等氮條件下不同有機無機肥配施對甘薯田土壤大型動物分布和群落的影響

摘要：為了考察等氮條件下有機肥配施無機肥對甘薯田土壤大型動物分布和群落的影響，在甘薯生長過程中設置了豬糞有機肥、羊糞有機肥、菌渣有機肥和易腐垃圾有機肥4種有機肥與化肥配施處理，以單施化肥和不施肥為對照，各處理純氮用量均為150.00 kg/hm2，考察了不同施肥處理下土壤的含水率及pH的變化情況，并進行了土壤大型動物在土壤中的分布情況調(diào)查和多樣性分析。在土壤中捕獲到膜翅目（Hymenoptera）、彈尾目（Collembola）、蜘蛛目（Araneae）、雙翅目（Diptera）、鞘翅目（Coleoptera）、半翅目（Hemiptera）、直翅目（Orthoptera）、鱗翅目（Lepidoptera）、隱翅目（Staphylinidae）、寡毛目（Oligochaeta）10個類群的大型動物。各不同肥料處理土壤大型動物中膜翅目為優(yōu)勢類群。在樣地0～5 cm的表層土壤大型動物最多。土壤大型動物多樣性分析結(jié)果表明，豬糞有機肥與化肥配施處理的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為2.138，在所有處理中最高，比不施肥對照高60.51%，比單施化肥對照高12.23%，其類群數(shù)與個體數(shù)也最高。4種有機肥多樣性指數(shù)都比不施肥對照高，有機肥料的施用可提高生物多樣性，有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：等氮；有機肥；無機肥；配施；甘薯田；土壤大型動物；分布；群落

中圖分類號：S154.5；S147.34" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）11-0030-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.11.006 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of different organic fertilizer combined with inorganic fertilizer under equal nitrogen conditions on the distribution and community of soil macrofauna in sweet potato field

NIU Tian-xin1， MA Hua-sheng1， ZHA Yan1， PAN Song-qing2， HUANG Yu-qing1

（1.Hangzhou Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou" 310024，China； 2.Weifulai （Zhejiang） Technology Co.， Ltd.， Hangzhou" 310000，China）

Abstract： In order to investigate the effects of organic fertilizer combined with inorganic fertilizer on the distribution and community of soil macrofauna in the sweet potato field under the condition of equal nitrogen， four kinds of organic fertilizer combined with chemical fertilizer were set up during the growth of the sweet potato， including pig manure organic fertilizer， sheep manure organic fertilizer， mushroom residue organic fertilizer and perishable garbage organic fertilizer， and the pure chemical fertilizer and no fertilization were used as the control. The amount of pure nitrogen in each treatment was 150.00 kg/hm2. The changes of soil moisture content and pH under different fertilization treatments were investigated， and the distribution and diversity of soil macrofauna in soil were investigated and analyzed. 10 groups of soil macrofauna were captured， including Hymenoptera， Collembola， Araneae， Diptera， Coleoptera， Hemiptera， Orthoptera， Lepidoptera， Staphylinidae and Oligotricha. Hymenoptera was the dominant group among soil macrofauna treated with different fertilizers. There were the most macrofaunas in the surface soil of the 0～5 cm sample plot. The analysis of soil macrofauna diversity showed that the Shannon-Wiener diversity index of pig manure organic fertilizer combined with chemical fertilizer treatment was 2.138， which was the highest among all treatments， increasing by 60.51% compared to the no fertilizer control and 12.23% compared to the pure chemical fertilizer control. The number of groups and individuals in this treatment was also the highest. The diversity index of the four types of organic fertilizer was higher than that of the no fertilizer control， and the application of organic fertilizer could improve biodiversity， which was conducive to the sustainable development of agricultural ecology.

Key words：equal nitrogen； organic fertilizer； inorganic fertilizer； combined applying； sweet potato field； soil macrofauna； distribution； community

土壤動物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分及物質(zhì)循環(huán)的重要參與者，直接或間接參與有機物的分解和營養(yǎng)元素的礦化，對土壤碳氮循環(huán)中凋落物分解、土壤呼吸、碳穩(wěn)定性改變以及土壤氮素礦化和反硝化作用等關鍵過程具有重要意義，在維持和發(fā)揮農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)正常功能上起著不可替代的作用［1-3］。土壤大型動物對土壤有機質(zhì)的形成和分布、土壤的養(yǎng)分循環(huán)和土壤理化性質(zhì)的變化具有重要影響［4］，可通過挖掘土壤改善土壤微環(huán)境、調(diào)節(jié)資源的可用性，被譽為“生態(tài)系統(tǒng)工程師”［5］，且土壤大型動物對土壤環(huán)境的變化具有明顯的指示作用［6，7］，因此土壤大型動物群落的結(jié)構(gòu)、多樣性和生態(tài)功能等受到了廣泛關注［8，9］。

施肥是田間管理的主要措施，化肥雖能快速提高作物產(chǎn)量，但長期施用不僅會影響土壤結(jié)構(gòu)、土壤肥力［10-12］，還會對土壤生物多樣性等造成嚴重影響［13，14］。有機肥自身含有豐富的有機質(zhì)和養(yǎng)分，合理施用有機肥可以顯著改善土壤的理化及生物活性，促進微生物繁殖［15-17］，提高土壤肥力，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)［18］。

目前關于等氮條件下不同有機肥料和化肥配施對土壤大型動物的影響研究較少。本研究的主要目的是探討在等氮條件下不同有機肥和無機肥配施對甘薯田土壤大型動物的分布和群落的影響，通過分析不同處理下土壤動物的種群數(shù)量變化深入了解土壤狀況，以期為土壤改良和耕地質(zhì)量提升提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在杭州市轉(zhuǎn)塘鎮(zhèn)之江基地（120°09′96.28″E， 30°15′68.29″N）進行，亞熱帶季風氣候。供試土壤為黏質(zhì)生土，基地0～20 cm土層土壤基本理化性質(zhì)為pH 7.3、有機質(zhì)含量5.10 g/kg、全氮含量0.25 g/kg、有效磷含量1.42 mg/kg、速效鉀含量61.57 mg/kg。供試甘薯［Dioscorea esculenta （Lour.） Burkill］品種為杭薯2號。

1.2 肥料試驗設計

試驗按田間小區(qū)試驗設計，每個處理3個重復，小區(qū)面積58 m2，隨機區(qū)組排列。試驗在等氮（純氮150.00 kg/hm2）條件下設置不同有機肥和無機肥配施處理，共6個處理：處理1，不施肥對照（CK1）；處理2，單施化肥對照（CK2，純氮150.00 kg/hm2）；處理3，豬糞有機肥（豬糞商品有機肥，有機肥純氮施用量148.35 kg/hm2）與化肥配施；處理4，羊糞有機肥（純羊糞有機肥，有機肥純氮施用量123.45 kg/hm2）與化肥配施；處理5，菌渣有機肥（有機肥純氮施用量117.45 kg/hm2）與化肥配施；處理6，易腐垃圾有機肥（城市生活易腐垃圾有機肥，有機肥純氮施用量67.05 kg/hm2）與化肥配施，各有機肥與化肥配施處理不足氮量以化肥補足。各處理鉀肥（K2O）用量也均為150.00 kg/hm2，不足部分以硫酸鉀補全，有機肥純氮、K2O施用量依據(jù)氮、鉀含量測定結(jié)果進行折算。番薯間距25 cm，肥料均勻撒施，翻入土中。整個生育期不用除草劑，不施肥，期間翻藤蔓3次，雜草人工拔除，就地還田。有機肥及化肥作基肥一次性施入，不同處理除施肥外，其他田間管理措施均一致。

肥料種類：豬糞商品有機肥（有機質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%，桐廬吉誠農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司），純羊糞有機肥（有機質(zhì)≥45%，總養(yǎng)分≥5%，杭州南塢莊有機肥有限公司），菌渣有機肥和城市生活易腐垃圾有機肥［蔚復來（浙江）科技股份有限公司，總養(yǎng)分≥5%］；化肥：硫酸鉀復合肥（N+P2O5+K2O≥45%，各養(yǎng)分含量均約占15%，安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司）、硫酸鉀（K2O≥52%，埃佩克有限責任公司）。

1.3 環(huán)境參數(shù)的測定

1.3.1 土壤含水量的測定 土壤含水量采用烘干法測定。采集 0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 深度土層，環(huán)刀法（直徑為7 cm，體積為200 cm3）自上而下依次取土樣，將采集袋中的土樣盛放在鋁盤中，放進電熱恒溫烘箱中，105 ℃烘干至恒重取出，分別稱重。

1.3.2 土壤pH的測定 將不同土壤層的土樣分別放入已知質(zhì)量的鋁盤中，稱取5 g，量取12.5 mL去離子水，依照比例配制，攪拌至乳狀，放置澄清后，用pH計進行測定。

1.4 土壤大型動物種群調(diào)查分析

為了消除邊界效應，在每個小區(qū)中心選取3 個采樣點，采集時，去除地表雜物，在近甘薯植株處選擇面積為50 cm×50 cm 的樣點，手撿法分層收集土壤中的大型動物，并用75%乙醇將動物殺死，帶回實驗室。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析方法

所得土壤動物用體視顯微鏡（北京派迪威儀器有限公司尼康SMZ800）進行觀察， 參照《中國土壤動物檢索圖鑒》［19］進行分類鑒定，同時統(tǒng)計個體數(shù)量。采用 Pielon均勻度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)對土壤動物進行多樣性分析，計算式如下。

[H=-i=1SPilnPi]" " " " （1）

J=H/lnS" " " " " " " " " （2）

式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；Pi為樣本中第i個分類單元中個體數(shù)占所有物種個體數(shù)的比值；S為鑒定分類單元的數(shù)目；J為Pielon均勻度指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料處理不同土層土壤含水率的變化

由表1可見，除單施化肥對照外，甘薯田塊不同施肥處理的土壤含水率均隨土層深度增加呈升高趨勢，而單施化肥對照以中層（5～10 cm）土壤含水率最高。各處理0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土層平均土壤含水率分別為10.10%、12.23%、13.52%，土壤含水率的不同可能影響到各土層動物的分布。

2.2 不同肥料處理不同土層土壤pH的變化

甘薯在pH 4.2～8.5均能生長，試驗地土壤pH為7.09～7.99。各處理0～5 cm、 5～10 cm和10～15 cm土層平均土壤pH分別為7.76、7.25、7.64，中層土壤的pH比其他土層略低，表層土壤的pH最高。施入土壤的肥料應以不降低土壤pH為宜，這樣可適應多種農(nóng)作物，防止土壤酸化，幾種施肥處理中除了單施化肥對照的pH比不施肥對照有所降低，4個有機肥處理的pH都比不施肥對照高，僅施用化肥會造成土壤酸化（表2）。

2.3 不同肥料處理不同土層土壤大型動物種群的分布和多樣性

在甘薯生長過程中進行土壤動物分布及多樣性分析，通過對不同施肥處理下的土壤樣品進行分析，了解不同施肥處理下土壤動物情況。

2.3.1 土壤大型動物垂直分布 不施肥對照只捕獲了5只土壤大型動物，分屬于4目，分別為膜翅目（Hymenoptera）、彈尾目（Collembola）、蜘蛛目（Araneae）、鱗翅目（Lepidoptera），這4個目的動物也是優(yōu)勢類群，都聚集在0～5 cm土壤（表3）。

單施化肥對照捕獲了17只土壤大型動物，分屬于8目，膜翅目、彈尾目、蜘蛛目、雙翅目（Diptera）是優(yōu)勢類群，其中膜翅目和雙翅目均占土壤大型動物總量的23.5%，同樣所有大型動物都聚集在0～5 cm土壤（表4）。

豬糞有機肥與化肥配施處理捕獲了20只土壤大型動物，在所有處理中數(shù)量最多，分屬于10目，膜翅目、蜘蛛目、鞘翅目（Coleoptera）、直翅目（Orthoptera）、鱗翅目是優(yōu)勢類群，其中膜翅目和鱗翅目均占土壤大型動物總量的20.0%，大部分大型動物都聚集在0～5 cm土壤，占總數(shù)的95.0%，而10～15 cm土層中比其他處理多了蚯蚓這種土壤大型動物（表5）。

羊糞有機肥與化肥配施處理捕獲了11只土壤大型動物，分屬于9目，其中膜翅目、鱗翅目是優(yōu)勢類群，其中膜翅目占土壤大型動物總量的27.3%，大部分大型動物都聚集在0～5 cm土壤，占總數(shù)的90.9%，10～15 cm土層中有寡毛目（Oligochaeta）這種土壤大型動物（表6）。

菌渣有機肥與化肥配施處理捕獲了13只土壤大型動物，分屬于6目，其中膜翅目、蜘蛛目是優(yōu)勢類群，其中膜翅目占土壤大型動物總量的53.8%，大部分大型動物都聚集在0～5 cm土壤，占總數(shù)的92.3%，僅有1目生活在10～15的土層中（表7）。

易腐垃圾有機肥與化肥配施處理捕獲了17只土壤大型動物，分屬于9目，其中膜翅目、蜘蛛目、鱗翅目是優(yōu)勢類群，其中膜翅目占土壤大型動物總量的35.3%，所有大型動物都聚集在0～5 cm的土壤表層。

9月甘薯收獲前在之江基地的甘薯土壤中捕獲到膜翅目、彈尾目、蜘蛛目、雙翅目、鞘翅目、半翅目（Hemiptera）、直翅目、鱗翅目、隱翅目（Staphylinidae）、寡毛目10個類群的大型動物，分屬于2門（節(jié)肢動物門和環(huán)節(jié)動物門）3綱（昆蟲納、蛛形綱、多毛綱）。由各處理垂直分布（表8）可見，在樣地0～5 cm的表層土壤中大型動物最多，個別處理能達到總量的100%，而中層的土壤大型動物1只也沒發(fā)現(xiàn)，具有明顯的表層聚集性。因土壤是回填生土，熵情較差，土壤大型動物數(shù)量較少。

2.3.2 土壤大型動物生物多樣性 由表9可見，豬糞有機肥與化肥配施處理的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最高，為2.138，Pielon均勻度指數(shù)為0.928，也較高，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)比不施肥對照高60.51%，比單施化肥對照高12.23%，豬糞有機肥與化肥配施處理的類群數(shù)與個體數(shù)也最高。羊糞有機肥與化肥配施處理Shannon-Wiener多樣性指數(shù)次之，不施肥對照的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最低，幾種有機肥中菌渣有機肥處理表現(xiàn)一般。4種有機肥與化肥配施的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)都比不施肥對照高；除菌渣有機肥與化肥配施處理外，其他處理的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)都高于單施化肥對照。

3 小結(jié)

除單施化肥對照外，甘薯田塊不同施肥處理的土壤含水率隨土層增加呈升高趨勢，各處理0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土層的平均土壤含水率分別為10.10%、12.23%、13.52%。甘薯田土壤0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土層的平均土壤pH分別為7.76、7.25、7.64，中層土壤的pH比其他土層略低，表層的pH最高。幾種施肥處理中除了單施化肥處理的pH有所降低，4個有機肥與化肥配施處理的pH都比不施肥對照高，僅施用化肥會造成土壤酸化，施用有機肥可適度改善這一情況。

甘薯收獲前在之江基地的甘薯土壤中捕獲到膜翅目、彈尾目、蜘蛛目、雙翅目、鞘翅目、半翅目、直翅目、鱗翅目、隱翅目、寡毛目10個類群的大型動物，分屬于2門（節(jié)肢動物門和環(huán)節(jié)動物門）3綱（昆蟲納、蛛形綱、多毛綱）。各不同肥料處理土壤大型動物中膜翅目為優(yōu)勢類群。由各處理土壤大型動物垂直分布可知，樣地0～5 cm土壤大型動物最多，具有明顯的表層聚集性，土壤動物個體數(shù)和類群數(shù)隨土壤深度加深而降低。因土壤大型動物喜歡生活在土壤表層，其垂直分布情況與土壤含水率、pH及養(yǎng)分含量變化有關。

土壤大型動物多樣性分析結(jié)果表明，豬糞有機肥與化肥配施處理的土壤大型動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最高，為2.138，其Pielou均勻度指數(shù)為0.928，也較高，多樣性指數(shù)比不施肥對照高60.51%，比單施化肥對照高12.23%，豬糞有機肥與化肥配施處理的類群數(shù)與個體數(shù)也最高。羊糞有機肥與化肥配施處理的土壤大型動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)次之，不施肥對照的土壤大型動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最低，幾種有機肥中菌渣有機肥處理表現(xiàn)一般。肥料尤其是有機肥的施入為土壤大型動物提供了大量的食物資源，導致肥料處理多樣性指數(shù)都比不施肥對照高。除菌渣有機肥與化肥配施處理外，其他有機肥與化肥配施處理多樣性指數(shù)都比單施化肥對照高。土壤貧瘠或施用化肥影響了土壤的生態(tài)系統(tǒng)，導致生物多樣性降低，而有機肥料的施用可提高生物多樣性，有利于農(nóng)業(yè)的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

［1］ 魏 巍，許艷麗，朱 琳，等.長期施肥對黑土農(nóng)田土壤微生物群落的影響［J］.土壤學報， 2013， 50（2）：372-380.

［2］ 趙巴音那木拉，德海山，紅 梅，等.玉米/大豆間作種植對農(nóng)田大型土壤動物群落動態(tài)變化的影響［J］.中國土壤與肥料， 2022（7）：132-140.

［3］ 康玉娟，武海濤.蚯蚓對土壤碳氮循環(huán)關鍵過程的影響及其機制研究進展［J］.土壤與作物， 2021， 10（2）：150-162.

［4］ 孫 新，李 琪，姚海鳳，等.土壤動物與土壤健康［J］.土壤學報， 2021， 58（5）：1073-1083.

［5］ TURBé A， TONI A D， BENITO P， et al. Soil biodiversity： Functions，threats and tools for policy makers［M］.Parijs： Contact bio intelligence service S. A. S.， 2010.61-73.

［6］ 李志強，柯云玲，班大雄，等.白蟻生物多樣性及其對生態(tài)環(huán)境變化的指示作用［J］.生態(tài)學雜志， 2015， 34（2）：557-561.

［7］ 王壯壯，賀 凱，朱時應，等.年楚河流域康馬縣高寒草地土壤節(jié)肢動物多樣性研究［J］.湖南師范大學自然科學學報， 2021，" " "44（6）：76-84.

［8］ 劉鵬飛，紅 梅，美 麗，等.不同玉米秸稈還田量的土壤大型動物夏季群落動態(tài)特征［J］.土壤學報， 2020， 57（3）：760-772.

［9］ 張淑花，周利軍，魏雅冬.施氮量對農(nóng)田及防護林大型土壤動物群落結(jié)構(gòu)的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學， 2021， 49（4）：205-210.

［10］ 楊穎楠， 黃明斌.長期不同施肥處理對不同土層土壤水力性質(zhì)的影響［J］.水土保持通報， 2022， 42（1）：56-62.

［11］ 柳開樓， 都江雪， 鄔 磊， 等.長期施肥對不同深度稻田土壤團聚體磷素分配的影響［J］.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報，2022，39（6）：1115-1123.

［12］ 王傳杰，王齊齊， 徐 虎， 等.長期施肥下農(nóng)田土壤-有機質(zhì)-微生物的碳氮磷化學計量學特征［J］.生態(tài)學報， 2018， 38（11）：3848-3858.

［13］ 徐一蘭， 唐海明， 肖小平， 等.長期施肥對雙季稻田土壤微生物學特性的影響［J］. 生態(tài)學報， 2016， 36（18）：5847-5855.

［14］ 唐海明，肖小平，湯文光，等.長期施肥對雙季稻田甲烷排放和關鍵功能微生物的影響［J］.生態(tài)學報，2017，37（22）：7668-7678.

［15］ 宋君祥，雷 雄，葉明清，等.生物有機肥對川西北退化草地群落結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)性能的影響［J］.草地學報，2019，27（5）：1355-1363.

［16］ 張 奇，張振華，盧 信.生物有機肥施用對黃泛沖積區(qū)貧瘠土壤養(yǎng)分、酶和微生物多樣性的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學報， 2020， 36（2）：325-335.

［17］ 王文東，紅 梅，劉鵬飛，等.施用有機肥對黑土區(qū)農(nóng)田大型土壤動物群落的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報，2019，24（5）：174-184.

［18］ 張運龍.有機肥施用對冬小麥-夏玉米產(chǎn)量和土壤肥力的影響［D］.北京： 中國農(nóng)業(yè)大學，2017.

［19］ 尹文英.中國土壤動物檢索圖鑒［M］.北京：科學出版社，1998.

牛天新，馬華升，查 燕，等. 等氮條件下不同有機無機肥配施對甘薯田土壤大型動物分布和群落的影響［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學，2024，63（11）：30-34．

收稿日期：2024-01-09

基金項目：杭州科技創(chuàng)新與示范推廣項目（202209TD19；NZS20220823））；杭州市科委項目（20201203B104）

作者簡介：牛天新（1976-），女，山東平邑人，高級工程師，碩士，主要從事環(huán)境生態(tài)與水處理技術工作，（電話）13588113590（電子信箱）

snail.li2@163.com。