牡丹種植對(duì)土壤線蟲群落影響研究

楊禮通,雷應(yīng)雪,楊 麗,蔡曉林,張文靜

(四川省彭州市規(guī)劃和自然資源局/彭州市天彭牡丹保育發(fā)展中心,成都 611930)

土壤線蟲作為土壤動(dòng)物中個(gè)體數(shù)量和功能類群最豐富的一類,憑借多變的攝食策略影響銨釋放,進(jìn)而調(diào)控土壤生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)[1-3]。同時(shí)由于對(duì)資源投入和環(huán)境變化的敏感性,線蟲被認(rèn)為是土壤生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指示生物[4]。基于此,土壤線蟲成為研究地下生態(tài)系統(tǒng)影響的良好指示生物[5]。連作作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要方面,可以通過改變土壤理化性質(zhì)、凋落物養(yǎng)分狀態(tài)以及食物來源微生物,來調(diào)控線蟲群落結(jié)構(gòu)的變化[6]。但農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能的多樣化和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,使得線蟲對(duì)該系統(tǒng)中植物連作的響應(yīng)存在滯后效應(yīng)和變異性,同時(shí),線蟲群落中的不同功能類群對(duì)連作的響應(yīng)也存在差異性[7]。因此,植物連作對(duì)線蟲群落影響程度和機(jī)制目前仍不清晰[8]。線蟲因構(gòu)造易辨別、食性多樣化、繁殖周期短等特性,被認(rèn)為是一種重要的環(huán)境指示生物。它們的群落組成和功能多樣性在不同環(huán)境中的分布,提供了重要證據(jù)為研究土壤生物與環(huán)境的關(guān)系。因此,在以前的研究中,一直被用作土壤生態(tài)學(xué)研究中的生物指示物。它們的組成和結(jié)構(gòu)對(duì)非生物和生物因素反應(yīng)敏感,這些因素均會(huì)影響土壤線蟲的分布[9]。目前的研究中,主要用線蟲的指示功能反映生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況、演替和受干擾程度的評(píng)估[10]。例如在重金屬污染嚴(yán)重的土壤中,C-P值較高的類群豐度會(huì)急速下降[11]。牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.),別名鹿韭、白術(shù)、富貴花,為芍藥科芍藥屬多年生落葉灌木,花色艷麗,借其多樣化的價(jià)值如觀賞、藥用、食用等而得到廣泛栽種。中國(guó)牡丹資源特別豐富,在我國(guó)牡丹栽培面積最大、種植最集中于菏澤、洛陽、四川等地。四川彭州是我國(guó)現(xiàn)代三大牡丹聚集區(qū)之一,也是我國(guó)牡丹西南品種群的分布中心。連栽是指在同一地區(qū)連續(xù)種植多年后,導(dǎo)致相關(guān)植物生長(zhǎng)不良、病蟲害嚴(yán)重、減產(chǎn)、品質(zhì)差。此外,還會(huì)導(dǎo)致植株死亡。如對(duì)茄子、黃瓜、番茄、辣椒等作物連栽后土壤理化性質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),連栽種植使耕層土壤氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素積累,鹽分增加,土壤酸化,土壤酶活性下降,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和供應(yīng)受阻[12-14]。為研究牡丹種植對(duì)土壤線蟲群落影響,文章以毗鄰農(nóng)田為對(duì)照,研究牡丹連載1年、2年和3年樣地后土壤線蟲群落特征。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

位于彭州市天彭牡丹保育中心(103°10′E～103°40′E,30°54′N～31°26′N),該研究區(qū)位于四川盆地亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū),氣候溫潤(rùn),季節(jié)性明顯。年均氣溫15.9℃,溫度最高月7月平均氣溫25.1℃,溫度最低月1月平均氣溫5.3℃,無霜期長(zhǎng),雨量充沛,年均降水量為867mm,降水季節(jié)分配不均,多集中于7～9月份,雨熱同期,日照偏少,日照時(shí)數(shù)為1131.0h。文章以毗鄰農(nóng)田為對(duì)照,研究種植1年(F1)、2年(F2)和3年(F3)樣地土壤線蟲,各樣地土壤含水量和pH值見表1。

表1 樣地基本情況

表2 線蟲營(yíng)養(yǎng)類群、C-P值劃分

1.2 樣品采集

于2022年3月在CK樣地及不同連載年限各樣方內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn),用50cm×50cm的線框置于凋落物層上,然后用刀沿凋落物層切開后,將收集好的5個(gè)點(diǎn)凋落物樣品分別混勻后裝于紗網(wǎng)帶中并做好標(biāo)記。土壤層隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)后,采用環(huán)刀(r= 5cm,v= 100cm3)依次從0～5cm、5～10cm、10～15cm土層分別進(jìn)行土壤樣品采集,采集好的樣品統(tǒng)一放在黑色布袋中帶回實(shí)驗(yàn)室分離鑒定線蟲。

1.3 線蟲分離

稱取20g樣品進(jìn)行含水率測(cè)定,土壤線蟲分離方法采用Baermann漏斗法,首先,每個(gè)處理稱取50g土樣放入提前在60目網(wǎng)篩內(nèi)墊上1～2層紗布的容器中并輕輕壓緊樣品,使土樣與底部篩網(wǎng)充分接觸,分離48h后,用10mL離心管收集線蟲懸濁液,然后靜置24h,用移液槍去吸取上清液,60℃恒溫水浴3min,再用2倍于線蟲懸濁液體積的TAF固定液固定線蟲,靜置6h后,再小心去除上清液留下約2mL線蟲懸濁液,使用顯微鏡鑒定并計(jì)數(shù)其中的線蟲,最后依據(jù)土壤含水量換算成100g干土含有的線蟲數(shù)量[15]。

線蟲分類鑒定參照《De NE-matode Van Nederland》《Soil and Freshwater NE-matodes》《長(zhǎng)白山森林土壤線蟲》《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》《中國(guó)亞熱帶土壤動(dòng)物》對(duì)所采集到的土壤線蟲進(jìn)行鑒定至屬[16-18]。

1.4 線蟲優(yōu)勢(shì)度

線蟲個(gè)體密度占總密度10%以上者為優(yōu)勢(shì)類群,1%～10%為常見類群,1%以下為稀有類群[19-21]。

1.5 線蟲功能類群

根據(jù)線蟲的頭部形態(tài)學(xué)特征和取食習(xí)性將土壤線蟲分成植食線蟲(PP)、食細(xì)菌線蟲(BF)、食真菌線蟲(FF)和捕食/雜食線蟲(OP)4個(gè)營(yíng)養(yǎng)類群。根據(jù)生態(tài)對(duì)策將土壤線蟲分為C-P值為1～5的5個(gè)類群,如BF2表示食細(xì)菌線蟲中C-P值為2的類群[22]。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的分析采用Excel 2010和SPSS 25.0完成,采用Origin 2022和CANOCO5繪制圖形。采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和多重比較(LSD)檢驗(yàn),顯著性水平設(shè)為P=0.05或P=0.01。對(duì)環(huán)境因子和線蟲指標(biāo)采用Pearson相關(guān)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)組成

牡丹種植不同年限土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)組成特征見表3,從表可以看出,各樣地共捕獲土壤線蟲75類,其中,以牙咽屬數(shù)量最高,其數(shù)量達(dá)24條/100g干土,其總占比為10.30%,為本次研究中的優(yōu)勢(shì)類群。矮化屬、平滑墊刃屬、擬矛線科、墊刃科、中桿屬、裸矛屬、索咽屬、膜皮科、紐帶科、齒腔科、齒咽屬、輪屬、膜皮屬、駝線科、威爾斯屬、縊咽屬、短體屬、劍尾墊刃屬、矛線科、扭鉤屬、微線屬、細(xì)咽科、小桿屬等23個(gè)類群為常見類群,其總占比為61.84%。其余的51個(gè)類群為稀有類群,其總占比為27.95%。

表3 牡丹種植下土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)組成

表4 線蟲營(yíng)養(yǎng)類群與土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性分析

2.2 牡丹種植不同土壤層線蟲數(shù)量特征

不同連載年限下的土層不同層次線蟲數(shù)量特征見圖1。可以看出,各樣地土壤線蟲數(shù)量隨著土層加深而逐漸減少,同時(shí),與農(nóng)田相比,牡丹連載減少了各土層線蟲數(shù)量,表明牡丹連載對(duì)土壤線蟲群落的發(fā)展有一定限制作用。另外,從不同牡丹種植的不同連載時(shí)間來看,牡丹連載1年后,土壤線蟲數(shù)量下降最高,但隨著連載時(shí)間的推移,土壤線蟲數(shù)量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì),到牡丹連載的第3年時(shí),土壤線蟲數(shù)量達(dá)到35條/100g干土。

圖1 土壤線蟲數(shù)量特征

2.3 牡丹種植下土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類群特征

為進(jìn)一步研究牡丹種植對(duì)土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類群特征的影響,根據(jù)土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類群特點(diǎn),將本次調(diào)查到的土壤線蟲的營(yíng)養(yǎng)類型分為植食線蟲(PP),食細(xì)菌線蟲(BF),食真菌線蟲(FF),捕食雜食線蟲(OP),牡丹種植下線蟲營(yíng)養(yǎng)類群特征見圖2所示,從圖可以看出,各樣地中,均以食細(xì)菌線蟲占比最高,以捕食雜食線蟲最低,可以看出,牡丹種植后,土壤植食線蟲占比增加,并隨著種植時(shí)間而增加,而捕食雜食線蟲占比在種植牡丹為呈現(xiàn)下降趨勢(shì),食細(xì)菌線蟲在牡丹種植后占比有所提高,同時(shí),隨著牡丹種植時(shí)間的延長(zhǎng)而下降[23-24]。

圖2 線蟲營(yíng)養(yǎng)類群特征

進(jìn)一步對(duì)土壤線蟲的生活史策略進(jìn)行分析,可以看出,牡丹種植增加了C-P4的比例,表明牡丹種植時(shí)間延長(zhǎng),土壤線蟲對(duì)環(huán)境壓力敏感,到種植的第3年,土壤線蟲表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境壓力特別敏感(圖3)。對(duì)照樣地和種植1年后,土壤線蟲耐環(huán)境壓力較強(qiáng),在外界營(yíng)養(yǎng)富集條件下能快速增長(zhǎng)。目前的研究結(jié)果表明,牡丹種植年限越長(zhǎng)其根際微生物種群結(jié)構(gòu)就越趨于簡(jiǎn)單,有益菌的數(shù)量逐漸減少。

圖3 土壤線蟲C-P值

2.4 牡丹種植下土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類群特征

對(duì)線蟲營(yíng)養(yǎng)類群與土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性進(jìn)行分析,植食線蟲與土壤含水量呈現(xiàn)出顯著相關(guān)(r=0.81),食細(xì)菌線蟲與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)顯著相關(guān)(r=0.53),食真菌線蟲與土壤全氮含量呈現(xiàn)顯著相關(guān)(r=0.71),食細(xì)菌線蟲與土壤全磷含量呈現(xiàn)顯著相關(guān)(r=0.61)。同時(shí),植食線蟲和捕食雜食線蟲分別與全氮、有機(jī)質(zhì)均呈負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)論

各樣地共捕獲土壤線蟲75類,以牙咽屬數(shù)量最高,其數(shù)量達(dá)24條/100g干土,總占比為10.30%,為本次研究中的優(yōu)勢(shì)類群。常見類群有23個(gè)類群,其總占比為61.84%。其余的51個(gè)類群為稀有類群,其總占比為27.95%。各樣地土壤線蟲數(shù)量隨著土層的加深而逐漸減少,同時(shí),與農(nóng)田相比,牡丹連載減少了各土層線蟲數(shù)量,表明牡丹連載對(duì)土壤線蟲群落的發(fā)展有一定的限制作用。隨著連載時(shí)間的推移,土壤線蟲數(shù)量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。各樣地中,均以食細(xì)菌線蟲占比最高,以捕食雜食線蟲最低,可以看出,牡丹種植后,土壤植食線蟲占比增加,并隨著種植時(shí)間而增加,而捕食雜食線蟲占比在種植牡丹為呈現(xiàn)下降趨勢(shì),食細(xì)菌線蟲在牡丹種植后占比有所提高,同時(shí),隨著牡丹種植時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。牡丹種植時(shí)間延長(zhǎng),土壤線蟲對(duì)環(huán)境壓力敏感,到種植的第3年,土壤線蟲表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境壓力特別敏感。對(duì)照樣地和種植1年后,土壤線蟲耐環(huán)境壓力較強(qiáng),在外界營(yíng)養(yǎng)富集條件下能快速增長(zhǎng)。植食線蟲與土壤含水量間呈現(xiàn)出顯著相關(guān),食細(xì)菌線蟲與土壤有機(jī)質(zhì)含量間呈現(xiàn)顯著相關(guān),食真菌線蟲與土壤全氮含量間呈現(xiàn)顯著相關(guān),食細(xì)菌線蟲與土壤全磷含量間呈現(xiàn)顯著相關(guān)。同時(shí),植食線蟲和捕食雜食線蟲分別與全氮、有機(jī)質(zhì)均呈負(fù)相關(guān)。