生物菌肥對(duì)中型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響

張淑花，周利軍，賈 森

(綏化學(xué)院 農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的管理手段，是對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行補(bǔ)充的有效途徑，合理施肥可以對(duì)農(nóng)作物起到增產(chǎn)、增收的效果[1]。施肥可以改變土壤理化性質(zhì)，但對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境影響較大[2]。長(zhǎng)期大量使用化肥會(huì)造成如土壤板結(jié)、環(huán)境污染等生態(tài)問(wèn)題[3]。土壤動(dòng)物作為土壤中重要的生物組成部分，對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境變化具有明顯的指示作用，其群落的個(gè)體數(shù)量、類(lèi)群數(shù)量及多樣性等均可作為反映土壤生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的重要指標(biāo)[4-7]。肥料的使用會(huì)對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)造成影響，導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如有機(jī)肥的施用會(huì)導(dǎo)致土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量和豐富度增高[8-9]，持續(xù)施用氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤動(dòng)物數(shù)量減少[10]。生物菌肥是由1種或多種有益微生物經(jīng)發(fā)酵而成的無(wú)毒無(wú)污染的生物性肥料[11-12]，能明顯改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，是發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的高科技新型肥料[13]，其使用價(jià)值越來(lái)越受到人們的重視。生物菌肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響及改良土壤生態(tài)環(huán)境的作用已經(jīng)逐漸被認(rèn)識(shí)到。研究表明，施用生物菌肥能夠改善土壤環(huán)境，增加土壤有益酶的生物活性[14]，影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，使土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量增多、真菌數(shù)量減少[15]。但生物菌肥的施用對(duì)中型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，本研究在對(duì)不施肥、施用化肥、施用生物菌肥3種條件下中型土壤動(dòng)物群落進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析生物菌肥、化肥、不施肥對(duì)中型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響，為研究生物菌肥對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響及更好地利用生物菌肥提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇化肥、生物有機(jī)菌肥作為試驗(yàn)材料。其中，化肥是將N肥(“大慶”牌尿素，總N含量≥46.6%)、P肥(“九華山”牌過(guò)磷酸鈣，P2O5含量≥12.0%、硫含量≥10%、鈣含量≥10%)、K肥(“金米特”牌硫酸鉀，K2O含量≥50%、硫含量≥18%)按質(zhì)量比1∶1∶1混合配制。生物菌肥為山東大地生物科技有限公司生產(chǎn)的復(fù)合微生物菌肥，該菌肥采用好氧發(fā)酵技術(shù)，由多種功能菌復(fù)合而成，主要有解淀粉芽孢桿菌、酵母菌、多黏芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等，內(nèi)含有益活性菌數(shù)量≥8億cfu/g。

1.2 試驗(yàn)方法

采用田間定點(diǎn)試驗(yàn)的方法，于2016年5—9月間完成，試驗(yàn)樣地設(shè)置在黑龍江省綏化市綏化學(xué)院南側(cè)試驗(yàn)田內(nèi)(126°58′E、46°37′N(xiāo))，肥料采用基施方式，于2016年5月末在播種時(shí)一次進(jìn)行。挖溝于壟臺(tái)，然后均勻?qū)⒎柿先鋈霚现小Ｊ┓柿繀⒖颊f(shuō)明書(shū)推薦標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)3個(gè)處理，化肥的施用量為750 kg/hm2，微生物菌肥的施用量為600 kg/hm2，設(shè)不施肥的空白樣地為對(duì)照。各處理種植作物均為玉米，品種為沈糯9號(hào)。玉米種植后未噴施除草劑、殺蟲(chóng)劑等影響土壤生物活性的農(nóng)藥，除草等其他田間管理活動(dòng)正常進(jìn)行，但在土壤動(dòng)物取樣前7 d內(nèi)未進(jìn)行田間管理。

播種施肥后，分別于2016年7月4日、8月1日、9月10日對(duì)土壤動(dòng)物進(jìn)行調(diào)查。在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)選擇3個(gè)取樣點(diǎn)，用直徑5.6 cm的土鉆分別取表層(0～10 cm)、下層(10～20 cm)土樣。將土樣帶回室內(nèi)，采用Tullgren法(干漏斗法)分離中型土壤動(dòng)物，每次取回土樣18個(gè)，3次共取土樣54個(gè)。將所分離出的中型土壤動(dòng)物用75%乙醇進(jìn)行固定，在實(shí)體顯微鏡下進(jìn)行分類(lèi)鑒定與數(shù)量統(tǒng)計(jì)。土壤動(dòng)物分類(lèi)鑒定參考文獻(xiàn)[16—17]進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

土壤動(dòng)物各類(lèi)群多度等級(jí)劃分按照參考文獻(xiàn)[18]進(jìn)行，即占類(lèi)群總數(shù)量10.0%以上的為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，標(biāo)記為“+++”；占類(lèi)群總數(shù)量1.0%～10.0%的為常見(jiàn)類(lèi)群，標(biāo)記為“++”；占類(lèi)群總數(shù)量不足1.0%的為稀有類(lèi)群，標(biāo)記為“+”。用Excel 2013和SPSS 13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，用單因素方差分析(F檢驗(yàn))進(jìn)行差異性分析。用如下公式對(duì)調(diào)查獲得的中型土壤動(dòng)物群落特征指數(shù)進(jìn)行計(jì)算[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對(duì)中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量和類(lèi)群數(shù)量的影響

對(duì)施生物菌肥、施化肥、不施肥樣地進(jìn)行中型土壤動(dòng)物調(diào)查，共獲得中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量1 289頭，隸屬于線蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)、環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)、節(jié)肢動(dòng)物門(mén)3門(mén)，5綱，11目，24個(gè)類(lèi)群(表1)。其中，占優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的有前氣門(mén)亞目、棘跳科，分別占類(lèi)群總數(shù)量的64.78%、11.17%。常見(jiàn)類(lèi)群包括等節(jié)跳科、長(zhǎng)角跳科、甲螨亞目、隱翅甲科成蟲(chóng)，共占類(lèi)群總數(shù)量的16.98%；稀有類(lèi)群包括步甲科幼蟲(chóng)、水虻科幼蟲(chóng)、蚜科等18個(gè)類(lèi)群，共占類(lèi)群總數(shù)量的7.07%。

表1 各處理樣地中型土壤動(dòng)物群落的個(gè)體數(shù)量與類(lèi)群數(shù)量 Tab.1 The number of soil mesofauna community individuals and groups in each sample plot

續(xù)表1 各處理樣地中型土壤動(dòng)物群落的個(gè)體數(shù)量與類(lèi)群數(shù)量 Tab.1(Continued) The number of soil mesofauna community individuals and groups in each sample plot

將施生物菌肥與不施肥、施化肥樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量進(jìn)行比較，施生物菌肥樣地3次取樣獲得中型土壤動(dòng)物合計(jì)458頭，多于不施肥和施化肥樣地。比較不同取樣時(shí)間，7月施生物菌肥樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量合計(jì)少于不施肥和施化肥樣地，8、9月施生物菌肥樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量合計(jì)多于不施肥和施化肥樣地。比較施生物菌肥與不施肥、施化肥樣地的類(lèi)群數(shù)量，施生物菌肥樣地類(lèi)群數(shù)量合計(jì)低于不施肥和施化肥樣地。其中，施化肥樣地類(lèi)群數(shù)量合計(jì)最多，為23個(gè)，不施肥樣地類(lèi)群數(shù)量合計(jì)18個(gè)，而施生物菌肥樣地類(lèi)群數(shù)量合計(jì)僅13個(gè)。

比較中型土壤動(dòng)物不同類(lèi)群在3個(gè)樣地中的數(shù)量特征，施生物菌肥樣地棘跳科和隱翅甲科成蟲(chóng)的個(gè)體數(shù)量小計(jì)明顯高于不施肥和施化肥樣地，尤其是棘跳科動(dòng)物，在施生物菌肥樣地捕獲棘跳科動(dòng)物個(gè)體數(shù)量小計(jì)113頭，而在不施肥、施化肥樣地分別為13、18頭，7—9月取樣獲得的棘跳科動(dòng)物也表現(xiàn)出施生物菌肥樣地高于不施肥和施化肥樣地的特征。施生物菌肥樣地隱翅甲科成蟲(chóng)個(gè)體數(shù)量小計(jì)13頭，不施肥、施化肥樣地分別為2、4頭，施生物菌肥樣地個(gè)體數(shù)量小計(jì)較多，主要是由于在9月取樣中獲得隱翅甲科成蟲(chóng)11頭，明顯高于不施肥和施化肥樣地。對(duì)不同處理樣地雙翅目幼蟲(chóng)類(lèi)群(水虻科幼蟲(chóng)、搖蚊科幼蟲(chóng)、癭蚊科幼蟲(chóng)、長(zhǎng)足虻科幼蟲(chóng))分析能夠發(fā)現(xiàn)，施生物菌肥樣地中僅獲得1頭雙翅目幼蟲(chóng)，而在施化肥樣地、不施肥樣地中獲得的雙翅目幼蟲(chóng)分別為20、6頭。

2.2 各處理對(duì)中型土壤動(dòng)物群落垂直結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)比各處理樣地表層、下層土樣中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量和類(lèi)群數(shù)量能夠看出(表2)，除7月施生物菌肥樣地表層獲得的中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量少于下層外，其他處理樣地的個(gè)體數(shù)量均表現(xiàn)出表層多于下層的特征。7—9月不施肥樣地中型土壤動(dòng)物群落類(lèi)群數(shù)量均表現(xiàn)為表層低于下層，7—9月施化肥樣地中型土壤動(dòng)物群落類(lèi)群數(shù)量均表現(xiàn)為表層高于下層，施生物菌肥樣地中型土壤動(dòng)物群落類(lèi)群數(shù)量在7月表層低于下層，8月表層與下層相同，9月表層高于下層。對(duì)表層和下層中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量和類(lèi)群數(shù)量進(jìn)行差異分析，9月中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量在不同土層中表現(xiàn)出顯著差異(F=17.064，P<0.05)，7—8月中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量和類(lèi)群數(shù)量在不同土層中均未達(dá)到顯著差異。

表2 各處理樣地中型土壤動(dòng)物群落的垂直結(jié)構(gòu) Tab.2 The vertical structure of soil mesofauna community in each sample plot

2.3 各處理對(duì)中型土壤動(dòng)物群落時(shí)間結(jié)構(gòu)的影響

如表3所示，各處理樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量隨時(shí)間表現(xiàn)出明顯的變化，呈現(xiàn)出9月>8月> 7月的特征，方差分析顯示，不同取樣時(shí)間各處理樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量差異極顯著(F=163.952，P<0.01)。這說(shuō)明季節(jié)性差異對(duì)中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量具有重要影響。不施肥樣地3次取樣中型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)量均為10個(gè)類(lèi)群，無(wú)明顯差別，施生物菌肥和施化肥樣地中型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)量均表現(xiàn)為9月最大，7月最少的特征。差異分析顯示，不同取樣時(shí)間中型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)量差異不顯著(F=1.246，P=0.353)。由各處理樣地不同取樣時(shí)間中型土壤動(dòng)物群落特征指數(shù)可以看出，不同取樣時(shí)間Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(F=1.990，P=0.217)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(F=2.039，P=0.211)、Pielou均勻度指數(shù)(F=4.866，P=0.055)及Margalef豐富度指數(shù)(F=0.534，P=0.612)差異均不顯著。

表3 各處理樣地中型土壤動(dòng)物群落的時(shí)間結(jié)構(gòu) Tab.3 The time structure of soil mesofauna community in each sample plot

3 結(jié)論與討論

在施生物菌肥、施化肥、不施肥樣地3次取樣共獲得中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量1 289頭，隸屬于3門(mén)、5綱、11目，24個(gè)類(lèi)群。將施生物菌肥樣地與不施肥、施化肥樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量進(jìn)行比較，施生物菌肥樣地3次取樣獲得的中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量合計(jì)多于不施肥、施化肥樣地，7月施生物菌肥樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量合計(jì)少于不施肥、施化肥樣地，8、9月施生物菌肥樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量合計(jì)多于不施肥、施化肥樣地。施生物菌肥樣地類(lèi)群數(shù)量合計(jì)低于不施肥、施化肥樣地。說(shuō)明施加生物菌肥可使中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量增加，但不會(huì)導(dǎo)致中型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)量增多。

施生物菌肥樣地棘跳科、隱翅甲科成蟲(chóng)個(gè)體數(shù)量小計(jì)明顯高于不施肥、施化肥樣地，尤其對(duì)棘跳科動(dòng)物個(gè)體數(shù)量促進(jìn)作用明顯，在施生物菌肥樣地個(gè)體數(shù)量小計(jì)明顯高于其他2種樣地，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是生物菌肥使土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量增加[20]，致使主要以微生物為食的棘跳科動(dòng)物數(shù)量增多。本研究還發(fā)現(xiàn)，在施生物菌肥樣地獲得雙翅目(水虻科幼蟲(chóng)、搖蚊科幼蟲(chóng)、癭蚊科幼蟲(chóng)、長(zhǎng)足虻科幼蟲(chóng))僅1頭，明顯低于不施肥、施化肥樣地。這說(shuō)明生物菌肥對(duì)雙翅目動(dòng)物個(gè)體數(shù)量具有一定的抑制作用。但生物菌肥對(duì)棘跳科動(dòng)物的促進(jìn)作用和雙翅目幼蟲(chóng)的抑制作用是否具有普遍性，受生物菌肥影響較大的是哪些種類(lèi)，還需要更深一步研究。

除7月施生物菌肥樣地表層獲得的中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量少于下層外，其他處理樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量均表現(xiàn)出表層高于下層的表聚性特征，這和以往的研究結(jié)果一致[4-5,21]，7月施生物菌肥樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量出現(xiàn)表層低于下層的原因可能是由于隨機(jī)取樣造成的偶然結(jié)果，也可能與生物菌肥前期可以提高土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量及酶的活性有關(guān)[22-25]。本研究采用挖溝于下層施肥的方式，生物菌肥使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致7月下層中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量多于表層，但這種現(xiàn)象是否具有普遍性仍需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

分析各處理樣地中型土壤動(dòng)物群落時(shí)間結(jié)構(gòu)顯示，不同處理樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量隨時(shí)間表現(xiàn)明顯的變化，各處理樣地個(gè)體數(shù)量呈現(xiàn)出9月>8月> 7月的特征，不同取樣時(shí)間各處理樣地中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量差異極顯著(F=163.952，P<0.01)。不同取樣時(shí)間各處理樣地中型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)量、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)及Margalef豐富度指數(shù)差異不顯著。這說(shuō)明時(shí)間因素對(duì)中型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量影響顯著，對(duì)其他群落特征指數(shù)的影響不大。