牟文雅, 賈藝凡, 陳小云, 劉滿強(qiáng), 周可新, 李俊生, 陳法軍,*

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲系, 南京 210095 2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土壤生態(tài)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210095 3 環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042 4 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012

玉米秸稈還田對(duì)土壤線蟲數(shù)量動(dòng)態(tài)與群落結(jié)構(gòu)的影響

牟文雅1, 賈藝凡1, 陳小云2, 劉滿強(qiáng)2, 周可新3, 李俊生4, 陳法軍1,*

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲系, 南京 210095 2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土壤生態(tài)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210095 3 環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042 4 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012

通過大田玉米秸稈還田試驗(yàn)研究了其對(duì)農(nóng)田土壤線蟲數(shù)量動(dòng)態(tài)、屬的種類及群落結(jié)構(gòu)等的影響。結(jié)果表明：2013—2014連續(xù)兩年試驗(yàn)期間,蠡玉35玉米秸稈還田(CR)與不還田對(duì)照處理(CK)共鑒定到土壤線蟲36個(gè)屬(CR 36個(gè)屬,CK 30個(gè)屬)；其中,植食性線蟲12個(gè)屬(CR 12屬,CK 10屬),食細(xì)菌線蟲15個(gè)屬(CR 15屬,CK 14屬),食真菌線蟲5個(gè)屬(CR 5屬,CK 4屬),捕/雜食線蟲4個(gè)屬(CR 4屬,CK 2屬)。秸稈還田處理與不還田處理相比,植食線蟲和食真菌線蟲的相對(duì)豐度降低,而食細(xì)菌線蟲和雜/捕食線蟲的相對(duì)豐度提高,且食細(xì)菌線蟲的相對(duì)豐度顯著提高達(dá)42.95%。此外,秸稈還田處理土壤線蟲總數(shù)高于不還田對(duì)照處理,但差異不顯著；而秸稈還田處理可顯著增加食細(xì)菌線蟲數(shù)量,增幅高達(dá)16.3%—125.6%。與不還田處理對(duì)照相比,秸稈還田處理可顯著提高土壤線蟲群落多樣性指數(shù)(H′)、屬類豐富度(S)和線蟲通路指數(shù)(NCR),但對(duì)群落均勻度(J)、瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)和總成熟指數(shù)(∑MI)的影響不顯著?？梢?玉米秸稈還田具有重要的生態(tài)學(xué)意義,可在一定程度上增加土壤線蟲數(shù)量和種類多樣性,進(jìn)而使土壤生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展。

秸稈還田；土壤線蟲；營(yíng)養(yǎng)類群；數(shù)量動(dòng)態(tài)；群落結(jié)構(gòu)

秸稈中含有大量有機(jī)質(zhì)和植物生長(zhǎng)所必需的氮、磷、鉀及其他微量元素,是一種生物質(zhì)資源。大量試驗(yàn)表明,秸稈還田會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生多種作用：能改善土壤物理性狀,降低土壤容重,增加孔隙,促進(jìn)土壤呼吸,特別是在溫度水分較高的時(shí)段表現(xiàn)更為明顯[1]；能增加土壤微生物數(shù)量,增強(qiáng)生物和多數(shù)酶的活性；增加土壤有機(jī)質(zhì)積累和養(yǎng)分含量；能改變土壤腐殖質(zhì)組成及特性；影響作物生長(zhǎng)發(fā)育,促進(jìn)作物產(chǎn)量提高；其中,秸稈覆蓋還田還具有蓄水保墑,調(diào)節(jié)地溫和保持水土,抑制田間雜草等功能,總之,有效的秸稈還田對(duì)維持農(nóng)田肥力,減少化肥使用,提高陸地土壤碳匯能力,促進(jìn)土壤氮循環(huán)[2-4],減少或避免因燃燒等造成的環(huán)境污染,進(jìn)行農(nóng)業(yè)良性循環(huán)生產(chǎn),具有重要的生態(tài)學(xué)意義[5-6]。

土壤線蟲是地球上數(shù)量豐富的后生動(dòng)物之一,廣泛存在于各種生境中,在維持土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)等方面發(fā)揮著重要作用[7]。同時(shí),線蟲具有生存及適應(yīng)能力強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)類群多樣、對(duì)環(huán)境變化敏感,生活周期較短,提取與鑒定簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),因此,線蟲常被作為監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)管理措施干擾和評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量的重要指示生物[8-10]。前人的試驗(yàn)表明,秸稈等有機(jī)肥的施用能夠增加土壤有益線蟲的數(shù)量,降低土壤植食性線蟲的數(shù)量[10-13]。

不同地域的土壤生態(tài)環(huán)境不一,進(jìn)而使得秸稈還田試驗(yàn)對(duì)土壤線蟲群落的影響存在差異。為進(jìn)一步明確大田自然條件下玉米秸稈還田與土壤線蟲數(shù)量與屬類多樣性等之間的關(guān)系,本研究以華北地區(qū)玉米主栽品種蠡玉35為試驗(yàn)材料,在大田自然條件下于2013和2014連續(xù)兩年開展了玉米秸稈還田與不還田試驗(yàn)。本研究的開展有助于明確秸稈還田等農(nóng)事操作對(duì)土壤生物群落多樣性等的影響,及其對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。最終,為科學(xué)評(píng)價(jià)玉米秸稈還田的生態(tài)效應(yīng)和農(nóng)業(yè)良性循環(huán)型生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 大田試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山東省德州市寧津縣氣候變化與生物多樣性和控害減排(聯(lián)合)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地(37°64′ N,116°8′ E; http://www.ccbpm.org)進(jìn)行。該區(qū)域海拔16.5 m,年均溫12.9 ℃,年均降水量500—800 mm,屬于溫帶大陸性氣候。年平均日照時(shí)數(shù)2724.8 h,年平均日照百分率61%,年輻射總量126.5 kJ/cm2。土壤類型為蒙淤砂白土,屬于潮砂土,耕作層(0—20 cm)土壤pH 8.32。

供試玉米為華北地區(qū)主栽品種之一的蠡玉35,該品種為中熟品系,夏播生育期100 d左右。試驗(yàn)自2012年玉米收獲后開始,試驗(yàn)小區(qū)規(guī)格為8 m×10 m,各小區(qū)之間間隔3 m,試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理,每個(gè)處理3次重復(fù),田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。還田處理中,分別于2012和2013年收獲后連續(xù)2 a玉米秸稈全量粉碎還田；而對(duì)照不還田處理中玉米秸稈于收獲后全部清理出大田。結(jié)合整地將玉米秸稈粉碎后全部覆蓋地表,淺耕翻埋入土,直到下一次種植夏玉米時(shí)灌溉整地,期間不種植任何作物。在2012和2013年每年的6月24日采用機(jī)械直播,10月7日收獲,期間進(jìn)行常規(guī)田間水肥管理。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品的采集

分別于2013和2014年的6月23日(玉米播種前)、7月24日(拔節(jié)期)、8月24日(吐雄揚(yáng)花期)和9月24日(乳熟期)每年進(jìn)行4次土壤樣品采集。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi),采用S形采樣法,每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3—6個(gè)取樣點(diǎn),用200 cm3標(biāo)準(zhǔn)土鉆在玉米植株間靠近植株5 cm處鉆取0—20 cm耕土層,土樣混合放入自封袋,一部分土樣帶回室內(nèi)掰碎大的土塊剔除土壤根系及有機(jī)殘?bào)w后用以分離和鑒定土壤線蟲；另一部分土壤樣品置于室外,自然風(fēng)干,然后過20目和100目篩,用于土壤理化指標(biāo)的測(cè)定(土壤理化性質(zhì)的測(cè)定參照文獻(xiàn)[14])。

1.2.2 線蟲的分離與鑒定

土壤線蟲分離采用Baermann淺盤法[15],置于室溫條件下分離；48 h后用500目(孔徑25 μm)的篩網(wǎng)收集線蟲,并用4%的甲醛保存,分離所得的線蟲在體視顯微鏡下計(jì)數(shù)。并且根據(jù)土壤的含水量,將土壤線蟲數(shù)量換算成每100 g干土中線蟲的數(shù)量,然后每個(gè)樣本隨機(jī)取100條線蟲,參考《中國(guó)土壤動(dòng)物圖鑒》[16]進(jìn)行科屬種的鑒定。根據(jù)形態(tài)特征將線蟲劃分為植食線蟲(Plant-parasites)、食細(xì)菌線蟲(Bacterivores)、食真菌(Fungivores)和捕/雜食線蟲(Omnivores-predators)等4個(gè)營(yíng)養(yǎng)類群,并根據(jù)線蟲的食性和生活策略(r-策略和k-策略)對(duì)線蟲劃分為1—5的c-p值[17]。

1.3 線蟲生態(tài)指標(biāo)

線蟲總數(shù)以每100 g干土中線蟲總數(shù)表示。線蟲數(shù)量多度劃分標(biāo)準(zhǔn)為：個(gè)體數(shù)占線蟲總數(shù)的百分比>10%為優(yōu)勢(shì)屬,1%—10% 為常見屬,<1%為稀有屬[18]。營(yíng)養(yǎng)類群的“相對(duì)豐度”分別為植食者(Plant-parasites)、食細(xì)菌者(Bacterivores)、食真菌者(Fungivores)、捕/雜食者(Omnivores-predators)占線蟲總數(shù)的百分比。

其他測(cè)定的群落指標(biāo)和生態(tài)功能指標(biāo)如下：

(1)Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H′)計(jì)算式：H′=-∑PilnPi；式中Pi為第i個(gè)分類單元中個(gè)體占線蟲總數(shù)比例。

(2)豐富度為S,土壤線蟲屬的豐富度指土壤線蟲的屬數(shù)。

(3)均勻度指數(shù)(Evenness)為J=H′/InS；式中H′為Shannon-Wiener多樣性指數(shù),S為線蟲分類單元數(shù)。

(4)線蟲通道指數(shù)(NCR)為食細(xì)菌線蟲與食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲數(shù)量之比,即NCR=B/(B+F)；其中,B和F分別代表食細(xì)菌和食真菌的線蟲數(shù)量。線蟲通路指數(shù)(NCR)[19]是根據(jù)線蟲營(yíng)養(yǎng)類群劃分和提出的,以此評(píng)價(jià)土壤食物網(wǎng)和土壤生態(tài)系統(tǒng)能流途徑的指數(shù)。

(5)總成熟度指數(shù)(∑MI)的計(jì)算式為∑MI=∑vifi；式中vi為依據(jù)自由生活和植物寄生類型線蟲在生態(tài)演替中不同生活史對(duì)策分別賦予的c-p值,fi為某一科/屬(i)在線蟲總數(shù)中所占比重[20]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 20.0進(jìn)行。2013和2014年的6月23日、7月24日、8月24日和9月24日共計(jì)2 a的8次調(diào)查取樣的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采用重復(fù)測(cè)量方差分析(Repeated-measured ANOVA)來檢驗(yàn)連續(xù)2 a玉米生長(zhǎng)季節(jié)秸稈還田處理對(duì)土壤線蟲數(shù)量和群落科屬組成等的影響。此外,秸稈還田處理對(duì)2013—2014連續(xù)2 a 的8次取樣累計(jì)所得的土壤線蟲屬類的百分比組成的影響采用單因子方差分析(One-way ANOVA)。玉米秸稈還田與不還田處理測(cè)定的土壤線蟲指標(biāo)間的差異顯著性采用LSD法檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

從表1可以看出,與對(duì)照不還田處理相比,玉米秸稈還田土壤的全磷(F=11.692,P=0.027)和速效鉀(F=964.659,P<0.01)含量升高,差異顯著,而堿解氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量有增加的趨勢(shì),但差異不顯著; 此外,土壤總氮含量無明顯差異。

表1 不同處理的土壤理化性質(zhì)

CR：蠡玉35玉米秸稈還田 corn stover cultivation；CK：不還田對(duì)照處理 not cultivating core stover

2.2 土壤線蟲群落組成

2013—2014連續(xù)2 a 的8次調(diào)查共鑒定到37屬線蟲(表2)。其中,秸稈還田處理和不還田對(duì)照處理分別鑒定到植食性線蟲13和10屬,食細(xì)菌線蟲15和14屬,食真菌線蟲5和4屬,捕/雜食線蟲4和2屬；短體屬Pratylenchus和頭葉屬Cephalobus是秸稈還田處理和不還田對(duì)照處理的優(yōu)勢(shì)屬,比例分別高達(dá)25.98%和19.47%。秸稈還田處理田中：稀有屬有潛根屬Helicotylenchus、針屬Paratylenchus、裸矛屬Psilenchus、麗突屬Acrobeles、無咽屬Alaimus、哈利頭葉屬Halicephalobus、盆咽屬Panagrolaimus、棱咽屬Prismatolaimus、繞線屬Plectus、墊咽屬Tylencholaimus、原桿屬Protorhabditis、細(xì)齒屬Leptonchus、墊咽屬Tylencholaimus、真矛線屬Eudorylaimus、三等齒屬Pelodera、前矛線屬Prodorylaimus等。不還田對(duì)照處理田中：稀有屬有螺旋屬Helicotylenchus、偽墊刃屬Nothotylenchus、墊刃屬Tylenchus、短體長(zhǎng)針屬Longidorella、裸矛屬Psilenchus、擬麗突屬Acrobeloides、鉤唇屬Diploscapter、麗突屬Acrobeles、無咽屬Alaimus、盆咽屬Panagrolaimus、棱咽屬Prismatolaimus、繞線屬Plectus、墊咽屬Tylencholaimus、原桿屬Protorhabditis、小桿屬Rhabditis、中桿屬M(fèi)esorhabditis、真矛線屬Eudorylaimus等。此外,秸稈還田處理的畸頭葉屬M(fèi)esorhabditis、小桿屬Rhabditis、鉤唇屬Diploscapter、墊刃屬Tylenchus、畸頭葉屬M(fèi)esorhabditis、中桿屬M(fèi)esorhabditis、擬麗突屬Acrobeloides、螺旋屬Helicotylenchus、偽墊刃Nothotylenchus數(shù)量比不還田處理的高；潛根屬Helicotylenchus、哈利頭葉屬Halicephalobus、細(xì)齒屬Leptonchus、三等齒屬Pelodera、前矛線屬Prodorylaimus等只出現(xiàn)在秸稈還田處理田中,說明秸稈還田有利于增加土壤線蟲屬的豐度。

表2 玉米秸稈還田與不還田處理處理大田土壤線蟲屬類組成

*** 表示豐度>10%, 為優(yōu)勢(shì)屬；** 表示豐度為1%和-10%之間,為常見屬；* 表示豐度<1%,為稀有屬; 不同小寫字母表示秸稈還田處理與不還田處理食細(xì)菌線蟲百分比組成差異顯著(LSD檢驗(yàn)：P<0.05)

2.3 土壤線蟲各營(yíng)養(yǎng)類群數(shù)量與相對(duì)豐度動(dòng)態(tài)

通過2013—2014年連續(xù)2a的8次調(diào)查結(jié)果表明,秸稈還田處理對(duì)土壤線蟲數(shù)量動(dòng)態(tài)的影響不顯著(圖1)。其中,玉米秸稈還田處理土壤植食線蟲數(shù)量低于對(duì)照不還田處理(F=0.432,P=0.547; 圖1),而食細(xì)菌線蟲(F=5.996,P=0.071; 圖1)和土壤線蟲總數(shù)(圖1)高于不還田處理,但差異均未達(dá)到顯著水平(LSD檢驗(yàn)：P>0.05)。此外,玉米秸稈還田處理與對(duì)照不還田處理之間,食真菌線蟲(F=0.019,P=0.0897; 圖1)和捕/雜食線蟲(F=0.621,P=0.475; 圖1)的數(shù)量差異不明顯。

東方宇軒心中的一段衷曲，七圣固然是不知，但大家的心思，也是寬慰的，來萬花谷修身向道，固然可喜，修道的同時(shí)，聚天下英才少年而教育之，也是人生的至樂。一時(shí)大家點(diǎn)頭含笑，將慈愛贊許的目光投向袁安、李離、上官星雨，好像目光里都要沁出蜜來，將三人梅子一般漬在其中。上官星雨悄悄地吐著舌頭，袁安、李離也是松了一口氣。只是，勞駕十位師父，沖暑犯露，晚上來到高高的摘星樓上，點(diǎn)燈費(fèi)油，難道就是要通知我們?nèi)齻€(gè)白天的調(diào)皮搗蛋，并非是作弊，現(xiàn)在可以回去安心睡覺了嗎？

圖1 玉米秸稈還田處理和不還田對(duì)照處理大田土壤植食性線蟲、食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲、捕/雜食線蟲和土壤總線蟲數(shù)量動(dòng)態(tài)Fig.1 The abundance dynamics of plant-parasites, bacterivores, fungivores, omnivores-predators and total nematodes in field soil cropped with and without corn-straw-return cultivationsCR:蠡玉35玉米秸稈還田;CK:對(duì)照，即蠡玉35玉米秸稈不還田;不同小寫字母表示經(jīng)LSD檢驗(yàn)處理間土壤線蟲數(shù)量動(dòng)態(tài)差異顯著,P<0.05

由圖2可得,秸稈還田處理可顯著影響土壤食細(xì)菌線蟲的相對(duì)豐度(F=13.553,P=0.021; 圖2),但對(duì)其他三類營(yíng)養(yǎng)類群的相對(duì)豐度影響不顯著(圖2)。與對(duì)照不還田處理相比,秸稈還田處理土壤植食類線蟲的相對(duì)豐度低達(dá)0.78%—45.74%(F=4.634,P=0.098; 圖2),而食細(xì)菌線蟲的相對(duì)豐度顯著升高達(dá)16.33%—125.58%(F=13.553,P=0.021; 圖2)。此外,秸稈還田處理和對(duì)照處理間,食真菌線蟲(圖2)和捕/雜食線蟲(圖2)的相對(duì)豐度差異不明顯(LSD檢驗(yàn)：P>0.05)。

圖2 玉米秸稈還田和不還田對(duì)照處理大田土壤植食性線蟲、食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲、捕/雜食線蟲4個(gè)營(yíng)養(yǎng)類群的相對(duì)豐度變化動(dòng)態(tài)Fig.2 Percentage-composition dynamics of the four trophic groups of soil nematodes, plant-parasites, bacterivores, fungivores, omnivores-predators in the fields cropped with and without corn-straw-return cultivations不同小寫字母表示差異顯著

2.4 土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)

與對(duì)照不還田處理相比,秸稈還田可顯著提高土壤線蟲屬的豐富度(S: 26.53%—87.5%,F=40.835,P=0.003; 圖3)和群落多樣性(H′:5.21%— 37.68%,F=11.184,P=0.029; 圖3B)和線蟲通道指數(shù)達(dá)(NCR: 0%—68.25%;F=16.787,P=0.015; 圖3)。此外,與對(duì)照不還田處理相比,秸稈還田對(duì)群落均勻度(J:F=0.818,P=0.417; 圖3)、總成熟指數(shù)(∑MI:F=6.358,P=0.065; 圖3E)和瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI:F=5.027,P=0.088; 圖3)有影響但不顯著。隨著秸稈還田時(shí)間的延長(zhǎng)土壤線蟲的群落均勻度(J)變化不大,總成熟指數(shù)(∑MI)在秸稈還田中總體低于不還田對(duì)照處理,瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)普遍高于不還田對(duì)照處理(圖3)。

圖3 玉米秸稈還田和不還田對(duì)照處理大田土壤線蟲群落生態(tài)指數(shù)動(dòng)態(tài)Fig.3 Ecological- index dynamics of the soil nematode communities in fields cropped with and without corn-straw-return cultivations

3 討論

在本次實(shí)驗(yàn)2個(gè)處理中共鑒定出線蟲37個(gè)屬,在兩年8次取土中,土壤線蟲的數(shù)量均在292條/100g干土以上,最高達(dá)到1354條/100g干土,且在2個(gè)處理中均已常見線蟲占主體,其次是稀有線蟲屬,優(yōu)勢(shì)線蟲屬最少。

試驗(yàn)的各處理間線蟲的數(shù)量沒有明顯差異,但秸稈還田的數(shù)量高于不還田的數(shù)量,原因可能是秸稈的施入,使土壤中有更豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和食物來源,刺激r-策略者的大量繁殖[21-24],這與前人的研究結(jié)果相一致[12,25]。

線蟲營(yíng)養(yǎng)類群方面,兩年的數(shù)據(jù)表明在線蟲的營(yíng)養(yǎng)類群組成中植食性線蟲和食細(xì)菌線蟲占主體,但秸稈還田后食細(xì)菌線蟲的數(shù)量明顯增加,植食性線蟲數(shù)量減少,說明秸稈還田能夠增加食細(xì)菌線蟲的數(shù)量,降低植食類線蟲數(shù)量。此研究結(jié)果與Nahar等[12]、劉艷軍等[26]和葉成龍等[27]的研究結(jié)果相一致。這可能是由于秸稈還田改善了土壤中的養(yǎng)分狀況,增加了土壤微生物的數(shù)量,從而使食細(xì)菌線蟲的數(shù)量增加[27],DuPont等[28]的研究結(jié)果也表明有機(jī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)線蟲類群為食細(xì)菌線蟲,土壤線蟲群落的營(yíng)養(yǎng)類群分析可以有效反映土壤食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān)系及能流途徑[9]。本研究發(fā)現(xiàn),與不還田對(duì)照處理相比,秸稈還田中的食細(xì)菌線蟲的比例的提高,在一定程度上降低了植食線蟲比例,說明有效的秸稈還田能為土壤中的微生物提供豐富的碳源, 刺激微生物活性,改善農(nóng)田生產(chǎn)環(huán)境。

研究表明,有機(jī)肥能增加土壤食真菌性線蟲的數(shù)量和捕/雜食線蟲的數(shù)量[8],本實(shí)驗(yàn)中兩年數(shù)據(jù)顯示,秸稈還田處理的食真菌線蟲的豐度變化不明顯,這與前人結(jié)論不同,這可能是因?yàn)槭┯媒斩捄笃浞纸馔緩街饕羌?xì)菌途徑,植物在不同生長(zhǎng)階對(duì)微生物及其食微動(dòng)物提供數(shù)量不同的基質(zhì),從而影響了食微動(dòng)物的數(shù)量結(jié)構(gòu)[29-30],增加細(xì)菌數(shù)量和比例[31],細(xì)菌能夠快速利用活性有機(jī)質(zhì),促進(jìn)食細(xì)菌線蟲和原生動(dòng)物的大量增殖[32],而真菌者生長(zhǎng)緩慢,需要分配更多的能量來利用有機(jī)質(zhì),與之相關(guān)的食真菌土壤動(dòng)物對(duì)其生物量和活性影響相對(duì)較小,所以食細(xì)菌類線蟲的豐度變化比較明顯,而食真菌類線蟲的豐度變化不明顯；秸稈還田能夠提高捕/雜食線蟲的豐度,這主要原因是秸稈的施用增加了其食物來源[33]。

從土壤理化性質(zhì)結(jié)果來看,玉米秸稈還田對(duì)土壤磷、鉀含量的影響較為顯著。與其它大量營(yíng)養(yǎng)元素相比,土壤磷的含量相對(duì)較低,趙秀蘭等[34]在潮棕壤和草甸土上進(jìn)行的定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)玉米根茬還田后,潮棕壤各施肥處理有效磷提高135.7至178.6,提高幅度之大為諸項(xiàng)養(yǎng)分物質(zhì)之首,土壤磷的吸附與解吸、沉淀與溶解是土壤磷轉(zhuǎn)化的重要化學(xué)過程,施用有機(jī)肥料能提高磷有效性的機(jī)理,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是有機(jī)肥影響土壤磷的吸附和解吸特性而起作用的.

農(nóng)作物秸稈中一般含有數(shù)量較多的鉀素,而且這些鉀素都是水溶性的,因此,當(dāng)其施入土壤后能明顯提高土壤交換性鉀(有效鉀)的水平,陳蘭詳?shù)萚35]報(bào)道,每666.7m2覆蓋200 g稻草所帶入的鉀相當(dāng)于7.5 kg KCl 的肥效, 另據(jù)有關(guān)研究指出,利用玉米秸稈還田所增加的土壤交換性鉀的數(shù)量,相當(dāng)于作物生長(zhǎng)季節(jié)從土壤中吸收的交換性鉀的總量。

玉米秸稈還田種植不會(huì)顯著影響土壤速效磷、堿解氮、全氮和有機(jī)質(zhì)含量,但線蟲種類多樣性是否與土壤全磷和速效鉀的升高有關(guān)還需要進(jìn)一步長(zhǎng)期的野外試驗(yàn)的驗(yàn)證。

利用線蟲的生態(tài)指數(shù)可以很好地反映不同處理間土壤線蟲多樣性和群落結(jié)構(gòu)的差異程度。本文主要選取了6種生態(tài)指數(shù),其中H′、S和J可以用來表征土壤線蟲的多樣性特征[36]。H′越大,表明土壤線蟲種類越豐富；J越大,表明土壤線蟲屬的豐度分布比較均勻,土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。研究表明H′和S在秸稈還田與不還田對(duì)照處理下存在顯著差異,說明秸稈還田后能顯著提高土壤種類豐富度；總成熟指數(shù)(∑MI))[37]是根據(jù)線蟲的群落結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)人類的活動(dòng)對(duì)線蟲群落結(jié)構(gòu)的影響,進(jìn)而可以表明土壤環(huán)境所受的干擾程度,總成熟指數(shù)越低,表明土壤環(huán)境受到干擾程度越大；瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)用于反映土壤線蟲群落組成和土壤的健康程度,其值越大,表明土壤食微線蟲豐度越高,土壤健康程度越高。從本試驗(yàn)結(jié)果分析可知,在線蟲總成熟度指數(shù)(∑MI)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(J)和瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)等方面均沒有顯著的差異,這可能與試驗(yàn)實(shí)施的時(shí)間較短有關(guān),隨試驗(yàn)時(shí)間的推移,這些指標(biāo)可能會(huì)發(fā)生分異和相應(yīng)的抵消作用。在線蟲營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)方面,玉米秸稈還田與不還田對(duì)照處理相比,NCR明顯增加。由于線蟲的營(yíng)養(yǎng)類群結(jié)構(gòu)與土壤碎屑食物網(wǎng)密切相關(guān),取食細(xì)菌和取食真菌的土壤線蟲的數(shù)量常被用于探測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)的分解途徑,NCR 值為0,代表土壤有機(jī)質(zhì)分解是依靠完全的真菌分解途徑；若NCR值為1,則表示完全的細(xì)菌分解途徑。 本實(shí)驗(yàn)各處理NCR均值都在0.5以上,且重復(fù)度量方差分析表明：線蟲通道指數(shù)(NCR)在秸稈還田條件下顯著高于 不還田對(duì)照處理(F=16.787,P=0.015)。表明各處理主要依靠細(xì)菌途徑分解土壤有機(jī)物質(zhì),而且在秸稈還田條件下有顯著性差異, 這表明有機(jī)施肥措施明顯促進(jìn)食細(xì)菌線蟲并抑制植食線蟲的的繁殖;由H′和WI得出, 秸稈還田可以明顯降低土壤環(huán)境受到干擾的程度,說明秸稈還田不僅可以使土壤食物網(wǎng)健康運(yùn)行,而且可以保持土壤環(huán)境的穩(wěn)定性。綜合線蟲生態(tài)指數(shù)得出,玉米秸稈還田的土壤環(huán)境狀況更加穩(wěn)定健康,因此,秸稈還田有益于土壤生態(tài)環(huán)境,有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

綜上可知,秸稈還田的施用可以顯著增加土壤線蟲數(shù)量,并且對(duì)食細(xì)菌線蟲的繁殖起到促進(jìn)作用,對(duì)植食線蟲起到一定的抑制作用,同時(shí)結(jié)合線蟲群落結(jié)構(gòu)及生態(tài)指數(shù)分析可知,秸稈的施用,可以優(yōu)化原土線蟲的群落結(jié)構(gòu),降低土壤環(huán)境受干擾的程度,改善土壤的環(huán)境狀況,使土壤生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展。

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Effects of corn stover cultivation on the population dynamics and genus composition of soil nematode community

MOU Wenya1, JIA Yifan1, CHEN Xiaoyun2, LIU Manqing2, ZHOU Kexin3, LI Junsheng4, CHEN Fajun1,*

1DepartmentofEntomology,CollegeofPlantProtection,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China2SoilEcologyLab,CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China3NanjingInstituteofEnvironmentalSciences,stateEnvironmentalProtectionAdministration,Nanjing210042,China4ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China

In this study, the impact of corn stover cultivation, (i.e., CR) in contrast with not cultivating core stover (i.e., CK), on the population dynamics, genera, and structure of the soil nematodes community was examined in the field. The results indicated that a total of 36 genera of nematodes were found and identified for the two treatments of corn-straw-return/non-return cultivation (CR: 36,CK: 30) during the eight sampling dates between 2013—2014, including 12 genera of plant-parasites (CR: 12,CK: 10), 15 genera of bacterivores (CR: 15,CK: 14), 5 genera of fungivores (CR: 5,CK: 4), and 4 genera of omnivores-predators (CR: 4,CK: 2). Compared with not cultivating core stover, corn stover cultivation decreased the percentage of plant-parasites and fungivores, while noticeably enhanced the percentage of bacterivores and omnivorespredators. A significant increase in the percentage of bacterivores (about 42.95%) was recorded for the corn stover cultivation, than that with not cultivating core stover. Moreover, the total number of nematodes was higher in the corn stover cultivation field than that in the not cultivating core stover field, while no significant difference was found between the two treatments. Additionally, significant increases in bacterivore abundance (16.3%—125.6%) was found for the corn stover cultivation treatment relative to that in the corn stover cultivation. Furthermore, the corn-straw-return cultivation demonstrated significantly enhanced Shannon-Wiener index (H′), Richness index (S), and Nematode Channel Ratio (NCR), but did not markedly affect the Evenness index (J), the Wasilewska index (WI), and the Total Maturity index (∑MI), when compared to those of not cultivating core stover. In conclusion, corn stover cultivation has important ecological impacts on the agroecosystem, and it can enhance the abundance and genera diversity of soil nematodes, thereby creating a stable and healthy soil ecosystem.

corn stover cultivation; soil nematode; trophic groups; abundance dynamics; community structure

國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)(2014ZX08012-005, 2013ZX08012-005)

2015- 09- 01;

日期:2016- 06- 14

10.5846/stxb201509011809

*通訊作者Corresponding author.E-mail: fajunchen@njau.edu.cn

牟文雅, 賈藝凡, 陳小云, 劉滿強(qiáng), 周可新, 李俊生, 陳法軍.玉米秸稈還田對(duì)土壤線蟲數(shù)量動(dòng)態(tài)與群落結(jié)構(gòu)的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(3):877- 886.

Mou W Y, Jia Y F, Chen X Y, Liu M Q, Zhou K X, Li J S, Chen F J.Effects of corn stover cultivation on the population dynamics and genus composition of soil nematode community.Acta Ecologica Sinica,2017,37(3):877- 886.