但中小型土壤動物密度間存在顯著(P<0.05)差異，以FS處理的中小型土壤動物密度最高，FG處理次之，TM處理再次，CK處理最低。

由圖2-B可知，還田5個月后，不同處理下的中小型土壤動物密度分布與還田2個月后相似，同樣表現為FS>FG>TM>CK，且不同處理間差異顯著(P<0.05)。但與還田2個月后不同的是，各處理的大型土壤動物密度也表現出顯著(P<0.05)差異，以FS處理的大型土壤動物密度最高，顯著(P<0.05)高于其他處理，而其他處理間無顯著差異。

2.4 不同處理下土壤動物的垂直分布

如圖3所示，隨著土層加深，土壤動物密度急劇降低，呈現出明顯的表聚性特征。還田2個月后：在0—5 cm土層，FS與FG處理的土壤動物密度顯著(P<0.05)高于CK，而TM與CK處理的土壤動物密度無顯著差異；在5—10 cm土層，FG處理的土壤動物密度顯著(P<0.05)高于TM處理，但與其他處理無顯著差異；在10—15 cm土層，FS處理的土壤動物密度顯著(P<0.05)高于TM和CK處理，與FG處理無顯著差異。還田5個月后：在0—5 cm土層，FG處理的土壤動物密度最高，顯著(P<0.05)高于其他處理；在5—10 cm土層，同樣以FG處理的土壤動物密度最高，顯著(P<0.05)高于其他處理；在10—15 cm土層，不同處理的土壤動物密度無顯著差異。

相同動物體型下不同處理柱上無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters under the same habitat size indicated significant difference at P<0.05.圖2 不同處理6月(A)和9月(B)不同體型土壤動物密度Fig.2 Density of soil fauna with different habitat size under different treatments in June (A) and September (B)

相同土層不同處理柱上無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters in the same soil layer indicated significant difference at P<0.05.圖3 不同處理下6月(A)和9月(B)土壤動物的垂直分布Fig.3 Vertical distribution of soil fauna under different treatments in June (A) and September (B)

2.5 不同處理的土壤動物多樣性特征

與對照相比，還田2個月后，各處理土壤動物的多樣性指數間無顯著差異。但還田5個月后，各處理土壤動物的多樣性指數間產生了顯著(P<0.05)差異：FS處理的土壤動物均勻度指數顯著(P<0.05)低于CK，其他處理與CK無顯著差異；FG和TM處理的土壤動物優勢度指數顯著(P<0.05)高于CK，而FS與CK無顯著差異；TM處理的土壤動物豐富度指數顯著(P<0.05)低于CK和FS處理，而其他處理間無顯著差異。

表2不同處理的土壤動物群落多樣性特征

Table2Diversity characteristics of soil fauna under different treatments

處理TreatmentH′還田2個月2 months later還田5個月5 months laterJ還田2個月2 months later還田5個月5 months laterC還田2個月2 months later還田5個月5 months laterD還田2個月2 months later還田5個月5 months laterFS0.69±0.19 a0.44±0.12 a0.31±0.07 a0.16±0.08 b0.66±0.09 a0.79±0.06 ab0.71±0.12 a0.66±0.10 aFG0.80±0.12 a0.42±0.12 a0.40±0.06 a0.21±0.05 ab0.57±0.07 a0.81±0.06 a0.59±0.03 a0.50±0.06 abTM1.03±0.10 a0.38±0.11 a0.48±0.05 a0.22±0.06 ab0.46±0.04 a0.81±0.05 a0.77±0.11 a0.39±0.04 bCK0.74±0.16 a0.72±0.06 a0.41±0.08 a0.36±0.03 a0.63±0.09 a0.65±0.04 b0.50±0.07 a0.63±0.04 a

同列數據后無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。

Data marked without the same letters within the same column indicated significant difference atP<0.05.

3 討論

對稻草不同還田方式下土壤動物群落特征進行研究發現，稻草還田方式及時間對土壤動物優勢類群和常見類群的構成和布局有顯著影響。這可能是由于土壤動物類群格局與土壤環境密切相關[22]。秸稈焚燒后還田便于分解，有利于土壤中有機質和全氮含量的增加[23]；稻草覆蓋還田處理下可以增加農田土壤表層腐殖質的水分和有機質含量，提高土壤保水保墑能力，喜濕性土壤動物數量明顯增加[24-25]；稻草填埋處理下，稻草在土層里與空氣隔絕，腐化速度遲緩，導致土壤動物分層嚴重。

整體來看，稻草還田2個月后各樣地上的土壤動物多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數高于還田5個月的樣地。還田2個月后，土壤中線蟲綱和懶甲螨科密度明顯增加，還田5個月后僅線蟲綱動物密度明顯增加。這可能是因為，稻草還田后線蟲、螨類等中小型土壤動物對土壤環境敏感性強，因而響應明顯[26-27]。各處理的優勢度指數則是還田2個月后的低于還田5個月后的，說明稻草還田后，樣地土壤動物種群先變得豐富，一段時間后優勢種群開始突出[28]。

綜合來看，與未進行稻草還田處理的對照相比，稻草還田后土壤動物群落結構更加豐富，但不同的還田方式及還田時間對土壤動物群落的作用程度不一。基于節約成本、提高效率及環境保護等方面的考慮，農業生產上可選擇將稻草切碎后覆蓋還田。由于本試驗歷時較短，難以明確長期稻草還田對土壤動物生態的全面影響，今后應對持續稻草還田的土壤動物動態變化特征進行長期檢測研究，以便為農業生產決策提供更加科學、翔實的依據。