不同施肥措施對(duì)華北潮土區(qū)玉米田土壤線蟲(chóng)群落的影響

孔 云，張 婷，李 剛，楊殿林，趙建寧，張貴龍，王麗麗，修偉明

(1.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，農(nóng)業(yè)部產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市農(nóng)田生態(tài)與環(huán)境修復(fù)技術(shù)工程中心，天津 300191；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866)

土壤線蟲(chóng)在食物網(wǎng)中扮演著重要的生態(tài)角色[1]，對(duì)生境變化敏感，具有監(jiān)測(cè)土壤系統(tǒng)過(guò)程和狀況的潛力，因此，常被用作土壤干擾程度的指示性動(dòng)物[2]。土壤線蟲(chóng)類群和個(gè)體數(shù)在不同土壤中或同一土壤不同植被類型下表現(xiàn)出明顯的差異，土壤線蟲(chóng)群落受農(nóng)田不同施肥管理措施的影響亦不同。氮肥的使用改變了土壤理化性質(zhì)[3]，對(duì)線蟲(chóng)群落組成的影響較大[4]，大量施用氮肥可降低線蟲(chóng)總量和不同營(yíng)養(yǎng)類群線蟲(chóng)的數(shù)量，導(dǎo)致土壤線蟲(chóng)多樣性降低，不利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展[5]。有機(jī)肥與化肥配施是農(nóng)田營(yíng)養(yǎng)管理的重要措施，可改變土壤理化和生物學(xué)性狀，進(jìn)而影響到土壤質(zhì)量和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能，有利于促進(jìn)農(nóng)田生產(chǎn)力和作物產(chǎn)量[6-7]。已有研究發(fā)現(xiàn)，不同耕作和管理方式下，有機(jī)肥與化肥配施對(duì)土壤線蟲(chóng)的影響結(jié)果也不盡相同[8-10]。

本試驗(yàn)主要研究有機(jī)肥與化肥配施對(duì)華北潮土區(qū)玉米田土壤線蟲(chóng)的影響，旨在探尋不同用量化肥與有機(jī)肥配施對(duì)土壤線蟲(chóng)群落的影響。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所武清野外科學(xué)試驗(yàn)站(39°21′N(xiāo)，117°12′E)，年平均氣溫11.6 ℃，活動(dòng)積溫4 187.6 ℃，年降水量520～660 mm，土壤類型為潮土。土壤基本理化性質(zhì)為pH 值7.58，全碳含量10.83 g/kg，全氮含量1.18 g/kg，全磷含量0.72 g/kg，硝態(tài)氮含量19.95 mg/kg，銨態(tài)氮含量5.06 mg/kg，速效磷含量18.6 mg/kg，速效鉀含量50.67 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，于2010年開(kāi)始進(jìn)行對(duì)照A0(不施肥)、單施有機(jī)肥A1(有機(jī)肥15 t/hm2)、化肥減量50%配施有機(jī)肥A2(有機(jī)肥15 t/hm2；N 基肥55.2 kg/hm2、追肥36.8 kg/hm2；P2O581.0 kg/hm2；K2O 75.0 kg/hm2)、常規(guī)量化肥配施有機(jī)肥A3(有機(jī)肥15 t/hm2；N基肥117.3 kg/hm2、追肥78.2 kg/hm2；P2O581.0 kg/hm2；K2O 75.0 kg/hm2)、化肥增量50%配施有機(jī)肥A4(有機(jī)肥15 t/hm2；N基肥172.5 kg/hm2、追肥115.0 kg/hm2；P2O581.0 kg/hm2；K2O 75.0 kg/hm2)、單施化肥A5(N基肥117.3 kg/hm2、追肥78.2 kg/hm2；P2O581.0 kg/hm2；K2O 75.0 kg/hm2)。每個(gè)處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積為400 m2，各小區(qū)間隔50 cm。有機(jī)肥由牛糞和雞糞混合堆腐而成；氮肥為尿素(N，46.4%)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(P2O5，12%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O，50%)；有機(jī)肥和磷鉀肥作基肥，氮肥60% 作基肥，40%在玉米小喇叭口期作追肥施入。田間管理同一般大田生產(chǎn)。種植制度為冬小麥-夏玉米輪作。

1.3 樣品采集

2015年9月底采集土壤樣品。采集時(shí)，去除地表雜物，分別隨機(jī)劃分3個(gè)區(qū)域，在近玉米株處選擇面積為50 cm×50 cm的樣點(diǎn)，用100 cm3土壤取樣器取0～15 cm土層樣品，放入封口袋中密封帶回。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 土壤線蟲(chóng)的分離與鑒定 稱取50.0 g鮮土采用淺盤(pán)法分離土壤線蟲(chóng)。用立體顯微鏡對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，折算為100 g干土中的數(shù)量。此外，每個(gè)樣本隨機(jī)選擇100條線蟲(chóng)(不滿100條的全部鑒定)，根據(jù)《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》線蟲(chóng)形態(tài)分類鑒定法[11]，在高倍鏡(200×)下進(jìn)行分類鑒定到屬。根據(jù)線蟲(chóng)形態(tài)特征進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)類型分類，根據(jù)線蟲(chóng)的生活史確定其c-p值[12]。

1.4.2 線蟲(chóng)群落分析 根據(jù)其分類計(jì)算線蟲(chóng)的生態(tài)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)指數(shù)[12-16]。線蟲(chóng)豐度以每100 g干土中線蟲(chóng)總數(shù)表達(dá)；土壤線蟲(chóng)的相對(duì)豐度(RA)為該屬線蟲(chóng)數(shù)量占本處理中總線蟲(chóng)屬數(shù)量的比例；各營(yíng)養(yǎng)類群相對(duì)豐度分別為每100 g土中植食性線蟲(chóng)、食細(xì)菌性線蟲(chóng)、食真菌性線蟲(chóng)、捕食性線蟲(chóng)和雜食-捕食性線蟲(chóng)占線蟲(chóng)總量的百分比；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù):H=-∑pilnpi(i=1，2，3，…，S), 其中pi是樣本中第i個(gè)分類單元中個(gè)體數(shù)占線蟲(chóng)總個(gè)體數(shù)量的比例；Pielon均勻度指數(shù)J=H/lnS, 其中，H為Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)，S為鑒定分類單元的數(shù)目；Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)：λ=∑pi2, 其中，pi為第i個(gè)分類單元中個(gè)體數(shù)占線蟲(chóng)總個(gè)體數(shù)量的比例；富集指數(shù)EI=100×(e/(e+b)), 式中，b主要指Ba2和Fu2這2個(gè)類群，e主要指Ba1和Fu2這2個(gè)類群；結(jié)構(gòu)指數(shù)SI=100×(s/(s+b)), 式中,s包括Ba3-Ba5、Fu3-Fu5、Om3-Om5、Ca2-Ca5類群；線蟲(chóng)通路指數(shù)NCR=NB/(NB+NF), 式中,NB指食細(xì)菌性線蟲(chóng)的數(shù)量，NF指食真菌性線蟲(chóng)的數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥措施對(duì)線蟲(chóng)群落組成的影響

整個(gè)調(diào)查期共鑒定土壤線蟲(chóng)18個(gè)屬(表1)，其中,包括8個(gè)食細(xì)菌性線蟲(chóng)、3個(gè)食真菌性線蟲(chóng)、2個(gè)雜食-捕食性線蟲(chóng)和5個(gè)植食性線蟲(chóng)。不同處理線蟲(chóng)類群數(shù)不同，A0、A1、A2、A3、A4、A5依次為：16，17，18，16，15，14個(gè)屬，與不施肥A0處理相比，單施有機(jī)肥A1線蟲(chóng)類群數(shù)增加6.25%，而單施化肥A5降低了12.50%，二者配施處理A2、A3和A4分別變化了12.50%，0.00%和-6.25%，說(shuō)明有機(jī)肥能促進(jìn)線蟲(chóng)類群數(shù)，而化肥降低線蟲(chóng)類群數(shù)，二者配施線蟲(chóng)類群數(shù)隨化肥施用量的增加而降低。不同處理的線蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)屬存在差異，螺旋線蟲(chóng)屬(Helicotylenchus)在所有處理中均為優(yōu)勢(shì)屬；擬麗突線蟲(chóng)屬(Acrobeloides)在A1和A5中為優(yōu)勢(shì)屬；真頭葉線蟲(chóng)屬(Eucephalobus)在A0中為優(yōu)勢(shì)屬；原桿線蟲(chóng)屬(Protorhabditis)在含有基肥處理A1～A4中為優(yōu)勢(shì)屬；盤(pán)咽線蟲(chóng)屬(Discolaimus)在A4和A5中為優(yōu)勢(shì)屬。土壤線蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)類群在不同處理亦有差異，食細(xì)菌線蟲(chóng)、食真菌線蟲(chóng)、雜食-捕食性線蟲(chóng)和植食性線蟲(chóng)分別在A1、A5、A5和A3中豐度最高，分別為47.67%，6.67%，16.33%和53.00%。

表1 不同施肥處理玉米田土壤線蟲(chóng)的豐度Tab.1 Abundance of soil nematodes of different genus under different treatments %

注：+++.RA>10%,為優(yōu)勢(shì)屬；++.1%≤RA≤10%，為常見(jiàn)屬；+.RA<1%,為稀有屬。

Note:+++.RA>10%,dominant genera;++.1%≤RA≤10%,common genera;+.RA<1%,rare genera.

2.2 不同施肥措施對(duì)土壤線蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)類群的影響

不同施肥處理對(duì)土壤線蟲(chóng)總量及各營(yíng)養(yǎng)類群線蟲(chóng)數(shù)量動(dòng)態(tài)變化如圖1所示。不同營(yíng)養(yǎng)類群對(duì)施肥處理的響應(yīng)不同，除食真菌性線蟲(chóng)在A2處理顯著高于A1和A4處理(P<0.05)外，線蟲(chóng)總量及其他營(yíng)養(yǎng)類群在處理間均無(wú)顯著差異(P>0.05)。有機(jī)肥與化肥配施處理A2～A4中，線蟲(chóng)總量(圖1-A)、食細(xì)菌性線蟲(chóng)數(shù)量(圖1-B)、食真菌性線蟲(chóng)數(shù)量(圖1-C)均隨化肥施入量的增加而降低，表明過(guò)多的化肥混施不利于其生長(zhǎng)繁殖。所有處理中，A2處理的線蟲(chóng)總量、食細(xì)菌性線蟲(chóng)和食真菌性線蟲(chóng)數(shù)量均高于其他處理，植食性線蟲(chóng)數(shù)量也僅次于A3處理，表明化肥減量50%與有機(jī)肥配施可促進(jìn)線蟲(chóng)數(shù)量的增加；A5的線蟲(chóng)總量、食細(xì)菌性線蟲(chóng)、雜食-捕食性線蟲(chóng)和植食性線蟲(chóng)數(shù)量均最低，表明單施化肥降低了線蟲(chóng)數(shù)量。

不同處理間不同字母代表差異顯著(P<0.05)。Different letters in the different treatment meant significant difference at 0.05 level.

2.3 不同施肥措施對(duì)土壤線蟲(chóng)生態(tài)指數(shù)的影響

不同施肥措施下土壤線蟲(chóng)各生態(tài)學(xué)指數(shù)動(dòng)態(tài)變化如表2所示。多樣性指數(shù)(H′)在A3處理顯著低于A0、A1、A2處理(P<0.05)，均勻度指數(shù)(J)在A3處理顯著低于其他各處理(P<0.05)，而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)在A3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，表明常規(guī)化肥配施有機(jī)肥處理土壤線蟲(chóng)具有高度優(yōu)勢(shì)度和較低的均勻度和多樣性。各處理的富集指數(shù)(EI)值波動(dòng)較大，處理A1～A5均顯著高于對(duì)照A0(P<0.05)，且有機(jī)肥處理A1～A4均高于單施化肥A5，其中,A2、A3處理與A5差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，表明施肥處理區(qū)養(yǎng)分狀況優(yōu)于對(duì)照區(qū)，而含有機(jī)肥處理亦優(yōu)于單施化肥處理區(qū)。結(jié)構(gòu)指數(shù)(SI)在處理間差異均不顯著(P>0.05)，其中,A1～A4處理中EI值和SI值均大于50，表明受干擾程度較小，食物網(wǎng)成熟穩(wěn)定；而A0、A5均表現(xiàn)為EI<50，SI>50，表明食物網(wǎng)養(yǎng)分狀況差，食物網(wǎng)正在形成，進(jìn)一步說(shuō)明有機(jī)肥處理對(duì)食物網(wǎng)成熟穩(wěn)定有促進(jìn)作用。線蟲(chóng)通道指數(shù)值均較高，表明所有處理中土壤有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程以細(xì)菌通道為主，土壤食物網(wǎng)有機(jī)質(zhì)分解和營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化效率較高；A5處理NCR顯著低于其他處理(P<0.05)，表明單施化肥明顯降低了細(xì)菌分解途徑。

表2 不同處理下的土壤線蟲(chóng)生態(tài)指標(biāo)Tab.2 Ecological indices of soil nematode community in different treatments

注：不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the different treatment meant significant difference at 0.05 level.

3 結(jié)論與討論

有機(jī)肥的使用能減少化肥過(guò)量施用所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，提高土壤肥力，增加作物產(chǎn)量，給土壤動(dòng)物提供穩(wěn)定的土壤條件[17]。土壤線蟲(chóng)群落分析已成為指示土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化的有力工具[18]。不同施肥措施對(duì)土壤理化性質(zhì)的改變可以直接或間接通過(guò)影響植物生長(zhǎng)或微生物活動(dòng)而影響線蟲(chóng)的豐度和群落結(jié)構(gòu)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，有機(jī)肥與化肥配施能明顯增加土壤線蟲(chóng)總量[19-21]，本研究中，有機(jī)肥與化肥配施土壤線蟲(chóng)豐度也高于單施化肥，但差異不顯著(P>0.05)，可能是由于有機(jī)肥與化肥配施的比例不同。Liu等[22]和劉艷軍等[23]研究表明，有機(jī)肥、化肥的施用能顯著降低線蟲(chóng)總量，本研究中，單施化肥、單施有機(jī)肥線蟲(chóng)數(shù)量與對(duì)照相比均呈下降趨勢(shì)，但未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，在有機(jī)肥與化肥配施過(guò)程中，線蟲(chóng)總量隨化肥施用量的增加呈下降趨勢(shì)，可能是由于土壤酸化和化肥中氨毒害等直接作用對(duì)土壤線蟲(chóng)造成了危害[24-25]。各處理中植食性線蟲(chóng)豐度依次為A3(53.00%)>A2(48.33%)>A0(43.67%)>A4(41.67%)>A1(38.67%)>A5(35.00%)，表明有機(jī)肥與化肥合理配施(A3和A2)可促進(jìn)植食性線蟲(chóng)豐度升高，而單施有機(jī)肥(A1)或化肥(A5)以及有機(jī)肥與高量化肥配施(A4)均導(dǎo)致植食性線蟲(chóng)豐度下降，這可能是有機(jī)肥與適量化肥配施不僅增加了土壤養(yǎng)分，還增加了植物的生物量，尤其是根部生物量，為植食性線蟲(chóng)提供了豐富食物[26]，促進(jìn)了優(yōu)勢(shì)種群數(shù)量的增加。而大量化肥的使用抑制了植食性線蟲(chóng)[22,27-28]，可能是化肥產(chǎn)生了一些對(duì)植食性線蟲(chóng)有害的物質(zhì)抑制了其生長(zhǎng)繁殖[26]。另外，植食性線蟲(chóng)與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)[29]，混施中隨化肥施用量的增多植食性線蟲(chóng)呈明顯下降趨勢(shì)，可能是由于土壤中有機(jī)質(zhì)含量隨混施化肥量的增多而增加。研究發(fā)現(xiàn)，食細(xì)菌性線蟲(chóng)在有機(jī)肥處理區(qū)明顯大于化肥處理區(qū)[6]，本試驗(yàn)混施處理中食細(xì)菌性線蟲(chóng)高于單施化肥處理，表明有機(jī)肥在混施處理中可促進(jìn)食細(xì)菌線蟲(chóng)生存繁殖?；焓┨幚碇惺痴婢跃€蟲(chóng)隨化肥增多顯著降低(P<0.05)，這可能是由于化肥中氮的增多抑制了土壤真菌生物量[30]，從而顯著降低了食真菌線蟲(chóng)豐度。

土壤線蟲(chóng)群落的不同生態(tài)指標(biāo)對(duì)不同施肥處理的響應(yīng)存在差異，表明各處理對(duì)土壤線蟲(chóng)群落的生態(tài)指標(biāo)產(chǎn)生了不同的影響。有機(jī)肥、化肥均能顯著增加線蟲(chóng)的多樣性指數(shù)(H)[31]，本試驗(yàn)中單施有機(jī)肥較對(duì)照多樣性指數(shù)(H)有所提高，但有機(jī)肥與化肥配施中線蟲(chóng)多樣性指數(shù)(H)隨化肥施用量的增加而降低，這是由于混施中化肥大量地施用對(duì)線蟲(chóng)多樣性有抑制作用；與單施有機(jī)肥相比，有機(jī)肥與少量化肥配施降低了線蟲(chóng)均勻度指數(shù)，這可能是由于化肥的使用降低了線蟲(chóng)多樣性所致[32]，表明化肥的大量使用簡(jiǎn)化了線蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)與功能[22]。從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，有機(jī)肥的施用對(duì)食物網(wǎng)成熟穩(wěn)定有促進(jìn)作用，一方面由于有機(jī)肥為食物網(wǎng)提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，另一方面顯著增加了食細(xì)菌性線蟲(chóng)、食真菌性線蟲(chóng)、雜食/捕食性線蟲(chóng)數(shù)量[8]，表明有機(jī)肥的使用可以增加土壤肥力，緩沖土壤壓力，提高食物網(wǎng)穩(wěn)定性，維持土壤食物網(wǎng)功能[22]。單施化肥明顯降低了細(xì)菌分解途徑，這可能是由于長(zhǎng)期施肥增加了食真菌與食細(xì)菌線蟲(chóng)的比例[32]，提高了真菌分解途徑，從而降低了細(xì)菌分解途徑。施肥后還顯著增加了土壤富集指數(shù)(EI)(P<0.05)，反映施肥后明顯增加了食物供應(yīng)，改善了土壤養(yǎng)分狀況[33]。

綜上所述，單施化肥降低了線蟲(chóng)種類、總量及各營(yíng)養(yǎng)類群數(shù)量，不利于食物網(wǎng)成熟穩(wěn)定。有機(jī)肥和化肥配施處理中，線蟲(chóng)總量、食細(xì)菌性線蟲(chóng)、食真菌性線蟲(chóng)隨化肥施用量的增加呈下降趨勢(shì)，植食性線蟲(chóng)、雜食/捕食性線蟲(chóng)豐度呈先增加后降低的變化趨勢(shì)。化肥減量50%配施有機(jī)肥對(duì)線蟲(chóng)群落有促進(jìn)作用，而化肥增量50%配施有機(jī)肥對(duì)線蟲(chóng)數(shù)量及種類有明顯的抑制作用，常規(guī)化肥配施有機(jī)肥降低了物種的均勻分布，使物種多樣性下降，不利于線蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。