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的市場需求,同時也是改善農(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】原生動物是廣泛分布于土壤中的一種單細(xì)胞動物,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,對維持土壤生態(tài)平衡和促進(jìn)植物生長方面具有積極作用。STOUT[9]認(rèn)為,土壤原生動物的特征和活性與植物的生產(chǎn)性能及土壤動物生物量之間相關(guān)。LIU等[10]發(fā)現(xiàn),在覆蓋玉米秸稈的土壤中,梨波豆蟲可降低土壤微生物量碳,但對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量與僧帽腎形蟲一樣均無顯著影響;僧帽腎形蟲和大變形蟲均可增加土壤速效磷的含量,且大變形蟲可明顯增加土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量。纖毛蟲直接以表膜接觸環(huán)境,對環(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)纖毛蟲數(shù)量多于冬、春季節(jié)。WU等[13]研究表明,研究纖毛蟲群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量特征是監(jiān)測其生境質(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年限、全磷含量呈顯著正相關(guān),可見在唐古特大黃種植過程中,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】目前,僅見劉漢成等[14]研究了唐古特大黃不同生長年限根際土壤微生物群落的變化規(guī)律,但鮮見相似環(huán)境條件對纖毛蟲及其他微型生物類群影響的研究報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用雙因素試驗設(shè)計結(jié)合培養(yǎng)計數(shù)法和3級10倍稀釋法研究生長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。每個樣點各土層采集約1 500 g土壤,共15個樣本。

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,上海越平科學(xué)儀器制造有限公司;Kjeltec 8200半自動定氮儀,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;雙光束紫外可見分光光度計UV1900PC型,上海佑科;FP640火焰光度計,上海傲譜分析儀器有限公司;原子吸收分光光度計AA320N,上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 采用雙因素試驗設(shè)計,A為不同種植年限,分別在生長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)號后帶回實驗室,取1/2新鮮土樣用于測定土壤理化性質(zhì)及纖毛蟲數(shù)量,其余土樣自然風(fēng)干備用[15]。

1.2.3 指標(biāo)測定

1) 纖毛蟲數(shù)量。分別采用培養(yǎng)計數(shù)法和3級10倍稀釋法進(jìn)行檢測。其中,培養(yǎng)計數(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;3級10倍稀釋法,即根據(jù)STOUT[9,18]的方法進(jìn)行培養(yǎng)計數(shù)。

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

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

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

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,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,A4(8.22)極顯著高于A1(7.83)和A2(7.94),其余處理間無顯著差異。全鉀含量：隨種植年份增加呈先降后升趨勢,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,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,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,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,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,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,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,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,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,依次為A1>A3>A2>A4,各處理間無顯著差異。

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,其中,B2的土壤含水量最高(22.29%),與B3(20.92%)無顯著差異,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,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,B1的堿解氮最高(86.19 mg/kg),B3(85.74 mg/kg)其次,二者無顯著差異,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無顯著差異;堿解氮B1最低(73.11 mg/kg),B2(75.81 mg/kg)其次,二者無顯著差異,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,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,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,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,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的數(shù)量

從表2看出,培養(yǎng)計數(shù)法的纖毛蟲為756.67～6 473.33 ind./g,除A2B1外,其余處理均明顯高于3級10倍稀釋培養(yǎng)法獲得的纖毛蟲數(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 土壤纖毛蟲數(shù)量隨唐古特大黃種植年份增加呈先降后升趨勢,A1與A4間無顯著差異,但二者極顯著高于A2和A3,相比之下,A3纖毛蟲數(shù)量最少,為756.67～1 036.67 ind./g(培養(yǎng)計數(shù)法)和48.67～698.00 ind./g(3級10倍稀釋培養(yǎng)法)。

2.2.2 相同年份 4個樣點中纖毛蟲數(shù)量均隨著土壤深度增加而減少,培養(yǎng)計數(shù)法B1土壤中纖毛蟲數(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)及其與纖毛蟲數(shù)量的相關(guān)性

從表3看出,纖毛蟲數(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(-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(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(-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(-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(-0.639);全鉀含量隨唐古特大黃種植年份增加呈增加趨勢(0.337),與土壤深度呈負(fù)相關(guān)(-0.628);速效鉀含量與樣點(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,而隨唐古特大黃生長年份(-0.870)、pH(-0.472)和速效鉀(-0.507)含量的增加呈極顯著降低趨勢。

表3 唐古特大黃根際土壤纖毛蟲數(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,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,說明大黃生長過程中不斷吸收利用這些營養(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,可見此時大黃根部較小,未能吸收利用到深部土壤中的營養(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,雖然與滕愛娣等[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[33],但由于其以表膜直接接觸土壤,對土壤環(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年份增加,纖毛蟲數(shù)量呈先減后增趨勢,依次為A1>A4>A2>A3,A1與A4之間、A2與A3之間無顯著差異,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的纖毛蟲數(shù)量均呈顯著減少趨勢,A2的第1土層和第2土層之間無顯著差異而與第3土層間差異極顯著,A3的第1土層中纖毛蟲數(shù)量顯著高于其他2個土層。研究結(jié)果表明,纖毛蟲數(shù)量受土壤水分、全氮及有機(jī)質(zhì)等營養(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,不利于土壤纖毛蟲的生存[35],導(dǎo)致纖毛蟲數(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,減少了微生物的營養(yǎng)來源,進(jìn)而影響到纖毛蟲數(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%,是土壤纖毛蟲的主要食物來源[38],因此,隨著土壤深度的增加纖毛蟲數(shù)量呈減少趨勢。

從不同年份看,唐古特大黃生長1年的土壤纖毛蟲數(shù)量最多,2年的次之,3年的最少。曹緯國等[39-42]研究認(rèn)為,唐古特大黃生長過程中產(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)而對土壤微型生物群落造成一定的抑制作用。第4年時,唐古特大黃根部土壤纖毛蟲數(shù)量又出現(xiàn)增長趨勢,可能是此時唐古特大黃進(jìn)入生殖生長階段,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],致使纖毛蟲數(shù)量增加;也可能是因為大部分纖毛蟲對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)計數(shù)法獲得的纖毛蟲數(shù)量為756.67～6 473.33 ind./g,大于3級10倍稀釋法獲得的纖毛蟲數(shù)量(48.67～3 020.00 ind./g)。從纖毛蟲2種計數(shù)方法看,培養(yǎng)計數(shù)法得到的纖毛蟲數(shù)量遠(yuǎn)高于3級10倍稀釋培養(yǎng)法,其原因在于培養(yǎng)計數(shù)法在9 d的培養(yǎng)過程中得到了大量萌發(fā)的纖毛蟲包囊,具有累積效應(yīng),而3級10倍稀釋法僅依靠在每個環(huán)中纖毛蟲出現(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)計數(shù)法。雖然使用培養(yǎng)計數(shù)法得到了更多的纖毛蟲數(shù)量,但與FOISSNER等[16,48]直接計數(shù)法得出的結(jié)果相差極大,主要是因為地域環(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)架樣點獲得了最高纖毛蟲數(shù)量,達(dá)631 300 ind./g,主要是因為天然林土壤中的有機(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土壤微型生物有抑制作用。

研究初步分析了不同生長年份的唐古特大黃根部土壤中纖毛蟲數(shù)量變化趨勢,雖然此變化特征也能在一定程度上反映出纖毛蟲群落對環(huán)境變化的響應(yīng),但未分析纖毛蟲群落結(jié)構(gòu)的組成及其變化特征。因此,在下一步研究中將重點分析唐古特大黃生長過程中對哪些纖毛蟲物種產(chǎn)生影響及其影響機(jī)制,為檢測唐古特大黃的生長需求和改善環(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年份的增加,除鉀素含量和pH外,土壤其他營養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢,表明種植唐古特大黃對土壤營養(yǎng)元素消耗明顯。相關(guān)性分析結(jié)果顯示,纖毛蟲數(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)。唐古特大黃生長前3年對土壤纖毛蟲有較強(qiáng)的抑制作用,第4年時,隨著土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和纖毛蟲的耐受性增強(qiáng),纖毛蟲數(shù)量又逐步恢復(fù)。唐古特大黃生長對根部土壤環(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,若能及時補(bǔ)充水分和有機(jī)肥,不僅能滿足唐古特大黃的生長需求,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。