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(píng)價(jià)土壤的健康狀況以及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。目前，對(duì)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(huì)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(duì)土壤線蟲群落有直接影響[4]。

施肥不僅會(huì)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(huì)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(huì)降低土壤線蟲群落豐富度和多樣性，進(jìn)而對(duì)土壤生態(tài)功能產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的不利影響[5]。氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因子，但過量施入氮肥會(huì)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(duì)試驗(yàn)對(duì)象，研究不同施氮量對(duì)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(duì)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(duì)土壤線蟲群落的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在烏蘭浩特市羊場(chǎng)子基地進(jìn)行，位于北緯46°10'、東經(jīng) 121°56'，海拔 299 m。 試驗(yàn)地地勢(shì)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(shí)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(yàn)大豆品種為合交02-69。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在 0～10cm、10～20cm 和 20～30cm 土層處各設(shè) 3 個(gè)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(zhǎng)時(shí)段7月、8月、9月共3次對(duì)試驗(yàn)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(cè)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(yàn)，線蟲標(biāo)本依據(jù)《中國(guó)土壤動(dòng)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(jì)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(duì)土壤線蟲種類及營(yíng)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(shì)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(shì)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(shì)屬線蟲。

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

各施氮量下3個(gè)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(zhǎng)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(duì)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(huì)破壞土壤線蟲的生態(tài)平衡。

表3 不同施氮量下3個(gè)土層土壤線蟲群落生態(tài)特征指數(shù)

2.3 不同施氮量對(duì)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(duì)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(zhǎng)，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(gè)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(duì)緊密，見圖1（a）。10～20 cm土層的前兩個(gè)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(duì)緊密，見圖1（b）。20～30 cm土層的前兩個(gè)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(duì)密切，pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對(duì)緊密，見圖1（c）。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究對(duì)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(huì)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(zhǎng)，增加產(chǎn)量。

主成分分析結(jié)果表明，0～10 cm土層的前兩個(gè)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(duì)緊密。10～20 cm土層的前兩個(gè)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(duì)緊密。20～30 cm土層的前兩個(gè)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(duì)密切，并且pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的結(jié)合相對(duì)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(duì)土壤線蟲總數(shù)的影響不顯著，對(duì)不同土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類群數(shù)量的影響較大。胡 誠(chéng)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(duì)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(zhǎng)，進(jìn)而為微生物和線蟲提供更多食物。這與胡 誠(chéng)等[8]的研究結(jié)果相似，施用化肥對(duì)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(shí)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(duì)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(yíng)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(duì)土壤線蟲群落及營(yíng)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(duì)于揭示合理施用氮肥對(duì)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(duì)土壤線蟲群落的影響提供參考。