李曉蘭， 相吉山， 張艾明， 徐 峰， 索良喜

(1.赤峰學院，內蒙古赤峰 024000； 2.內蒙古自治區(qū)赤峰市敖漢旗農業(yè)局，內蒙古赤峰 024000)

地膜覆蓋技術在農田生態(tài)系統(tǒng)中的應用，大幅提高了農作物的產量，并且一定程度上抑制了雜草和病蟲害的發(fā)生，由于該技術的眾多優(yōu)點，使得該技術推廣迅速[1-2]。據(jù)1982—2005年《中國農業(yè)統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)可知，1981年農作物覆蓋種植面積僅為1.5萬hm2，而2004年增加到1 200萬hm2，中國農業(yè)信息網(wǎng)報道了2012年全國的地膜覆蓋面積達到 2 330萬hm2，地膜覆蓋面積約占總耕地面積的20%。內蒙古自治區(qū)已經有30多年的地膜使用歷史，從1986年后，內蒙古糧食作物地膜覆蓋面積呈現(xiàn)增加趨勢[3]。玉米是內蒙古的第一大糧食作物，2007、2011、2014、2015年播種面積分別為200萬、267萬、333萬、341萬hm2；2015年赤峰市玉米種植面積為55萬hm2，其中覆膜玉米面積已經達到33萬hm2，占赤峰市總種植玉米面積的60%，近些年來赤峰市地區(qū)的玉米種植面積和地膜使用面積逐步擴大，導致覆膜連作現(xiàn)象發(fā)生。

土壤線蟲是土壤動物區(qū)系中最豐富的無脊椎動物[4]，是生態(tài)系統(tǒng)中最敏感的指示生物之一[5]，土壤線蟲對有機物的分解、養(yǎng)分轉化和能量傳遞等過程均起重要作用[6]，所以常被用來評估土壤環(huán)境變化及土壤健康狀況。隨著覆膜玉米連作面積的增加，土壤環(huán)境發(fā)生了怎樣的變化，土壤環(huán)境的變化對土壤生態(tài)系統(tǒng)結構和功能產生了怎樣的影響，覆膜玉米的長期連作是否會造成負面的影響，這些問題均須要給出較合理的解釋。本研究試圖利用土壤線蟲來分析覆膜連作造成的影響，旨在為合理推廣玉米覆膜技術和客觀評價覆膜所帶來的負面影響提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地點概況

土壤樣品采自內蒙古赤峰市敖漢旗(地理位置41°42′～43°09′ N、119°30′～120°52′ E)多年種植玉米的農田。敖漢旗位于赤峰市東南部，是赤峰市的農業(yè)大縣，該旗地處中溫帶，氣候類型為半干旱大陸性季風氣候，年降水量在310～460 mm之間，該旗是國家商品糧基地和自治區(qū)產糧十強旗(縣)之一。

1.2 研究方法

選取多年種植玉米的農田18塊，即多年種植未覆膜玉米、2015年首次種植覆膜玉米(之前多年種植玉米但未覆膜)、連續(xù)覆膜種植玉米4年處理各6塊樣地。于2015年10月分別在18塊農田內采集0～20 cm土壤樣品，每塊農田內采用5點法采集樣品，混勻后帶回實驗室放入4 ℃冰箱內，同時在大田內用環(huán)刀采集土樣測定土壤容重和孔隙度。將部分土樣進行土壤線蟲的提取和鑒定，另外一部分土樣風干后測定土壤理化性質。土壤因子主要包括土壤含水量(SMC，%)、土壤機械組成(沙粒含量SAN、粉粒含量SIL、黏粒含量CLA)、土壤容重(SBD，g/cm3)、土壤孔隙度(SP，%)、pH值、電導率(EC，μS/m)、陽離子交換量(CEC，mg/g)、土壤有機碳含量(SOC，g/kg)、土壤全氮含量(STN，g/kg)、土壤全磷含量(STP，g/kg)、土壤全鉀含量(STK，g/kg)，所有指標地測定采用中國土壤學會主編的《土壤農業(yè)化學分析方法》[7]和鮑士旦主編的《土壤農化分析(第三版)》[8]的方法。

線蟲的分離提取采用蔗糖梯度離心法，提取的線蟲用解剖鏡計數(shù)，用奧林巴斯光學顯微鏡進行科屬的鑒定，每個樣品隨機抽取100頭線蟲(不足100頭的全部鑒定)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)分析和作圖采用SPSS 16.5和Excel 2007軟件進行。

2 結果與分析

2.1 土壤因子變化特征

連續(xù)種植玉米后，覆膜處理和未覆膜處理存在一定的差異性。從表1可以看出，3種不同處理顯著影響了土壤中全磷含量和沙粒含量，不同處理間均存在顯著差異(P<0.01)。覆膜4年與未覆膜和覆膜1年存在顯著差異的土壤因子有土壤含水量、電導率、粉粒含量、有機碳含量、全氮和陽離子交換量，方差分析表明，處理間也存在顯著差異(P<0.01)，連續(xù)覆膜4年后13個土壤指標有8個發(fā)生了顯著變化，占總測定土壤因子的61.5%。

表1 不同處理玉米田土壤因子變化特征

2.2 土壤線蟲群落組成

所有土壤樣品中總計鑒定出36個屬(表2)，未覆膜、覆膜1年和覆膜4年分別含有34、33和30個屬線蟲。其中，擬麗突屬在所研究的3種處理的玉米田中均為優(yōu)勢屬，該屬的相對豐富度均大于5%；在未覆膜玉米田中優(yōu)勢屬還有巴茲爾屬、絲尾墊刃屬、墊咽屬、頭葉屬、真頭葉屬、索努斯屬；覆膜1年處理的優(yōu)勢屬還包括巴茲爾屬、絲尾墊刃屬、默林屬、真滑刃屬、麗突屬；覆膜4年處理的優(yōu)勢屬包括默林屬、墊咽屬、麗突屬、索努斯屬、真矛線屬、鹿角唇屬、短體線蟲屬。

不同處理間對線蟲總數(shù)和線蟲屬數(shù)產生了顯著影響(P<0.01)。覆膜1年與未覆膜處理比較均無顯著差異，但連續(xù)覆膜4年后造成了線蟲總數(shù)和線蟲屬數(shù)顯著降低(圖1、圖2)。

2.3 土壤線蟲群落與土壤因子的關系分析

線蟲屬的相對多度與土壤因子之間的關系如圖3、圖4所示，2種排序方法得到的線蟲屬相對多度、與環(huán)境因子之間的關系存在一定的差異性。在RDA和CCA 2種排序結果中，只有沙粒含量與軸1之間具有顯著的正相關性；含水量、電導率、有機碳含量、全氮含量、全磷含量和粉粒含量與軸1呈現(xiàn)顯著的負相關性；但軸2與土壤因子的關系卻發(fā)生了很大的變化，在RDA排序中，軸2與黏粒含量和孔隙度有較強的負相關性，與土壤容重有較強的正相關性，同時軸2與土壤pH值和全鉀含量均呈現(xiàn)顯著的負相關性，而在CCA排序中土壤pH值和全鉀含量與軸2卻呈現(xiàn)顯著的正相關性。

表2 不同處理的玉米田土壤中線蟲群落組成(相對多度)

從線蟲屬相對多度與土壤因子之間的關系看，土壤含水量(SMC)、電導率(EC)、粉粒含量(SIL)、有機碳含量(SOC)、全氮含量(STN)、全磷含量(STP)和陽離子交換量(CEC)與巴茲爾屬(Bas)和絲尾墊刃屬(Fil)的相對多度均有較密切的正相關關系，而與短體線蟲屬(Pra)、膜皮屬(Dip)、麗突屬(Acr)、鹿角唇屬(Cer)和真矛線屬(Eud)則呈現(xiàn)較密切的負相關關系，沙粒含量(SAN)與這些線蟲屬相對多度的相關性恰好相反。從線蟲屬相對多度與土壤因子關系方差解釋比例看，RDA和CCA排序分析中軸1的解釋方差比例分別為49.0%和37.5%，軸2的解釋方差比例為11.7%和10.0%。

3 結論與討論

覆膜連續(xù)種植作物影響了土壤微生物多樣性[9]、土壤理化性質[10-11]、土壤酶活性[12-13]、作物產量和品質[14]等指標。在本研究中，覆膜1年與未覆膜比較，13種土壤因子中只有土壤全磷含量和沙粒含量發(fā)生了顯著變化；但連續(xù)覆膜4年后土壤含水量、電導率、土壤有機碳含量、全氮含量、全磷含量、陽離子交換量和粉粒含量顯著降低，而沙粒含量卻顯著升高，造成部分土壤因子降低可能是因為連續(xù)覆膜造成了土壤中殘存了大量農膜。已有研究表明，覆膜2、5、10年的農田耕層土壤中(0～30 cm)地膜殘留量分別達到59.1、75.3、103.41 kg/hm2，隨著覆膜年限的增加殘膜量繼續(xù)增加[15]。土壤中存在的大量殘膜會造成土壤容重顯著增加，孔隙度顯著降低，水分下滲速度明顯減慢，土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量下降[16]，同時使土壤有機質腐殖化、氮素的消化、磷素的分解等過程也會受到很大程度的影響[17]。在本研究中所有田塊均為多年種植玉米，在種植玉米的田塊中進行覆膜處理，連續(xù)覆膜4年后雖然土壤容重和孔隙度變化不明顯，從數(shù)值上看，土壤容重有增加趨勢，孔隙度有降低趨勢。

土壤線蟲是土壤中的重要生物，隨著土壤中環(huán)境的變化，線蟲群落組成和結構也會發(fā)生變化[18-19]。在本研究中，未覆膜的玉米田及覆膜1年的玉米田的土壤中線蟲總數(shù)和線蟲屬數(shù)均無明顯變化，而連續(xù)覆膜4年種植玉米田的土壤線蟲總數(shù)和線蟲屬數(shù)均明顯減小，這說明連續(xù)覆膜4年后玉米田土壤環(huán)境因子的變化使得部分線蟲屬死亡或者遷移。未覆膜、覆膜1年和覆膜4年處理的土壤線蟲的優(yōu)勢種群也發(fā)生了顯著變化，如巴茲爾屬和絲尾墊刃屬均為未覆膜及覆膜1年處理的優(yōu)勢屬(>5%)，而覆膜4年處理中這2個屬的相對多度下降為1%。默林屬和麗突屬在覆膜1、4年的處理中成為了優(yōu)勢屬，這可能與覆膜影響了部分土壤因子，使得土壤線蟲的某些屬的相對多度發(fā)生顯著的變化。短體線蟲屬在覆膜4年處理中成為了優(yōu)勢屬，該屬相對多度的增加對玉米的生長是極其不利的，因為短體線蟲屬會引起植物根部組織壞死腐爛，造成土傳病害而危害植物的生長[20-23]。

由于CCA分析是一種基于單峰模型的排序方法，而RDA是基于線性模型的排序方法[24]，在本研究中RDA和CCA方法對線蟲屬與土壤因子關系的描述結果存在一定的差異，但主要表現(xiàn)在與軸2的差異上，與軸1的解釋方差比例分別為49.0%和37.5%，前兩軸的方差累計分別為60.7%和47.5%，軸1所占比例較大，所以軸1與土壤因子的關系更密切。RDA排序分析的方差累計值高于CCA分析，說明在本研究中解釋線蟲屬與土壤因子的關系用RDA排序方法更加準確。部分線蟲屬與土壤因子在排序分析中也表現(xiàn)出較強的關聯(lián)性，所以土壤環(huán)境的變化與土壤中生物群落的演變關系密切。