茍麗瓊，姚 恒，王 戈，黃如成，段均華，肖玖金，*，張 健

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，四川 雅安 625014； 2.廣元市朝天區(qū)林業(yè)和園林局，四川 廣元 628012； 3.四川九頂山省級自然保護區(qū)什邡管理站，四川 什邡618400； 4.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)林業(yè)研究所，四川 溫江 611130)

稻草是指收獲作物主產(chǎn)品之后在田間剩余的副產(chǎn)物[1]。稻草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(zhì)和腐殖質(zhì)，有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上重要的潛在碳庫[2-3]，有助于提高農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[4-5]。目前，許多水稻種植區(qū)直接將稻秸焚燒[6]，對空氣環(huán)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(jié)構(gòu)，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(yǎng)分及土壤動物的影響方面[8]，而關(guān)于不同稻草還田處理下土壤動物反應(yīng)方面的研究較少。

土壤動物在生態(tài)系統(tǒng)中是重要的物質(zhì)分解者，對土壤性質(zhì)變化、物質(zhì)遷移和能量轉(zhuǎn)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(zhì)和水等作為營養(yǎng)物質(zhì)，不斷從環(huán)境中吸收養(yǎng)分，同時，將體內(nèi)未被消化的物質(zhì)排出，在微生物的綜合作用下轉(zhuǎn)化為土壤養(yǎng)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(dǎo)致其死亡[12]；因而，土壤動物可以作為土壤污染監(jiān)測和土壤質(zhì)量評價的重要指示生物，也是自然界中物質(zhì)循環(huán)的原動力[13]。

為探索稻草不同還田方式下土壤動物群落結(jié)構(gòu)特征，本研究以無稻草還田區(qū)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(nóng)田土壤動物群落特征，以期為農(nóng)田土壤動物的保護及其生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用和發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于四川省都江堰市蒲陽鎮(zhèn)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(fā)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(yōu)6203，當季油菜(綿油88)收割后開展試驗。

1.2 試驗設(shè)置

于2016年4月底，按照具有典型性、代表性的原則在大田內(nèi)設(shè)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(chǎn)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(shè)置4個處理，每個處理重復(fù)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(shù)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(shù)。同時，在各土層用環(huán)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(wǎng)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(shù)

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(shù)75%乙醇溶液的培養(yǎng)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(xué)》[20]等進行分類計數(shù)。由于幼蟲和成蟲在土壤中的作用不同，因此分開統(tǒng)計。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

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

類群數(shù)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(yōu)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(shù)據(jù)在SPSS 22.0平臺上進行數(shù)據(jù)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(tài)分布的數(shù)據(jù)，利用lg(X+1)進行轉(zhuǎn)換，如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后仍不服從正態(tài)分布，則進行Kruskal Wallis Test(H)非參數(shù)檢驗。

用Origin 8.1制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤動物類群結(jié)構(gòu)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(yōu)勢類群為線蟲綱(Nematoda)，占全部調(diào)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(diào)查土壤動物總密度的8.32%、4.26%、2.05%和1.65%；剩余的45類構(gòu)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(gòu)成樣地上的優(yōu)勢類群；CK樣地上，土壤動物的優(yōu)勢類群為線蟲綱，懶甲螨科、線蚓科、綏螨科和棘跳科(Onychiuridae)構(gòu)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(yōu)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(yōu)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，F(xiàn)S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，F(xiàn)G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(guān)。

還田2個月后，不同處理樣地上土壤動物的類群數(shù)無顯著差異；還田5個月后，F(xiàn)S和FG處理的土壤動物類群數(shù)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(shù)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(shù)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，F(xiàn)G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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)出明顯的表聚性特征。還田2個月后：在0—5 cm土層，F(xiàn)S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，F(xiàn)G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，F(xiàn)S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，F(xiàn)G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(shù)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(shù)間產(chǎn)生了顯著(P<0.05)差異：FS處理的土壤動物均勻度指數(shù)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(yōu)勢度指數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)，稻草還田方式及時間對土壤動物優(yōu)勢類群和常見類群的構(gòu)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(huán)境密切相關(guān)[22]。秸稈焚燒后還田便于分解，有利于土壤中有機質(zhì)和全氮含量的增加[23]；稻草覆蓋還田處理下可以增加農(nóng)田土壤表層腐殖質(zhì)的水分和有機質(zhì)含量，提高土壤保水保墑能力，喜濕性土壤動物數(shù)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(dǎo)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(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)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(huán)境敏感性強，因而響應(yīng)明顯[26-27]。各處理的優(yōu)勢度指數(shù)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(yōu)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(jié)構(gòu)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(jié)約成本、提高效率及環(huán)境保護等方面的考慮，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(tài)的全面影響，今后應(yīng)對持續(xù)稻草還田的土壤動物動態(tài)變化特征進行長期檢測研究，以便為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供更加科學(xué)、翔實的依據(jù)。