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土壤动物及土壤微生物的活动能够改善土壤的通气状况、养分有效性, 在土壤形成、发育、演化及土壤肥力形成演变中发挥着重要的作用。土壤动物数量繁多, 通过参与一系列生命活动, 直接或间接改变土壤的性质[1], 对土壤形成、发育及生态系统物质循环都具有重要意义。稻草还田是一种有效的农田培肥措施[3], 在避免稻草焚烧造成环境污染的同时, 也为农业生产提供有机肥源。作为重要肥料来源和潜在的碳库能源[2], 还田的稻草在增加土壤养分[4], 培肥地力, 改善土壤理化性状[5], 优化农田生态环境, 提高作物产量与品质[6-9]等方面意义重大。本研究以未进行稻草还田的处理为对照, 设置不同质量稻草还田处理, 并调查不同处理下农田土壤动物群落特征, 分析不同稻草还田量对土壤动物群落结构的影响, 旨在为农田耕地环境的保护及可持续农业发展提供理论依据。
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本研究共捕获土壤动物1 194只, 隶属于3门11纲19目44个类群, 类群数排序为T20>T10>T5>对照。优势类群为线虫纲Nematoda和懒甲螨科Nothridae, 分别占总捕获量的72.16%和11.09%;常见类群为蚁科Formicidae、线蚓科Enchytraeidae、绥螨科Sejidae、丽甲螨科Liacaridae、双翅目Diptera幼虫, 分别占总量的4.33%、4.00%、2.41%、1.95%和1.59%;棘科Onychiuridae、跳虫科Poduridae、露尾甲科Nitidulidae等构成稀有类群, 占总量的2.47%。
由表 1可见:还田2个月后各样地的优势类群都为线虫纲和懒甲螨科, 其中:T20样地2次捕获的土壤动物包含30个类群, 平均密度4.13×104只·m-2; T10样地2次捕获的土壤动物隶属于20科, 平均密度为4.83×104只·m-2; T5样地2次捕获的土壤动物隶属于21科, 平均密度4.73×104只·m-2; 对照样地2次捕获的土壤动物隶属于11科, 平均密度3.70×104只·m-2。还田5个月后T20、T10、T5样地的优势类群都为线虫纲, 对照样地优势类群为线虫纲和蚁科, 其中:T20样地2次捕获的土壤动物包含22科, 优势类群为线虫纲, 平均密度9.32×104只·m-2; T10样地2次捕获的土壤动物隶属于20科, 平均密度8.48×104只·m-2; T5样地2次捕获的土壤动物隶属于19科, 平均密度4.75×104只·m-2; 对照样地2次捕获的土壤动物隶属于11科, 平均密度4.60×104只·m-2。
类群 还田2个月/(只·m-2) 还田5个月/(只·m-2) 总计/(只·m-2) 多度 T20 T10 T5 ck T20 T10 T5 ck 线虫纲Nematoda 60.13 52.13 38.43 82.41 77.79 88.00 87.51 73.90 72.16 +++ 懒甲螺科Nothridae 26.03 27.45 49.36 5.40 0.09 0 0 0 11.09 +++ 蚁科Formicidae 0.84 0.01 6.35 0.46 9.03 0 0.35 15.58 4.33 ++ 线蚓科Enchytraeidae 0 0 0 1.80 6.08 8.45 6.31 2.90 4.00 ++ 绥螨科Sejidae 4.24 3.62 3.00 4.50 1.07 1.57 1.40 2.54 2.41 ++ 丽甲螨科Liacaridae 0.61 0 0 0 5.28 0.69 2.28 3.98 1.95 ++ 双翅目幼虫Diptera larvae 0.20 13.12 0 1.80 0 0 0 0 1.59 ++ 棘䖴科Onychiuridae 0.81 0.35 1.23 2.25 0.27 0.10 0.70 0.36 0.62 + 跳虫科Poduridae 1.21 0.17 0.53 0 0 0.10 0.35 0.72 0.32 + 露尾甲科Nitidulidae 1.21 0 0 0 0 0.79 0 0 0.26 + 白蚁科Termitidae 2.42 0 0 0 0 0 0 0 0.22 + 蝴蛛目Araneae 0.01 1.04 0.18 0 0 0.20 0 0 0.17 + 叶蝉科Cicadellidae 0 0.69 0.18 0.90 0 0 0 0 0.17 + 蚁甲亚科Pselaphidae 0 0 0.18 0.45 0 0 0.53 0 0.11 + 叶甲科Chrysomelidae 0.20 0.52 0.18 0 0 0 0 0 0.10 + 幺蚰科Scutigerellidae 0 0.17 0 0 0.27 0.10 0 0 0.09 + 长角长䖴科Orchesellidae 0.81 0 0 0 0 0 0 0 0.07 + 蜈蚣目Scolopendromorpha 0.21 0.17 0 0 0 0 0.18 0 0.06 + 圆䖴科Sminthuridae 0.20 0.35 0 0 0 0 0 0 0.06 + 蜚蠊科Blattidae 0.01 0 0 0 0 0 0.35 0 0.04 + 拟步甲科Tenebrionidae 0.41 0 0.01 0 0 0 0 0 0.04 + 派盾螨科Parholaspididae 0.20 0 0.18 0 0 0 0 0 0.04 + 木螱科Kalotermitidae 0.20 0.17 0 0 0 0 0 0 0.04 + 等节䖴科Isotomidae 0 0 0 0 0.09 0 0 0 0.02 + 蟋蟀科Gryllidae 0 0 0.18 0 0 0 0 0 0.02 + 小蚓类Microdrile oligochaetes 0.02 0.03 0.02 0.01 0 0 0 0 0.01 + 蠼螋科Labiduridae 0 0 0 0 0.01 0 0 0 0 + 鼠妇科Porcellionidae 0.01 0 0 0 0 0 0.01 0 0 + 蝼蛄科Gryllotalpidae 0 0 0 0 0 0 0.01 0 0 + 步甲科Carabidae 0 0 0 0 0 0 0.01 0 0 + 姬马陆科Julidae 0.01 0 0 0 0 0 0 0 0 + 金龟甲科幼虫Scarabaeidae larvae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 石蜈蚣目Lithobiomorpha 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 猎蝽科Reduviidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 隐翅虫科Staphylinidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 蛭纲Hirudinea 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 叩甲科Elateridae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 天牛科Cerambycidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 瓢甲科Coccinellidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 蝗科Acrididae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 角板盲蛛科Ceratolasmatidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 缘蝽科Coreidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 夜蛾科Noctuidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 锹甲科Lucanidae 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 合计 41 302.01 48 277.34 47 269.99 37 009.33 93 197.35 84 846.68 47 524.66 46 007.99 445 435.35 总类群数 30 20 21 11 22 20 19 11 44 Table 1. Compositions of soil fauna community in the different plots
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由图 1A可知:还田5个月后各样地的土壤动物密度均高于还田2个月后的土壤密度。还田2个月后, 各样地的平均密度排序为T10>T5>T20>对照, 各样地间差异不显著(F=0.105, P=0.956)。还田5个月后, 各样地的平均密度排序为T20>T10>T5>对照, 样地间差异极显著(F=6.702, P=0.003);其中, T20样地与对照、T5样地的平均密度均呈极显著差异(P<0.01), T10与T5样地的平均密度均呈极显著差异(P<0.01), 与对照样地呈显著差异(P<0.05)。
T20土壤动物的类群数均高于T10、T5和对照样地的土壤动物。统计分析显示(图 1B):还田2个月后样地间土壤动物类群数差异性极显著(F=9.312, P=0.001), 其中, T20样地和T10、T5、对照样地分别呈极显著差异(P<0.01);还田5个月后T10和T20样地的土壤动物类群数呈显著差异(F=1.299, P=0.011)。
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按照尹文英[12]对土壤动物体型的划分, 土壤动物可分为大型和中小型2类。由图 2可以看出:与对照相比, T20、T10、T5样地大型、中小型土壤动物的平均密度均较高。还田2个月后, 各处理大型土壤动物平均密度排序为T20>T10>T5>对照, 其中T20样地和对照差异显著(P<0.05), 其他样地间差异不显著; 中小型土壤动物以T10样地平均密度最高, 对照样地最低, 差异均不显著。还田5个月后, T20样地大型土壤动物密度最高, 占总密度的41.44%, 其余依次为T5(35.14%)、T10(18.02%)、对照(5.40%)。统计分析显示:还田5个月后, 各样地中小型土壤动物平均密度差异极显著(F=6.759, P=0.003), 对照分别与T10、T20呈显著差异(P<0.05), T5分别与T10、T20呈显著差异(P<0.05)。
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对不同稻草还田量下0~5、5~10和10~15 cm层的土壤动物密度进行比较, 结果显示: 0~5 cm层土壤动物平均密度最高, 随着土层加深土壤动物密度降低, 具有明显的表聚性(图 3A)。
方差分析显示(图 3B):还田2个月后各样地所有土层土壤动物平均密度差异均不显著(P>0.05);还田5个月后各样地10~15 cm土层土壤动物平均密度差异不显著(F=1.556, P=0.237), 0~5 cm层(F=6.099, P=0.005)、5~10 cm层(F=5.942, P=0.006)差异显著。0~5 cm土层中, 对照与T20样地土壤动物密度差异显著(P<0.05), T5与T10、T20样地差异显著(P<0.05)。
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稻草还田提高了土壤动物的多样性指数。还田2个月后各处理下土壤动物多样性指数(H′)、丰富度指数(D)均高于对照, 优势度指数(C)均低于对照, 均匀度指数T20和T5高于对照, 但T10低于对照。还田5个月后对照土壤动物多样性指数和均匀度指数最高, T10处理下土壤动物优势度指数最高, T20处理下土壤动物丰富度指数最高(表 2)。
处理 还田2个月 还田5个月 H' J C D H' J C D T20 1.15±0.12 a 0.47±0.05 a 0.44±0.12 a 1.06±0.10 a 0.68±0.15 a 0.29±0.05 ab 0.68±0.08 a 0.78±0.20 a T10 0.79±0.13 a 0.39±0.06 a 0.60±0.07 a 0.60±0.29 b 0.37±0.13 a 0.19±0.06 b 0.83±0.07 a 0.47±0.17 b T5 0.87±0.10 a 0.42±0.04 a 0.54±0.06 a 0.67±0.06 b 0.50±0.80 a 0.25±0.03 ab 0.78±0.04 a 0.66±0.10 ab ck 0.69±0.24 a 0.41±0.16 a 0.68±0.13 a 0.47±0.14 b 0.74±0.08 a 0.39±0.06 a 0.64±0.07 a 0.53±0.09 ab 说明:数据为平均值±标准误。同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05) Table 2. Diversity characteristics of soil fauna in each habitat
方差分析结果显示:还田2个月后, 各样地中土壤动物优势度指数(F=1.810, P=0.184)、多样性指数(F=2.049, P=0.145)、均匀性指数(F=0.270, P=0.846)的差异均不显著, 丰富度指数(F=9.764, P=0.001)T20样地与T10、T5、对照呈极显著差异(P<0.01)。还田5个月后, 各样地中土壤动物优势度指数(F=1.436, P=0.267)、多样性指数(F=1.795, P=0.186)差异均不显著, T20与T10样地的丰富度指数差异显著(P<0.05), 对照与T10样地的均匀度指数差异显著(P<0.05)。