农药对稻田生态系统中土壤动物群落的影响

蔡小宇 单正军 姜锦林 续卫利 朱昱璇 廖建华 田丰

摘要：农药的大量使用，可能对土壤生态系统的结构和功能造成不利影响。农药施用于土壤，首先对土壤动物群落产生影响。以江苏丘陵地区镇江农业科学研究所某示范基地水稻田为研究对象，定期施用当地农户常规施用农药品种与高毒农药品种毒死蜱，以不施药为对照，研究其对土壤动物群落的影响。研究结果表明，考察期限内，共获得土壤动物1 180个，隶属于5门11属，优势类群为颤蚓属、广杆线虫属、水丝蚓属。对不同施药样地间作方差分析，常规农药样地在土壤动物个体数、土壤动物特征指数（群落多样性、丰富度、均匀度、优势度）以及优势类群颤蚓属个体数等方面与不施药对照田差异极显著;高毒农药样地则在土壤动物个体数、土壤动物特征指数（群落多样性、丰富度）以及优势类群颤蚓属、线虫属、水丝蚓属个体数等指标方面和对照田差异极显著。研究结果表明，研究区域内农药在稻田施用对土壤动物群落存在影响，未来还应关注农药长期施用对整个土壤生物群落带来的影响。

关键词：农药;稻田生态系统;土壤动物群落;特征指数

中图分类号： S154;X592

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）15-0307-05

我国是水稻生产消费大国，而长江中下游地区的水稻种植面积和总产量均占全国的45%以上，是我国水稻的第一大主产区[1]。在水稻的生产过程中农药使用量相当大，从2000年开始进入激增阶段，对比近30年的用量，增长了近4倍[2]。农药的广泛使用，在为农业带来巨大经济效益的同时，也为人类的生存环境带来了潜在的生态安全和健康风险等问题，包括农药的土壤残留、对食品安全和人类健康的影响、对生物多样性和生态系统的影响等[3]。土壤动物是稻田生态系统中的重要组成部分之一，是生态系统中重要的消费者和特殊的分解者，其生存、取食、活动对土壤有机质的形成、土壤结构及土壤物理化学性质的变化都有一定的影响，它们可以作为土壤有机质层的生物活性显示指标[4]。土壤动物作为农药污染的重要指示生物能敏感反映土壤污染程度和生态学效应[5]。国内外学者主要研究了农药对土壤动物的毒性影响，对土壤动物群落的影响大多通过室内模拟试验进行研究[6-8]。本研究根据农田正常耕作及施药规律在稻田内设置对照田、常规施药田和高毒农药田，采集土壤动物进行调查分析，为评价农药的安全性及合理使用农药提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 田间试验方法

1.1.1 样地布置 研究样地位于江苏丘陵地区镇江农业科学研究所示范基地内，该地区为亚热带气候，是华中双单季稻稻作区的长江中下游平原双单季稻亚区[9]。在监测区域内设对照样地（不施药）、常规农药品种样地（农民根据当地植保站指导正常喷施农药）、高毒农药品种样地（主要喷施毒死蜱，通过农药信息网信息查询可知，毒死蜱对土壤生物的毒性较高），相邻处理样地之间留宽度为0.5 m的田埂为间隔带，不同处理样地面积均为667 m2。所有样地的管理工作（灌溉、晒田、施肥、除草等）都按作物正常生长要求进行。水稻栽种、耕作的年份为2016年，具体周期如下：水稻育苗时间为6月13日;水稻萌芽时间为6月18日;水稻移栽时间为7月3日;初次灌溉时间为7月3日;初次排水时间为8月3日;二次灌溉时间为8月13日;二次排水时间为9月18日;水稻收获时间为10月23日。

1.1.2 施药信息与采样周期 高毒农药样地的施药时间和常规农药一致，即每喷1次常规农药就相应喷1次毒死蜱，以接近生物对毒死蜱的真实暴露条件，所有药剂喷施量均为推荐使用量，具体施用量见表1。根据水稻生长周期以及农户正常喷药周期确定采样时间。喷药前采集1次样品，之后在每次喷药后的0、4、7 d采样。因8月7日施药后，稻田为晒田期，土质干裂，无法取样，因此取消0、4 d的采样。

1.2 土壤理化性质参数测定方法

取土样回室内进行土壤理化性质参数分析，主要测定指标有土壤pH值、有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量等。土壤pH值的测定采用氯化钾盐浸提法;有机质含量测定采用重铬酸钾-硫酸氧化法;全氮含量的测定采用凯氏定氮法;速效磷含量的测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾含好好量采用乙酸铵浸提-火焰光度法进行分析[10];全磷含量的测定采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法;有效氮含量的测定采用碱解扩散法;全钾含量的测定采用原子吸收分光光度法。

1.3 土壤动物采集、分离、鉴别方法

在每种样地内随机布置3个采样点，样点距生境边缘4行作物以上，每个采样点的取样面积为50 cm×50 cm、深度为0～20 cm。取出土样后，大型土壤动物采用手捡法分离，中小型土壤动物采用湿漏斗法分离，将分离出的动物放入瓶中做好标签，并用80%的乙醇杀死、固定，在解剖镜下分析鉴定，一般鉴定到科，部分鉴定到属，同时统计个体数量。对土壤动物的分类和鉴别，主要参照《中国土壤动物检索图鉴》[11]《土壤动物学》[12]等文献资料，同时向有关方面专家咨询学习。

1.4 数据处理

本研究所示数据均为3次采样的平均值，按照傅必谦等的划分标准[13]对各类群动物数量进行等级划分，即占群落总數量10.0%以上为优势类群，1.0%～10.0%为常见类群，不足1.0%者为稀有类群。对土壤动物群落特征指数进行分析。

相关性分析采用Pearson分析法，使用双尾检验法检验其P相关显著性，数据处理和统计分析应用SPSS 16.0和Origin 80统计软件进行。

2 结果与分析

2.1 农药施用对土壤理化性质的影响

从表2可以看出，第2次施药后土壤基本理化性质在3块样地中无明显差异，对照样地与常规农药样地间及对照样地与高毒农药样地之间的参数值均无明显差异，说明农药对土壤理化性质无明显影响。

2.2 农药施用对土壤动物种类和数量的影响

从表3可以看出，试验调查共获得1 180个土壤动物，隶属于环节动物门、节肢动物门、软体动物门、扁形动物门和线形动物门等5门11属，其中优势类群为颤蚓属、广杆线虫属、水丝蚓属，分别占总个体数量的40.93%、33.90%、19.49%。常见类群为圆扁螺属，占总体个数的2.54%，稀有类群则包括圆田螺属、鼠妇属等7种，占总体个数的3.12%。从表3可以看出，农药施用能减少土壤动物的个体数，其中对照样地共获得土壤动物542个，常规农药样地、高毒农药样地分别为339、299个。但农药施用对土壤动物种群数的影响较小，对照样地和常规农药样地的类群数相同，都为8种，高毒农药样地为10种。

对相同时间内不同农药样地间的土壤动物个体数和类群数进行方差分析，从表4可以看出，对照样地与常规农药样地之间的个体数差异极显著（P<0.01），而类群数无显著性差异;对照样地与高毒农药样地之间的个体数差异极显著（P<0.01），类群数差异显著（P<0.05）;常规农药样地与高毒农药样地之间的个体数差异极显著（P<0.01），而类群数无显著性差异。表明农药对土壤动物的个体数与类群数都有一定的影响，高毒农药对土壤动物的个体数和类群数影响更为显著。

2.3 农药对土壤动物特征指数的影响

不同处理土壤动物的特征指数见表5。对表5中的土壤動物特征指数作方差分析，由表6可知，对照样地与常规农药样地之间的群落多样性、丰富度、均匀度及优势度都存在极显著差异（P<0.01）;对照样地与高毒农药样地之间的群落多

2.4 农药对优势类群动物数量的影响

对不同处理下优势类群（颤蚓属、广杆线虫属、水丝蚓属）的个体数进行比较，结果见表7。

2.4.1 农药对颤蚓属动物数量的影响 从图1可以看出，随采样时间的延长，3组处理样地的颤蚓属个体数整体呈上升趋势，农药处理组较对照组降低，方差分析结果表7显示，对照样地与常规农药样地之间、对照样地与高毒农药样地之间以及常规农药样地与高毒农药样地之间都呈极显著性差异（P<0.01），表明无论常规农药还是高毒农药都对颤蚓属动物数量存在极显著性影响。

2.4.2 农药对广杆线虫属动物数量的影响 从图2、表7可以看出，3组样地的广杆线虫属个体数整体呈起伏波动变化趋势，对照样地与常规农药样地之间无显著差异，对照样地与高毒农药样地之间以及常规农药样地与高毒农药样地之间都存在极显著性差异（P<0.01），表明常规农药对广杆线虫属动物数量无显著影响，高毒农药对广杆线虫属动物数量存在极显著性影响。

2.4.3 农药对水丝蚓属动物数量的影响 从图3、表7可以看出，随采样时间的延长，3组样地的水丝蚓属数量整体呈现出前期少后期多的变化趋势， 对照样地与常规农药样地间无显著性差异，对照样地与高毒农药样地之间存在极显著性差异（P<0.01），常规农药样地和高毒农药样地之间存在显著性差异（P<0.05）。表明常规农药对水丝蚓属动物数量无显著影响，高毒农药对水丝蚓属动物数量存在极显著性影响。

3 讨论与结论

农药在稻田使用时主要以除草剂、杀虫剂、杀菌剂为主，化学农药占使用量的大部分，生物农药使用率低，部分高毒高残留农药仍有使用[14]。同时在农药使用的过程中，缺乏合理的规范，存在农药登记缺失和传统农药剂型使用频率过高等问题[15]。这些都加大了农药对环境的污染程度，尤其是对土壤生物造成的直接伤害。

已有研究结果表明，敌百虫[16]、甲胺磷[17]等杀虫剂对土壤动物群落结构的影响显著，随着药剂浓度的加大土壤动物的数量及种群数都呈显著下降趋势。而百草清[18]、苯磺隆[19]、乙草胺、2，4-滴丁酯、噻吩磺隆[20]等除草剂对土壤动物群落结构的影响不显著，与有机磷类杀虫剂相比，除草剂对土壤动物的毒性较弱，且属于慢性影响。本研究中的常规农药样地为混合施药样地，在正常水稻种植过程中同时需要喷施杀虫剂与除草剂。朱新玉的研究结果表明，3种杀虫剂与除草剂混用对土壤动物的影响显著，随着农药浓度的增加，土壤动物个体数、类群数以及群落多样性等都随之降低[21]。这与本研究结果一致，常规农药样地与对照样地相比在动物个体数、群落多样性、丰富度、均匀度及优势度方面都存在极显著差异，只有类群数无显著差异，说明常规农药对土壤动物的个体数及特征指数存在极显著影响。Fountain等的研究结果表明，毒死蜱对蜘蛛目和弹尾目的群落结构产生显著性影响，在种类和数量上都出现了显著性变化[22]。本研究中的高毒农药样地为完全施用毒死蜱样地，它与对照样地相比在土壤动物个体数、群落多样性、丰富度方面存在极显著差异，类群数存在显著差异，均匀度、优势度均无显著性差异，说明高毒农药对土壤动物个体数、类群数及特征指数都存在一定的影响。程燕等的研究结果表明，毒死蜱对蚯蚓的生长和繁殖存在一定的影响，蚯蚓作为土壤生物的优势种群，具有表征农药对土壤生物影响的作用[23]。本研究结果显示，常规农药对颤蚓属动物数量影响显著，而对广杆线虫属和水丝蚓属动物数量影响不显著，高毒农药对3种优势种群动物数量都存在极显著影响，表明农药对优势种群存在影响，高毒农药对优势种群的影响更为显著。

土壤动物作为土壤生态系统的重要组成部分，土壤环境和外部环境的改变势必会对其产生一定的影响。本研究结果表明，农药施用对土壤动物群落存在一定影响。常规农药对土壤动物的个体数以及群落多样性、丰富度、均匀度、优势度等土壤动物特征指数影响极显著，并对优势类群颤蚓属的影响较大，而对类群数以及广杆线虫属和水丝蚓属等优势类群无显著影响。高毒农药对土壤动物个体数、类群数以及群落多样性、丰富度等土壤动物特征指数影响显著或极显著，同时对颤蚓属、广杆线虫属、水丝蚓属等优势类群影响较大，而对均匀度、优势度2种土壤动物特征指数无显著影响。

鉴于农药在稻田施用会受其他耕作及自然环境的影响，并且受本研究期限的限制，本研究结果未能反映出农药长期施用对土壤动物带来的危害，在今后研究中更应该关注农药的长期施用对土壤动物群落产生的影响。

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