利用土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)表征砂姜黑土土壤健康狀況的探討

耿文敬 曹 森 樊 瓊 張 鑫, 齊 俊,4 王曉飛 朱 江 郭肖穎*

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036； 2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所，合肥 230031； 3. 合肥學(xué)院 生物食品與環(huán)境學(xué)院，合肥 230601； 4. 合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009)

土壤是人類賴以生存的重要資源，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，土壤健康狀況直接關(guān)系到環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品安全。開展土壤健康評(píng)價(jià)，對(duì)于保障糧食安全和推進(jìn)土壤可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。目前針對(duì)土壤健康狀況的評(píng)價(jià)方法有多種，較常用的有內(nèi)梅羅指數(shù)法[2]、模糊判別法[3]、灰色聚類法[4]、地質(zhì)累積指數(shù)法[5]等評(píng)價(jià)法，這些評(píng)價(jià)方法各有其適用條件，但由于需要人為對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)，存在一定主觀判斷上的局限。土壤線蟲是土壤中一類十分活躍的生物，在土壤有機(jī)質(zhì)的分解、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分循環(huán)和土壤理化性狀的改善等方面發(fā)揮十分重要的作用，在土壤生態(tài)鏈中占有重要地位[6]。已有研究表明土壤線蟲的群落組成可以反映土壤的健康狀況、污染狀況、有機(jī)物質(zhì)的輸入狀況及自然和人類的干擾程度等[7-9]。隨著對(duì)土壤線蟲生態(tài)多樣性研究的深入，土壤線蟲常作為生物多樣性的指示因子，用來(lái)評(píng)價(jià)土壤的健康狀況和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[10-12]。

砂姜黑土是典型的中低產(chǎn)土壤，結(jié)構(gòu)不良，缺磷少氮，有機(jī)質(zhì)含量低，種植小麥玉米等農(nóng)作物產(chǎn)量普遍較低[13-14]。施肥是砂姜黑土區(qū)域小麥增產(chǎn)的關(guān)鍵，其中施用氮肥對(duì)小麥增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率達(dá)到69.4%[15]，施用磷肥平均畝產(chǎn)可增加95.1%[16-17]。目前關(guān)于砂姜黑土的研究多集中在研究土壤養(yǎng)分、作物產(chǎn)量、細(xì)菌群落等，將土壤線蟲作為指示生物來(lái)評(píng)價(jià)土壤健康狀況的報(bào)道尚少[18-19]。因此，本研究基于安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蒙城砂姜黑土有機(jī)肥長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地，擬以土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)的變化作為土壤健康的指示因子，分析土壤線蟲數(shù)量、營(yíng)養(yǎng)類群、生態(tài)指數(shù)的變化與土壤肥力水平的相關(guān)性，并進(jìn)一步關(guān)聯(lián)作物的產(chǎn)量指標(biāo)，探討利用土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)表征砂姜黑土土壤健康狀況的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究以安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蒙城砂姜黑土有機(jī)肥長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地為研究對(duì)象。該試驗(yàn)站位于安徽省亳州市蒙城縣馬店村(116°37′ E，33°13′ N)，屬于半濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫16.5 ℃，有效積溫5 479 ℃，年平均降雨量870 mm，年水分蒸發(fā)量為1 027 mm，代表黃淮海平原典型的砂姜黑土區(qū)。

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)開始于1982 年，冬小麥-大豆輪作，多年的長(zhǎng)期定位施肥形成了不同肥力等級(jí)的穩(wěn)定土壤環(huán)境。試驗(yàn)設(shè)5 個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理4 次重復(fù)，共20 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為66.7 m2，小區(qū)采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。秸稈含氮5.5 g/kg、碳482 g/kg；豬糞(干基)含氮17 g/kg、碳367 g/kg；牛糞(干基)含氮7.9 g/kg、碳380 g/kg；全部有機(jī)肥料和無(wú)機(jī)肥料于每年小麥種植整地前一次性施入，后茬大豆不施肥[20]。

表1 長(zhǎng)期定位試驗(yàn)施肥處理Table 1 Long-term located experiment fertilization treatment

1.2 土壤樣品采集

2019年采集該基地小麥?zhǔn)斋@后不同施肥處理的土壤樣品。土樣采集時(shí)采用“S”形五點(diǎn)取樣法，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)采集5 個(gè)樣點(diǎn)的土壤混合成一個(gè)土樣，20 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)共采集20 份土樣，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)采集約500 g土壤。取樣為0～20 cm的耕層土壤，將取好的土樣裝入塑料袋并編號(hào)，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 土壤線蟲提取及鑒定

庶糖離心漂浮法是比較高效常用的土壤線蟲分離法，過(guò)程中采用淘洗—過(guò)篩—蔗糖梯度密度離心浮選的方法提取[21]。稱取50 g鮮土于離心管中，加約100 mL水并充分混勻，置于離心機(jī)內(nèi)以2 000 r/min 離心5 min，棄掉上清液，加入蔗糖溶液(0.8 g/mL)攪勻，再次以1 000 r/min離心1.5 min，將上清液倒入預(yù)先裝水的燒杯里，將燒杯內(nèi)的液體通過(guò)用60、400和500目篩網(wǎng)過(guò)篩并用水沖洗，最后將400和500目篩網(wǎng)里的線蟲洗到塑料培養(yǎng)皿中。分離的線蟲經(jīng)24 h饑餓處理后，用TAF固定液(40%甲醛，7 mL；三乙醇胺，2 mL；蒸餾水，91 mL)固定，在生物顯微鏡下進(jìn)行計(jì)數(shù)和線蟲屬的鑒定。每個(gè)處理取50 g鮮土分離出全部線蟲，根據(jù)土壤含水量換算成100 g干土中的線蟲數(shù)量，每個(gè)樣品做三次重復(fù)。根據(jù)線蟲的頭部、尾部的形態(tài)學(xué)特征和取食特性將其劃分為4 個(gè)營(yíng)養(yǎng)類群：植物寄生線蟲、食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲、雜食/捕食線蟲[22]。線蟲的種屬鑒定參見《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》[23]。

1.4 線蟲生態(tài)學(xué)指數(shù)度量方法

本研究中采用的線蟲生態(tài)學(xué)指數(shù)有香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、植物寄生線蟲成熟度指數(shù)、瓦斯樂斯卡指數(shù)、線蟲通路指數(shù)，計(jì)算公式如下：

香農(nóng)多樣性指數(shù)

H′=-∑pilnpi

(1)

均勻度指數(shù)

J′=H′/lnS

(2)

優(yōu)勢(shì)度指數(shù)

(3)

植物寄生線蟲成熟度指數(shù)

PPI=∑vif′i

(4)

瓦斯樂斯卡指數(shù)

WI=(BF+FF)/PP

(5)

線蟲通路指數(shù)

NCR=BF/(BF+FF)

(6)

式中：pi為第i個(gè)分類單元中個(gè)體占線蟲總個(gè)體數(shù)量的比例；S為線蟲分類單元數(shù)；vi為根據(jù)土壤線蟲在生態(tài)演替中的不同生活策略賦予的cp值；f′i為植物寄生線蟲科/屬在線蟲種群中所占的比重；BF、FF和PP分別為食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲和植物寄生線蟲的數(shù)量。

1.5 土壤理化指標(biāo)測(cè)定

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定皆采用常規(guī)法：pH，m(水)∶m(土)=2.5∶1，進(jìn)行酸度計(jì)測(cè)定；有機(jī)質(zhì)，重鉻酸鉀加熱法；全氮，開氏法；堿解氮，堿解擴(kuò)散法；硝態(tài)氮，紫外分光光度法；全磷，氫氧化鈉堿融-鉬銻抗比色法；有效磷，碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；全鉀，氫氧化鈉堿融-火焰光度法；速效鉀，乙酸銨浸提-火焰光度法[24]。

1.6 小麥產(chǎn)量測(cè)定

2019年小麥?zhǔn)斋@期，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取5 個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)收獲1 平方米范圍內(nèi)的全部小麥脫粒測(cè)產(chǎn)。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行方差分析及主成分分析，用 LSD 新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，圖表采用Microsoft Excel 2010生成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥條件下的土壤肥力

2.1.1不同施肥條件下的土壤養(yǎng)分

對(duì)砂姜黑土試驗(yàn)小區(qū)的土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析測(cè)定，不同施肥處理的土壤養(yǎng)分情況見表2。與CK相比，NPK+PM、NPK+CM提高了土壤pH，而NPK、NPK+S處理與CK相比則顯著降低了土壤pH(P<0.05)。與不施肥相比，牛糞配施、豬糞配施能顯著提高土壤pH，而單施化肥以及秸稈配施處理則顯著降低了土壤pH。與CK相比，NPK、NPK+S、NPK+PM、NPK+CM 4 個(gè)施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量顯著提高(P<0.05)，其中長(zhǎng)期施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK相比分別提升了28.95%、53.98%、103.44%和105.55%。NPK+CM、NPK+PM 2個(gè)糞肥配施處理的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全磷和有效磷含量與NPK相比有顯著提高(P<0.05)，其中土壤有機(jī)質(zhì)含量較NPK分別提高了32.12%和33.49%。

2.2.2基于主成分分析的土壤肥力

本研究選取pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、硝態(tài)氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀9個(gè)養(yǎng)分因子，采用主成分分析法對(duì)不同施肥處理的土壤肥力水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。按照主成分分析特征值>1的原則，提取了2個(gè)主成分。如表3所示，第1主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為65.455%，第2主成分的貢獻(xiàn)為22.070%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.525%，說(shuō)明提取的2個(gè)主成分基本能反映土壤肥力的信息。由表4因子載荷矩陣可知，第1主成分與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀正向密切相關(guān)，其因子載荷值均大于0.95，表明有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀含量的變化對(duì)土壤肥力水平差異起主要影響作用。第2主成分與pH、全鉀正向密切相關(guān)(因子載荷值在0.50以上)，這表明土壤pH、全鉀含量也是土壤肥力水平差異的關(guān)鍵作用因子。

表3 主成分特征向量及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvectors and cumulative contribution rate principal component

表4 初始因子載荷與成分得分系數(shù)矩陣Table 4 The initial factor load and component score coefficient matrix

表5 各土壤肥力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)Table 5 Standardized data for soil fertility indicators

表6 土壤肥力等級(jí)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 Comprehensive evaluation of soil fertility grades

2.2 不同施肥條件下的土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)

2.2.1不同施肥條件下的土壤線蟲數(shù)量

試驗(yàn)對(duì)不同肥力水平的土壤線蟲數(shù)量分析結(jié)果顯示，線蟲總數(shù)范圍為307～787條/100 g干土，不同肥力條件的土壤線蟲總數(shù)存在顯著差異(圖1，P<0.05)，其中NPK+S的線蟲總數(shù)最多，達(dá)到787條/100 g(干土)，CK的線蟲總數(shù)最少。與CK相比，NPK、NPK+S、NPK+PM、NPK+CM四個(gè)肥力水平相對(duì)高的施肥處理線蟲總數(shù)顯著高于不施肥處理，表明提高土壤肥力能夠顯著增加土壤線蟲總數(shù)。與單施化肥相比，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施NPK+S、NPK+PM、NPK+CM的線蟲總數(shù)顯著提高，表明長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的土壤線蟲總數(shù)顯著高于單施化肥處理。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理中，NPK+PM、NPK+CM的土壤線蟲總數(shù)顯著低于NPK+S，表明長(zhǎng)期秸稈配施處理對(duì)線蟲總數(shù)的提高效果優(yōu)于豬糞配施和牛糞配施。

土壤線蟲總數(shù)由大到小依次是NPK+S>NPK+CM>NPK+PM>NPK>CK，可以發(fā)現(xiàn)肥力水平相對(duì)較低的NPK+S線蟲總數(shù)高于NPK+CM和NPK+PM，這與土壤肥力水平的變化趨勢(shì)并不一致?？赡苁怯捎谕寥谰€蟲總數(shù)包含了植物寄生類線蟲、食細(xì)菌類線蟲、食真菌類線蟲和雜食-捕食類線蟲4 個(gè)營(yíng)養(yǎng)類群，其中植物寄生線蟲以作物根系為食，是對(duì)作物生長(zhǎng)有害的一類線蟲，其所占比例的增加并不能提高土壤的健康水平[25]。因而，利用土壤線蟲數(shù)量指示土壤健康狀況具有一定的局限性。

圖1 不同肥力水平對(duì)土壤線蟲數(shù)量的影響Fig.1 Effects of different fertility levels on the number of soil nematodes

2.2.2不同施肥條件下的土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類群

對(duì)土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類群的分析結(jié)果見表7，試驗(yàn)共鑒定出20 個(gè)屬線蟲，其中，CK鑒定出16 屬，NPK鑒定出15 屬，NPK+S鑒定出19 屬，NPK+PM鑒定出18 屬，NPK+CM鑒定出18 屬。與CK相比，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理NPK+S、NPK+PM、NPK+CM明顯增加了線蟲屬的數(shù)量，由于有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的土壤肥力顯著高于不施肥處理，因此可以說(shuō)明提高土壤肥力能增加砂姜黑土土壤線蟲屬的數(shù)量。所有土壤肥力條件的優(yōu)勢(shì)屬線蟲共有5 種，分別為螺旋屬、矮化屬、短體屬、絲尾墊刃屬、真頭葉屬。CK、NPK、NPK+S處理優(yōu)勢(shì)屬主要是螺旋屬、矮化屬、短體屬和絲尾墊刃屬等對(duì)土壤健康有害的植物寄生線蟲屬，而土壤肥力較高的糞肥配施處理NPK+PM、NPK+CM則出現(xiàn)真頭葉屬一類的食細(xì)菌線蟲成為優(yōu)勢(shì)屬。NPK+PM、NPK+CM處理的植物寄生線蟲的相對(duì)豐度顯著低于CK、NPK、NPK+S處理，與CK相比，NPK+PM、NPK+CM處理的植物寄生線蟲相對(duì)豐度分別下降28.38%、35.45%。由于植物寄生線蟲一般以取食植物為生，因此NPK+PM、NPK+CM處理比CK土壤更有利于作物生長(zhǎng)，可能因?yàn)樨i糞配施和牛糞配施抑制了植物寄生線蟲的發(fā)生，增加了食細(xì)菌性線蟲的相對(duì)豐度[26]。劉艷軍等[27]的研究結(jié)果同樣表明長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施不僅大大提高了土壤中食細(xì)菌線蟲的相對(duì)豐度，而且能明顯降低植物寄生線蟲的數(shù)量，對(duì)土壤植物寄生線蟲的多樣性也有明顯的抑制作用，有利于土壤發(fā)育和作物生長(zhǎng)。

2.2.3不同施肥條件下的土壤線蟲生態(tài)指數(shù)

由表8可見不同肥力條件下的香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)的大小在2.00～2.51，均勻度指數(shù)(J′)的大小在0.67～0.85，瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)的大小在0.18～0.61。NPK+PM的H′值、J′值和WI值最大，CK最小。土壤肥力水平較高的長(zhǎng)期施肥處理香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)和瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)較CK顯著提高(P<0.05)。與NPK相比，NPK+PM和NPK+CM的H′值、J′值和WI值顯著提高(P<0.05)。NPK+S與NPK的H′值、J′值和WI值差異不顯著，NPK+PM和NPK+CM之間H′值、J′值和WI值差異不顯著。

NPK、NPK+S的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(λ)比不施肥略有降低，但差異不顯著。NPK+PM、NPK+CM的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(λ)較CK顯著降低(P<0.05)，NPK+PM和NPK+CM的λ值差異不顯著。本試驗(yàn)中，所有肥力水平的線蟲通路指數(shù)(NCR)在0.77～0.88，表明試驗(yàn)中土壤有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程主要以細(xì)菌分解為主。

表7 不同類群的土壤線蟲的平均豐度和所占比例Table 7 Average abundance and proportion of soil nematodes of different groups

表8 不同施肥處理的土壤線蟲生態(tài)指數(shù)Table 8 Ecological index of soil nematodes under different fertilization treatments

植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)在長(zhǎng)期施肥和不施肥之間差異顯著(P<0.05)，其中NPK、NPK+S、NPK+PM、NPK+CM的PPI值顯著低于CK。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理中，NPK+S的PPI值顯著高于NPK(P<0.05)，而NPK+PM、NPK+CM的PPI值顯著低于NPK(P<0.05)。

2.2.4不同肥力水平的小麥產(chǎn)量及構(gòu)成

為了進(jìn)一步證明土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)表征土壤健康狀況的可行性，本試驗(yàn)在小麥成熟期進(jìn)行了測(cè)產(chǎn)，結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，通過(guò)30 多年的定位施肥，肥力水平相對(duì)較高的施肥處理NPK、NPK+S、NPK+PM、NPK+CM，其小麥千粒重、每平方米穗數(shù)、穗粒數(shù)以及產(chǎn)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CK。圖2(d)可以看出，不同長(zhǎng)期施肥處理的小麥產(chǎn)量存在顯著差異，小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為NPK+CM>NPK+PM>NPK+S>NPK>CK，NPK、NPK+S、NPK+PM、NPK+CM的產(chǎn)量較CK分別提升了337.87%、396.14%、495.43%和534.24%，表明隨著土壤肥力水平的提高，砂姜黑土作物產(chǎn)量顯著增加。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施NPK+S、NPK+CM、NPK+PM比NPK對(duì)作物產(chǎn)量提升的幅度更大，表明有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施是砂姜黑土作物產(chǎn)量提升的重要途徑。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理中NPK+CM對(duì)小麥產(chǎn)量提升的效果最好，其次是NPK+PM，NPK+PM效果優(yōu)于NPK+S。

圖2 不同肥力水平的小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素Fig.2 Wheat yield and composition factors under different fertility levels

2.3 土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)與土壤肥力和小麥產(chǎn)量及構(gòu)成的相關(guān)性分析

為探討土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)的變化與土壤肥力水平、小麥產(chǎn)量及構(gòu)成的關(guān)系，將上述所做土壤肥力指標(biāo)、小麥產(chǎn)量及構(gòu)成指標(biāo)與土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)做了相關(guān)性分析。Spearman相關(guān)性分析結(jié)果如表9 所示，可以發(fā)現(xiàn)，土壤肥力綜合得分IFI與植物寄生線蟲數(shù)量、食細(xì)菌線蟲數(shù)量、雜食/捕食線蟲數(shù)量顯著正相關(guān)，與土壤線蟲生態(tài)指數(shù)WI、H′、J′值顯著正相關(guān)，與PPI和λ值顯著負(fù)相關(guān)。小麥千粒重與食細(xì)菌線蟲數(shù)量、WI、H′、J′值顯著正相關(guān)，與植物寄生線蟲數(shù)量、PPI、λ值顯著負(fù)相關(guān)。小麥產(chǎn)量與H′、J′值顯著正相關(guān)，與λ值顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)果表明，IFI、小麥產(chǎn)量與土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)之間具有顯著的相關(guān)性，土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)的變化與土壤肥力水平的差異具有一致性。

3 討 論

土壤肥力是土壤供給作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的能力，其核心是土壤中各種養(yǎng)分的含量。土壤養(yǎng)分含量與土壤肥力的高低密切相關(guān)[28]。作物生長(zhǎng)需要持續(xù)從土壤中帶走一部分養(yǎng)分，不對(duì)土壤做施肥處理會(huì)持續(xù)降低土壤的養(yǎng)分含量，即降低土壤肥力水平[29]。毛偉等[30]研究有機(jī)氮替代對(duì)土壤養(yǎng)分的影響發(fā)現(xiàn)施肥處理能顯著增加土壤肥力，提高土壤有效養(yǎng)分的含量。鄒文秀等[31]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施有機(jī)肥能顯著提高土壤肥力，增加土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量。本研究中，長(zhǎng)期不同施肥處理的土壤肥力也不同，肥力水平由高到低的順序是：豬糞配施>牛糞配施>秸稈配施>單施化肥>不施肥，與江春等的研究結(jié)果一致[29]。

表9 土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)與土壤肥力條件和小麥產(chǎn)量及構(gòu)成的相關(guān)性Table 9 Correlation of soil nematode ecological index with soil fertility conditions and wheat yield and composition

土壤健康狀況與土壤中各種養(yǎng)分的含量密切相關(guān)，土壤肥力的變化會(huì)直接或間接影響土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變土壤線蟲的生態(tài)指標(biāo)來(lái)表征土壤的健康狀況[32-34]。本試驗(yàn)中，隨著土壤肥力水平的提高，線蟲香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)和瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)顯著提高，植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)顯著降低，表明肥力水平的提高能夠增加土壤線蟲的物種多樣性和種群分布的均勻性，增強(qiáng)土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)能夠降低土壤中植物寄生線蟲的比例，使土壤生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展。上述結(jié)果與任宏飛等[35]研究結(jié)果一致，說(shuō)明采用土壤線蟲生態(tài)指數(shù)表征砂姜黑土的土壤健康狀況是可行的。

因?yàn)樵囼?yàn)是砂姜黑土在長(zhǎng)期定位下不同施肥處理的條件下進(jìn)行，因此，土壤肥力水平與土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)的變化與施肥處理密切相關(guān)。有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配施處理的條件下，豬糞配施和牛糞配施處理的線蟲香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)和瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)較單施化肥均顯著提高，植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)較單施化肥顯著降低，這與土壤肥力水平所表現(xiàn)的趨勢(shì)一致，表明肥力水平相對(duì)較高的豬糞配施和牛糞配施處理對(duì)土壤線蟲的生物多樣性更好，更能優(yōu)化土壤線蟲的群落結(jié)構(gòu)，并且能降低有害的植物寄生線蟲線蟲的比例，這與前人的研究結(jié)果相一致[36-38]。因此，采用香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)、瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)和植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)可以表征砂姜黑土的土壤健康狀況。

土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)的變化與土壤肥力水平密切相關(guān)，土壤肥力水平直接的表達(dá)就是地上部分作物的產(chǎn)量高低[39-40]。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤肥力水平相對(duì)較高的長(zhǎng)期施肥處理，其土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量明顯增加，小麥千粒重、每株穗數(shù)、穗粒數(shù)以及產(chǎn)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于肥力水平最低的不施肥處理，表明土壤肥力水平是影響小麥產(chǎn)量高低的重要因素[41]。

土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的變化與地上作物產(chǎn)量的形成顯著相關(guān)[42-43]。該觀點(diǎn)在本研究中得到證實(shí)。本研究發(fā)現(xiàn)：隨著土壤肥力水平的提高，線蟲香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)和瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)顯著提高，植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)顯著降低，土壤健康狀況逐漸變好，小麥產(chǎn)量會(huì)隨之逐漸增加；Spearman相關(guān)性分析結(jié)果顯示，土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)與土壤肥力和小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成之間具有顯著相關(guān)性，其中土壤肥力綜合評(píng)分IFI和小麥產(chǎn)量都與土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)WI、H′、J′值顯著正相關(guān)，與PPI值顯著負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步說(shuō)明采用香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)、瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)和植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)可以表征出砂姜黑土的土壤健康狀況。

4 結(jié) 論

1)長(zhǎng)期不同施肥處理后的土壤肥力等級(jí)由高到低依次是：NPK+CM>NPK+PM>NPK+S>NPK>CK。其中，糞肥配施處理NPK+CM和NPK+PM的土壤肥力水平最高，秸稈配施NPK+S土壤肥力水平次之，單施化肥NPK肥力水平低于秸稈配施，不施肥處理CK肥力最低。

2)土壤線蟲生態(tài)指標(biāo)與土壤肥力水平和小麥產(chǎn)量密切相關(guān)。隨著土壤肥力水平的提高，線蟲香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)和瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)顯著提高，植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)顯著降低，土壤健康狀況顯著提高。此時(shí)，NPK、NPK+S、NPK+PM、NPK+CM的產(chǎn)量較CK分別提升了337.87%、396.14%、495.43%和534.24%，因此采用香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)、瓦斯樂斯卡指數(shù)(WI)和植物寄生線蟲成熟度指數(shù)(PPI)來(lái)表征砂姜黑土的土壤健康狀況具有一定的可行性。

致謝

感謝安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所提供的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地，感謝王道中老師、花可可老師在試驗(yàn)選點(diǎn)和樣品采集中給予的幫助和支持。