不同施肥措施对华北地区小麦-玉米轮作下土壤线虫群落的影响

摘要

化肥的大量使用已经造成严重的环境问题，制约了农业的可持续发展。有机肥的施用可以改善土壤结构和提高土壤肥力，秸秆还田也正逐步成为一种提高土壤养分含量的手段。土壤线虫作为土壤环境变化的敏感指示者，具有评价不同农业管理措施下的土壤环境状况和指导农田合理施肥的潜力。华北平原是我国粮食主产区也是化肥使用量最高的地区之一，维持本地区的农业可持续发展至关重要。目前，较少的研究涉及该地区小麦和玉米两种作物轮作系统的土壤线虫群落对不同施肥措施的动态响应。本研究的试验地点位于中国农业大学曲周试验站，田间设置的施肥处理包括:CK（不施肥）、CF（化肥）、PF（猪粪加化肥）、SF（秸秆还田加化肥）、PSF（猪粪加秸秆还田加化肥）、PMF（猪粪堆肥有机无机复合肥加化肥），在玉米收获期和小麦收获期进行采样，研究不同施肥措施下土壤的线虫群落特征，并通过生态指数分析找出有利于提高土壤质量的施肥措施，同时也探讨了土壤线虫与环境因子之间的相关性。研究结果如下:
　　1)有机无机肥配施提高了土壤有机碳和土壤全氮的含量，且部分的配施组合与CK和CF相比达到显著差异（P＜0.05）。同时，与CK和CF相比，有机无机肥配施对微生物生物量碳和基础呼吸也有促进作用，且部分采样期显著增加（P＜0.05）。采用微呼吸(MicroRespTM)方法测定各处理土壤微生物的代谢图谱，结果表明不同施肥措施的土壤微生物对碳源的利用情况发生明显的分异。
　　2)在玉米收获期共发现和鉴定出31属土壤线虫，包括食细菌线虫13属，食真菌线虫6属，植食线虫4属，杂食/捕食线虫8属;在小麦收获期共发现27属线虫，包括食细菌线虫11属，食真菌线虫5属，植食线虫4属，杂食/捕食线虫7属。钩唇属（Diploscapter）、绕线属（Plectus）、细齿属（Leptonchus）和螫属（Pungentus）只在玉米收获期发现。两个收获期共有的优势线虫属为拟丽突属（Acrobeloides）和螺旋属（Helicotylenchus）。
　　3)与对照(CK)相比，施肥均增加了土壤线虫的数量，特别是SF和PSF施肥组合显著增加了土壤线虫的数量（P＜0.05）。食细菌线虫数量的变化趋势与线虫总数相似。玉米收获期各处理的食真菌线虫数量基本上无显著差异，而小麦收获期SF的食真菌线虫数量显著高于CF(P＜0.05)。除了在2011年玉米收获期和2012年小麦收获期发现PMF的植食线虫数量显著高于其他5个处理(P＜0.05)之外，其余采样期各处理的植食线虫数量差异不显著。玉米收获期各处理的杂食/捕食线虫数量差异不显著，而小麦收获期有机无机施肥措施的杂食/捕食线虫数量与CK和CF相比增加较为明显。
　　4)非度量多维尺度（nMDS）排序表明不同采样期之间的线虫群落区分明显，而各施肥处理之间的线虫群落区分不明显。在50％相似度水平下的聚类分析(Clusteranalysis)表明两个收获期PF、SF和PSF的土壤线虫群落均与CK和CF差异明显。进一步通过ANOSIM分析显示，玉米收获期的任意两个处理间线虫群落差异不显著，而小麦收获期CK与PSF和PMF、PMF与PF、SF和PSF之间的线虫群落差异显著（P＜0.05）。结构方程模型(SEM)分析表明有机肥和秸秆的施用增加了土壤有机碳和微生物生物量碳的含量，进而增加了土壤食细菌线虫、食真菌线虫和杂食/捕食线虫的数量，而硝态氮对这三类线虫有抑制作用。
　　5)本研究发现有机无机施肥措施的富集指数(EI)和结构指数(SI)有增加的趋势，表明土壤养分资源状况趋于好转和土壤受干扰程度降低，且随着施肥年限的增加这些情况进一步得到改善。通道指数(CI)分析也表明有机无机施肥措施使土壤食物网分解途径从真菌途径向细菌途径转变。有机无机施肥措施的土壤生物学质量指数（FC）高于单施化肥和对照处理，表明有机无机配施使土壤的质量得到提高。
　　综上所述，土壤线虫对不同的施肥措施和采样时间响应不同，线虫群落对不同管理措施下的农田生态系统的变化表现出一定的指示潜力。本试验的研究结果表明SF和PSF施肥组合有利于土壤质量的提高，对指导华北平原农业区的合理施肥具有一定的参考价值。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 前言

1．1 华北平原土壤的研究背景及意义

1．2 有机肥料与化肥配施对土壤质量的影响

1．2．1 畜禽堆肥与化肥配施对土壤质量的影响

1．2．2 秸秆与化肥配施对土壤质量的影响

1．3 线虫在土壤食物网中的作用及作为指示动物的优势

1．3．1 土壤线虫的多样性、营养类群和功能类群

1．3．2 土壤线虫在土壤食物网中的作用

1．3．3 线虫指示土壤质量状况的优势

1．4 施肥对土壤线虫群落影响的研究现状

1．5 本研究的立项依据、目的及技术路线

1．5．1 本研究的立项依据

1．5．2 研究目的

1．5．3 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 田间试验区概况

2．2 试验小区设计

2．3 样品采集与土壤分析

2．3．1 土壤样品采集

2．3．2 土壤理化性质的测定

2．3．3 土壤微生物学性质的测定

2．4 土壤线虫指标的分析

2．4．1 土壤线虫的分离和计数

2．4．2 土壤线虫的鉴定、摄像和营养类群的划分

2．4．3 土壤线虫功能类群的划分

2．4．4 土壤线虫生态指数的计算

2．5 数据分析

第三章 结果分析

3．1 不同施肥措施对作物产量和土壤理化性质的影响

3．2 不同施肥措施对土壤微生物学性质的影响

3．3 不同施肥措施对土壤线虫的影响

3．3．1 土壤线虫总数、营养类群和功能类群

3．3．2 土壤线虫群落组成

3．3．3 土壤线虫群落结构特征

3．3．4 土壤线虫群落与土壤因子相关性分析

3．3．5 土壤线虫群落对有机肥和秸秆响应的结构方程模型

3．4 基于线虫区系的土壤食物网结构和土壤质量状况分析

第四章 讨论

4．1 不同施肥措施对土壤理化和微生物学性质的影响

4．2 不同施肥措施对土壤线虫群落组成的影响

4．3 不同施肥措施对线虫总数和营养类群数量的影响

4．4 不同施肥措施对线虫功能类群和土壤食物网结构的影响

4．5 不同施肥措施对土壤质量状况的影响

第五章 全文结论与研究展望

5．1 全文结论

5．2 主要创新点

5．3 不足之处和研究展望

参考文献

附录

致谢