趙烏英嘎， 紅 梅， 趙巴音那木拉， 劉鵬飛， 美 麗， 王文東， 李金龍

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 草原與資源環(huán)境學院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質量與養(yǎng)分資源重點實驗室， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 3.內(nèi)蒙古阿榮旗農(nóng)業(yè)技術推廣中心， 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 162750)

黑土是地球上最珍貴的土壤資源，它具有質地疏松、肥力高、供肥能力強等特點[1]，是中國重要的商品糧基地[2]。目前，由于黑土資源的高強度利用、掠奪式經(jīng)營和農(nóng)田化學品過量投入，導致黑土區(qū)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失嚴重，耕地土壤退化，對生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來了極大的危害[3]。因此，探索適宜的黑土區(qū)耕作方法，為改善黑土區(qū)耕層結構，提高作物生產(chǎn)力具有重要的理論和實踐意義。

耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要措施，合理的耕作方式有利于提高土壤肥力，減少耕層水土流失和土壤侵蝕，可以有效提高土地生產(chǎn)力，改善生態(tài)環(huán)境[4]。土壤動物是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分之一，在改善土壤理化性質，促進土壤物質循環(huán)和能量轉化過程中發(fā)揮著重要的作用[5]。中小型土壤動物總個體數(shù)多，世代更替快，可作為判斷土壤環(huán)境變化的重要指標[6]。耕作方式的改變會引起農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤動物生存環(huán)境的改變，進而影響土壤動物的群落結構、多樣性及空間分布[7]。免耕作為保護性工作措施防止了機械操作對土壤的擾動和土壤結構的破壞，能夠保護地表殘茬覆蓋，增加土壤導水率，減少耕作過程中土壤水分流失[8-9]。Varvel等[10]研究表明免耕有助于表層土壤養(yǎng)分匯集，提高土壤中有機質含量，從而提高土壤質量。深松可以全面打破土壤犁底層，使耕層加深，增加根系縱深分布，改善土壤結構，促進水分滲透，并有蓄水保墑等作用[11]。近年來，有關土壤動物對耕作方式響應的研究受到廣泛的關注，多是關于保護性耕作對土壤動物群落的影響。本文主要對免耕和深松耕作措施進行研究。選取內(nèi)蒙古東部黑土區(qū)農(nóng)田作為研究樣地，通過不同耕作方式對農(nóng)田中小型土壤動物群落結構的響應，為探索該地區(qū)最適宜的耕作方法提供參考依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市阿榮旗樂昌五組進行 (48°20′N， 123°31′E)，試驗區(qū)位于大興安嶺向松嫩平原過渡的黑土帶，海拔高度204 m，氣候類型屬于溫帶大陸性半干旱半濕潤氣候，年平均氣溫1.7 ℃，年有效積溫2 394 ℃。年平均降水量450 mm，主要集中在6—8月，占全年降水量的70%。無霜期90～130 d，土壤類型為黑鈣土。

1.2 試驗設計

試驗設計于2016年，耕作處理前土地利用背景為農(nóng)田，試驗設置3個處理：對照(CK)、免耕(NT)和深松30 cm(DP)。隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)面積20 m×20 m=400 m2，小區(qū)之間間隔2 m。施肥為摻混肥料(N∶P2O5∶K2O=21∶14∶10)，施用量為540 kg/hm2。灌水方式為井水噴灌，灌水2次。種植作物為玉米，播種時間為2016年5月8日進行，收獲時間為2016年10月8日。除耕作措施外，其他農(nóng)業(yè)措施如播種、施肥、除草等均保持一致。

1.3 中小型土壤動物樣品采集與鑒定

試驗于2016年6—9月進行，逐月采集中小型土壤動物樣品。采用環(huán)刀法(高10 cm，直徑5 cm)取樣，沿土壤剖面劃分為0—10，10—20，20—30 cm共3層依次取樣。中小型土壤動物采用改良干漏斗(modified tullgren)法經(jīng)過24 h分離提取，將收集到的中小型土壤動物裝在盛有75%酒精的塑料瓶中，分類鑒定參考《中國土壤動物檢索圖鑒》[12]和《內(nèi)蒙古昆蟲志》[13]，并在顯微鏡(Olympus CKX41)和體視顯微鏡(SZ78系列)下對標本進行鑒定，所有土壤動物鑒定到科。土壤理化性質測定樣品于0—30 cm土層取樣。土壤有機質采用重鉻酸鉀-容量法測定[14]；土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤滲透性采用雙環(huán)注水的方法測定，滲透總量統(tǒng)一取前90 min的滲透量[15]。土壤溫度采用溫度計(TP101型)測定；土壤含水量采用烘干法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

(1) 土壤動物優(yōu)勢度的劃分。個體數(shù)占總個體數(shù)10%以上的土壤動物類群為優(yōu)勢類群，1%～10%之間的土壤動物類群為常見類群，1%以下的為稀有類群[16]。

(2) 采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比較方法(LSD)。分析不同處理土壤動物和土壤指標之間差異顯著性。

(3) 對土壤動物群落特征進行分析時，采用Shannon多樣性指數(shù)(H′)，Pielou均勻度指數(shù)(E)，Margalef豐富度指數(shù)(D)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)[17-19]。

群落多樣性指數(shù)計算公式如下：

(1)

E=H/InS

(2)

D=(S-1)/InN

(3)

(4)

式中：Pi——第i個物種的個體數(shù)占總個體數(shù)的比率；S——類群數(shù)；N——總個體數(shù)；ni/N表明各個體數(shù)占總個體數(shù)的百分數(shù)。

(4) 數(shù)據(jù)采用SPDP 17.0統(tǒng)計分析軟件進行處理與分析，通過Excel 2003制作圖表。

2 結果與分析

2.1 中小型土壤動物群落組成

如表1所示，從研究區(qū)分離出中小型土壤動物3 749只，隸屬于節(jié)肢動物門的47個類群。其中，從對照CK中分離出中小型土壤動物1 281只，隸屬于36個類群；NT處理分離出中小型土壤動物889只，隸屬于34個類群；深松(DP)處理分離出中小型土壤動物1 579只，隸屬于33個類群。優(yōu)勢類群為四奧甲螨科和等節(jié)科2類，占總數(shù)24.90%；常見類群為矮蒲螨科、微離螨科、絨螨科、大赤螨科、赤螨科、巨須螨科、美綏螨科、巨螯螨科、寄螨科、派盾螨科、植綏螨科、尾足螨科、囊螨科、跳甲螨科、奧甲螨科、上羅甲螨科、球角科、疣科、鱗科和跳蟲科，共20類，占總數(shù)70.69%；其余25類為稀有類群，占總數(shù)4.41%。

不同耕作方式影響中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)變化，中小型土壤動物個體數(shù)表現(xiàn)為深松>對照>免耕，與對照相比，深松處理下顯著提高了中小型土壤動物個體數(shù)(p<0.05)，而免耕處理下降低了中小型土壤動物的個體數(shù)(p<0.05)；中小型土壤動物類群數(shù)表現(xiàn)為CK>免耕>深松，免耕和深松處理均降低了中小型土壤動物的類群數(shù)，但無顯著差異(p>0.05)。

2.2 不同耕作方式對中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)的動態(tài)特征

不同耕作方式下中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)在不同月份中存在一定差異(見圖1)。由圖1可知，對照CK中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)是逐月減少趨勢；免和深松處理下中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)呈先增加后下降趨勢。深松處理下8月份中小型土壤動物個體數(shù)顯著高于對照CK和免耕處理(p<0.05)；對照CK和免耕處理下中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)在不同月份之間無顯著差異(p>0.05)。

注：圖中不同大寫字母表示月份內(nèi)處理間的差異(p<0.05)。不同小寫字母表示處理間月份內(nèi)的差異(p<0.05)。圖1 中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)表1 不同處理中小型土壤動物組成

群落組成目 名科 名CK個體數(shù)/只比例/%免耕個體數(shù)/只比例/%深松個體數(shù)/只比例/%總計個體數(shù)/只比例/%矮蒲螨科(Pygmephoridae)513.84373.971468.742345.95微離螨科(Microdispidae)564.21414.40 1468.742436.18絨螨科(Trombidiidae)191.43131.40 382.27701.78大赤螨科(Anystidae)191.4330.32211.26431.09赤螨科(Erythraeidae)322.41212.26191.14721.83隱顎螨屬(Cryptognathidae)50.38111.1800160.41前氣門亞目Prostigmata盾螨科(Scutacaridae)151.130000150.38巨須螨科(Cunaxidae)342.56262.79402.391002.54騰島螨科(Teneriffidae)50.3890.97191.14330.84跗線螨科(Tarsonmidae)90.68000090.23葉螨科(Tetranychidae)0000150.90 150.38吸螨科(Bdellidae)0080.860080.20 小黑螨科(Caligonellidae)322.4170.7500390.99厲螨科(Laelapidae)10.0850.540060.15美綏螨科(Ameroseiidae)574.29121.291096.521784.53表刻螨科(Epicriidae)40.30 000040.10 巨螯螨科(Macrochelidae)221.6660.64784.671062.7寄螨科(Parasitidae)282.11202.15392.33872.21中氣門亞目Mesostigmata派盾螨科(Parholaspididae)241.8180.86432.57751.91厚厲螨科(Pachylaelapidae)90.6840.43130.78260.66真伊螨科(Eviphididae)70.5350.54110.66230.59植綏螨科(Phytoseiidae)413.0900593.531002.54尾足螨科(Uropodidae)231.73192.04331.97751.91囊螨科(Ascidae)181.3580.86281.68541.37跳甲螨科(Zetorchestidae)00131.40 583.47711.81奧甲螨科(Oppiidae)1027.67515.481669.933198.11四奧甲螨科(Quadroppiidae)16712.5714715.791438.5645711.63上羅甲螨科(Epilohmanniidae)896.70 434.62462.751784.53尖棱甲螨科(Ceratozetes)60.45000060.15縫甲螨科(Hypochthoniidae)50.3800191.14240.61大翼甲螨科(Galumnidae)00222.36150.90 370.94甲螨亞目Oribatida副大翼甲螨科(Haplozetidae)00151.61201.20 350.89盲甲螨科(Malaconothridae)0060.640060.15無領甲螨科(Amerridae)00252.6900250.64短縫甲螨科(Eniochthoniidae)100.7570.7500170.43禮服甲螨科(Trhypochthonius)0000160.96160.41角翼甲螨科(Achipteridae)0000150.90 150.38滑珠甲螨科(Damaeolidae)70.53111.1800180.46菌板鰓甲螨科(Mycobatidae)0000231.38230.59等節(jié)科(Isotomidae)22416.8520321.8955.6952213.28球角科(Hypogastruridae)312.33262.79241.44812.06彈尾目Collembola棘科(Onychiuridae)50.38000050.13疣科(Neanuridae)110.83202.15392.33701.78鱗科(Tomoceridae)513.84202.1510.06721.83跳蟲科(Poduridae)564.21171.83211.26942.39等翅目Isoptera木螱科(Kalotermitidae)0000211.26210.53雙尾目Diplura鋏蟲八科(Japygidae)60.45000060.15個體數(shù) 1 281 889 1 579 3 749 類群數(shù) 36 34 33 47

注：“0”表示該土壤動物類群在該處理中未被發(fā)現(xiàn)。

2.3 不同耕作方式對中小型土壤動物多樣性的影響

如表2所示，DP處理下中小型土壤動物優(yōu)勢度指數(shù)最高，與對照CK處理存在顯著差異(p<0.05)，對照CK處理下中小型土壤動物多樣性和豐富度指數(shù)最高，但與免耕和深松處理無顯著差異(p>0.05)； 免耕處理下中小型土壤動物均勻度指數(shù)最高，但與對照CK和深松處理無顯著差異(p>0.05)。

2.4 不同耕作方式對中小型土壤動物垂直分布的影響

由圖2所示，中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)在土層的垂直分布中表現(xiàn)出明顯的表聚性，耕作方式并未能改變這一規(guī)律。中小型土壤動物個體數(shù)垂直分布中，3種耕作方式下顯著降低了10—20 cm和20—30 cm土層的中小型土壤動物的個體數(shù)(p<0.05)；中小型土壤動物類群數(shù)垂直分布中，免耕和深松處理顯著降低了10—20 cm和20—30 cm土層的中小型土壤動物的類群數(shù)(p<0.05)，對照CK顯著降低了20—30 cm土層的中小型土壤動物的類群數(shù)(p<0.05)。

表2 不同處理中小型土壤動物群落特征

注：同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示處理之間有顯著差異(p<0.05)。

圖2 不同土層中小型土壤動物個體數(shù)與類群數(shù)

2.5 不同耕作方式對土壤理化性質的影響

如表3所示，不同耕作方式對土壤理化性質的影響表現(xiàn)為，與對照CK相比，深松處理下土壤滲透總量、土壤溫度和土壤含水量得到提高，其中滲透總量顯著高于對照CK(p<0.05)。深松處理下土壤容重顯著低于對照CK和免耕處理(p<0.05)。免耕處理下土壤有機質含量高于對照CK和深松處理，但未達到顯著水平(p>0.05)。

表3 不同處理對土壤理化性質的影響

注：同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示處理之間有顯著差異(p<0.05)。

2.6 土壤動物群落指數(shù)與土壤理化性質的相關性

如表4所示，Pearson相關系數(shù)分析表明，土壤容重與中小型土壤動物的個體數(shù)呈極顯著負相關(p<0.01)；均勻度指數(shù)與土壤的滲透總量呈極顯著正相關(p<0.01)。多樣性指數(shù)與土壤溫度呈極顯著負相關(p<0.01)。豐富度指數(shù)與土壤有機質呈正相關(p<0.05)。

表4 中小型土壤動物群落與土壤環(huán)境因子相關系數(shù)

注：*表示顯著相關(p<0.05)；**表示極顯著相關(p<0.01)。

3 討 論

3.1 不同耕作方式下中小型土壤動物群落結構特征

不同的耕作方式會引起農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤動物生存環(huán)境的變化，進而影響土壤動物的群落結構和多樣性[20]。林英華等[21]研究表明，土壤動物群落結構的變化能反映長期耕作對農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照CK相比，免耕處理下減少了中小型土壤動物個體數(shù)，原因是免耕處理對土壤不進行任何耕作措施，土粒自身下沉和播種時機械的下壓作用，導致土壤容重顯著增加[22]，使土壤處于緊實狀態(tài)、通透性差，限制了中小型土壤動物的活動和快速繁殖。不同耕作方式下中小型土壤動物類群數(shù)表現(xiàn)為免耕處理高于深松處理，免耕處理很好的保護了對環(huán)境變化敏感的中小型土壤動物，而深松處理對土壤的擾動較大[23]，限制了某些中小型土壤動物的生長繁殖。本研究中，對照CK下中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)逐月減少，而免耕和深松處理下中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)呈先增加后下降趨勢，免耕和深松處理下中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)均在8月份最多(圖1)，且8月份深松處理下中小型土壤動物個體數(shù)顯著高于其他月份個體數(shù)，原因是8月份的土壤水熱條件適中，促進中小型土壤動物快速繁殖，導致土壤動物個體數(shù)增加，這與楊旭等[24]研究結果基本一致。土壤動物群落結構與土壤環(huán)境密切相關，土壤環(huán)境是土壤動物生存的必要條件，在本研究中，土壤容重與中小型土壤動物個體數(shù)呈極顯著負相關，深松處理下中小型土壤動物個體數(shù)顯著增加，對土壤進行深松處理可以較好的疏松土壤，降低土壤容重，增加土壤空隙度，提高土壤滲透速率，為作物根系創(chuàng)造疏松深厚的土壤環(huán)境，利于中小型土壤動物的生存。

3.2 不同耕作方式下中小型土壤動物垂直分布及多樣性

中小型土壤動物垂直分布情況可以反映不同耕作方式對土壤環(huán)境的影響[25]。不同耕作方式下中小型土壤動物群落垂直分布具有表聚性，0—10 cm土層中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)顯著高于10—20 cm和20—30 cm土層(p<0.05)，占總個體數(shù)的71%。且免耕處理下中小型土壤動物類群數(shù)具有更明顯的表聚特征，是由于免耕處理對土壤不進行任何耕作措施，使養(yǎng)分匯集在土壤表層[26]，有助于更多土壤動物分布于表層土壤。中小型土壤動物群落多樣性是反映土壤動物群落結構差異性的重要指標[27]，土壤動物數(shù)量的增多是由優(yōu)勢類群的土壤動物個體數(shù)量增多所引起，而土壤動物類群的增加主要是稀有種類的土壤動物增加所引起的[28]。本研究中，深松處理下矮蒲螨科和奧甲螨科個體數(shù)由對照CK的51只和102只提高到146只和166只，分別增加186.27%和62.75%，說明深松處理下的土壤環(huán)境有利于矮蒲螨科和奧甲螨科的生存，至使優(yōu)勢度指數(shù)增加。這與孔曉民等[29]和劉紅亮等[30]的研究結果基本一致。免耕處理下中小型土壤動物均勻度指數(shù)較高，可能是免耕處理降低了對土壤擾動，很好的保護了中小型土壤動物類群數(shù)?？梢钥闯觯煌鞣绞綄χ行⌒屯寥绖游锒鄻有缘挠绊懢哂幸欢ú町?。

4 結 論

(1) 本研究從常規(guī)，免耕和深松處理分別分離獲取中小型土壤動物1 281，889，1 579只，分別占總數(shù)的34.17%，23.71%和42.12%，深松處理有助于提高中小型土壤動物的個體數(shù)。

(2) 多樣性分析表明，與對照CK相比，深松處理后土壤疏松多孔，土壤容重下降，孔隙度增加，使土壤有良好的通氣性，進而增加了中小型土壤動物個體數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)；免耕處理很好的保護了中小型土壤動物的類群數(shù)和豐富度指數(shù)。

(3) 垂直分布表明，不同耕作方式下中小型土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)均在0—10 cm土層最高，均有明顯的表聚性。

(4) 月動態(tài)表明，深松處理在8月份個體數(shù)顯著高于其他月份的個體數(shù)，有助于土壤螨類的快速繁殖。