不同施氮量对大豆田土壤线虫群落的影响

李乌日吉木斯 高欣梅 张连奎 木其勒 特格希巴雅尔 Bayarmaa Gun-Aajav

（1兴安盟农牧科学研究所，内蒙古乌兰浩特 137400；2兴安盟农牧技术推广中心，内蒙古乌兰浩特 137400；3锡林郭勒职业学院，内蒙古锡林浩特 026000；4Department of Biology，School of Arts and Sciences，National University of Mongolia,Ulaanbaatar Mongolia 14201）

土壤线虫在土壤生态系统中占有重要地位，是土壤中十分活跃的生物之一。土壤线虫作为农田生物多样性的指示生物因子，可用来评价土壤的健康状况以及生态系统的稳定性[1]。目前，对土壤线虫群落多样性已开展了深入研究。以往研究表明，在添加氮肥后，土壤线虫群落会受到抑制，其生物多样性降低[2-3]；在一些农田生态系统中，氮添加使食真菌线虫数量减少、食细菌线虫数量增加；还有一些研究发现，铵态氮和硝态氮与食真菌线虫之间成负相关关系，表明不同程度的氮添加对土壤线虫群落有直接影响[4]。

施肥不仅会通过改变农田生态系统中的土壤结构、pH值、土壤理化性质等土壤外界环境因子来影响土壤线虫群落结构，还会通过土壤微生物、植物等生物因子来影响土壤线虫。施用化肥可使作物快速增产，但过量施用化肥会降低土壤线虫群落丰富度和多样性，进而对土壤生态功能产生长远的不利影响[5]。氮素是作物生长发育的主要限制因子，但过量施入氮肥会导致其利用率下降，引起土壤退化、生态系统不稳定等严重的生态环境问题[6-7]。在作物稳产的基础上，减少氮肥施用不仅降低了氮肥生产中的能源和环境污染，也能解决过量氮肥引起的诸多环境问题。

本研究以大豆田土壤线虫群落对试验对象，研究不同施氮量对土壤线虫群落结构、生态特征指数等指标的影响，分析兴安盟地区土壤线虫群落结构及其与土壤化学性质之间的相关性，明确合理施用氮肥对土壤生态环境的影响，为探求兴安盟地区氮肥投入对土壤线虫群落的影响提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在乌兰浩特市羊场子基地进行，位于北纬46°10'、东经 121°56'，海拔 299 m。 试验地地势平坦、地力均匀、肥力中等，土壤类型为暗栗钙土，土质为壤土。当地年平均温度4.1℃，降水量416.7 mm，年日照时数3901h。终霜日为4月30日，初霜日为10月2日，无霜期154 d。试验大豆品种为合交02-69。

1.2 试验设计

试验在 0～10cm、10～20cm 和 20～30cm 土层处各设 3 个施氮量处理：0 kg/hm2（不施肥，CK）、45 kg/hm2（合理施氮量）和90 kg/hm2（过量施氮量）。小区面积18 m2（3 m×6 m）。

1.3 样品采集与分析

于大豆不同生长时段7月、8月、9月共3次对试验地进行取样，取样土层深度为0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm。一部分土样烘干后进行土样化学性质分析，测定土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和pH值；一部分土样用改良贝曼浅盘法开展土壤线虫分离试验，线虫标本依据《中国土壤动物检索图鉴》鉴定到属。

1.4 数据处理

本研究用Excel 2003进行数据计算、列表，采用SPSS 22.0进行数据分析和作图。

1.5 线虫生态特征指数

采用土壤线虫生态学普遍使用的指数来度量土壤线虫群落的多样性，见表1。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对土壤线虫种类及营养类群的影响

从表2可以看出，在大豆田中500 g鲜土共捕获土壤线虫17属2 627条，其中，CK区500 g鲜土共捕获781条，垫刃属线虫为优势属线虫；施氮45 kg/hm2处理500 g鲜土共捕获土壤线虫1 131条，小杆属和垫刃属线虫为优势属线虫；施氮90 kg/hm2处理500 g鲜土共捕获土壤线虫715条，纽带属线虫为优势属线虫。

表2 不同施氮量下3个土层土壤线虫营养类群数量 单位：条

各施氮量下3个土层捕获的线虫共17属，即垫刃 属 （Tylenchus）、 单 宫 属 （Monhysterida）、 柱 咽 属（Alaimus）、 盘 旋 属 （Rotylenchus）、 螺 旋 属 （Helicotylenchu）、矮化属（Tylenchorhynchus）、野外垫刃属（Aglenchus）、 短体属 （Pratylenchus）、 丝尾垫刃属（Filenchus）、小杆属（Rhabditis）、长针属（Longidorus）、剑尾垫忍属（Malenchu）、纽带属（Hoplolaimus）、类短体属（Pratylenchus）、锥属（Dolichorus）、细针 属（Paratylenchus）、头垫刃属（Cephalenchus）。

2.2 不同施氮量对土壤线虫群落生态特征指数的影响

从表3可以看出，不同施肥处理中，合理施用氮肥（45 kg/hm2）能增加土壤线虫总量，提高食细菌线虫丰度，抑制植物寄生线虫丰度。氮肥均衡施用有利于土壤线虫形成较为健康多样的生态群落，过量施用氮肥则会破坏土壤线虫的生态平衡。

表3 不同施氮量下3个土层土壤线虫群落生态特征指数

2.3 不同施氮量对土壤化学性质的影响

由表4可知，随着施氮量的增加，有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量以及pH值均大致下降。施氮量45、90 kg/hm2处理与CK相比，有机质含量分别减少6.50%、18.45%，pH值分别降低4.97%、8.47%，碱解氮分别减少1.58%、9.81%，有效磷分别减少41.86%、37.92%，速效钾分别减少1.18%、9.32%。

表4 不同施氮量处理的土壤化学性质

2.4 不同施氮量对大豆经济性状及产量的影响

从表5可以看出，不同施氮量下大豆的株高、底荚高度、主茎节数、有效分枝数、单株荚数、单株无效荚数、单株粒数、单株粒重、百粒重和平均产量均有差异，施氮45 kg/hm2处理产量为最高。由此表明，合理施肥能促进作物生长，增加作物产量。

表5 不同处理大豆经济性状及产量

2.5 生态特征指数之间的相关分析

土壤线虫群落生态特征指数可以反映生态系统稳定性及受干扰影响的程度。土壤线虫各生态特征指数之间的相关分析（表 6）表明：F/B 与 SR、λ、PPI、EI存在负相关关系，与MI和SI存在正相关关系，与WI存在显著的正相关关系；SR与λ、WI值存在负相关关系，与PPI、EI、SI存在显著的正相关关系；J与H存在极显著的正相关关系，与PPI存在显著的正相关关系（0.966），与 λ、EI、SI存在正相关关系，与MI存在负相关关系（-0.571）；H 与 WI、MI存在负相关关系，与PPI存在显著的正相关关系（0.967），与λ、EI、SI存在正相关关系；λ 与 WI、EI、SI存在负相关关系，与MI存在显著的正相关关系（0.523），与PPI存在正相关关系（0.151）；WI与 MI、EI、SI存在正相关关系，与 PPI存在负相关关系（-0.829）；MI与PPI、EI、SI存在负相关关系；PPI与 EI、SI存在正相关关系；EI与SI存在显著的正相关关系（0.991）。

表6 土壤线虫群落生态特征指数之间的相关关系

2.6 生态特征指数与土壤理化指标之间的相关分析

由表7可知，土壤线虫指数F/B和WI与土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量及pH值均成正相关关系，而土壤线虫指数J、H、λ和PPI与土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量及pH值均成负相关关系。此外，SR还与土壤有机质和有效磷含量及pH值均成负相关关系。SI与土壤有机质、碱解氮、速效钾含量及pH值均成正相关关系，而与土壤有效磷含量成负相关关系。

表7 线虫生态特征指数与土壤理化指标间的相关关系

主成分分析结果显示，0～10 cm土层的前两个主成分PC1和PC2分别解释了总变异的60.50%和39.50%。 H、J、PPI、SR、EI、SI、pH 值之间的关系更为密切，土壤有机质、碱解氮和速效钾的结合相对紧密，见图1（a）。10～20 cm土层的前两个主成分PC1和PC2分别解释了总变异的52.88%和47.12%。WI、F/B、J、H、EI、SI之间的关系更为密切，pH 值、有机质、碱解氮和速效钾的结合相对紧密，见图1（b）。20～30 cm土层的前两个主成分PC1和PC2分别解释了总变异的 61.20%和 38.80%。 H、J、WI、EI、SI、SR、F/B之间的关系相对密切，pH值、有机质、碱解氮和速效钾的结合相对紧密，见图1（c）。

3 结论与讨论

3.1 结论

本研究对比分析了不同施氮条件下（0、45、90 kg/hm2）不同土层（0～10 cm、10～20 cm 和 20～30 cm）的土壤线虫生态特征指数，并进行了主成分分析。研究发现，不同施氮处理中，合理施用氮肥能增加土壤线虫总量，提高食细菌线虫丰富度，抑制植物寄生线虫丰富度；合理施用氮肥有利于土壤线虫形成较为健康多样的生态群落，过量施用氮肥会破坏土壤线虫的生态平衡。

通过大豆经济性状及产量分析可知，施用氮肥45 kg/hm2大豆产量最高，表明合理施肥能促进作物生长，增加产量。

主成分分析结果表明，0～10 cm土层的前两个主成分PC1和PC2分别解释了总变异的60.50%和39.50%。 H、J、PPI、SR、EI、SI、pH 值之间的关系更为密切，土壤有机质、碱解氮和速效钾的结合相对紧密。10～20 cm土层的前两个主成分PC1和PC2分别解释了总变异的 52.88%和 47.12%。 WI、F/B、J、H、EI、SI之间的关系更为密切，pH值、有机质、碱解氮和速效钾的结合相对紧密。20～30 cm土层的前两个主成分PC1和PC2分别解释了总变异的61.20%和38.80%。 H、J、WI、EI与 SI、SR、F/B 之间的关系相对密切，并且pH值、有机质、碱解氮和速效钾的结合相对紧密。

3.2 讨论

土壤线虫是不同农田管理措施的指示生物因子。研究发现，不同氮肥施用量对土壤线虫总数的影响不显著，对不同土壤线虫营养类群数量的影响较大。胡 诚等[8]发现，施用氮肥能使土壤线虫总数增加10%，并减少食真菌线虫数量，但对于食细菌线虫和杂食捕食类线虫影响不显著。本研究发现，合理施用氮肥（45 kg/hm2）土壤线虫总数较不施肥提高44.81%。这可能是由于化肥的施用有益于植物的生长，进而为微生物和线虫提供更多食物。这与胡 诚等[8]的研究结果相似，施用化肥对土壤环境产生了较大的干扰。

本研究土壤线虫生态特征指数分析结果显示，各处理的EI值均在0.38～0.66之间（平均为0.52），SI值在0.33～0.67之间（平均为0.51），说明研究土壤的养分状况较好。有研究表明，土壤线虫的富集指数EI和结构指数SI的值在0～1之间变化，其中当EI>0.50和SI>0.50时表明受干扰程度较低且土壤养分状况较好、食物网稳定成熟[9]。

从不同土壤土层深度（0～10 cm、10～20 cm 和 20～30 cm）来分析，EI值和SI值随土层加深的变化规律不明显，但表层（0～10 cm）的值偏低，说明表层土壤受外界干扰的影响较大，导致食物网结构相对退化，这可能与表层土壤湿度较低[10]或者不同氮肥表层土壤农药残留有关[11-13]。有研究表明，氮肥的施用能降低结构指数SI、提高富集指数EI。这说明氮肥能增加食细菌线虫营养类群的数量，并且降低杂食捕食类线虫的数量。这些研究表明，化肥这种外界干扰对土壤线虫群落及营养类群影响比较明显[14]。

土壤线虫生活史多样性和功能多样性对于揭示合理施用氮肥对土壤环境的影响具有良好的作用。本研究可为探求兴安盟地区氮肥投入对土壤线虫群落的影响提供参考。