黑龍江不同玉米秸稈還田方式下土壤動物群落結(jié)構(gòu)及其對秸稈降解的影響

楊 迪,林 琳,楊 旭,沙 迪,高梅香,張利敏

哈爾濱師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院/寒區(qū)地理環(huán)境監(jiān)測與空間信息服務(wù)黑龍江省重點實驗室, 哈爾濱 150025

農(nóng)作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀和微量元素等多種成分,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要肥料來源[1]。農(nóng)作物秸稈還田作為我國秸稈再利用的主要方式之一[2]。它不僅能夠減少大氣污染,改善農(nóng)村衛(wèi)生條件,而且能夠提高耕地的營養(yǎng)成分含量和改善土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能,對中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起重要的作用[3-5]。在農(nóng)作物秸稈的分解過程,土壤動物不僅有利于提高有機(jī)質(zhì)的分解速率和養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)量,而且能夠促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收。因此,近年來一些學(xué)者對土壤動物與秸稈還田之間關(guān)系進(jìn)行了不斷深入的研究[6-13]。朱強(qiáng)根等[6]研究了黃淮海平原土壤節(jié)肢動物對耕作和施肥的響應(yīng),表明秸稈還田不僅可以提高群落優(yōu)勢度和群落豐富度,而且可以降低了群落的均勻度；董承旭等[7]研究了不同濃度EM堆肥對中小型土壤動物群落組成、垂直結(jié)構(gòu)、季節(jié)性動態(tài)和多樣性的影響；楊旭等[8]研究了松嫩平原黑土耕作區(qū)中小型土壤動物時空分布特征；李澤興等[9]研究表明不同玉米秸稈覆蓋量對農(nóng)田土壤動物群落結(jié)構(gòu)和動物群落的多樣性都有顯著影響；楊佩等[10]研究了免耕農(nóng)田不同的玉米秸稈覆蓋率下中小型土壤動物的生態(tài)分布特征；李淑梅[11]探討了施用不同肥料對農(nóng)田土壤動物的影響；Barajas-Guzman[12]認(rèn)為土壤動物不僅可以促進(jìn)粉碎的枯枝落葉的淋溶和下滲,而且能夠增加土壤中細(xì)菌和真菌的接觸面積,加速養(yǎng)分的流動；Zhang等[13]研究了無機(jī)肥對土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的影響；通過以上研究內(nèi)容可以看出,盡管有關(guān)耕作生態(tài)中土壤動物的研究已經(jīng)取得了較多成果,但關(guān)于典型耕作黑土的土壤動物對秸稈還田的響應(yīng)還沒有進(jìn)行較系統(tǒng)研究。為此,本研究擬以黑龍江海倫市典型耕作黑土區(qū)作為研究對象,考察不同還田方式下玉米秸稈分解特征與土壤動物的響應(yīng),為黑土耕作區(qū)域土壤動物群落的保護(hù)和完善耕地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)利用管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 秸稈的采集、處理和樣方布設(shè)

本文選取黑龍江省典型糧食產(chǎn)區(qū)海倫市黑土耕地作為研究對象。海倫市地理位置為46°58′—47°52′N, 126°14′—127°45 E,位于黑龍江省中部松嫩平原黑土地帶,耕地面積為27.7×104hm2,年平均氣溫1.5℃,年降水量為500—600mm,年日照2600—2800h,積溫2400—2600℃,無霜期為120d左右,主栽作物為玉米、大豆和水稻。2009年10月采集海倫市黑土耕地試驗區(qū)成熟的玉米秸稈作為初始秸稈材料,室內(nèi)對其進(jìn)行風(fēng)干、粉碎、混合均勻(葉和莖,粉碎長度不超過8cm)處理。2009年11月將分別取自相同位置的30g干玉米秸稈放入3.35mm(6目,大孔,所有土壤動物都能進(jìn)入)、0.6mm(30目,中孔,通常只能部分中小型土壤動物進(jìn)入)和0.053mm(260目,小孔,通常土壤動物不能進(jìn)入)的降解袋中,降解袋選用的規(guī)格為15cm×20cm[14]。在土壤深度 20cm 處平鋪、固定、掩埋,采用金屬錨釘將降解袋固定在其生長樣方的土壤表層[15]。翻耕后分別放置在事先選取的5個面積為10m×4m的樣方中,樣方間距為0.5m。首先是進(jìn)行粉碎秸稈,然后把粉碎好的秸稈按照不同處理浸泡在含有水或含微生物催腐劑的溶液里,最后將處理后的秸稈均勻噴灑在事先選取的樣方里。催腐劑采用的是瑞萊特微生物催腐劑。進(jìn)行實驗期間,所有處理樣方除了進(jìn)行不同形式的秸稈處理外,都是正常翻耕。每年采樣時,同時對秸稈降解率進(jìn)行了監(jiān)測[16]。每個樣方同時進(jìn)行了不同方式處理,以對比不同處理條件下的影響。不同秸稈處理具體方式如表1所示。

1.2 秸稈樣品、土壤動物樣品的采集與處理

各樣方各網(wǎng)孔降解袋于2009年9月、2010年9月和2011年9月份別進(jìn)行取樣,各網(wǎng)孔降解袋的處理分為翻壓處理方式,并設(shè)4個重復(fù)。取出網(wǎng)袋后,迅速裝入塑料袋中帶回室內(nèi),以防止物質(zhì)損失和盡量避免土壤動物的逃逸。利用手揀法來收集大型土壤動物,并用75%濃度的酒精固定,24—48h分離。利用Tullgren漏斗中經(jīng)過24h分離后提取中小型土壤動物,主要參考《中國土壤動物檢索圖鑒》來進(jìn)行土壤動物的分類鑒定[17]。每次取樣獲得的網(wǎng)袋秸稈,分離動物和去除雜質(zhì)后在65℃恒溫下烘至恒重,作為用于計算秸稈分解率的秸稈干重質(zhì)量。

表1 不同處理方式的樣方

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理與分析

(1)秸稈降解率計算

Ln(%)=Lct-Lct(t-1)

(1)

式中,Ln(%)為秸稈在該時段內(nèi)的凈降解率,Lct是t時間內(nèi)的累計降解率,Lct(t-1)為t-1時間的累計降解率[18]。

Lc(%)=(W0-Wt)×100/W0

(2)

式中,Lc(%)為秸稈累計降解率,W0為秸稈降解前初始干重,Wt為t時間后的秸稈殘留量,取干重,t單位為年。

(2)土壤動物特征指數(shù)計算

對土壤動物群落特征進(jìn)行分析時,主要采用 Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(E)、Margalef豐富度指數(shù)(D)、Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)(C)和Jaccard相似性指數(shù)(J)。

計算公式如下[19]：

H=-∑(ni/N)ln(ni/N)；
E=H/Hmax；
D=(S-1)/LnN；C=1-∑ni(ni-1)/(N(N-1))；
Hmax=Ln；J=c/(a+b-c)

(3)

式中,ni為第i個物種的個體數(shù)量；N為群落中所有物種的個體總數(shù)；H為實際觀察的物種多樣性指數(shù)；Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)；S為群落中的總物種數(shù)；a、b為兩群落的物種數(shù)、c為兩群落共有的物種數(shù)。

(3)土壤動物對秸稈降解的貢獻(xiàn)率計算[20]:

Cf=Lfauna/Ltotal；Cma=Lmacrofauna/Ltotal；Cme=Lmeso-microfauna/Ltotal

(4)

式中,Cf為全體土壤動物對秸稈降解的貢獻(xiàn)率。Cma為大型土壤動物對秸稈降解的貢獻(xiàn)率,Cme為中小型土壤動物對秸稈降解的貢獻(xiàn)率,Lfauna為全部土壤動物引起的秸稈質(zhì)量損失,Lmacrofauna為大型土壤動物引起的秸稈質(zhì)量損失,Lmeso-macrofauna為中小型土壤動物引起的秸稈質(zhì)量損失,Ltotal為總共秸稈質(zhì)量損失。

(4)統(tǒng)計分析方法：

本文采用單因變量多因素方差分析(GLM Univariate)研究秸稈處理、網(wǎng)孔和取樣時間對秸稈降解率的作用及其交互影響。用單因素方差分析(ANOVA)分別分析不同網(wǎng)孔內(nèi)的秸稈降解率之間的差異,不同網(wǎng)孔、不同樣方之間土壤動物的差異,不同年份、不同網(wǎng)孔中的土壤動物對秸稈降解貢獻(xiàn)率的差異。采用 Pearson相關(guān)系數(shù)分析土壤動物特征指標(biāo)與秸稈凈分解率的之間的關(guān)系。土壤動物特征數(shù)據(jù)在統(tǒng)計分析時進(jìn)行l(wèi)og(x+1)轉(zhuǎn)換,以滿足數(shù)據(jù)的方差齊性檢驗。所有數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0軟件處理。

2 研究結(jié)果

2.1 秸稈降解率變化

在設(shè)置的5種樣方中研究不同網(wǎng)孔的秸稈凈分解率,結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出,5種樣方中不同網(wǎng)孔的秸稈凈分解率從大到小依次為2009年>2010年>2011年。說明所有選取樣方中秸稈分解率呈現(xiàn)逐年遞減趨勢。此外,5種不同秸稈處理中秸稈的凈分解率在6目分解袋中(P<0.01,F=293.686),30目分解袋中(P<0.01,F=192.950) 和260目分解袋中(P<0.01,F=160.741)差異極其顯著。6目分解袋中秸稈凈分解率最快,6目分解袋中秸稈分解率優(yōu)于260目分解袋。5種不同樣方中的秸稈累積分解率：A>B>E>D>C,樣方A秸稈分解率遠(yuǎn)高于對照樣方C,這表明經(jīng)過適當(dāng)處理后,可以明顯提高秸稈降解率。

圖1 不同網(wǎng)孔中不同處理玉米秸稈凈分解率 (平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Fig.1 Net decomposition rate of corn stalk in 6,30,and 260 mesh (mean±standard deviation)

不同網(wǎng)袋處理對秸稈降解的影響比較復(fù)雜,這種影響在不同的樣方和不同的采樣時間中表現(xiàn)不同。因此可以推斷出,在秸稈降解過程中不僅土壤動物作為分解者對凋落物分解速率有所影響,而且在樣方處理的方式、不同的分解時間等情況下都對秸稈降解產(chǎn)生影響。為此,通過多因素方差分析來討論樣方處理的方式、網(wǎng)孔大小、取樣時間等因子對秸稈凈降解率影響及其交互作用,結(jié)果具體見表2。從表2中可以看出,樣方處理方式、不同網(wǎng)孔的分解袋和取樣時間對秸稈凈分解率都具有顯著的影響。

2.2 土壤動物動態(tài)變化

在3年試驗期間,5種不同樣方、3種規(guī)格的降解袋中共收集土壤動物25370只,45個類群。其中大型土壤動物7個類群,占總類群數(shù)目的15.56%。中小型土壤動物38個類群,占總類群數(shù)目的84.44%。由于降解袋孔徑的不同,不同的孔徑對不同體型土壤動物起到控制的作用,對秸稈降解起主要作用的優(yōu)勢動物類群為中小型土壤動物中的甲螨亞目、中氣門亞目和節(jié)跳蟲科,占土壤動物個體數(shù)的86.70%。常見的土壤動物類群是前氣門亞目與棘跳蟲科,占土壤動物類群的10.03%。其余40個類群為稀有類群。大型土壤動物樣方A中最多(16個),樣方D中則沒有。而中小型土壤動物在樣方E中最多(6198個),在樣方B中最少(3417個)。5個不同樣方中土壤動物類群結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

表2 玉米秸稈凈降解率影響因素分析

不同樣方3年取樣累積的大型土壤動物結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)可以看出,不同處理樣方,土壤動物特征差異明顯,土壤動物個體數(shù)來看：A>B>C>D>E；從土壤動物類群數(shù)來看：A>B>E>C>D。從土壤動物多樣性來看,A>E>B>C>D。從土壤動物均勻性指數(shù)來看,E>C>D>A>B。從土壤動物豐富度指數(shù)來看,A>B>E>C>D。從土壤優(yōu)勢度指數(shù)來看,D>C>B>A>E。不同處理樣方中小型土壤動物結(jié)構(gòu)特征如表3所示,可以看出土壤動物個體數(shù)來看：C>A>E>B>D；從土壤動物類群數(shù)來看：C>E>A=C>B。從土壤動物多樣性來看,A>E>D>B>C。從土壤動物均勻性指數(shù)來看,B>A>E>D>C。從土壤動物豐富度指數(shù)來看,C>E>D>A>B。從土壤優(yōu)勢度指數(shù)來看,C>D>A=E>B。

表3 不同處理樣方大型土壤動物群落特征(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

均值差的顯著性水平為0.05,H′：shannon-wiener多樣性指數(shù)；E：pielou均勻性指數(shù)；D：margalef豐富度指數(shù)；C：simpson優(yōu)勢度指數(shù)

不同處理樣方中小型土壤動物群落特征如表4所示,由表4可以出：秸稈處理后的樣方對中小型土壤動物群落影響是較大的,與對照樣方有較大差異。在中小型土壤動物個數(shù)上,對照樣方C明顯優(yōu)于其他樣方；從土壤動物類群來看,樣方C中土壤動物類群數(shù)最多,但與樣方A、樣方D、樣方E差異不顯著；從土壤動物多樣性來看,樣方A顯著高于對照樣方C；此外,采用ANOVA對不同處理樣方分析,結(jié)果表明不同樣方間中小型土壤動物個數(shù)、均勻性指數(shù)、密度差異顯著。樣方E中的中小型土壤動物特征指標(biāo)與對照樣方C差異最大,樣方E秸稈還田方式對中小型土壤動物群落影響最大。

不同樣方土壤動物群落相似性分析如表5所示,由表5可以看出：若只考慮群落組成的類群,則樣方A與樣方B、樣方B與樣方C、樣方E相似度不高。樣方D與樣方E相似度最高(0.72)?？偟膩碚f,不同處理樣方土壤動物類群比較接近。

圖2 不同樣方中土壤動物類群結(jié)構(gòu)Fig.2 Net decomposition rate of corn stalk in 6,30,and 260 mesh (mean±standard deviation)

表4 不同處理樣方中小型土壤動物群落特征(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

Table 4 Community structure of small-middle size soil fauna in the different sample plots(Mean±SE)

指標(biāo)Index樣方ASample A樣方BSample B樣方CSample C樣方DSample D樣方ESample E密度Density/(只/m2)37425.00±3305.55a33325.00±5121.73a46591.67±1529.88b31575.00±554.48a32575.00±868.48a個體Individual374.25±33.06a333.25±51.22a465.92±15.30b315.75±5.55a325.75±8.68a類群數(shù)Group number15.92±1.12ab13.67±1.26a17.17±0.92b15.92±0.84ab16.08±0.57ab多樣性(H′) Diversity1.72±0.08a1.63±0.06a1.46±0.09a1.67±0.09a1.69±0.09a均勻度(E) Evenness0.63±0.03a0.64±0.02a0.51±0.02b0.60±0.03a0.61±0.03a豐富度(D) Richness2.51±0.15a2.21±0.16a2.63±0.14a2.59±0.14a2.61±0.09a優(yōu)勢度(C) Dominance0.30±0.03a0.28±0.01a0.37±0.05a0.31±0.03a0.30±0.03a

均值差的顯著性水平為0.05,H′：Shannon-wiener多樣性指數(shù)；E：Pielou均勻性指數(shù)；D：Margalef豐富度指數(shù)；C：Simpson優(yōu)勢度指數(shù)

表5 不同處理樣方土壤動物群落相似性

由于不同的土壤動物類群在秸稈分解過程中的作用各不相同,不同網(wǎng)孔中五種處理樣方的秸稈分解過程中土壤動物類群動態(tài)分析。選取玉米秸稈凈降解率影響因素進(jìn)行多因素方差分析如表6所示,研究結(jié)果表明,不同網(wǎng)孔之間,土壤動物類群差異顯著(P<0.01,F=24.29),土壤動物個數(shù)差異顯著(P<0.01,F=18.42)。不同孔徑的網(wǎng)袋有效的分離了不同體型的土壤動物。不同采樣時間土壤動物類群差異顯著(P<0.01,F=7.32),不同采樣時間土壤動物個數(shù)差異顯著(P<0.01,F=10.09)。這表明每一年自然環(huán)境的變化明顯影響了土壤動物類群與個數(shù)的變化,各個不同樣方中的土壤動物在6目降解袋中類群差異不顯著(P=1.00,F=0.02),個數(shù)差異也不顯著(P=0.99,F=0.08)。各個不同樣方中的土壤動物在30目降解袋中類群差異不顯著(P=0.99,F=0.08),個數(shù)差異也不顯著(P=0.98,F=0.12)。各個不同樣方中的土壤動物在260目降解袋中類群差異不顯著(P=0.57,F=0.77),個數(shù)差異也不顯著(P=0.93,F=0.20)。這說明在不同樣方中,同樣網(wǎng)孔內(nèi)土壤動物類群與個數(shù)盡管每年變化有差異,但從整個3年研究期內(nèi)看,不同樣方之間土壤環(huán)境相近,土壤動物差異不是很明顯。

表6 不同樣方的不同網(wǎng)孔網(wǎng)袋秸稈降解過程中土壤動物動態(tài)

2.3 土壤動物對秸稈分解過程中的作用

本研究對3年實驗期間網(wǎng)袋土壤動物對玉米秸稈降解貢獻(xiàn)率動態(tài)分析如表7所示。

表7 網(wǎng)袋土壤動物對玉米秸稈降解貢獻(xiàn)率動態(tài)分析

從表7可以看出：總體上土壤動物對秸稈分解起到明顯的促進(jìn)作用。網(wǎng)袋土壤動物對玉米秸稈降解貢獻(xiàn)率動態(tài)變化趨勢分析如圖3所示,通過圖3對所有樣方平均值進(jìn)行可視化分析可以看出,整個來說大型土壤動物對秸稈降解的貢獻(xiàn)率大于中小型土壤動物。第一年大型土壤動物與中小型土壤動物貢獻(xiàn)率差異顯著(P<0.01,F=14.8852)。第二年大型土壤動物與中小型土壤動物貢獻(xiàn)率差異不顯著(P<0.6450,F=0.2169)。第三年大型土壤動物與中小型土壤動物貢獻(xiàn)率差異顯著(P<0.01,F=10.8043)。不同樣方之間比較發(fā)現(xiàn)：第一年不同樣方間大型土壤動物貢獻(xiàn)率差異不顯著(P=0.9953,F=0.0458)而不同樣方間中小型土壤動物貢獻(xiàn)率差異比較顯著(P=0.0612,F=3.2120),中小型土壤動物在樣方A中貢獻(xiàn)率最大,為8.71%。在樣方D中貢獻(xiàn)率最小,為4.80%。第二年不同樣方間大型土壤動物貢獻(xiàn)率差異顯著(P=0.02688,F=4.3588),在樣方D中貢獻(xiàn)率最大,為18.93%。在樣方C中貢獻(xiàn)率最小,為8.14%。不同樣方間中小型土壤動物貢獻(xiàn)率差異比較顯著(P=0.0565,F=3.3152)。在樣方D中貢獻(xiàn)率最大,為15.85%,在樣方C中貢獻(xiàn)率最小,為2.85%。第三年不同樣方間大型土壤動物貢獻(xiàn)率差異不顯著(P=0.2158,F=1.7480),不同樣方間中小型土壤動物貢獻(xiàn)率差異比較顯著(P=0.0729,F=2.9908)。在樣方A中貢獻(xiàn)率最大,為13.88%,在樣方D中貢獻(xiàn)率最小,為1.61%。

圖3 網(wǎng)袋土壤動物對玉米秸稈降解貢獻(xiàn)率動態(tài)分析Fig.3 Dynamic analysis of soil fauna bag of corn stalk degradation rate of contribution

為了考察土壤動物特征指標(biāo)與秸稈凈降解率之間的關(guān)系,本文采用 Pearson進(jìn)行相關(guān)分析,從結(jié)論正負(fù)關(guān)系上得出表8。由表8可以看出：在所有樣方中,不同孔徑降解袋中土壤動物的個數(shù)、類群數(shù)、多樣性基本都與秸稈降解率呈正值,顯示為正相關(guān),進(jìn)一步證明土壤動物對秸稈降解具有促進(jìn)作用。土壤動物特征指標(biāo)與秸稈降解率之間的相關(guān)性在不同的處理樣方中表現(xiàn)不同,這說明土壤動物對秸稈降解作用受到土壤環(huán)境的調(diào)節(jié),而且由于不同網(wǎng)袋處理對選取土壤動物的種類與數(shù)量有差別,使不同體型動物受到控制,因此在不同孔徑網(wǎng)袋中有的相關(guān)性表現(xiàn)的很顯著,而在樣方E中孔網(wǎng)袋中,土壤動物類群數(shù)與秸稈降解率呈負(fù)值,且相關(guān)性不顯著。總的來看,秸稈降解受很多因素的影響,例如自然環(huán)境的影響、土壤動物特性的影響。樣方A小孔網(wǎng)袋的群類數(shù)、樣方C小孔網(wǎng)袋的多樣性、樣方D小孔網(wǎng)袋的群類數(shù)、樣方E中孔網(wǎng)袋的多樣性均顯示在1%水平上顯著。樣方B小孔網(wǎng)袋的群類數(shù)、樣方E小孔網(wǎng)袋的土壤動物個數(shù)均顯示在5%的置信水平上顯著。玉米還田土壤動物時空分布多因素方差分析如表9所示,由表9可以看出：玉米秸稈還田的處理樣方因素僅與各要素之間有正相關(guān)關(guān)系,并沒有顯著的影響關(guān)系(P<0.05)。玉米秸稈還田的樣方與網(wǎng)孔的交互作用對土壤動物類群數(shù)和豐富度有極顯著影響(P<0.001),對土壤動物個體數(shù)和密度也有較顯著的影響(P<0.05)。玉米還田的樣方與年份的交互作用對土壤動物類群數(shù)和豐富度有極顯著影響(P<0.001),對土壤動物個體數(shù)、密度和優(yōu)勢度也有較顯著影響(P<0.01)。

**1%差異水平,*5%差異水平

表9 玉米還田土壤動物時空分布影響因素分析

***P<0.001,**P<0.01,*P<0.05

3 結(jié)論和討論

3.1 不同秸稈還田方式下秸稈降解率及降解過程

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程常需采用不同施肥措施對耕地進(jìn)行處理,通過改變土壤的部分理化性質(zhì)的方式來提高作物產(chǎn)量。本研究旨在揭示樣方在不同處理方式下,秸稈還田降解過程中的土壤動物響應(yīng)特征及與土壤動物的關(guān)系,對采用最優(yōu)的秸稈還田方式提供科學(xué)依據(jù)。不同的樣方處理方式對秸稈降解率有影響顯著。玉米秸稈+微生物催腐劑的樣方秸稈降解率明顯優(yōu)于其他對照樣方,這表明土壤動物與微生物結(jié)合能夠加快秸稈的降解速度。由于不同的降解袋網(wǎng)孔限制了參與秸稈降解的土壤動物種類與數(shù)量,大中型土壤動物能進(jìn)入大孔網(wǎng)袋,大型土壤動物不能進(jìn)入中孔網(wǎng)袋,而小孔網(wǎng)袋限制大中小型土壤動物進(jìn)入。因此,大孔網(wǎng)袋是各種體型土壤動物與微生物對秸稈降解起作用,中孔網(wǎng)袋主要是中小型土壤動物與微生物秸稈降解起作用,小孔網(wǎng)袋主要是微生物秸稈降解起作用。在不同秸稈還田處理下,隨著網(wǎng)袋網(wǎng)孔尺寸的變小,秸稈分解時間的延長,秸稈分解速率逐漸降低,這表明較小網(wǎng)孔的網(wǎng)袋在對土壤動物的體型進(jìn)行限制時,由于參與分解的土壤動物類群減少會導(dǎo)致秸稈分解速率有一定的降低[17]。同時,秸稈裸露于地表,初期溫濕條件變化大,物理機(jī)械風(fēng)化明顯,秸稈分解速率較高；但隨著易分解物質(zhì)分解完成,剩余不易分解的木質(zhì)素、纖維素等難分解的物質(zhì)[21],所以秸稈降解速率減緩。此外,不同網(wǎng)孔的降解袋對秸稈凈降解率影響顯著,另外,不同取樣時間內(nèi)未降解的秸稈的質(zhì)量也不同。因此,取樣時間對秸稈凈降解率影響顯著。

3.2 不同秸稈還田方式下土壤動物不同類群對秸稈降解的貢獻(xiàn)

在秸稈降解過程中,大型土壤動物主要是粉碎秸稈,并在分解者生境中進(jìn)行重新分配；而中小型土壤動物的主要作用是對大型土壤動物的排泄物進(jìn)行再次作用以及控制微生物種群[22]。因此,大型土壤動物和中小型土壤動物在凋落物分解中的作用時間以及作用強(qiáng)度等都有所差別。結(jié)合不同類群土壤動物對秸稈降解率影響說明,大型土壤動物貢獻(xiàn)率逐漸增強(qiáng),而中小型土壤動物貢獻(xiàn)率較為穩(wěn)定；大型土壤動物貢獻(xiàn)率高于土壤動物貢獻(xiàn)率和中小型土壤動物貢獻(xiàn)率。主要是因為大型土壤動物活動迅速,在降解袋中停滯時間短,故在降解袋中采集到的較少,在樣方D中甚至沒檢測到,但通過對樣方土壤動物的研究發(fā)現(xiàn),在樣方土壤中,有大型土壤動物的存在。此外,研究發(fā)現(xiàn)樣方A土壤動物貢獻(xiàn)率不是最高的,但秸稈累積分解率是最高的。這表明在樣方A中微生物作用效果更明顯。主要是土壤微生物參與有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、及養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化過程,秸稈還田能夠提高土壤耕層微生物的數(shù)量,隨著農(nóng)作物殘體的不斷分解為土壤提供了豐富的碳、氮源,土壤微生物的活性則顯著加強(qiáng)。因此,土壤動物與微生物共同作用對秸稈降解更有效。

3.3 不同秸稈還田方式下土壤動物與秸稈降解的關(guān)系

秸稈還田不僅能有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、加速生土熟化,提高土壤肥力,而且能夠增加土壤表層腐殖質(zhì)含量,提高土壤含水量,有利于腐食性類群生存[23]。不同秸稈還田方式會影響秸稈降解速率與土壤作用強(qiáng)度,因此,土壤理化性質(zhì)的差異會影響土壤群落結(jié)構(gòu)。秸稈還田加入一定的微生物催腐劑可以加快秸稈分解速度,提升土壤腐殖質(zhì)含量,從而更有利于中小型土壤動物生存；然而秸稈還田后,位于土壤上層的秸稈提供的食物較多,土壤動物則表現(xiàn)一定的集聚性；不同的秸稈還田方式會造成秸稈分解程度的不同,進(jìn)而造成了土壤動物具有一定差異性。連年作物殘體還田能為土壤提供大量的可溶性有機(jī)碳、氮,從而為土壤微生物提高活性提供了豐富的碳、氮源,促進(jìn)微生物活性的不斷加強(qiáng),使土壤中難溶態(tài)物質(zhì)的活化與分解,有效增加耕層有機(jī)質(zhì)含量,提高土壤養(yǎng)分含量

綜上所述,實驗表明土壤動物的個數(shù)、類群都與秸稈降解率呈現(xiàn)正相關(guān),因此,土壤動物對秸稈降解具有明顯的促進(jìn)作用。今后在秸稈還田中應(yīng)加入適量微生物催腐劑,有利于提高土壤動物的數(shù)量與豐富度。此外,也要針對秸稈還田過程中土壤動物與微生物的相互作用以及對秸稈降解的共同作用展開深入研究,以明晰二者作用的機(jī)理,為提高秸稈降解速率提供理論與技術(shù)支持。