施肥对农田线虫群落特征影响的研究进展

刘子宁,董炜华,李晓强,吴 怡,韦森超,邓守奇,2,谷志伟

(1.长春师范大学地理科学学院,吉林 长春 130032;2.长春市文理高中,吉林 长春 130000)

土壤线虫是地球上数量庞大且种类丰富的生物种群,可以敏锐地感知土壤质量的好坏[1]。农田生态系统中存在大量线虫,线虫可作为土壤变化的指示器。线虫能够参与土壤养分循环,提升土壤肥力,所以施肥是影响农田土壤线虫群落特征的主要因素[2]。在农田生态系统的研究中,对施肥的研究从单一地施用有机肥、化肥等肥料发展到近些年混合施肥以及施用生物有机肥、EM菌等新型肥料[3]。植食性线虫会给全球的农业造成巨大的经济损失[4],农田生态系统中的研究更多关注的是植食性线虫。不同的施肥方式是否对植食性线虫起到一定的抑制作用,线虫病害的传播来源和防治方法,不同的线虫种类在不同的施肥方式下产生的连锁反应都是需要探索并研究的内容。

1 有机肥对土壤线虫群落特征的影响

有机肥俗称农家肥,包括人畜粪便、绿肥和沼气肥等,有机肥含有丰富的营养元素,可以为作物提供生长期间所需要的营养物质,改善土壤理化性质,增加土壤微生物群落和土壤酶活性等[5],缓解施用化肥导致的土壤肥力下降以及对周围环境带来的污染。

1.1 有机肥对土壤线虫数量的影响

在研究施用有机肥对红壤旱地土壤线虫的群落特征的影响中,发现施用有机肥可以增加土壤线虫的数量,尤其是食细菌性线虫的数量,但对植食性线虫的数量影响不显著,增加的幅度不大[6]。这表明,有机肥对植食性线虫的数量变化未产生显著影响。

1.2 有机肥对土壤线虫种类的影响

在施用有机肥时,捕食/杂食线虫和食真菌性线虫种类往往较多,而植食性线虫的丰度很小。在施入有机肥的农田,有些植食性线虫属的丰度为0,与其他处理相比,施用有机肥后食真菌性线虫的丰度较高,食细菌性线虫和捕食/杂食性线虫均较其他处理丰度高[7]。说明施入有机肥能够优化土壤线虫群落结构。

关于有机肥施用量的不同对土壤线虫群落特征的影响,学者也进行了比较深入的研究,但有机肥的施用量对线虫的影响很大,如施入低量有机肥可以提高捕食杂食线虫的数量,而施入高量有机肥可以提高食细菌线虫的数量,但是关于施用有机肥对植食性线虫的影响,不同学者研究结果也略有不同。施用有机肥可以提高植食性线虫的数量,主要是因为施用有机肥可以促进植物根系分泌物的产生,从而使植食性线虫获取更多的食物来源[7]。有研究表明,施用有机肥可以单纯地增加植食性线虫数量[8]。但是也有研究发现,施用有机肥可以增加植食性线虫的数量,从而使植食性线虫的丰度下降[9]。施用有机肥可以有效地提高土壤中有益线虫的数量及丰度,但植食性线虫数量的增加幅度不大。

2 化肥对土壤线虫群落特征的影响

化肥易溶于水,发挥肥效的作用较快[10],无机肥可以提高农作物的生长速度,促进有机质的积累和分解,有利于土壤线虫的繁殖和生存。如果使用不当也会破坏土壤线虫生存空间以及繁殖的速度。

2.1 化肥对土壤线虫数量的影响

研究施用不同量的化肥对土壤线虫数量方面的影响发现,施用化肥会造成捕食/杂食线虫以及食细菌性线虫数量增加,这对促进土壤养分循环以及土壤肥力的提高具有显著效果。但单一施用化肥也在一定程度上造成了植食性线虫的数量大幅增加,增加作物病虫害发生的几率,使该地区土壤质量下降,造成作物减产等[11]。

2.2 化肥对土壤线虫种类的影响

施入化肥后,土壤中捕食性或杂食性线虫数量居多,在各个类群优势属中,单独施入化肥的植食性线虫的优势属所占比例偏高。这也表明在生产过程中应选取合理的施肥方式,才能够减少环境污染及不必要的损失。

关于化肥施入量,并不是施入化肥越多,产生的正向作用就越强,在对比常量施入化肥和减施化肥两种施加方式的研究中发现,减施化肥土壤中线虫总数要高于常量施肥土壤。关于优势属的对比,同样发现减施化肥具有较多的优势属,这一研究结论也反映了过量施肥抑制了线虫数量的增加,施入化肥虽然可能增加有益线虫的数量和丰度,但是如果没有合理地施用化肥或者未与其他肥料混施,在一定程度上会增加植食性线虫的数量和丰度,从而造成作物病虫害及土壤肥力的下降。有研究表明,化肥配施有机肥可以提高土壤肥力,增加土壤线虫总体数量,提高食细菌性线虫和杂食/捕食性线虫的数量,对植食性线虫数量有一定的抑制作用[12],所以施入化肥对线虫的影响具有明显的双面性。

3 EM菌对土壤线虫群落特征的影响

EM菌是继有机肥和化肥等常规肥料之后出现的一种新型肥料,它是由80多个微生物复合而成的复合型菌剂,能够促进土壤中有机质的分解,具有改良土壤、促进作物增产、提高作物品质、减少农药和化肥用量等作用[13]。

关于EM菌对土壤线虫群落的影响,学者们也有相对成熟的研究,如在研究EM菌肥和传统堆肥对小麦地土壤线虫群落特征的影响时,发现在采样的大多数时间段,EM菌堆肥产生的土壤线虫都比传统堆肥后土壤的线虫数量多,说明EM菌的施用可以促进土壤线虫数量的增加,从而促进土壤中养分的循环。 EM菌能够提高土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷的含量,降低土壤的容重,主要是EM菌堆肥中具有大量的微生物,它们的相互作用促进了有机质的积累和分解,释放出了更多的营养元素[14]。EM菌堆肥提高了土壤的矿质氮含量,提升了土壤的氮矿化率,提高了土壤肥力,增加了作物产量,施用EM菌堆肥提高了土壤微生物的数量与活性[15]。EM菌堆肥处理可以促进植物根系生长,为生物的生长提供支持[16]。但是在土壤线虫群落特征方面,EM菌提高了食细菌线虫和食真菌线虫的丰度,减少了植食性线虫的丰度。

4 混合施肥对土壤线虫群落特征的影响

混合施肥是指由机械方法将几种单一的肥料混合或者与复合肥料混合而成,有时会加一些填充物,改善肥料的物理性质。

有机肥虽然营养成分较高,但是肥效比较慢,化肥虽然起效快,但是过度施入会造成土壤肥力下降以及环境污染。如果对农田单一地施用化肥还会造成土壤线虫群落结构的破坏。在研究有机肥配施化肥等方法对土壤线虫群落结构的影响中发现,添加化肥的处理造成了线虫数量的急剧减少,同时造成了线虫种类的减少,这说明化肥会抑制线虫的生长和繁殖,从而不利于土壤食物网的稳定,而化肥减量50% 与有机肥配施可促进线虫数量的增加[17]。但是在混施中发现,随着化肥施用量的增加,各类线虫数量减少,说明化肥混施在一定程度上不利于线虫的生长和繁殖。

与单施化肥相比,混合施肥能提高有益线虫的数量,减少植食性有害线虫的数量,缓解土壤线虫群落结构。关于植食性线虫的研究,发现化肥处理增加了植物寄生虫丰度,导致线虫群落营养结构恶化,这可能降低了土壤线虫群落对环境的抵抗力。

5 肥料在土壤线虫防治中的应用展望

对于线虫病虫害的防治,目前市面上使用较广泛的是一些有毒化学试剂,这些化学药品虽然对于植食性线虫初期的抑制有一定的效果,但是随着社会的进步,剧毒杀线虫剂已不适合现代农业的可持续发展。所以要正确选择和使用杀线虫剂。将非农药防治方法与高效、低毒杀线虫剂相结合,往往能更好地优化土壤线虫群落。如混合施肥和化肥减施均能抑制植食性线虫数量的增加,肥料中加入菌肥,对植食性线虫产生抑制作用,或者辅助杀虫剂进行抑制[18]。蚯蚓粪是相较于化肥对线虫群落有更积极影响的肥料,施入土壤后可以调节土壤结构,大大提高其透气、透水和保水能力,改善土壤物理性质,为作物提供良好的生长环境[19-20]。EM菌肥作为新型肥料,能够显著改变土壤线虫的群落结构,增加有益线虫的数量以及丰度,可以带来一定的经济效益。

目前,肥料加工技术在日新月异地变化,世界上较为新颖的肥料加工技术是美国优马公司的微碳技术,微碳技术的核心是以风化褐煤提取的有机物和矿物质为材料,将这种核心材料加入矿物肥料中,有利于提高作物的养分吸收率,填充和弥补了矿物肥料的短板和缺陷,这些肥料作为新兴肥料在未来也是可以考量研究并投入使用的。