免耕玉米秸稈覆蓋對(duì)大型土壤動(dòng)物功能類群的影響

蔣云峰+錢瑞雪+王祥賀+王月+郭長鳴

摘要：為探討免耕玉米秸稈覆蓋對(duì)大型土壤動(dòng)物功能類群的影響，于2015年4、7、10月，在中國科學(xué)院吉林省沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所設(shè)在四平市梨樹縣保護(hù)性耕作試驗(yàn)基地的常規(guī)和免耕有無玉米秸稈覆蓋的各樣地上進(jìn)行大型土壤動(dòng)物群落調(diào)查。結(jié)果表明，各樣地以腐食性個(gè)體密度為最高，類群數(shù)量以捕食性類群居多。相對(duì)于常規(guī)耕作樣地，免耕有無秸稈覆蓋增加了腐食性和捕食性類群個(gè)體密度，但對(duì)植食性和雜食性類群影響不顯著。各樣地腐食性和捕食性大型土壤動(dòng)物具有明顯的表聚性，而植食性和雜食性則無一致性表現(xiàn)。在季節(jié)變化上，腐食性和雜食性類群表現(xiàn)明顯，腐食性類群密度最高出現(xiàn)在10月，雜食性類群密度最高值出現(xiàn)在7月。各樣地腐食性類群組成極為相似，但捕食性、植食性和雜食性類群在常規(guī)耕作樣地與NT-0、NT-100%間相似性程度低于NT-0與NT-100%樣地之間的相似性?？傊?，免耕秸稈覆蓋會(huì)對(duì)農(nóng)田大型土壤動(dòng)物群落各功能類群產(chǎn)生影響，但不同類群對(duì)免耕秸稈覆蓋的響應(yīng)不一致。

關(guān)鍵詞：土壤動(dòng)物；功能類群；免耕；玉米秸稈覆蓋；腐食性；捕食性；表聚性；類群個(gè)體密度；類群數(shù)量；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S154.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）17-0250-04

收稿日期：2016-04-18

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41401283）；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃（編號(hào)：20160520080JH）；吉林省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：吉教科合字[2016]第224號(hào)）；吉林省四平市科技發(fā)展計(jì)劃（編號(hào)：2015064）。

作者簡(jiǎn)介：蔣云峰（1980—），女，吉林吉林人，博士，講師，主要從事土壤動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究。E-mail：jiangyf427@126.com。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類社會(huì)賴以生存、發(fā)展的基礎(chǔ)，同時(shí)也是受人類干擾、破壞最強(qiáng)的系統(tǒng)[1-2]。長期播種、施肥、灌溉、除草、治蟲等人為活動(dòng)，已對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)造成一系列負(fù)效應(yīng)[3-5]。為保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注研究保護(hù)性耕作，保護(hù)性耕作在改善土壤理化性質(zhì)、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、提高土壤生物活性及多樣性等方面具有顯著影響[6-8]。

土壤動(dòng)物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持和發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)正常功能上起著無可替代的作用[9-10]。土壤動(dòng)物種類繁多，各類動(dòng)物體形大小及活動(dòng)能力相差懸殊，但許多種類在功能上相近，在生態(tài)系統(tǒng)中有著相似的生態(tài)作用[11-12]。因此，將土壤動(dòng)物按其在生態(tài)系統(tǒng)中的功能進(jìn)行分類，有利于研究土壤動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中的功能作用。

為探討免耕秸稈覆蓋對(duì)農(nóng)田大型土壤各功能類群的影響，本研究以黑土農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過研究免耕玉米秸稈覆蓋下大型土壤動(dòng)物功能類群組成、生態(tài)分布，探討大型土壤動(dòng)物各功能類群對(duì)免耕秸稈覆蓋頻率的響應(yīng)，以期為有效管理農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)以及免耕秸稈覆蓋推廣提供土壤動(dòng)物學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣地概況

試驗(yàn)樣地位于中國科學(xué)院吉林省沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所設(shè)在四平市梨樹縣保護(hù)性耕作試驗(yàn)基地（43°19′N、124°14′E）。該地區(qū)屬溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年均氣溫約為 6.9 ℃，常年≥10 ℃積溫為3 046.8 ℃，年均降水量為 614 mm，主要集中在6—9月。土壤母質(zhì)為壤質(zhì)黏土，土壤類型為中層黑土。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)免耕（no tillage，簡(jiǎn)稱NT）無秸稈覆蓋（NT-0）、免耕秸稈全覆蓋（NT-100%）2種處理，秸稈全部還田量約為7 500 kg/hm2，均勻覆蓋地表；無秸稈覆蓋為移走全部秸稈。以常規(guī)耕作樣地作為對(duì)照（conventional tillage，簡(jiǎn)稱CT），即秋季收獲留茬約為15 cm，剩余秸稈全部移出地表，滅茬旋耕（深度為18～25 cm），起壟作業(yè)。各設(shè)4個(gè)重復(fù)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為8.7 m×30.0 m。

1.3研究方法

2015年4、7、10月在常規(guī)耕作樣地、免耕無秸稈覆蓋和免耕玉米秸稈全覆蓋樣地采集大型土壤動(dòng)物樣品，每個(gè)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線法選取3個(gè)取樣點(diǎn)。大型土壤動(dòng)物取樣面積為25 cm×25 cm，分別取深度為0～5、5～10、10～15 cm土層，在各樣地直接采用手撿法獲得動(dòng)物樣品，并保存在75%乙醇溶液中。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)收集的動(dòng)物樣品進(jìn)行分類鑒定，并依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)按取食類型劃分為腐食性、捕食性、植食性、雜食性4個(gè)功能類群[13-14]。

1.4數(shù)據(jù)分析

采集到的大型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量換算成密度（只/m2），主要利用土壤動(dòng)物個(gè)體密度、類群豐富度計(jì)算群落特征。利用Srensen群落相似性指數(shù)分析各季節(jié)不同樣地大型土壤動(dòng)物群落的相似性。計(jì)算公式：

S=2C/（A+B）。

式中：S表示生境a和生境b中土壤動(dòng)物群落的相似性指數(shù)；C表示2個(gè)群落共有的土壤動(dòng)物類群數(shù)，類；A表示生境a土壤動(dòng)物群落的類群數(shù)，類；B表示生境b土壤動(dòng)物群落的類群數(shù)，類。0

2結(jié)果與分析

2.1土壤動(dòng)物功能類群組成

研究期間在常規(guī)耕作樣地、免耕無秸稈覆蓋樣地和免耕秸稈全覆蓋樣地共獲得大型土壤動(dòng)物24類，隸屬2門5綱12目。其中，腐食性、捕食性、植食性和雜食性4種功能類群的土壤動(dòng)物個(gè)體密度分別占總個(gè)體密度的87.07%、8.09%、1.33%、3.51%；類群數(shù)分別占總體類群的20.83%、45.83%、29.17%、4.16%。腐食性土壤動(dòng)物個(gè)體密度最多，而捕食性土壤動(dòng)物類群數(shù)最多。

2.2土壤動(dòng)物功能類群結(jié)構(gòu)

2.2.1水平結(jié)構(gòu)方差分析結(jié)果表明，在3種處理樣地中，腐食性（P<0.05）和捕食性（P<0.05）個(gè)體密度差異顯著（表1）。相對(duì)于常規(guī)樣地，NT-100%顯著提高了腐食性個(gè)體密度；NT-0與NT-100%都增加了捕食性個(gè)體密度（P<0.05），但對(duì)植食性和雜食性無顯著影響（圖1-a）。捕食性類群數(shù)量NT-0顯著高于CT樣地（P<0.05），而與NT-100%差異不顯著（圖1-b）。說明各功能類群土壤動(dòng)物的個(gè)體密度和類群數(shù)量對(duì)免耕秸稈覆蓋響應(yīng)不同。

2.2.3時(shí)間結(jié)構(gòu)方差結(jié)果表明，腐食性和雜食性的土壤動(dòng)物個(gè)體密度存在明顯的季節(jié)變化（圖3）。在3種樣地中，腐食性類群個(gè)體密度均在10月達(dá)到最高值，但在CT樣地中由低到高依次表現(xiàn)為4月<7月<10月，而在NT-0、NT-100%樣地中由低到高依次為7月<4月<10月（圖3-a）。對(duì)雜食性類群來說，在CT樣地中3個(gè)月的土壤動(dòng)物個(gè)體密度接近，在NT-0、NT-100%樣地中4月和10月的動(dòng)物個(gè)體密度接近，但明顯低于7月（圖3-b）。各樣地捕食性和植食性類

群季節(jié)變化相對(duì)不明顯。捕食性類群動(dòng)物個(gè)體密度在NT-0樣地表現(xiàn)為4月<7月<10月，在CT和NT-100%樣地中均表現(xiàn)為10月<4月<7月，但沒達(dá)到顯著性水平（圖3-c）；植食性類群在CT樣地中4月和10月動(dòng)物個(gè)體密度接近但低于7月，NT-0和NT-100%樣地卻表現(xiàn)為4月和7月個(gè)體密度接近但低于10月，未達(dá)到顯著性水平（圖3-d）。

2.3土壤動(dòng)物功能類群相似性

由表2可知，腐食性大型土壤動(dòng)物類群各樣地間相似性指數(shù)大于0.75，達(dá)到了極相似的水平。捕食性類群在CT樣地與NT-0、NT-100%樣地相似性指數(shù)較低，分別為中等相似、中等不相似，NT-0和NT-100%間為中等相似。植食性類群在CT樣地與NT-0、NT-100%樣地相似度指數(shù)低于025，極不相似，但NT-0和NT-100%間為中等相似。雜食性類群在CT樣地與NT-0、NT-100%樣地為中等相似，而NT-0和NT-100%樣地間極度相似?？傮w上看，腐食性類群組成在各樣地間極為相似，但捕食性、植食性、雜食性類群在CT與NT-0、NT-100%間相似性低于NT-0與NT-100%樣地之間的相似性。這說明除腐食性類群外，免耕玉米秸稈覆蓋對(duì)其他功能類群大型土壤動(dòng)物類群組成具有較大的影響。

3結(jié)論

在3種樣地內(nèi)，各功能類群大型土壤動(dòng)物個(gè)體密度和類群數(shù)存在差異。腐食性大型土壤動(dòng)物個(gè)體密度最高，而捕食性大型土壤動(dòng)物類群數(shù)最多。

相對(duì)于常規(guī)耕作樣地而言，免耕和免耕玉米秸稈覆蓋顯著增加了腐食性和捕食性大型土壤動(dòng)物的個(gè)體密度（P<005），但對(duì)植食性和雜食性無顯著影響。NT-0樣地捕食性類群數(shù)明顯高于CT樣地，而與NT-100%無顯著差異。

腐食性和捕食性大型土壤動(dòng)物在各樣地中均具有明顯的表聚性，而植食性和雜食性的垂直分布則無一致性表現(xiàn)。腐食性和雜食性的個(gè)體密度存在明顯的季節(jié)變化，而捕食性和植食性類群季節(jié)變化不明顯。 在3種樣地中， 腐食性類群個(gè)體密度均在10月達(dá)到最高值，雜食性類群個(gè)體密度最高值出現(xiàn)在7月。

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