等氮條件下施用不同有機肥對玉米田大型土壤動物種群的影響

摘要 為從土壤動物角度研究土壤改良和耕地質量提升，探究等氮條件下不同有機肥和化肥配施對玉米田大型土壤動物的影響，試驗設定豬糞（處理3）、羊糞（處理4）、菌渣（處理5）、易腐垃圾（處理6）有機肥、化肥（處理2）和空白（處理1）共6個處理，對不同施肥處理不同土層的土壤環境及大型土壤動物的分布情況開展調查，并對其大型土壤動物多樣性進行了分析。結果表明，在玉米田土壤中共捕獲到膜翅目、蜘蛛目、半翅目和彈尾目等1?0個類群的大型動物，以膜翅目和蜘蛛目為優勢類群。各處理組的Shannon-Wiener多樣性指數從高到低依次為處理6、處理3、處理4、處理5、處理2和處理1。其中，易腐垃圾有機肥處理的Shannon-Wiener多樣性指數和均勻度指數最高，豬糞有機肥處理次之。4種有機肥處理的Shannon-Wiener多樣性指數均比純化肥和空白處理高，可見有機肥料的施用增加了土壤含水量，提高了有機質及全氮含量，有利于土壤動物群落數量和多樣性增加，有利于農業可持續發展。

關鍵詞 有機肥；玉米田；土壤大型動物；優勢類群；Shannon-Wiener多樣性指數；均勻度指數

中圖分類號 S154.5；S513" " 文獻標識碼 A" " 文章編號 1007-7731（2024）16-0001-07

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.16.001

Effects of different organic fertilizers on macrofauna population in maize

field under equal nitrogen conditions

NIU Tianxin1" " XIONG Wei2" " WU Xinrong2

（1?Hangzhou Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310024， China;

2Weifulai （Zhejiang） Technology Co.， Ltd.， Hangzhou 310000， China）

Abstract To explore soil improvement and farmland quality improvement from the perspective of soil macrofauna， and to investigate the effects of different combinations of organic fertilizers and chemical fertilizers on maize soil macrofauna under equal nitrogen conditions， a survey was conducted on the soil environment and distribution of macrofauna in different soil layers under different fertilization treatments， and the diversity of soil macrofauna was analyzed. The experiment set up 6 treatments， including pig manure （treatment 3）， sheep manure （treatment 4）， bacterial residue （treatment 5）， organic fertilizer （treatment 6） for perishable garbage， chemical fertilizer （treatment 2）， and blank （treatment 1）. The results showed that a total of 10 groups of macrofauna， including Hymenoptera， Arachnida， Hemiptera， and Bombtail， were captured in the soil， with Hymenoptera and Arachnida as the dominant groups. The experimental results showed that the Shannon-Wiener diversity index of each treatment was ranked from high to low as treatment 6， treatment 3， treatment 4， treatment 5， treatment 2， and treatment 1. Among them， the Shannon-Wiener diversity index and evenness index were the highest for the treatment of perishable waste organic fertilizer， followed by the treatment of pig manure organic fertilizer. The Shannon-Wiener diversity index of the four types of organic fertilizers was higher than that of pure chemical fertilizers and blank treatments， indicating that the application of organic fertilizers increases soil moisture content， organic matter and total nitrogen content， which was conducive to the increase of soil tauna community quantity and diversity， and was conducive to the sustainable development of agriculture ecology.

Keywords organic fertilizer; corn field; soil macrofauna; dominant group; Shannon-Wiener diversity index; evenness index

土壤動物數量豐富、物種多樣且分布廣泛，是土壤生態系統的重要組成部分及物質循環的重要參與者[1-3]，直接或間接參與有機物的分解和營養元素的礦化。土壤動物對土壤碳氮循環中凋落物分解、土壤呼吸、碳穩定性改變以及土壤氮素礦化與反硝化作用等關鍵過程發揮著重要作用[4-6]，在農業可持續發展以及物質分解和養分循環等生態學過程中起著關鍵性作用[7-8]。土壤動物及其食物網是驅動土壤碳氮循環的主要因素之一[9]。大型土壤動物對土壤有機質的形成和分布、土壤的養分循環和理化性質的變化均有一定的影響[10]，其通過挖掘土壤，改善土壤微環境，調節資源的可用性，被譽為“生態系統工程師”[11]。大型土壤動物對土壤環境的變化具有明顯的指示作用[12-13]，因此其群落結構、多樣性和生態功能等受到廣泛關注[14-15]。

農業生產中不當施用化肥，可能會對作物生長以及土壤動物的生存產生一定負面影響，一定程度上影響農業的可持續發展[16]。化肥能有效提高作物產量，但長期施用會影響土壤結構[17-19]，導致肥料利用率低，土壤生物多樣性受到威脅[20-21]以及出現農業面源污染等問題，進而影響土壤生態系統的健康[22]。有機肥可以增加土壤有機質含量，改良土壤理化性質，合理的有機肥替代化肥可以明顯改善土壤的理化性狀及生物活性，促進土壤中微生物繁殖[23-25]，提高土壤肥力，最終實現農業增產增效[26]。當前，開展長期不同施肥方式下農田生態系統生物群落結構和多樣性的變化規律研究已成為生態系統研究的重要內容之一[27]，其能夠揭示物種間、生物與物理環境間緊密的相互作用關系，其表現出的多樣性與生產力的關系能真實地反映物種多樣性在長期進化過程中對生產力的長期穩定效應，可為農田科學管理提供依據。

目前，關于等氮條件下不同有機肥料和化肥配施培肥地力對大型土壤動物的影響研究有待深入，本研究針對玉米種植田開展長期定位試驗，探討在等氮條件下不同有機肥無機肥配施對玉米田大型土壤動物分布和群落的影響，通過不同處理下土壤動物的種群數量變化了解土壤狀況，從土壤動物角度為土壤改良和耕地質量提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗點設在浙江杭州轉塘鎮之江基地（120°09′96″ E，30°15′68″ N），該區域屬亞熱帶季風氣候區，土壤類型為黏質生土，基地0～20 cm土層土壤基本理化性質為pH 7.57，有機質5.70 g/kg，全氮0.353%，有效磷1.21 mg/kg，速效鉀15.83 mg/kg。

1.2 試驗材料

玉米品種：錢江糯3號。

肥料種類：豬糞商品有機肥（有機質≥45%，N+P2O5+K2O≥5%，桐廬吉誠農業開發有限公司），羊糞有機肥（有機質≥45%，總養分≥5%，杭州南塢莊有機肥有限公司），菌渣和生活易腐垃圾有機肥[蔚復來（浙江）科技股份有限公司]；硫酸鉀復合肥（15∶15∶15，N+P2O5+K2O≥45%，安徽省司爾特肥業股份有限公司）、硫酸鉀（K2O≥52%，埃佩克國際化工有限責任公司）。

1.3 試驗設計

按田間小區試驗設計，每個處理3個重復，小區面積18.48 m2，隨機區組排列。試驗設6個處理：處理1（對照），不施肥；處理2，單施化肥；處理3，施豬糞有機肥；處理4，施羊糞有機肥；處理5，施菌渣有機肥；處理6，施生活易腐垃圾有機肥。玉米3月8日育苗，3月31?日移栽，間距35 cm，行距50 cm，肥料均勻撒施，翻入土中。整個生育期不打除草劑，追施復合肥2次，人工拔除雜草，就地還田，6月1?8日收獲。連續進行兩年種植試驗。有機肥、化肥作基肥一次性施入，不同處理除施肥種類外，其他田間管理措施均保持一致。

1.4 環境參數測定

1.4.1 土壤含水量nbsp; 土壤含水量采用烘干法測定。采用環刀法（r＝7 cm，V＝200 cm3）自上而下依次?。?～5]、（5～10]和（10～15] cm土層土樣，將采集的土樣盛放在鋁盤中，置于105 ℃恒溫烘箱中烘干至恒重，取出分別稱重。

1.4.2 土壤pH" 土壤pH測定采用pH計法NY/T 1121.2—2006《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》。將不同土層的土樣分別放入已知質量的鋁盤中，稱取5 g，量取12.5 mL蒸餾水，依照1.0∶2.5比例配制，攪拌1 min至乳狀，放置30 min澄清后，用pH計測定。

1.4.3 土壤有機質和全氮含量" 用不同土層的風干土樣測定，有機質含量依據NY/T 1121.6—2006，采用重鉻酸鉀氧化外加熱度法測定，全氮采用凱氏定氮法（GB 7173—1987）測定，全自動定氮儀Kjeltec 8400。

1.5 土壤大型動物種群調查

為消除邊界效應，在每個小區中心選取3個采樣點，采集時去除地表雜物，在近玉米植株處選擇面積為50 cm×50 cm的樣點，手撿法分層收集土壤中的大型動物，并用75%乙醇處理后帶回實驗室。

1.6 數據處理與分析

采集的土壤動物用體視顯微鏡（北京派迪威儀器有限公司尼康SMZ800）進行觀察，參照《中國土壤動物檢索圖鑒》[28]和《昆蟲分類學》[29]進行分類鑒定，同時統計個體數量。采用Pielon均勻性指數、Shannon-Wiener多樣性指數分析土壤動物多樣性，計算出多樣性指數和均勻度指數。

（1）Shannon-Wiener（H'）：H'=-[pi]ln[pi]（i=1，2，3，…，S），其中[pi]是樣本中第i個分類單元中個體數占所有物體個體總量的比值。

（2）均勻度指數（J）：J=H'/lnS，其中H'為Shannon-Wiener多樣性指數；S為鑒定分類單元的數目。

2 結果與分析

2.1 不同處理不同土層的土壤含水率變化

由表1可知，玉米田塊不同施肥處理的土壤含水率從上到下呈升高趨勢，深度（0～5]、（5～10]和（10～15] cm土層的平均含水率分別為16.7%、17.4%和17.6%。空白和化肥處理的中下部（5～10]和（10～15] cm土層含水率比較高，并且各層水分差異較大。有機肥處理除菌渣有機肥外，其他處理的含水率最高值出現在中上部（0～5]和（5～10] cm土層。菌渣有機肥最高值出現在（10～15] cm土層，但各層水分差異較小。除易腐垃圾有機肥外，其他有機肥處理的含水率平均值高于空白和化肥處理。

2.2 不同處理不同土層的pH變化

玉米生長適宜土壤為中性，以酸堿度6.5～7.5較為適宜，試驗地土壤為堿性土。（0～5]、（5～10]和（10～15] cm土層的平均pH分別為7.94、8.03和8.06，各土層pH差異不大，中下層土壤pH較高?？瞻缀图兓侍幚淼模?～10]和（10～15] cm中下部土層pH比較高，中部（5～10] cm土層pH最高。除豬糞有機肥處理為中部（5～10] cm的pH最高，其他3種有機肥處理都是下層（10～15] cm土層的pH最高。豬糞有機肥處理的土壤平均pH最高，菌渣有機肥和化肥處理的最低（表2）。

2.3 不同處理不同土層的有機質含量變化

不同處理的土壤有機質平均含量從高到低分別為處理6、處理4、處理3、處理5、處理2和處理1，易腐垃圾處理的土壤有機質含量最高，比純化肥處理提高125.1%，比空白處理提高180.7%，各有機肥處理均比空白和純化肥處理的土壤有機質含量高。從各土層來看，除豬糞有機肥處理的有機質含量最高值出現在（0～5] cm上層，其他處理最高值都集中在（5～10] cm中層。空白和純化肥處理的土壤有機質含量最高和次高值分別出現在（5～10] cm中層和（0～5] cm上層土層，豬糞和菌渣有機肥處理的上層和中層的有機質含量較高，羊糞和易腐垃圾有機肥處理的中層和下層的有機質含量較高（表3）。

2.4 不同處理不同土層的全氮含量變化

不同處理的平均土壤全氮從高到低分別為處理6、處理3、處理5、處理4、處理2和處理1，其中，易腐垃圾有機肥處理的土壤全氮含量最高，比純化肥處理提高62.5%，比空白處理提高73.3%，各有機肥處理的土壤全氮含量均比空白和純化肥處理高。從各土層來看，除豬糞有機肥處理的最高值出現在（5～10] cm中層土壤，其他有機肥處理的全氮最高值均集中在（0～5] cm上層土壤。除了空白處理土壤全氮最高和次高值分別出現在（10～15] cm下層和（0～5] cm上層土層，其他處理的全氮均為中上土層較高（表4）。

2.5 土壤大型動物種群調查分析

2.5.1 土壤大型動物垂直分布" 空白處理只捕獲了5只土壤大型動物，分屬于膜翅目和蜘蛛目，比第一年捕獲的動物種類減少，這兩個目為優勢類群，其中膜翅目占大型土壤動物總量的80.0%，都聚集在（0～5] cm的土壤表層（表5）。

純化肥處理捕獲了11只大型土壤動物，分屬于3目，其中膜翅目、蜘蛛目是優勢類群，比第一年捕獲的種類減少，膜翅目和蜘蛛目占大型土壤動物總量的54.5%和36.4%，大部分聚集在（0～5] cm的土壤表層，少量活動到（5～10] cm的土壤中層（表6）。

豬糞有機肥處理捕獲了12只大型土壤動物，分屬于5目，其中膜翅目、蜘蛛目是優勢類群，占大型土壤動物總量的33.3%和41.7%，大部分聚集在（0～5] cm的土壤表層，占總數的83.3%，少部分開始向中層和下層活動（表7）。

羊糞有機肥處理捕獲了15只大型土壤動物，分屬于5目，其中膜翅目、蜘蛛目是優勢類群，膜翅目占大型土壤動物總量的60.0%，大部分聚集在（0～5] cm的土壤表層，占總數的66.7%。（5～10]和（10～15] cm的土層中大型土壤動物數量明顯比第一年多（表8）。

菌渣有機肥處理捕獲了22只大型土壤動物，分屬于6目，其中膜翅目、蜘蛛目是優勢類群，膜翅目占大型土壤動物總量的68.2%，大部分聚集在（0～5] cm的土壤表層，占總數的90.9%，少量生活在（5～10] cm土層中（表9）。

易腐垃圾有機肥處理捕獲了24只大型土壤動物，在所有處理中數量最多，分屬于9目，其中膜翅目、蜘蛛目和鞘翅目是優勢類群，膜翅目占大型土壤動物總量的29.2%，大部分聚集在（0～5] cm土壤表層（表10）。

由各處理垂直分布（表5～10）可知，大型土壤動物大部分分布在（0～5] cm表層土壤中，少部分分布在（5～10] cm中層土壤中，（10～15] cm下層土壤動物量最少。

2.5.2 大型土壤動物生物多樣性" 由表11可見，各處理的Shannon-Wiener多樣性指數從高到低分別為處理6、處理3、處理4、處理5、處理2和處理1，而均勻度指數從高到低分別為處理6、處理3、處理2、處理4、處理1和處理5。易腐垃圾有機肥處理的Shannon-Wiener多樣性指數和均勻度指數最高，該處理的類群數與個體數也最高，豬糞有機肥處理多樣性指數其次?？瞻滋幚淼亩鄻有灾笖底畹停?種有機肥Shannon-Wiener多樣性指數均比純化肥和空白處理高，其中菌渣有機肥處理表現一般，有機肥的施加有利于土壤動物個體數的增加。

3 結論與討論

楊穎楠等[17]研究發現，有機肥處理明顯提高了0～10和20～30 cm土層的土壤有效持水容量。本試驗中不同施肥處理的玉米地土壤含水率從上到下呈升高趨勢，空白和化肥處理因土壤理化性質較差，中下部土層含水率高且各層水分差異較大，而有機肥處理中上部0～10 cm土層含水率較高，這與前者研究結果一致。除易腐垃圾有機肥外，其他有機肥處理的含水率均高于空白和純化肥處理。有機肥處理經過連續兩年的投入，土壤較為疏松，不僅增加了土壤腐殖質含量，還提高了土壤含水量，易腐垃圾有機肥處理的土壤含水率較低，可能與其處理的玉米產量較高，玉米生長需要吸收更多水分有關。

空白和化肥處理的5～10 cm中層土壤pH最高，大部分有機肥處理是10～15 cm下層土壤的pH最高。純化肥處理的pH最低，僅施用化肥可能會造成土壤酸化。堿性土地一般具有土瘦、結構差的特點，施入的有機肥經微生物分解轉化形成腐殖質，能夠提高土壤的緩沖能力，并與碳酸鈉作用形成腐殖酸鈉，降低堿性土壤對玉米生長的不利影響。土壤的pH對土壤動物影響較大，過酸或過堿都會明顯抑制土壤微生物的活動，從而影響氮素及其他養分的轉化和供應。

張奇等[24]研究表明，當有機肥及生物有機肥的施用量達到4 500 kg/hm2及以上時，均可明顯提高土壤中的有機質含量。本試驗中有機肥施用量均超過4 500 kg/hm2，不同肥料處理的平均有機質含量從高到低分別為處理6、處理4、處理3、處理5、處理2和處理1，易腐垃圾有機肥處理的土壤有機質含量最高，各有機肥處理的土壤有機質含量均比空白和純化肥處理高，并且各處理的土壤有機質含量在土層中上部較高，有機肥的施入明顯增加了土壤有機質含量，這與前者的研究結果一致。

毛妙等[16]研究了蔬菜、水稻等有機種植模式，發現有機種植區土壤pH以及全磷、全氮和有機質含量比常規種植高。張奇等[24]研究表明，施用有機肥對土壤氮、磷和鉀含量均有不同程度的提升作用，其中對土壤氮的影響最為明顯。本試驗中有機肥的施入提高了土壤的有機質和全氮含量，且均比空白和純化肥處理高。

本試驗在9月份玉米收獲前，在基地土壤中共捕獲到膜翅目、蜘蛛目、半翅目、彈尾目、隱翅目、鞘翅目、革翅目、直翅目、鱗翅目和寡毛目共1?0個類群的大型動物，分屬于節肢動物門和環節動物門兩門和昆蟲綱、蛛形綱、多毛綱3個綱，與第一年相比減少了雙翅目增加了革翅目，各處理中膜翅目、蜘蛛目均是優勢類群。土壤動物個體數和類群數隨土壤深度加深而降低。王文東等[25]研究表明，有機肥處理的土壤中大型土壤動物具有明顯的表聚性，并且隨著有機肥施用量的增加表聚性增強。本試驗中，樣地土壤中的大型動物具有明顯的表層聚集性，個別處理（0～5] cm的最高土壤動物能達到總量的90.9%，較第一年有所降低，說明連續施用有機肥種植的第二年，少部分大型土壤動物明顯有向中下層活動的趨勢。但因試驗土壤為回填生土，墑情較差，大型土壤動物數量較少。而空白和純化肥處理的大型土壤動物種類比第一年的有所減少。表明連續不施肥和施加純化肥不利于大型土壤動物的生存活動，導致大型土壤動物的種類減少。

因大型土壤動物喜歡聚集在土壤表層，其垂直分布情況與類群數、個體數的變化，土壤環境因子如含水率、pH及養分含量變化有關。肥料尤其是有機肥的施入為大型土壤動物提供了大量的食物資源，因此肥料處理的多樣性指數均比空白處理高。長期施用有機肥可以增加土壤微生物的種類和豐富度，能夠給土壤動物提供更多食物，從而有效提高土壤肥力和有益微生物活力，進而改善土壤團粒結構和土壤質地，增強植物對土壤養分的利用率，有利于土壤動物群落數量和多樣性增加。毛妙等[16]研究發現，多個有機種植基地的大型土壤動物的多樣性指數明顯優于常規種植。張奇等[24]研究表明，隨著有機肥施用量增加，土壤微生物群落的豐富度和多樣性呈逐漸增加趨勢。本試驗中各處理的Shannon-Wiener多樣性指數從高到低分別為處理6、處理3、處理4、處理5、處理2和處理1，這與土壤全氮和有機質含量有一定的相關性，而均勻度指數從高到低分別為處理6、處理3、處理2、處理4、處理1和處理5，與前者略有差異。易腐垃圾有機肥處理的Shannon-Wiener多樣性指數和均勻度指數均最高，該處理的類群數與個體數也最高，豬糞有機肥處理的多樣性指數次之。4種有機肥處理的Shannon-Wiener多樣性指數均比純化肥和空白處理高。

本研究針對玉米開展長期定位試驗，探討在等氮條件下不同有機無機配施對玉米大型土壤動物分布和群落的影響，通過不同處理下土壤動物的數量種群變化了解土壤狀況，從土壤動物角度為土壤改良和耕地質量提升提供參考。

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（責任編輯：何 艷）