種植年限對(duì)唐古特大黃根部土壤理化性質(zhì)及纖毛蟲(chóng)群落的影響

劉漢成,陳慶圓,趙軍亮,康生福,馬 雄*

(1.甘肅民族師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)系,甘肅 甘南 747000;2.甘南州百草生物科技開(kāi)發(fā)有限公司,甘肅 甘南 747000)

0 引言

【研究意義】唐古特大黃(Rheumtamguticum)屬蓼科(Polygonaceae)大黃屬(Rheum)多年生草本植物,因其根和莖中富含蒽醌類等多種化合物,廣泛應(yīng)用于醫(yī)療[1-3]、保健[4-5]、防腐[6]和養(yǎng)殖業(yè)[7]等方面。發(fā)展唐古特大黃種植不僅可以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求,同時(shí)也是改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)牧民收入及推動(dòng)鄉(xiāng)村振興的重要舉措[8]。研究不同種植年份唐古特大黃根部土壤理化性質(zhì)及其中微型生物群落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,有助于揭示唐古特大黃產(chǎn)量和品質(zhì)形成與土壤微生態(tài)之間的協(xié)同關(guān)系?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】原生動(dòng)物是廣泛分布于土壤中的一種單細(xì)胞動(dòng)物,是土壤微型生物群落的重要組成部分,參與土壤中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),對(duì)維持土壤生態(tài)平衡和促進(jìn)植物生長(zhǎng)方面具有積極作用。STOUT[9]認(rèn)為,土壤原生動(dòng)物的特征和活性與植物的生產(chǎn)性能及土壤動(dòng)物生物量之間相關(guān)。LIU等[10]發(fā)現(xiàn),在覆蓋玉米秸稈的土壤中,梨波豆蟲(chóng)可降低土壤微生物量碳,但對(duì)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量與僧帽腎形蟲(chóng)一樣均無(wú)顯著影響;僧帽腎形蟲(chóng)和大變形蟲(chóng)均可增加土壤速效磷的含量,且大變形蟲(chóng)可明顯增加土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量。纖毛蟲(chóng)直接以表膜接觸環(huán)境,對(duì)環(huán)境變化十分敏感,若環(huán)境質(zhì)量發(fā)生改變,其群落結(jié)構(gòu)會(huì)迅速改變甚至衰退[11]。LIU等[12]研究發(fā)現(xiàn),隨著不同季節(jié)降雨量的變化,土壤中纖毛蟲(chóng)群落構(gòu)成及物種數(shù)量呈現(xiàn)季節(jié)性改變,夏、秋季節(jié)纖毛蟲(chóng)數(shù)量多于冬、春季節(jié)。WU等[13]研究表明,研究纖毛蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量特征是監(jiān)測(cè)其生境質(zhì)量的有效手段。劉漢成等[14]研究唐古特大黃不同生長(zhǎng)年限根際土壤的理化性質(zhì)和微生物群落(細(xì)菌、放線菌和真菌)的組成變化發(fā)現(xiàn),土壤微生物數(shù)量總體表現(xiàn)為細(xì)菌最多,其次為放線菌,真菌最少;細(xì)菌和放線菌數(shù)量均與唐古特大黃生長(zhǎng)年限呈極顯著負(fù)相關(guān),而與有機(jī)質(zhì)和全鉀含量呈極顯著正相關(guān);真菌數(shù)量與唐古特大黃生長(zhǎng)年限、全磷含量呈顯著正相關(guān),可見(jiàn)在唐古特大黃種植過(guò)程中,土壤質(zhì)地和理化性質(zhì)的變化均促使土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量特征發(fā)生改變?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前,僅見(jiàn)劉漢成等[14]研究了唐古特大黃不同生長(zhǎng)年限根際土壤微生物群落的變化規(guī)律,但鮮見(jiàn)相似環(huán)境條件對(duì)纖毛蟲(chóng)及其他微型生物類群影響的研究報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合培養(yǎng)計(jì)數(shù)法和3級(jí)10倍稀釋法研究生長(zhǎng)1～4年的唐古特大黃根部土壤不同土層理化性質(zhì)、養(yǎng)分含量和纖毛蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的變化特征,旨在探明不同種植年限唐古特大黃的根部土壤理化性質(zhì)間及其與土壤纖毛蟲(chóng)數(shù)量變化的相關(guān)性,為唐古特大黃的科學(xué)種植與推動(dòng)中草藥種植產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 土樣 于2021年9月采用梅花5點(diǎn)取樣法[14]采自甘肅省甘南藏族自治州合作市門浪灘百草唐古特大黃種植基地。每個(gè)樣點(diǎn)各土層采集約1 500 g土壤,共15個(gè)樣本。

1.1.2 試劑 重鉻酸鉀(K2Cr2O7)、濃硫酸(H2SO4)、硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)、鄰啡羅啉(C12H8N2)、硫酸銀(Ag2SO4)、硼酸(H3BO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、酒石酸銻鉀〔K(SbO)C4H4O6·H2O〕、二氧化硅(SiO2)、鉬酸銨〔(NH4)6Mo7O24·4H2O〕及氫氧化鈉(NaOH)均為分析純,2,6-二硝基酚(C6H4N2O5,化學(xué)純),甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑,磷酸二氫鉀(KH2PO4)和氯化鉀(KCl)均為優(yōu)級(jí)純。

1.1.3 儀器設(shè)備 202-1型電熱恒溫干燥箱,北京科偉永興儀器有限公司;PHS-3C型酸度計(jì),上海越平科學(xué)儀器制造有限公司;Kjeltec 8200半自動(dòng)定氮儀,上海本昂科學(xué)儀器有限公司;油浴鍋HH-10A,青島聚創(chuàng)環(huán)保集團(tuán)有限公司;電熱恒溫培養(yǎng)箱GPJ-350,上海梅香儀器有限公司;雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)UV1900PC型,上海佑科;FP640火焰光度計(jì),上海傲譜分析儀器有限公司;原子吸收分光光度計(jì)AA320N,上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì),A為不同種植年限,分別在生長(zhǎng)1年(A1)、2年(A2)、3年(A3)和4年(A4)的唐古特大黃種植地內(nèi)用直徑為4 cm的土鉆采集土壤(每鉆約300 g);B為土層深度,分別為1～20 cm(B1)、21～40 cm(B2)和41～60 cm(B3)。

1.2.2 土樣預(yù)處理 將采集的土樣分別裝袋標(biāo)號(hào)后帶回實(shí)驗(yàn)室,取1/2新鮮土樣用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)及纖毛蟲(chóng)數(shù)量,其余土樣自然風(fēng)干備用[15]。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定

1) 纖毛蟲(chóng)數(shù)量。分別采用培養(yǎng)計(jì)數(shù)法和3級(jí)10倍稀釋法進(jìn)行檢測(cè)。其中,培養(yǎng)計(jì)數(shù)法,即稱取風(fēng)干土壤30 g,于直徑5 cm的培養(yǎng)皿中先采用非淹沒(méi)培養(yǎng)法[16]培養(yǎng)土樣,然后參考FOISSNER等[17]的方法進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì);3級(jí)10倍稀釋法,即根據(jù)STOUT[9,18]的方法進(jìn)行培養(yǎng)計(jì)數(shù)。

2) 土壤理化性質(zhì)。土壤含水量用烘干法測(cè)定,pH采用酸度計(jì)測(cè)定,有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀硫酸氧化-外加熱法測(cè)定,全氮含量使用半自動(dòng)定氮儀測(cè)定,用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量,全磷和速效磷含量采用堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定,全鉀含量采用堿熔-火焰光度法測(cè)定,速效鉀采用原子吸收分光光度法測(cè)定[19]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 唐古特大黃根部土壤理化性質(zhì)

從表1看出不同處理土壤理化性質(zhì)存在明顯差異。

表1 唐古特大黃根部土壤的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of rhizosphere soil around R. tanguticum

2.1.1 相同土層

1) B1(1～20 cm)。土壤含水量、全氮、堿解氮、全磷和有機(jī)質(zhì)含量：均隨唐古特大黃種植年份增加呈下降趨勢(shì),其中,土壤含水量A1(20.40%)極顯著高于其余處理,A2(16.09%)與A3(15.58%)無(wú)顯著差異,A2極顯著高于A4(14.39%),A3顯著高于A4;全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì),各處理含量分別為1.77～2.66 g/kg、52.35～86.19 mg/kg和33.91～55.59 g/kg,各處理間差異極顯著;各處理全磷含量為0.84～0.89 g/kg,依次為A1>A3>A2>A4極顯著高于A4,A1極顯著高于A4,顯著高于A2,A3顯著高于A4。pH：隨唐古特大黃種植年份增加呈上升趨勢(shì),A4(8.22)極顯著高于A1(7.83)和A2(7.94),其余處理間無(wú)顯著差異。全鉀含量：隨種植年份增加呈先降后升趨勢(shì),A4(18.21 g/kg)極顯著高于其余處理,A1(17.52 g/kg)與A3(17.53 g/kg)無(wú)顯著差異,但均顯著高于A2(17.22 g/kg)。速效鉀含量：隨種植年份增加呈先升后降再升趨勢(shì),各處理含量為95.33～175.67 mg/kg,依次為A4>A2>A3>A1,各處理間差異極顯著。有效磷含量：隨種植年份增加呈先升后降趨勢(shì),各處理含量為3.20～10.60 mg/kg,依次為A2>A3>A4>A1,A2極顯著高于其余處理,A3顯著高于A4,二者均極顯著高于A1。

2) B2(21～40 cm)。土壤含水量、堿解氮、全磷和有機(jī)質(zhì)含量：均隨唐古特大黃種植年份增加呈下降趨勢(shì),其中,土壤含水量A1(22.29%)極顯著高于其余處理,A2(18.45%)與A3(17.83%)無(wú)顯著差異,二者均極顯著高于A4(16.25%);各處理堿解氮含量為51.44～79.87 mg/kg,處理間差異極顯著;各處理有機(jī)質(zhì)含量為37.62～66.47 g/kg,A1極顯著高于其余處理,A2極顯著高于A3和A4,A3顯著高于A4;各處理全磷含量為0.82～0.89 g/kg,A1極顯著高于其余處理,其余處理無(wú)顯著差異。全氮含量：隨唐古特大黃種植年份增加呈先降后升趨勢(shì),各處理含量分別為1.79～3.14 g/kg,依次為A1>A2>A4>A3,處理間差異極顯著。pH：各處理為7.66～7.90,依次為A3>A4>A1>A2,A3極顯著高于除A4外的其余處理,A4顯著高于A1,極顯著高于A2,A1顯著高于A2。有效磷含量：隨唐古特大黃種植年份增加呈先升后降再升趨勢(shì),各處理含量為1.73～4.71 mg/kg,A2最高,A3最低,各處理間差異極顯著。全鉀含量：各處理含量為17.51～17.95 mg/kg,A4極顯著高于其余處理,A1、A2和A3間無(wú)顯著差異。速效鉀含量：各處理含量為78.00～140.00 mg/kg,各處理含量依次為A4>A2>A1>A3,處理間差異極顯著。

3) B3(41～60 cm)。土壤含水量：隨唐古特大黃種植年份增加呈下降趨勢(shì),A1(20.92%)顯著高于A2(19.39%),二者極高于A3(15.23%)和A4(14.44%),A3與A4差異不顯著。pH、全氮、有機(jī)質(zhì)、全磷和速效鉀含量：均隨唐古特大黃種植年份增加呈先降后升趨勢(shì),其中,pH依次為A4>A1>A2>A3,A4(7.87)極顯著高于其余處理,其余處理間無(wú)顯著差異;全氮、全磷和有機(jī)質(zhì)含量均為A1>A2>A4>A3,全氮(1.42～3.07 g/kg)和有機(jī)質(zhì)(31.24～65.35 g/kg)含量各處理間差異極顯著,全磷含量A1(0.90 g/kg)與A2(0.88 g/kg)無(wú)顯著差異,但均極顯著高于A4(0.81 g/kg)和A3(0.77 g/kg);速效鉀含量依次為A4>A1>A2>A3,A4(120.67 mg/kg)極顯著高于其余處理,A1(85.00 mg/kg)與A2(84.00 mg/kg)無(wú)顯著差異,但均極顯著高于A3(77.0 mg/kg)。堿解氮和有效磷含量：呈先升后降再升趨勢(shì),均依次為A2>A1>A4>A3,各處理間均差異極顯著。全鉀含量：呈先降后升再降趨勢(shì),依次為A1>A3>A2>A4,各處理間無(wú)顯著差異。

2.1.2 相同年份

1) A1(1年)。隨土壤深度增加,土壤含水量、全氮和有機(jī)質(zhì)含量均呈先升后降趨勢(shì),其中,B2的土壤含水量最高(22.29%),與B3(20.92%)無(wú)顯著差異,但極顯著高于B1(20.40%),B3顯著高于B1;B1的全氮含量最低(2.66 g/kg),極顯著低于B2(3.14 g/kg)和B3(3.07 g/kg),B2和B3無(wú)顯著差異;有機(jī)質(zhì)含量依次為B2(66.47 g/kg)>B3(65.35 g/kg)>B1(55.59 g/kg),3者間差異均達(dá)極顯著水平。pH和全鉀均呈下降趨勢(shì),B1(7.83)極顯著高于B3(7.59),B2(7.77)顯著高于B3;全鉀依次為B1(17.52 g/kg)>B2(17.51 g/kg)>B3(17.38 g/kg),各處理間差異不顯著。堿解氮、有效磷和速效鉀均呈先降后升趨勢(shì),B1的堿解氮最高(86.19 mg/kg),B3(85.74 mg/kg)其次,二者無(wú)顯著差異,但均極顯著高于B2(79.87 mg/kg);有效磷和速效鉀均以B1最高(3.20 mg/kg和95.33 mg/kg),有效磷含量B1極顯著高于B2(2.52 mg/kg),顯著高于B3(2.85 mg/kg),B3顯著高于B2;速效鉀含量B1極顯著高于B2(81.33 mg/kg)和B3(85.00 mg/kg),B3極顯著高于B2。各處理全磷含量為0.89～0.90 g/kg,各處理間無(wú)顯著差異。

2) A2(2年)。土壤含水量、全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì)均隨土壤深度增加而增加,其中,土壤含水量B1最低(16.09%),極顯著低于B2(18.45%)和B3(19.39%),B2與B3無(wú)顯著差異;堿解氮B1最低(73.11 mg/kg),B2(75.81 mg/kg)其次,二者無(wú)顯著差異,但均極顯著低于B3(88.45 mg/kg);全氮和有機(jī)質(zhì)均為B3(2.82 g/kg和62.06 g/kg)>B2(2.53 g/kg和52.20 g/kg)>B1(2.16 g/kg和44.25 g/kg),各處理間差異均達(dá)極顯著水平。pH、有效磷和速效鉀均隨土壤深度增加而降低,其中,B1的pH和有效磷(7.94和10.60 mg/kg)均極顯著高于B2(7.66和4.71 mg/kg)和B3(7.56和4.20 mg/kg);速效鉀各處理間差異均達(dá)極顯著水平。全鉀依次為B2(17.60 g/kg)>B3(17.32 g/kg)>B1(17.22 g/kg),B2顯著高于B1。全磷依次為B3(0.88 g/kg)>B1(0.86 g/kg)>B2(0.82 g/kg),B3與B2差異極顯著,B1顯著高于B2。

3) A3(3年)。土壤含水量、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量均隨土壤深度增加呈先升后降趨勢(shì),其中,土壤含水量B2(17.83%)極顯著高于B1(15.58%)和B3(15.23%),堿解氮(37.91～64.08 mg/kg)和有機(jī)質(zhì)(31.24～38.76 g/kg)各處理間差異均達(dá)極顯著水平;pH、全氮、全磷和速效鉀含量均隨土壤深度增加而降低,B1和B2的pH(8.07和7.98)極顯著高于B3,全氮(1.42～1.88 g/kg)和全磷(0.77～0.87 g/kg)各處理間差異均達(dá)極顯著水平,速效鉀B1(115.67 mg/kg)極顯著高于B2(78.00 mg/kg)和B3(77.00 mg/kg);有效磷含量隨土壤深度增加呈先降后升趨勢(shì),依次為B1(7.06 mg/kg)>B3(2.02 mg/kg)>B2(1.73 mg/kg),各處理間差異極顯著;全鉀含量(17.33～17.53 g/kg)各處理間無(wú)顯著差異。

4) A4(4年)。土壤含水量、全氮和有機(jī)質(zhì)含量均隨土壤深度增加呈先升后降趨勢(shì),土壤含水量和有機(jī)質(zhì)依次為B2(16.25%和37.62 g/kg)>B3(14.44%和36.92 g/kg)>B1(14.39%和33.91 g/kg),全氮依次為B2(1.88 g/kg)>B1(1.77 g/kg)>B3(1.75 g/kg),其中,B2的土壤含水量和全氮含量均極顯著高于B1和B3,B2和B3的有機(jī)質(zhì)含量均極顯著高于B1。pH、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀均隨土壤深度增加呈下降趨勢(shì),即B1>B2>B3,其中,B1的pH(8.22)極顯著高于B2(7.90)和B3(7.87),B1和B2的堿解氮和全鉀含量(52.35 mg/kg和18.21 g/kg、51.44 mg/kg和17.95 g/kg)均極顯著高于B3(45.13 mg/kg和17.12 g/kg),全磷含量B1(0.84 g/kg)顯著高于B3(0.81 g/kg),有效磷(2.41～6.25 mg/kg)和速效鉀(120.67～175.67 mg/kg)含量各處理間差異極顯著。

2.2 唐古特大黃根部土壤纖毛蟲(chóng)的數(shù)量

從表2看出,培養(yǎng)計(jì)數(shù)法的纖毛蟲(chóng)為756.67～6 473.33 ind./g,除A2B1外,其余處理均明顯高于3級(jí)10倍稀釋培養(yǎng)法獲得的纖毛蟲(chóng)數(shù)量(48.67～3 020.00 ind./g)。

表2 不同處理唐古特大黃根部土壤纖毛蟲(chóng)的數(shù)量 Table 2 Quantitative characteristics of ciliate in rhizosphere soil of R. tanguticum under different treatments

2.2.1 相同土層 土壤纖毛蟲(chóng)數(shù)量隨唐古特大黃種植年份增加呈先降后升趨勢(shì),A1與A4間無(wú)顯著差異,但二者極顯著高于A2和A3,相比之下,A3纖毛蟲(chóng)數(shù)量最少,為756.67～1 036.67 ind./g(培養(yǎng)計(jì)數(shù)法)和48.67～698.00 ind./g(3級(jí)10倍稀釋培養(yǎng)法)。

2.2.2 相同年份 4個(gè)樣點(diǎn)中纖毛蟲(chóng)數(shù)量均隨著土壤深度增加而減少,培養(yǎng)計(jì)數(shù)法B1土壤中纖毛蟲(chóng)數(shù)量最多,為1 036.67～6 703.33 ind./g;B2次之,為853.33～3 580.00 ind./g;B3最少,為756.67～1 226.67 ind./g。

2.3 土壤理化性質(zhì)及其與纖毛蟲(chóng)數(shù)量的相關(guān)性

從表3看出,纖毛蟲(chóng)數(shù)量與土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量、全鉀和速效鉀含量呈極顯著正相關(guān),相關(guān)性系數(shù)分別為0.712、0.651、0.575和0.471,與土壤全氮含量呈顯著正相關(guān)(0.219),而與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)(-0.556)。土壤含水量隨唐古特大黃種植年份增加呈極顯著降低趨勢(shì)(-0.817);土壤pH隨唐古特大黃種植年份增加呈極顯著增加趨勢(shì)(0.496),但與土壤含水量(-0.469)和土壤深度(-0.374)分別呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān);全氮含量與樣點(diǎn)(-0.862)和pH(-0.441)呈極顯著負(fù)相關(guān),而與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)(0.904);堿解氮含量與樣點(diǎn)(-0.862)和pH(-0.375)呈顯著負(fù)相關(guān),而與土壤含水量(0.833)和全氮含量(0.907)呈極顯著正相關(guān);全磷含量分別與土壤含水量(0.661)、全氮(0.784)和堿解氮(0.792)含量呈極顯著正相關(guān),而與樣點(diǎn)之間(-0.675)呈極顯著負(fù)相關(guān),有效磷含量隨土壤深度增加呈極顯著減少趨勢(shì)(-0.639);全鉀含量隨唐古特大黃種植年份增加呈增加趨勢(shì)(0.337),與土壤深度呈負(fù)相關(guān)(-0.628);速效鉀含量與樣點(diǎn)(0.618)、pH(0.457)、有效磷(0.529)和全鉀(0.549)呈極顯著正相關(guān),但與土壤深度(-0.522)、含水量(-0.628)和全氮(-0.419)、堿解氮(-0.404)含量分別呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān);土壤有機(jī)質(zhì)含量隨含水量(0.915)、全氮(0.990)、堿解氮(0.902)和全磷(0.740)含量的增加呈極顯著增加趨勢(shì),而隨唐古特大黃生長(zhǎng)年份(-0.870)、pH(-0.472)和速效鉀(-0.507)含量的增加呈極顯著降低趨勢(shì)。

表3 唐古特大黃根際土壤纖毛蟲(chóng)數(shù)量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性 Table 3 Correlations between ciliate quantity in rhizosphere soil of R. tanguticum and soil physicochemical properties

3 討論

土壤理化因子是促進(jìn)作物生長(zhǎng)的必要條件,隨著唐古特大黃種植年份的增加,土壤理化性質(zhì)表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。含水量變化：由于該基地在種植幼苗時(shí),地表覆膜,但隨著種植年份的增加,覆膜風(fēng)化破損,失去了其保水功能,因此,土壤中含水量逐漸降低;但從相同樣點(diǎn)不同土壤深度看,21～40 cm土層土壤含水量最高,與汪海嬌等[20]的研究結(jié)果一致。pH變化規(guī)律：pH隨著唐古特大黃種植年份的增加而逐漸升高。鞠會(huì)艷等[21]認(rèn)為,連作物根部分泌并積累的化感物質(zhì)可直接影響其根際土壤的pH,也會(huì)影響土壤中化感物質(zhì)和其他有機(jī)質(zhì)的分解;土壤有機(jī)質(zhì)含量減少,也是影響pH升高的重要因素[22]。土壤全氮、堿解氮、全磷和有機(jī)質(zhì)含量隨著唐古特大黃種植年份的增加而逐漸減少,說(shuō)明大黃生長(zhǎng)過(guò)程中不斷吸收利用這些營(yíng)養(yǎng)元素,但從不同深度看,第1年和第2年的大黃根際深部土壤含氮量高于淺層土壤,可見(jiàn)此時(shí)大黃根部較小,未能吸收利用到深部土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素;隨著根系不斷扎深,其根部尤其是隨著根尖部分的深入,其可吸收利用更多深部土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素,因此,在3年和4年生的大黃根部表層土壤中含氮量高于深部土壤,當(dāng)然,有機(jī)質(zhì)含量的減少也影響到營(yíng)養(yǎng)元素的積累[23-26]。全鉀和速效鉀含量隨土壤深度增加而降低[27],但隨著唐古特大黃種植年份的增加而呈先升后降再升趨勢(shì),雖然與滕愛(ài)娣等[28-29]的研究結(jié)果一致,但與李琳等[30-32]的研究結(jié)果存在差異,其中機(jī)理尚待繼續(xù)探究。

土壤纖毛蟲(chóng)是土壤微型生物群落的重要組成部分,參與土壤中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)[33],但由于其以表膜直接接觸土壤,對(duì)土壤環(huán)境的變化敏感,反應(yīng)迅速,主要表現(xiàn)在其數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)的變化。隨著唐古特大黃生長(zhǎng)年份增加,纖毛蟲(chóng)數(shù)量呈先減后增趨勢(shì),依次為A1>A4>A2>A3,A1與A4之間、A2與A3之間無(wú)顯著差異,而A1和A4與A2、A3之間差異顯著;同一年份中,隨著土壤深度增加,A1和A4的纖毛蟲(chóng)數(shù)量均呈顯著減少趨勢(shì),A2的第1土層和第2土層之間無(wú)顯著差異而與第3土層間差異極顯著,A3的第1土層中纖毛蟲(chóng)數(shù)量顯著高于其他2個(gè)土層。研究結(jié)果表明,纖毛蟲(chóng)數(shù)量受土壤水分、全氮及有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分的明顯影響,而與土壤pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。高露等[34]認(rèn)為,隨土壤深度增加土壤含水量逐漸減少、土壤pH逐漸增加,不利于土壤纖毛蟲(chóng)的生存[35],導(dǎo)致纖毛蟲(chóng)數(shù)量隨深度增加而減少;另外土壤有機(jī)質(zhì)作為土壤養(yǎng)分含量也隨著土壤深度增加而減少,減少了微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源,進(jìn)而影響到纖毛蟲(chóng)數(shù)量[36-37],上層土壤(1～20 cm)所有的微生物數(shù)量占土壤微生物總量的95%,是土壤纖毛蟲(chóng)的主要食物來(lái)源[38],因此,隨著土壤深度的增加纖毛蟲(chóng)數(shù)量呈減少趨勢(shì)。

從不同年份看,唐古特大黃生長(zhǎng)1年的土壤纖毛蟲(chóng)數(shù)量最多,2年的次之,3年的最少。曹緯國(guó)等[39-42]研究認(rèn)為,唐古特大黃生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的蒽醌類化合物及相關(guān)代謝產(chǎn)物滲入根部土壤后影響土壤酶活性,進(jìn)而對(duì)土壤微型生物群落造成一定的抑制作用。第4年時(shí),唐古特大黃根部土壤纖毛蟲(chóng)數(shù)量又出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì),可能是此時(shí)唐古特大黃進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段,消耗蒽醌類物質(zhì),導(dǎo)致體內(nèi)蒽醌類物質(zhì)含量下降[43],致使纖毛蟲(chóng)數(shù)量增加;也可能是因?yàn)榇蟛糠掷w毛蟲(chóng)對(duì)唐古特大黃根部分泌物的耐受性增加致使種群數(shù)量逐漸增多[44-45]。

培養(yǎng)計(jì)數(shù)法獲得的纖毛蟲(chóng)數(shù)量為756.67～6 473.33 ind./g,大于3級(jí)10倍稀釋法獲得的纖毛蟲(chóng)數(shù)量(48.67～3 020.00 ind./g)。從纖毛蟲(chóng)2種計(jì)數(shù)方法看,培養(yǎng)計(jì)數(shù)法得到的纖毛蟲(chóng)數(shù)量遠(yuǎn)高于3級(jí)10倍稀釋培養(yǎng)法,其原因在于培養(yǎng)計(jì)數(shù)法在9 d的培養(yǎng)過(guò)程中得到了大量萌發(fā)的纖毛蟲(chóng)包囊,具有累積效應(yīng),而3級(jí)10倍稀釋法僅依靠在每個(gè)環(huán)中纖毛蟲(chóng)出現(xiàn)與否得出的最大或然數(shù)[46],具有隨機(jī)性,因而ADL[47]更傾向于使用培養(yǎng)計(jì)數(shù)法。雖然使用培養(yǎng)計(jì)數(shù)法得到了更多的纖毛蟲(chóng)數(shù)量,但與FOISSNER等[16,48]直接計(jì)數(shù)法得出的結(jié)果相差極大,主要是因?yàn)榈赜颦h(huán)境差異所致,如FOISSNER等研究的是奧地利東部天然林中0～10 cm的土壤,其中纖毛蟲(chóng)數(shù)量最多為10 925 ind./g,寧應(yīng)之[48]則在亞熱帶湖北神農(nóng)架樣點(diǎn)獲得了最高纖毛蟲(chóng)數(shù)量,達(dá)631 300 ind./g,主要是因?yàn)樘烊涣滞寥乐械挠袡C(jī)質(zhì)、碳、氮含量高及土壤微生物豐富度和多樣性指數(shù)高[49],研究采用土壤采自唐古特大黃種植地內(nèi),其所含蒽醌類化合物本身對(duì)土壤微型生物有抑制作用。

研究初步分析了不同生長(zhǎng)年份的唐古特大黃根部土壤中纖毛蟲(chóng)數(shù)量變化趨勢(shì),雖然此變化特征也能在一定程度上反映出纖毛蟲(chóng)群落對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng),但未分析纖毛蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的組成及其變化特征。因此,在下一步研究中將重點(diǎn)分析唐古特大黃生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)哪些纖毛蟲(chóng)物種產(chǎn)生影響及其影響機(jī)制,為檢測(cè)唐古特大黃的生長(zhǎng)需求和改善環(huán)境微生態(tài)效應(yīng)提供指示物種。

4 結(jié)論

隨著唐古特大黃生長(zhǎng)年份的增加,除鉀素含量和pH外,土壤其他營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢(shì),表明種植唐古特大黃對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素消耗明顯。相關(guān)性分析結(jié)果顯示,纖毛蟲(chóng)數(shù)量與土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量、全鉀和速效鉀含量呈極顯著正相關(guān),與全氮含量呈顯著正相關(guān),而與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)。唐古特大黃生長(zhǎng)前3年對(duì)土壤纖毛蟲(chóng)有較強(qiáng)的抑制作用,第4年時(shí),隨著土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和纖毛蟲(chóng)的耐受性增強(qiáng),纖毛蟲(chóng)數(shù)量又逐步恢復(fù)。唐古特大黃生長(zhǎng)對(duì)根部土壤環(huán)境和土壤微型生物數(shù)量影響明顯,在種植唐古特大黃時(shí),若能及時(shí)補(bǔ)充水分和有機(jī)肥,不僅能滿足唐古特大黃的生長(zhǎng)需求,提高唐古特大黃的產(chǎn)量,還有助于維持土壤微生態(tài)平衡。