接種線蟲對復(fù)墾銅尾礦地堿解氮及氮素礦化的影響

韓斐+張衡+朱永恒

摘要：在室內(nèi)恒溫（20℃）控制性培養(yǎng)1個月和2個月后，研究了土壤線蟲活動對銅尾礦復(fù)墾地土壤堿解氮以及氮素礦化的影響。實驗分別設(shè)置藎草、小飛蓬和茅草3種優(yōu)勢植被土下的3個處理：①不接種線蟲的對照處理（-Nem）;②培養(yǎng)盆內(nèi)接種125條線蟲處理（+125Nem）;③培養(yǎng)盆內(nèi)接種250條線蟲處理（+250Nem），每個處理設(shè)置3個重復(fù)。實驗結(jié)果顯示：無論是1個月還是2個月為周期的室內(nèi)培養(yǎng)，在以銅尾礦復(fù)墾地土壤為供試土壤中接種線蟲處理（+125Nem，+250Nem）的土壤堿解氮含量較相應(yīng)的對照處理（-Nem）有顯著性提高（p<0.01）。藎草優(yōu)勢植被土下接種線蟲（+125Nem，+250Nem）1個月周期內(nèi)堿解氮含量分別是對照處理（-Nem）的4.05倍和5.72倍，2個月周期內(nèi)分別是5.58倍和7.04倍;小飛蓬優(yōu)勢植被土下接種線蟲（+125Nem，+250Nem）1個月周期內(nèi)堿解氮含量分別是對照處理（-Nem）的3.01倍和4.31倍，2個月周期內(nèi)分別是4.07倍和5.67倍;茅草優(yōu)勢植被土下接種線蟲（+125Nem，+250Nem）1個月周期內(nèi)堿解氮含量分別是對照處理（-Nem）的2.07倍和2.96倍，2個月周期內(nèi)分別是2.90倍和3.93倍。通過相關(guān)數(shù)據(jù)計算這兩個周期內(nèi)土壤的氮素礦化速率發(fā)現(xiàn)，接種線蟲后（+125Nem，+250Nem），土壤的氮素礦化速率顯著高于（p<0.01）相對應(yīng)的不接種線蟲對照處理（-Nem），并且在2個月培養(yǎng)期內(nèi)接種250條線蟲處理（+250Nem）條件下達(dá)到最高值。

關(guān)鍵詞：土壤線蟲;銅尾礦復(fù)墾地;堿解氮;氮素的礦化速率

中圖分類號：X53

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）12001004

1引言

尾礦廢棄地是指堆放煤炭、有色金屬（銅鉛鋅）、黑色金屬（鐵錳）、化工（磷硫鉀）等尾礦造成的廢棄土地，其土壤理化性質(zhì)惡劣，重金屬含量高，植被稀少，生物貧乏[1]，是一種特殊的退化生態(tài)系統(tǒng)。大部分礦山廢棄地缺乏N、P、K和有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)[2]。而氮作為植物生長和發(fā)育所需的大量營養(yǎng)元素之一，是評價和衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其中的堿解氮又稱有效氮能反映土壤近期內(nèi)氮素供應(yīng)情況，它與作物生長的關(guān)系密切相關(guān)[3]。土壤動物是維持陸地生態(tài)系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)和功能不可缺少的組成部分[4]，對土壤理化性質(zhì)的改善以及土壤質(zhì)量的恢復(fù)發(fā)揮著重要作用。土壤線蟲作為土壤動物中的優(yōu)勢類群，能夠促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)降解，增強(qiáng)營養(yǎng)物質(zhì)的礦化，疏松土壤，改善土壤的理化形狀，提高土壤的肥力等[5，6]。研究表明，食細(xì)菌線蟲與細(xì)菌相互作用促進(jìn)了氮素礦化及氮素養(yǎng)分供應(yīng)、多數(shù)植物的生長和氮素營養(yǎng)狀況的改善[7]。銅尾礦區(qū)作為一種特殊的退化生態(tài)系統(tǒng)，土壤線蟲對這種特殊系統(tǒng)下土壤氮素影響的研究還很少。本文在室內(nèi)恒溫條件下研究了土壤線蟲活動對銅尾礦復(fù)墾地土壤下土壤堿解氮和氮素的礦化率的影響，從而為揭示土壤線蟲對銅尾礦復(fù)墾地土壤礦化的影響機(jī)理提供基礎(chǔ)依據(jù)，并為礦區(qū)土壤質(zhì)量的恢復(fù)提供參考。

2材料與方法

2.1實驗材料

供試土壤采自安徽中南部銅陵鳳凰山林沖銅尾礦（30°56′42″N、117°43′28″E）復(fù)墾地。選取尾礦內(nèi)藎草、小飛蓬和茅草3種優(yōu)勢植被所覆蓋的區(qū)域為土樣采集區(qū)，用鐮刀割掉表層植被，取樣深度為0～20cm;同時在植被茂密點用環(huán)刀進(jìn)行土壤的采集，帶回實驗室進(jìn)行土壤線蟲的分離，為室內(nèi)培養(yǎng)提供線蟲來源。鮮土采集后風(fēng)干過篩（2mm）備用，后測得藎草、小飛蓬和茅草3種優(yōu)勢植被土堿解氮含量分別為11.18mg/kg、16.08mg/kg和22.61mg/kg。

2.2土壤動物的剔除和土壤線蟲的獲取

將采集的3種優(yōu)勢植被下的土壤分別在烘箱中以100℃烘烤24h，殺死土壤中所有土壤動物。采用貝爾曼漏斗法，對環(huán)刀采集回來的土壤進(jìn)行線蟲分離。在口徑為20cm的塑料漏斗末端接一段橡皮管，在橡皮管后端用彈簧夾夾緊，在漏斗內(nèi)放置一層鐵絲網(wǎng)，其上放置兩層紗網(wǎng)，并在上面放一層線蟲濾紙，把土樣均勻鋪在濾紙上，加水至浸沒土壤。置于20℃室溫條件下分離。在經(jīng)過24h后，打開夾子，放出橡皮管內(nèi)的水于小燒杯中，然后在顯微鏡下對線蟲進(jìn)行收集、計數(shù)。

2.3實驗處理

本試驗在室內(nèi)恒溫培養(yǎng)盆中分1個月和2個月周期進(jìn)行。實驗分別設(shè)置藎草、小飛蓬和茅草3種優(yōu)勢植被土下的3個處理：①不接種線蟲的對照處理（-Nem）;②培養(yǎng)盆內(nèi)接種125條線蟲處理（+125Nem）;③培養(yǎng)盆內(nèi)接種250條線蟲處理（+250Nem），每個處理設(shè)置3個重復(fù)。具體實驗方法：取45個直徑10cm、高5cm的培養(yǎng)盆放入過10目篩200g已剔除土壤動物的供試土，培養(yǎng)盆盆口和盆底分別蓋上一層尼龍窗紗防止線蟲的逃逸，再將已經(jīng)進(jìn)行分離獲得的線蟲按照實驗設(shè)計的3種處理進(jìn)行添加。調(diào)節(jié)土壤含水量至田間持水量的60%，恒溫（20℃）避光培養(yǎng)。待試驗周期結(jié)束后，將培養(yǎng)后的土壤進(jìn)行自然風(fēng)干，以供后期實驗室土壤堿解氮的測定使用。

2.4測定方法

采樣后立即進(jìn)行鮮樣測定。堿解氮用過10目篩的風(fēng)干土樣，采用堿解擴(kuò)散皿法測定[8]。數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS17軟件進(jìn)行分析。

3結(jié)果與分析

3.1土壤線蟲對土壤堿解氮的影響

圖1～3列出了土壤線蟲對銅尾礦復(fù)墾地3種優(yōu)勢植被土堿解氮的影響。圖1～3中顯示了藎草、小飛蓬和茅草植被土培養(yǎng)期后土壤堿解氮的變化，在整個培養(yǎng)期內(nèi)，接種線蟲處理后（+Nem）的土壤堿解氮含量均較未接種線蟲處理（0個月即-Nem）有顯著提高（p<0.01），其含量隨培養(yǎng)時間的延長和線蟲數(shù)目的增多而迅速遞增，在這3種優(yōu)勢植被土下均是2個月周期內(nèi)接種250條線蟲處理（+250Nem）堿解氮含量達(dá)到最大值，這說明土壤線蟲活動對銅尾礦復(fù)墾地土壤堿解氮的增加具有顯著作用，其原因可能有以下幾種：一是土壤線蟲與微生物的相互作用，促進(jìn)了微生物量氮庫的提高和周轉(zhuǎn)速率的加快，從而促使土壤堿解氮的形成[9];二是線蟲的生長效率小于細(xì)菌，因此，被線蟲所食細(xì)菌中大部分的氮通過線蟲排泄至土壤中，直接影響到N的礦化[10];三是土壤線蟲活動形成的孔道及其排泄物的土壤結(jié)構(gòu)改善了土壤的通氣保水性能，從而可以促進(jìn)土壤有機(jī)氮素的礦化。

從圖1中可得知，藎草優(yōu)勢植被土下接種線蟲（+125Nem，+250Nem）1個月周期內(nèi)堿解氮含量分別是對照處理（-Nem）的4.05倍和5.72倍，2個月周期內(nèi)分別是5.58倍和7.04倍;從圖2中可得知，小飛蓬優(yōu)勢植被土下接種線蟲（+125Nem，+250Nem）1個月周期內(nèi)堿解氮含量分別是對照處理（-Nem）的3.01倍和4.31倍，2個月周期內(nèi)分別是4.07倍和5.67倍;從圖3中可得知，茅草優(yōu)勢植被土下接種線蟲（+125Nem，+250Nem）1個月周期內(nèi)堿解氮含量分別是對照處理（-Nem）的2.07倍和2.96倍，2個月周期內(nèi)分別是2.90倍和3.93倍。不同植被下土壤堿解氮的變化差異，可能是由于不同植被條件下土壤理化性質(zhì)的差異，從而影響了土壤線蟲對土壤堿解氮的影響效率。

圖1不同處理下藎草植被土堿解氮含量的變化

圖2不同處理下小飛蓬植被土堿解氮含量的變化

圖3不同處理下茅草植被土堿解氮含量的變化

3.2土壤線蟲活動對土壤氮素礦化速率的影響

土壤氮素礦化速率是凈氮素礦化量與相應(yīng)培養(yǎng)時間的比值，表征單位時間內(nèi)氮素礦化的速率。凈氮素礦化量是相應(yīng)培養(yǎng)時間的堿解氮含量與初始堿解氮含量的差值。土壤氮素礦化速率反映的是在整個培養(yǎng)時期中各個不同的時間段的礦化速率，它可以檢驗不同采樣時期氮素礦化的速率以及土壤氮素礦化-固持的總趨勢，是評價土壤氮素變化的重要指標(biāo)之一[11]。從圖2可以看出，在整個培養(yǎng)時期兩個時間段中，未接種線蟲對照處理（-Nem）的礦化率非常低，兩個培養(yǎng)期內(nèi)變化不大，說明在銅尾礦復(fù)墾地中土壤氮素的礦化速率很低。這可能由于復(fù)墾地植被低矮、稀少，土壤存在嚴(yán)重Cu污染、呈堿性、肥力低[12]，限制了土壤微生物的活性。

圖4和圖5顯示了藎草、小飛蓬和茅草植被土培養(yǎng)期后土壤堿解氮的變化，在整個培養(yǎng)期內(nèi)，無論是1個月還是2個月培養(yǎng)周期，在接種線蟲（+125Nem，+250Nem）后，土壤氮素礦化速率均顯著提高（p<0.01）。在1個月培養(yǎng)周期內(nèi)，藎草植被土接種線蟲（+125Nem，+250Nem）是同期相應(yīng)的未接種線蟲對照處理（-Nem）的8.14倍和12.57倍，而2個月培養(yǎng)周期內(nèi)則分別是6.07倍和8.07倍;小飛蓬植被土接種線蟲（+125Nem，+250Nem）是同期相應(yīng)的未接種線蟲對照處理（-Nem）的9.81倍和16.18倍，而2個月培養(yǎng)周期內(nèi)則分別是7.45倍和11.36倍;茅草植被土接種線蟲（+125Nem，+250Nem）是同期相應(yīng)的未接種線蟲對照處理（-Nem）的13.45倍和13.45倍，而2個月培養(yǎng)周期內(nèi)則分別是6.54倍和10倍。其中1個月周期的小飛蓬植被下接種250條線蟲處理（+250Nem）土壤礦化率變化最大。說明土壤線蟲活動對土壤氮素的礦化效率有顯著地影響，并且在不用植被土壤下其影響程度有一定差異，這可能是土壤中食真菌線蟲和真菌相互作用促進(jìn)了氮素礦化[13]，同時線蟲在捕食細(xì)菌和真菌時，它們會釋放出CO2和NH4+和其他含氮化合物，直接影響土壤N的礦化[14]，而不同植被土下礦化率的差異可能也與理化性質(zhì)的差異有關(guān)。

圖4以1個月為周期的3種植被土氮素礦化速率的變化

圖5以2個月為周期3種植被土氮素礦化速率的變化

4結(jié)論

（1）在整個培養(yǎng)期內(nèi)，在銅尾礦復(fù)墾地土壤中接種線蟲處理（+125Nem，+250Nem）可顯著提高土壤中堿解氮含量（p<0.01），且含量隨培養(yǎng)時間的延長和線蟲數(shù)目的增多而迅速遞增，在這3種優(yōu)勢植被土下均是2個月周期內(nèi)接種250條線蟲（+250Nem）堿解氮含量達(dá)到最大值，其中在培養(yǎng)2個月時，3種優(yōu)勢植被土中藎草植被下接種線蟲250條處理（+250Nem）堿解氮含量變化最大，是相應(yīng)未接種線蟲處理（-Nem）的7.04倍。

（2）在整個培養(yǎng)期內(nèi)，在銅尾礦復(fù)墾地土壤中接種線蟲處理（+125Nem，+250Nem）都提高了土壤的氮素礦化速率。在1個月培養(yǎng)期內(nèi)，3種植被下接種線蟲土壤的氮素礦化速率隨線蟲數(shù)目的增多而迅速遞增，并在小飛蓬植被下接種250條線蟲處理（+250Nem）土壤礦化率變化達(dá)到最大值。而在2個月培養(yǎng)期內(nèi)，3種植被下接種線蟲處理（+Nem）與相對應(yīng)的未接種線蟲處理（-Nem）土壤的氮素礦化速率也顯著提高，但明顯低于1個月周期內(nèi)土壤的氮素礦化速率。

（3）從整個培養(yǎng)期來看，通過在銅尾礦復(fù)墾地土壤中接種線蟲，土壤的堿解氮含量和土壤的氮素礦化速率均發(fā)生了顯著提高，雖然由于不同植被土下土壤理化性質(zhì)差異導(dǎo)致其變化程度不同，但整體趨勢保持一致。

以上結(jié)果顯示土壤線蟲的活動對銅尾礦復(fù)墾地土壤氮素的提高具有重要作用，為銅尾礦復(fù)墾地氮肥的保持和增效的研究奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)而為尾礦區(qū)土壤質(zhì)量的恢復(fù)提供參考。

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