不同施氮量對大豆田土壤線蟲群落的影響

李烏日吉木斯 高欣梅 張連奎 木其勒 特格希巴雅爾 Bayarmaa Gun-Aajav

（1興安盟農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137400；2興安盟農(nóng)牧技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137400；3錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000；4Department of Biology，School of Arts and Sciences，National University of Mongolia,Ulaanbaatar Mongolia 14201）

土壤線蟲在土壤生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，是土壤中十分活躍的生物之一。土壤線蟲作為農(nóng)田生物多樣性的指示生物因子，可用來評價土壤的健康狀況以及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。目前，對土壤線蟲群落多樣性已開展了深入研究。以往研究表明，在添加氮肥后，土壤線蟲群落會受到抑制，其生物多樣性降低[2-3]；在一些農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，氮添加使食真菌線蟲數(shù)量減少、食細(xì)菌線蟲數(shù)量增加；還有一些研究發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮與食真菌線蟲之間成負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明不同程度的氮添加對土壤線蟲群落有直接影響[4]。

施肥不僅會通過改變農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的土壤結(jié)構(gòu)、pH值、土壤理化性質(zhì)等土壤外界環(huán)境因子來影響土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)，還會通過土壤微生物、植物等生物因子來影響土壤線蟲。施用化肥可使作物快速增產(chǎn)，但過量施用化肥會降低土壤線蟲群落豐富度和多樣性，進(jìn)而對土壤生態(tài)功能產(chǎn)生長遠(yuǎn)的不利影響[5]。氮素是作物生長發(fā)育的主要限制因子，但過量施入氮肥會導(dǎo)致其利用率下降，引起土壤退化、生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題[6-7]。在作物穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，減少氮肥施用不僅降低了氮肥生產(chǎn)中的能源和環(huán)境污染，也能解決過量氮肥引起的諸多環(huán)境問題。

本研究以大豆田土壤線蟲群落對試驗對象，研究不同施氮量對土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)特征指數(shù)等指標(biāo)的影響，分析興安盟地區(qū)土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)及其與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)性，明確合理施用氮肥對土壤生態(tài)環(huán)境的影響，為探求興安盟地區(qū)氮肥投入對土壤線蟲群落的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在烏蘭浩特市羊場子基地進(jìn)行，位于北緯46°10'、東經(jīng) 121°56'，海拔 299 m。 試驗地地勢平坦、地力均勻、肥力中等，土壤類型為暗栗鈣土，土質(zhì)為壤土。當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟?.1℃，降水量416.7 mm，年日照時數(shù)3901h。終霜日為4月30日，初霜日為10月2日，無霜期154 d。試驗大豆品種為合交02-69。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在 0～10cm、10～20cm 和 20～30cm 土層處各設(shè) 3 個施氮量處理：0 kg/hm2（不施肥，CK）、45 kg/hm2（合理施氮量）和90 kg/hm2（過量施氮量）。小區(qū)面積18 m2（3 m×6 m）。

1.3 樣品采集與分析

于大豆不同生長時段7月、8月、9月共3次對試驗地進(jìn)行取樣，取樣土層深度為0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm。一部分土樣烘干后進(jìn)行土樣化學(xué)性質(zhì)分析，測定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀和pH值；一部分土樣用改良貝曼淺盤法開展土壤線蟲分離試驗，線蟲標(biāo)本依據(jù)《中國土壤動物檢索圖鑒》鑒定到屬。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)計算、列表，采用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

1.5 線蟲生態(tài)特征指數(shù)

采用土壤線蟲生態(tài)學(xué)普遍使用的指數(shù)來度量土壤線蟲群落的多樣性，見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對土壤線蟲種類及營養(yǎng)類群的影響

從表2可以看出，在大豆田中500 g鮮土共捕獲土壤線蟲17屬2 627條，其中，CK區(qū)500 g鮮土共捕獲781條，墊刃屬線蟲為優(yōu)勢屬線蟲；施氮45 kg/hm2處理500 g鮮土共捕獲土壤線蟲1 131條，小桿屬和墊刃屬線蟲為優(yōu)勢屬線蟲；施氮90 kg/hm2處理500 g鮮土共捕獲土壤線蟲715條，紐帶屬線蟲為優(yōu)勢屬線蟲。

表2 不同施氮量下3個土層土壤線蟲營養(yǎng)類群數(shù)量 單位：條

各施氮量下3個土層捕獲的線蟲共17屬，即墊刃 屬 （Tylenchus）、 單 宮 屬 （Monhysterida）、 柱 咽 屬（Alaimus）、 盤 旋 屬 （Rotylenchus）、 螺 旋 屬 （Helicotylenchu）、矮化屬（Tylenchorhynchus）、野外墊刃屬（Aglenchus）、 短體屬 （Pratylenchus）、 絲尾墊刃屬（Filenchus）、小桿屬（Rhabditis）、長針屬（Longidorus）、劍尾墊忍屬（Malenchu）、紐帶屬（Hoplolaimus）、類短體屬（Pratylenchus）、錐屬（Dolichorus）、細(xì)針 屬（Paratylenchus）、頭墊刃屬（Cephalenchus）。

2.2 不同施氮量對土壤線蟲群落生態(tài)特征指數(shù)的影響

從表3可以看出，不同施肥處理中，合理施用氮肥（45 kg/hm2）能增加土壤線蟲總量，提高食細(xì)菌線蟲豐度，抑制植物寄生線蟲豐度。氮肥均衡施用有利于土壤線蟲形成較為健康多樣的生態(tài)群落，過量施用氮肥則會破壞土壤線蟲的生態(tài)平衡。

表3 不同施氮量下3個土層土壤線蟲群落生態(tài)特征指數(shù)

2.3 不同施氮量對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表4可知，隨著施氮量的增加，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量以及pH值均大致下降。施氮量45、90 kg/hm2處理與CK相比，有機(jī)質(zhì)含量分別減少6.50%、18.45%，pH值分別降低4.97%、8.47%，堿解氮分別減少1.58%、9.81%，有效磷分別減少41.86%、37.92%，速效鉀分別減少1.18%、9.32%。

表4 不同施氮量處理的土壤化學(xué)性質(zhì)

2.4 不同施氮量對大豆經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量的影響

從表5可以看出，不同施氮量下大豆的株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株無效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、百粒重和平均產(chǎn)量均有差異，施氮45 kg/hm2處理產(chǎn)量為最高。由此表明，合理施肥能促進(jìn)作物生長，增加作物產(chǎn)量。

表5 不同處理大豆經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量

2.5 生態(tài)特征指數(shù)之間的相關(guān)分析

土壤線蟲群落生態(tài)特征指數(shù)可以反映生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性及受干擾影響的程度。土壤線蟲各生態(tài)特征指數(shù)之間的相關(guān)分析（表 6）表明：F/B 與 SR、λ、PPI、EI存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與MI和SI存在正相關(guān)關(guān)系，與WI存在顯著的正相關(guān)關(guān)系；SR與λ、WI值存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與PPI、EI、SI存在顯著的正相關(guān)關(guān)系；J與H存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與PPI存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（0.966），與 λ、EI、SI存在正相關(guān)關(guān)系，與MI存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（-0.571）；H 與 WI、MI存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與PPI存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（0.967），與λ、EI、SI存在正相關(guān)關(guān)系；λ 與 WI、EI、SI存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與MI存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（0.523），與PPI存在正相關(guān)關(guān)系（0.151）；WI與 MI、EI、SI存在正相關(guān)關(guān)系，與 PPI存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（-0.829）；MI與PPI、EI、SI存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；PPI與 EI、SI存在正相關(guān)關(guān)系；EI與SI存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（0.991）。

表6 土壤線蟲群落生態(tài)特征指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系

2.6 生態(tài)特征指數(shù)與土壤理化指標(biāo)之間的相關(guān)分析

由表7可知，土壤線蟲指數(shù)F/B和WI與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量及pH值均成正相關(guān)關(guān)系，而土壤線蟲指數(shù)J、H、λ和PPI與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量及pH值均成負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，SR還與土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量及pH值均成負(fù)相關(guān)關(guān)系。SI與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀含量及pH值均成正相關(guān)關(guān)系，而與土壤有效磷含量成負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表7 線蟲生態(tài)特征指數(shù)與土壤理化指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系

主成分分析結(jié)果顯示，0～10 cm土層的前兩個主成分PC1和PC2分別解釋了總變異的60.50%和39.50%。 H、J、PPI、SR、EI、SI、pH 值之間的關(guān)系更為密切，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對緊密，見圖1（a）。10～20 cm土層的前兩個主成分PC1和PC2分別解釋了總變異的52.88%和47.12%。WI、F/B、J、H、EI、SI之間的關(guān)系更為密切，pH 值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對緊密，見圖1（b）。20～30 cm土層的前兩個主成分PC1和PC2分別解釋了總變異的 61.20%和 38.80%。 H、J、WI、EI、SI、SR、F/B之間的關(guān)系相對密切，pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對緊密，見圖1（c）。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究對比分析了不同施氮條件下（0、45、90 kg/hm2）不同土層（0～10 cm、10～20 cm 和 20～30 cm）的土壤線蟲生態(tài)特征指數(shù)，并進(jìn)行了主成分分析。研究發(fā)現(xiàn)，不同施氮處理中，合理施用氮肥能增加土壤線蟲總量，提高食細(xì)菌線蟲豐富度，抑制植物寄生線蟲豐富度；合理施用氮肥有利于土壤線蟲形成較為健康多樣的生態(tài)群落，過量施用氮肥會破壞土壤線蟲的生態(tài)平衡。

通過大豆經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量分析可知，施用氮肥45 kg/hm2大豆產(chǎn)量最高，表明合理施肥能促進(jìn)作物生長，增加產(chǎn)量。

主成分分析結(jié)果表明，0～10 cm土層的前兩個主成分PC1和PC2分別解釋了總變異的60.50%和39.50%。 H、J、PPI、SR、EI、SI、pH 值之間的關(guān)系更為密切，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對緊密。10～20 cm土層的前兩個主成分PC1和PC2分別解釋了總變異的 52.88%和 47.12%。 WI、F/B、J、H、EI、SI之間的關(guān)系更為密切，pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對緊密。20～30 cm土層的前兩個主成分PC1和PC2分別解釋了總變異的61.20%和38.80%。 H、J、WI、EI與 SI、SR、F/B 之間的關(guān)系相對密切，并且pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對緊密。

3.2 討論

土壤線蟲是不同農(nóng)田管理措施的指示生物因子。研究發(fā)現(xiàn)，不同氮肥施用量對土壤線蟲總數(shù)的影響不顯著，對不同土壤線蟲營養(yǎng)類群數(shù)量的影響較大。胡 誠等[8]發(fā)現(xiàn)，施用氮肥能使土壤線蟲總數(shù)增加10%，并減少食真菌線蟲數(shù)量，但對于食細(xì)菌線蟲和雜食捕食類線蟲影響不顯著。本研究發(fā)現(xiàn)，合理施用氮肥（45 kg/hm2）土壤線蟲總數(shù)較不施肥提高44.81%。這可能是由于化肥的施用有益于植物的生長，進(jìn)而為微生物和線蟲提供更多食物。這與胡 誠等[8]的研究結(jié)果相似，施用化肥對土壤環(huán)境產(chǎn)生了較大的干擾。

本研究土壤線蟲生態(tài)特征指數(shù)分析結(jié)果顯示，各處理的EI值均在0.38～0.66之間（平均為0.52），SI值在0.33～0.67之間（平均為0.51），說明研究土壤的養(yǎng)分狀況較好。有研究表明，土壤線蟲的富集指數(shù)EI和結(jié)構(gòu)指數(shù)SI的值在0～1之間變化，其中當(dāng)EI>0.50和SI>0.50時表明受干擾程度較低且土壤養(yǎng)分狀況較好、食物網(wǎng)穩(wěn)定成熟[9]。

從不同土壤土層深度（0～10 cm、10～20 cm 和 20～30 cm）來分析，EI值和SI值隨土層加深的變化規(guī)律不明顯，但表層（0～10 cm）的值偏低，說明表層土壤受外界干擾的影響較大，導(dǎo)致食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對退化，這可能與表層土壤濕度較低[10]或者不同氮肥表層土壤農(nóng)藥殘留有關(guān)[11-13]。有研究表明，氮肥的施用能降低結(jié)構(gòu)指數(shù)SI、提高富集指數(shù)EI。這說明氮肥能增加食細(xì)菌線蟲營養(yǎng)類群的數(shù)量，并且降低雜食捕食類線蟲的數(shù)量。這些研究表明，化肥這種外界干擾對土壤線蟲群落及營養(yǎng)類群影響比較明顯[14]。

土壤線蟲生活史多樣性和功能多樣性對于揭示合理施用氮肥對土壤環(huán)境的影響具有良好的作用。本研究可為探求興安盟地區(qū)氮肥投入對土壤線蟲群落的影響提供參考。