鄉(xiāng)土草草地建植對(duì)遼西北連作農(nóng)田土壤的改良效果研究

摘要：長(zhǎng)期的耕作導(dǎo)致了遼西北農(nóng)田土壤的嚴(yán)重退化。本研究以遼西北連作農(nóng)田為研究對(duì)象，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)組與周邊自然生境土壤理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)差異，探討鄉(xiāng)土草種植對(duì)連作農(nóng)田土壤的改良效果。結(jié)果表明：野古草（Arundinella anomala）草地和鵝觀草（Elymus kamoji）草地的土壤pH值顯著高于農(nóng)田和撂荒地，養(yǎng)分含量顯著低于農(nóng)田。披堿草（Elymus dahuricus）草地和野古草草地土壤細(xì)菌的觀測(cè)物種數(shù)與Chao1指數(shù)顯著低于農(nóng)田。土壤細(xì)菌α多樣性與土壤硝態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，真菌α多樣性與土壤硝態(tài)氮含量和全磷含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。野古草、鵝觀草和披堿草草地土壤細(xì)菌根瘤菌目和弗蘭克氏菌目的相對(duì)豐度高于農(nóng)田，芽單胞菌目的相對(duì)豐度低于農(nóng)田，真菌寡囊盤菌目相對(duì)豐度高于農(nóng)田和撂荒地。綜上，鄉(xiāng)土草草地建植可緩解農(nóng)田土壤酸化，改善微生物群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：遼西北；鄉(xiāng)土草；土壤理化性質(zhì)；土壤細(xì)菌；土壤真菌

中圖分類號(hào)：Q938.1+3 """文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A """"文章編號(hào)：1007-0435（2024）05-1572-11

Effect of Native Grasses Planting on Continuous Cropland Soil

Properties in Northwest Liaoning

DING Zi-jian1， LIU Wen1， LI Tian-ze1， BAI Long1， SUN Biao2， QIN Si-jun1， LI Jia-huan1*

（1. Horticultural College of Shenyang Agricultural University， Shenyang，Liaoning Province 110866， China; 2. Fuxin Zhangwu

County Grassland Ecological Restoration Demonstration Area Management Committee， Fuxin， Liaoning Province 123299， China）

Abstract：Long-term farming has significantly degraded the soil in the northwest of Liaoning Province. Native grass planting is an effective measure to improve the soil. In this experiment，three dominant grasses were transplanted into the abandoned farmland，and soil physicochemical properties and microbial communities were compared with the adjacent woodland，farmland and abandoned land. The results showed that soil pH of Arundinella anomala grassland and Elymus kamoji grassland was significantly higher than farmland and abandoned land，and the nutrient content was significantly lower than farmland. Observed species and Chao1 indexes of soil bacteria in Elymus dahuricus grassland and Arundinella anomala grassland were significantly lower than"farmland. Soil bacterial α diversity was significantly positively correlated with nitrate nitrogen content，and fungal α diversity was significantly positively correlated with nitrate nitrogen content and total phosphorus content. The relative abundance of"Rhizobiales and Frankiales in the soil of Arundinella anomala grassland，Elymus kamoji grassland and Elymus dahuricus grassland was higher than farmland，the relative abundance of Gemmatimonadales was lower than farmland，and the relative abundance of Thelebolales fungi was higher than that in farmland and abandoned land. In summary，the establishment of native grassland can alleviate farmland soil acidification，optimize the microbial community structure，and promote the sustainable development of soil.

Key words：Northwest Liaoning;Native grass;Soil Physicochemical Properties;Soil bacteria;Soil fungi

土壤作為地球大多數(shù)生物的棲息地，為生命的活動(dòng)提供水分和養(yǎng)分等多種資源。在人類活動(dòng)和自然因素的影響下，土壤退化的速度快于土壤形成的速度，地球上可利用土壤資源日益稀缺。持續(xù)耕作是土壤退化的重要原因之一，農(nóng)田土壤質(zhì)量往往低于與其毗鄰的自然生態(tài)系統(tǒng)［1-2］。一方面，耕作破壞了土壤結(jié)構(gòu)，不利于水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成［3］。另一方面，過(guò)量施肥也會(huì)引起土壤富營(yíng)養(yǎng)化、酸化和鹽化等一系列問(wèn)題［4］。農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的變化進(jìn)一步對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性造成影響［5］。為促進(jìn)土壤生態(tài)的恢復(fù)，部分退化嚴(yán)重、生態(tài)脆弱且收益差的農(nóng)田逐漸停止耕作。然而，農(nóng)田直接撂荒會(huì)導(dǎo)致植被覆蓋急劇減少，這不利于土壤修復(fù)，如Zhang等［6］研究表明在農(nóng)田撂荒后，土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)顯著降低。

草本植物的地下根系可固定表層土壤，減少水土流失，改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，增加土壤微生物豐富度和多樣性［7-9］。人工草地建植可以有效保持水土，維持土壤養(yǎng)分，是緩解土壤退化的有效措施［10］，已廣泛用于生態(tài)修復(fù)。在人工草地建植時(shí)，大多以商品草為首選草種，但由于其對(duì)區(qū)域氣候和土壤環(huán)境的適應(yīng)性較差，利用商品草種建植人工草地往往不能夠取得理想的培育效果［11］，甚至?xí)鸲瓮嘶?2］。“鄉(xiāng)土草”又稱鄉(xiāng)土植物，具有成活率高，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)［13］。采用鄉(xiāng)土草種進(jìn)行人工草地建植可把退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到物種組成、多樣性和群落結(jié)構(gòu)與地帶性植被接近的生態(tài)系統(tǒng)，近年來(lái)得到了較多的關(guān)注。然而，目前有關(guān)鄉(xiāng)土草草地建植對(duì)土壤物理化學(xué)性質(zhì)和微生物群落影響的研究仍然較少。

遼西北地區(qū)地處科爾沁沙地南緣，是北方土質(zhì)山區(qū)東北延伸部分，地形以低山丘陵為主，區(qū)域土壤砂石含量高，養(yǎng)分貧瘠，水土流失問(wèn)題嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境極其脆弱［14］。本研究在遼寧省阜新市阜蒙縣建植三種區(qū)域優(yōu)勢(shì)禾本科草草地，通過(guò)對(duì)比草地、農(nóng)田、林地和撂荒地土壤性質(zhì)，闡明鄉(xiāng)土草草地建植對(duì)連作農(nóng)田土壤的改良效果，以期為遼西北地區(qū)土壤生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

樣地位于遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣（簡(jiǎn)稱阜蒙縣）他本鎮(zhèn)（42°11′53″N，121°41′53″E），海拔327 m，溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫8.1℃～8.9℃，年均降水量487.3～591.0 mm，降水主要集中在6—8月。土壤類型為棕壤土，含有較多砂礫。

1.2 試驗(yàn)材料與樣品采集

試驗(yàn)選用的3種禾本科鄉(xiāng)土草種，均為區(qū)域天然草地優(yōu)勢(shì)草種，包括披堿草（Elymus dahuricus）、野古草（Arundinella anomala）和鵝觀草（Elymus kamoji），種子均收集于當(dāng)?shù)亍７N植采用移栽法，利用營(yíng)養(yǎng)土進(jìn)行育苗，植株長(zhǎng)至20 cm左右時(shí)移栽至田間土壤，前茬作物為玉米（種植年限gt;20年），每平方米移栽9株植物。2021年6月份進(jìn)行移栽，每種鄉(xiāng)土植物種植區(qū)600 m2（20 m×30 m）。2022年7月25日（兩個(gè)生長(zhǎng)季后）進(jìn)行樣品采集，此時(shí)鄉(xiāng)土草草地蓋度普遍達(dá)到80%以上，平均株高100 cm左右，生物量（鮮草）約9 000 kg·hm-2。農(nóng)田作物為玉米（Zea mays），持續(xù)利用年限大于20年（每年春季播種期一次性施用復(fù)合肥約750 kg·hm-2）。撂荒地為農(nóng)田棄耕地（棄耕2年），植被覆蓋較少，以一年生矮小草本為主，包括馬唐（Digitaria sanguinalis）、灰藜（Chenopodium album）、狗尾草（Setaria viridis）、馬齒莧（Portulaca oleracea）等。林地樹(shù)種為楊樹(shù)（Populus），生長(zhǎng)發(fā)育年限大于20年，人工栽植用作防風(fēng)林。分別取鄉(xiāng)土草草地及其毗鄰的農(nóng)田、林地和撂荒地土壤，每塊樣地取三個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)間直線距離大于10 m。每個(gè)重復(fù)在50 cm×50 cm樣方內(nèi)，利用土鉆取3鉆0～20 cm土壤，混勻后冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分-80℃保存，用于測(cè)定土壤細(xì)菌和真菌。其余自然風(fēng)干后測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

1.3 土壤理化性質(zhì)分析

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用濕篩法，利用自動(dòng)振蕩篩對(duì)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行分級(jí)，共分為7個(gè)粒級(jí)（＞2 mm，2～1 mm，1～0.5 mm，0.5～0.25 mm，0.25～0.106 mm，0.053～0.106 mm，＜0.053 mm），50 g土壤浸泡于水中后，以30次·min-1的頻率，3 cm左右的振幅上下振蕩10 min，之后稱量每個(gè)粒級(jí)土壤干重；土壤pH值使用pH計(jì)測(cè)定，電導(dǎo)率使用電導(dǎo)率測(cè)定儀測(cè)定，土水重量比為1∶5；土壤全碳、全氮使用元素分析儀（德國(guó) Elementar，VARIO MACRO CUBE16002519S）測(cè)定；土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用1 mmol·L-1 氯化鉀浸提，使用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀測(cè)定（法國(guó) AMS Alliance，Smartchem140）；土壤全磷使用鉬銻抗顯色法測(cè)定；速效磷使用NaHCO3浸提，鉬銻抗顯色法測(cè)定［15］；土壤速效鉀使用北京索萊寶科技有限公司土壤速效鉀試劑盒測(cè)定；土壤磷酸酶使用北京索萊寶科技有限公司土壤磷酸酶（S-AKP/ALP）試劑盒測(cè)定；脲酶使用北京索萊寶科技有限公司土壤脲酶（S-UE）試劑盒測(cè)定。

1.4 土壤微生物高通量測(cè)序分析

使用Omega Mag-bind soil DNA kit試劑盒（Omega Bio-Tek，Norcross，GA，USA）從每個(gè)土壤樣品中提取了土壤微生物DNA。細(xì)菌16SrRNA的V3-V4區(qū)域和真菌ITS_V1區(qū)域分別使用引物F（ACTCCTACGGGAGGCAGCA）和R（GGACTACHVGGGTWTCTAAT），F(xiàn)（GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG）和R（GCTGCGTTCTTCATCGATGC），通過(guò)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR），對(duì)目標(biāo)片段進(jìn)行擴(kuò)增。然后使用磁珠Vazyme VAHTSTM DNA Clean Beads（Vazyme Biotech，NJ，JS，CN）對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行純化，并使用熒光試劑Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit（Thermo Fisher Scientific，Waltham，MA，USA），Microplate reader（美國(guó) Bio-Tek，F(xiàn)Lx800）進(jìn)行熒光定量。隨后，將擴(kuò)增子混合物在Illumina MiSeq平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)序，使用QIIME 2 2019.4 進(jìn)行微生物組學(xué)生物信息學(xué)分析［16］。原始序列數(shù)據(jù)通過(guò)demux插件進(jìn)行解復(fù)用，然后使用cutadapt插件進(jìn)行引物修剪接下來(lái)，使用DADA2插件對(duì)序列進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾、去噪、合并和嵌合體去除［17］。在對(duì)所有文庫(kù)去噪之后，合并了ASV（Amplicon Sequence Variant）特征序列和ASV表，并刪除了單一ASV序列（即在所有樣品中總序列計(jì)數(shù)僅為1的ASV）。最后，使用R腳本對(duì)所有樣品中包含的高質(zhì)量序列的長(zhǎng)度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以上操作由派森諾生物科技有限公司完成。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用 Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS18.0進(jìn)行單因素方差分析（analysis of variance，ANOVA），Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。細(xì)菌選用Greengenes 數(shù) 據(jù) 庫(kù) （Release132，http：//www.arb-silva.de），真菌選用UNITE數(shù)據(jù)庫(kù)（Release 8.0，https：//unite.ut.ee/）進(jìn)行物種分類學(xué)注釋。使用R的vegan包分析α多樣性，包括測(cè)序深度指數(shù)Goods_coverage指數(shù)，豐富度指數(shù)Observed_species和Chao1，均勻度指數(shù)Pielou-e，多樣性指數(shù)Shannon和Simpson。Beta多樣性基于Bray-Curtis距離，使用R的vegan包進(jìn)行分析，同時(shí)使用Anosim （Analysis of similarities）分析判別樣本之間是否存在顯著差異。基于spearman算法對(duì)微生物數(shù)據(jù)和理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，使用派森諾genescloud平臺(tái)插件進(jìn)行關(guān)聯(lián)熱圖的繪制。使用幾何平均直徑（geometric mean diameter，GMD）、平均質(zhì)量直徑（mean weight diameter，MWD）和分形維數(shù)（fractal dimension，D）衡量土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 鄉(xiāng)土草草地建植對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

如表1所示，野古草草地、鵝觀草草地和林地的土壤pH值顯著高于農(nóng)田和撂荒地。農(nóng)田的土壤電導(dǎo)率顯著高于三種鄉(xiāng)土草草地、林地和撂荒地。農(nóng)田土壤的全氮含量最高，顯著高于野古草草地和鵝觀草草地。農(nóng)田土壤硝態(tài)氮含量最高，林地次之，均顯著高于三種鄉(xiāng)土草草地和撂荒地。林地土壤銨態(tài)氮含量最高且顯著高于其他樣地。林地土壤全磷含量最高，農(nóng)田和披堿草草地次之，均顯著高于野古草草地、鵝觀草草地和撂荒地。撂荒地土壤速效磷含量最高，農(nóng)田次之，均顯著高于三種鄉(xiāng)土草地和林地。披堿草草地土壤全碳含量最高，林地和農(nóng)田次之，均顯著高于野古草草地和鵝觀草草地。農(nóng)田土壤速效鉀含量最高且顯著高于其他樣地（Plt;0.05）。

野古草草地、農(nóng)田和撂荒地的土壤脲酶活性較高，林地次之，顯著高于鵝觀草草地和披堿草草地（圖1a）（Plt;0.05）。林地土壤堿性磷酸活性最高，顯著高于野古草草地、農(nóng)田和鵝觀草草地，撂荒地和披堿草草地土壤磷酸酶活性最低（圖1b）。

農(nóng)田、撂荒地、披堿草草地、野古草草地、鵝觀草草地和林地間的土壤的gt;0.25 mm 團(tuán)聚體比例、平均重量直徑和幾何平均直徑均無(wú)顯著差異，但農(nóng)田均為最低（圖2）。

2.2 鄉(xiāng)土草草地建植對(duì)土壤微生物多樣性的影響

如表2所示，農(nóng)田土壤的細(xì)菌Observed_species、Chao1、Shannon、Simpson和Pielou-e指數(shù)均最高，撂荒地最低，林地、披堿草草地、野古草草地和鵝觀草草地介于農(nóng)田和撂荒地之間，披堿草草地和野古草草地的Observed_species和Chao1指數(shù)顯著低于農(nóng)田，但Shannon，Simpson和Pielou-e指數(shù)與農(nóng)田間無(wú)顯著差異，均顯著高于撂荒地（Plt;0.05）。

如表3所示，鵝觀草草地的土壤真菌Observed_species最高，農(nóng)田和林地次之，但與鵝觀草草地間無(wú)顯著差異，撂荒地的土壤真菌Observed_species最低。鵝觀草草地的Chao1指數(shù)最高，農(nóng)田次之，鵝觀草草地的Chao1指數(shù)顯著高于林地、披堿草草地、野古草草地和撂荒地。其中，撂荒地的Shannon指數(shù)和Pielou-e指數(shù)顯著低于其他，撂荒地的Observed_species、Chao1和Simpson指數(shù)也最低，但與農(nóng)田、林地和鄉(xiāng)土草草地間的差異不顯著。

2.3 鄉(xiāng)土草草地建植對(duì)土壤微生物群落組成的影響

對(duì)農(nóng)田、撂荒地、鄉(xiāng)土草草地和林地微生物群落結(jié)構(gòu)分析顯示，細(xì)菌和真菌的Stress值均小于0.2，說(shuō)明結(jié)果具有較好的可信度。Anosim檢驗(yàn)值均小于0.001，說(shuō)明農(nóng)田、撂荒地、鄉(xiāng)土草草地和林地微生物群落組成差異顯著。三種鄉(xiāng)土草草地群落組成彼此重疊，與林地接近，與農(nóng)田和撂荒地較遠(yuǎn)（圖3）。

從細(xì)菌目水平來(lái)看，當(dāng)?shù)赝寥兰?xì)菌群落以β變形菌目（Betaproteobacteriales）（8.53%）、蓋勒氏菌目（Gaiellales）（7.99%）、根瘤菌目（Rhizobiales）（5.62%）和弗蘭克氏菌目（Frankiales）等為主（圖4a，表4）。撂荒地土壤的β變形菌目相對(duì)豐度顯著高于農(nóng)田、林地和三種鄉(xiāng)土草人工草地（P＜0.05）；農(nóng)田土壤的蓋勒氏菌目相對(duì)豐度最低，撂荒地土壤的蓋勒氏菌目相對(duì)豐度最高，但與林地、鄉(xiāng)土草草地間均無(wú)顯著差異。林地土壤的根瘤菌目相對(duì)豐度最高，三種鄉(xiāng)土草草地土壤次之，撂荒地土壤的根瘤菌目相對(duì)豐度最低，顯著低于其他（P＜0.05）；撂荒地土壤的弗蘭克氏菌目相對(duì)豐度最高，三種鄉(xiāng)土草草地和林地次之，但差異不顯著，農(nóng)田土壤弗蘭克氏菌目相對(duì)豐度最低，顯著低于撂荒地（P＜0.05）；農(nóng)田土壤芽單胞菌目（Gemmatimonadales）相對(duì)豐度最高，披堿草草地、林地和野古草草地次之，但差異不顯著，撂荒地土壤芽單胞菌目相對(duì)豐度最低，顯著小于其他（P＜0.05）；三種鄉(xiāng)土草草地土壤酸桿菌目（Acidobacteriales）相對(duì)豐度較高，農(nóng)田最低，但不存在顯著差異。

在真菌目水平組成中，真菌群落以散囊菌目（Eurotiales）（13.68%）、糞殼菌目（Sordariales）（12.94%）和寡囊盤菌目（Thelebolales）（10.79%）、肉座菌目（Hypocreales）、囊藻菌目（Cystofilobasidiales）和柔膜菌目（Helotiales）等為主（圖4b，表5）。撂荒地和披堿草草地散囊菌目相對(duì)豐度較高，林地最低；撂荒地和三種鄉(xiāng)土草草地土壤糞殼菌目相對(duì)豐度較高，農(nóng)田最低；三種鄉(xiāng)土草草地土壤寡囊盤菌目相對(duì)豐度最高，顯著高于農(nóng)田和撂荒地（P＜0.05）；農(nóng)田土壤肉座菌目和柔膜菌目的相對(duì)豐度最高，披堿草草地次之，撂荒地最低，顯著低于農(nóng)田和披堿草草地（P＜0.05）；鵝觀草草地和林地土壤囊藻菌目相對(duì)豐度較高，農(nóng)田次之，撂荒地最低，但幾者間無(wú)顯著差異；三種鄉(xiāng)土草草地土壤柔膜菌目相對(duì)豐度高于撂荒地和農(nóng)田（P＜0.05）；撂荒地土壤刺盾炱目（Chaetothyriales）、被孢霉目（Mortierellales）、線黑粉菌目（Filobasidiales）和格孢菌目（Pleosporales）的相對(duì)豐度均最低，農(nóng)田被孢霉目和格孢菌目均最高。

2.4 土壤微生物與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)性分析

土壤細(xì)菌的Observed_species、Chao1、Shannon、Simpson和Pielou-e指數(shù)與土壤硝態(tài)氮含量顯著正相關(guān)關(guān)系，Observed_species和Chao1指數(shù)與土壤速效鉀呈顯著正相關(guān)關(guān)系，Pielou-e與土壤pH值呈顯著正相關(guān)關(guān)系（圖5）。土壤真菌的Shannon和Pielou-e指數(shù)與土壤全磷和硝態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，Pielou-e指數(shù)與土壤速效鉀含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（圖6）。

3 討論

土地退化是阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注［18-19］。遼西北地區(qū)土壤砂礫含量高、養(yǎng)分貧瘠，在連年耕作和氣候條件的雙重作用下［20］，水土流失頻發(fā)，土壤退化嚴(yán)重，給區(qū)域生態(tài)帶來(lái)了巨大威脅。本研究結(jié)果表明，遼西北的農(nóng)田土壤酸化嚴(yán)重，pH值低至5.32，這是由于長(zhǎng)期的施肥導(dǎo)致的，與前人研究結(jié)果一致［21］。農(nóng)田撂荒后，停止施肥2年，并未緩解土壤酸化的狀態(tài)。在試驗(yàn)區(qū)種植披堿草、野古草和鵝觀草三種禾本科鄉(xiāng)土草后，土壤酸化的狀況得到緩解，尤其是野古草和鵝觀草草地，土壤pH值恢復(fù)至與林地接近。這可能是禾本科草多為喜硝植物，自然狀態(tài)下更偏好硝態(tài)氮［22］，在酸性土壤地區(qū)，喜硝植物可通過(guò)根系吸收硝態(tài)氮過(guò)程中釋放的氫氧根中和土壤酸度，進(jìn)而緩解土壤酸化，使土壤pH值向中性轉(zhuǎn)化［23］，本試驗(yàn)中鄉(xiāng)土草草地硝態(tài)氮含量顯著降低與之相吻合。除了造成土壤酸化外，農(nóng)田的過(guò)量施肥也增加了土壤鹽分，撂荒處理或種植鄉(xiāng)土草后，停止施肥料入，土壤電導(dǎo)率降低［24-25］。本研究結(jié)果中農(nóng)田的土壤養(yǎng)分均處于較高水平，這同樣歸因于農(nóng)田的長(zhǎng)期過(guò)量施肥，范琳杰等［26］指出肥料的施用對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分產(chǎn)生積極影響，長(zhǎng)期高施肥量投入顯著增加了土壤養(yǎng)分。農(nóng)田撂荒2年后，土壤養(yǎng)分，包括碳、氮、磷的含量迅速降低，野古草和鵝觀草草地的建植后，土壤養(yǎng)分條件與撂荒地間無(wú)顯著差異，披堿草草地的土壤全氮、全磷和全碳含量均顯著高于撂荒地，且與農(nóng)田間無(wú)顯著差異。從土壤酶活來(lái)看，農(nóng)田土壤磷酸酶的活性低于林地，相反地，農(nóng)田土壤的脲酶活性較強(qiáng)，甚至高于凋落物積累較多的林地，這可能是長(zhǎng)期尿素添加的結(jié)果。野古草草地土壤的脲酶活性較高，與農(nóng)田間無(wú)顯著差異，但磷酸酶活性降低，披堿草草地和鵝觀草草地土壤的脲酶活性均顯著低于農(nóng)田，這種草地間養(yǎng)分和酶活性的差異可能是不同的草種對(duì)土壤養(yǎng)分的需求存在差異［27］。

水穩(wěn)性團(tuán)聚體具有一定的抗水蝕和抗風(fēng)蝕能力，是衡量土壤穩(wěn)定性的重要指標(biāo)［28-29］。耕作是對(duì)土壤物理結(jié)構(gòu)破壞較大的管理措施，農(nóng)田的連年耕作破壞了土壤結(jié)構(gòu)，土壤中大團(tuán)聚體比例、重量平均直徑和幾何平均直徑均較低［30］。徐藝萍等［31］基于116項(xiàng)研究的Meta分析指出免耕能顯著提高土壤大團(tuán)聚體占比和平均重量直徑，改善了團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性。在本研究中，農(nóng)田撂荒或改種鄉(xiāng)土草后，土壤擾動(dòng)減少，土壤中大團(tuán)聚體比例和平均重量直徑的數(shù)值均有所增加，土壤物理結(jié)構(gòu)得以緩慢恢復(fù)。

土壤微生物多樣與有機(jī)物的分解、抵抗病原菌侵襲等多種土壤生態(tài)功能有關(guān)，對(duì)維持土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要的意義［32-35］。研究表明，長(zhǎng)期的開(kāi)墾降低土壤微生物的多樣性［36］，但在本試驗(yàn)中，農(nóng)田土壤微生物多樣性處于較高水平，與林地間并無(wú)顯著差異，這可能是由于農(nóng)田養(yǎng)分的添加為微生物的繁殖提供了環(huán)境條件，導(dǎo)致微生物數(shù)量和種類增加［37］。

農(nóng)田的持續(xù)利用也會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落的變化［38-39］。從土壤細(xì)菌組成上來(lái)看，農(nóng)田土壤微生物中固氮菌，包括根瘤菌目和弗蘭克氏菌目的相對(duì)豐度較低，與之毗鄰的林地土壤則具有較高的固氮菌相對(duì)豐度，說(shuō)明農(nóng)田長(zhǎng)期的肥料施入和耕作措施會(huì)減少土壤中固氮菌的數(shù)量，從而降低生物固氮量［41］。農(nóng)田撂荒2年后，弗蘭克氏菌目的相對(duì)豐度增加，但根瘤菌目的相對(duì)豐度降低。種植三種鄉(xiāng)土草后，土壤中根瘤菌目和弗蘭克氏菌目的相對(duì)豐度均有所增加，說(shuō)明鄉(xiāng)土草草地的建植具有提高土壤生物固氮量的潛力。芽單胞菌目對(duì)重金屬污染具有很強(qiáng)的耐受性［41］，可參與降解土壤有機(jī)污染物［42］，同時(shí)偏好生活在20～63 μm的小團(tuán)聚體中［43］，本研究中農(nóng)田土壤芽單胞菌目的相對(duì)豐度較高，也說(shuō)明了農(nóng)田農(nóng)藥的過(guò)量使用帶來(lái)了有機(jī)污染物的殘留，耕作措施引起的大團(tuán)聚體向小團(tuán)聚體的轉(zhuǎn)變?yōu)檠繂伟考?xì)菌的生長(zhǎng)提供了條件。土壤真菌組成中，農(nóng)田的土壤微生物中與有機(jī)質(zhì)分解相關(guān)的真菌，如寡囊盤菌目［44］相對(duì)豐度較低，一方面是由于農(nóng)田的長(zhǎng)期化肥輸入導(dǎo)致養(yǎng)分堆積，抑制了土壤微生物的對(duì)有機(jī)物的分解潛力［45］。另一方面，農(nóng)田撂荒后地表植物覆蓋較少，也不利于土壤微生物對(duì)有機(jī)物的分解［46］，農(nóng)田撂荒2年后，寡囊盤菌目相對(duì)豐度顯著降低，也從側(cè)面說(shuō)明了此現(xiàn)象。種植三種鄉(xiāng)土草后，由于枯落物的存在，土壤有機(jī)質(zhì)積累量比農(nóng)田增加，使得土壤中寡囊盤菌目相對(duì)豐度也顯著增加。此外，寡囊盤菌目被認(rèn)為是植被恢復(fù)過(guò)程中的關(guān)鍵類群［47］，說(shuō)明農(nóng)田轉(zhuǎn)為鄉(xiāng)土草地比自然撂荒更具修復(fù)土壤生態(tài)的能力。

4 結(jié)論

鄉(xiāng)土草人工草地的建植可以有效緩解遼西北連作農(nóng)田的土壤酸化現(xiàn)象，降低土壤鹽分，改善土壤微生物群落組成，增加土壤微生物中固氮菌和有機(jī)質(zhì)分解相關(guān)真菌的相對(duì)豐度，對(duì)連作農(nóng)田土壤的修復(fù)效果優(yōu)于直接撂荒，有利于土壤資源的長(zhǎng)期健康與利用。

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（責(zé)任編輯 劉婷婷）

收稿日期：2023-11-15；修回日期：2024-01-24

基金項(xiàng)目：遼寧省教育廳項(xiàng)目-面上項(xiàng)目（LJKMZ20221053）；沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才項(xiàng)目（X2021012）資助

作者簡(jiǎn)介：

丁子健（2001-），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事草地生態(tài)學(xué)研究，E-mail：dingzj0828@163.com；*通信作者Author for correspondence，E-mail：Lijhecol@163.com