免耕玉米秸秆覆盖对大型土壤动物功能类群的影响

蒋云峰+钱瑞雪+王祥贺+王月+郭长鸣

摘要：为探讨免耕玉米秸秆覆盖对大型土壤动物功能类群的影响，于2015年4、7、10月，在中国科学院吉林省沈阳应用生态研究所设在四平市梨树县保护性耕作试验基地的常规和免耕有无玉米秸秆覆盖的各样地上进行大型土壤动物群落调查。结果表明，各样地以腐食性个体密度为最高，类群数量以捕食性类群居多。相对于常规耕作样地，免耕有无秸秆覆盖增加了腐食性和捕食性类群个体密度，但对植食性和杂食性类群影响不显著。各样地腐食性和捕食性大型土壤动物具有明显的表聚性，而植食性和杂食性则无一致性表现。在季节变化上，腐食性和杂食性类群表现明显，腐食性类群密度最高出现在10月，杂食性类群密度最高值出现在7月。各样地腐食性类群组成极为相似，但捕食性、植食性和杂食性类群在常规耕作样地与NT-0、NT-100%间相似性程度低于NT-0与NT-100%样地之间的相似性。总之，免耕秸秆覆盖会对农田大型土壤动物群落各功能类群产生影响，但不同类群对免耕秸秆覆盖的响应不一致。

关键词：土壤动物；功能类群；免耕；玉米秸秆覆盖；腐食性；捕食性；表聚性；类群个体密度；类群数量；农田生态系统

中图分类号：S154.5 文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）17-0250-04

收稿日期：2016-04-18

基金項目：国家自然科学基金（编号：41401283）；吉林省科技发展计划（编号：20160520080JH）；吉林省教育厅科学技术研究项目（编号：吉教科合字[2016]第224号）；吉林省四平市科技发展计划（编号：2015064）。

作者简介：蒋云峰（1980—），女，吉林吉林人，博士，讲师，主要从事土壤动物生态学研究。E-mail：jiangyf427@126.com。农田生态系统是人类社会赖以生存、发展的基础，同时也是受人类干扰、破坏最强的系统[1-2]。长期播种、施肥、灌溉、除草、治虫等人为活动，已对农田生态系统造成一系列负效应[3-5]。为保证农业可持续发展，人们越来越关注研究保护性耕作，保护性耕作在改善土壤理化性质、节约资源、保护环境、提高土壤生物活性及多样性等方面具有显著影响[6-8]。

土壤动物是农田生态系统的重要组成部分，在维持和发挥生态系统正常功能上起着无可替代的作用[9-10]。土壤动物种类繁多，各类动物体形大小及活动能力相差悬殊，但许多种类在功能上相近，在生态系统中有着相似的生态作用[11-12]。因此，将土壤动物按其在生态系统中的功能进行分类，有利于研究土壤动物在生态系统中的功能作用。

为探讨免耕秸秆覆盖对农田大型土壤各功能类群的影响，本研究以黑土农田生态系统为研究对象，通过研究免耕玉米秸秆覆盖下大型土壤动物功能类群组成、生态分布，探讨大型土壤动物各功能类群对免耕秸秆覆盖频率的响应，以期为有效管理农田生态系统以及免耕秸秆覆盖推广提供土壤动物学依据。

1材料与方法

1.1样地概况

试验样地位于中国科学院吉林省沈阳应用生态研究所设在四平市梨树县保护性耕作试验基地（43°19′N、124°14′E）。该地区属温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，年均气温约为 6.9 ℃，常年≥10 ℃积温为3 046.8 ℃，年均降水量为 614 mm，主要集中在6—9月。土壤母质为壤质黏土，土壤类型为中层黑土。

1.2试验设计

试验设免耕（no tillage，简称NT）无秸秆覆盖（NT-0）、免耕秸秆全覆盖（NT-100%）2种处理，秸秆全部还田量约为7 500 kg/hm2，均匀覆盖地表；无秸秆覆盖为移走全部秸秆。以常规耕作样地作为对照（conventional tillage，简称CT），即秋季收获留茬约为15 cm，剩余秸秆全部移出地表，灭茬旋耕（深度为18～25 cm），起垄作业。各设4个重复小区，每个小区面积为8.7 m×30.0 m。

1.3研究方法

2015年4、7、10月在常规耕作样地、免耕无秸秆覆盖和免耕玉米秸秆全覆盖样地采集大型土壤动物样品，每个小区内按对角线法选取3个取样点。大型土壤动物取样面积为25 cm×25 cm，分别取深度为0～5、5～10、10～15 cm土层，在各样地直接采用手捡法获得动物样品，并保存在75%乙醇溶液中。在实验室对收集的动物样品进行分类鉴定，并依据有关文献按取食类型划分为腐食性、捕食性、植食性、杂食性4个功能类群[13-14]。

1.4数据分析

采集到的大型土壤动物个体数量换算成密度（只/m2），主要利用土壤动物个体密度、类群丰富度计算群落特征。利用Srensen群落相似性指数分析各季节不同样地大型土壤动物群落的相似性。计算公式：

S=2C/（A+B）。

式中：S表示生境a和生境b中土壤动物群落的相似性指数；C表示2个群落共有的土壤动物类群数，类；A表示生境a土壤动物群落的类群数，类；B表示生境b土壤动物群落的类群数，类。0

2结果与分析

2.1土壤动物功能类群组成

研究期间在常规耕作样地、免耕无秸秆覆盖样地和免耕秸秆全覆盖样地共获得大型土壤动物24类，隶属2门5纲12目。其中，腐食性、捕食性、植食性和杂食性4种功能类群的土壤动物个体密度分别占总个体密度的87.07%、8.09%、1.33%、3.51%；类群数分别占总体类群的20.83%、45.83%、29.17%、4.16%。腐食性土壤动物个体密度最多，而捕食性土壤动物类群数最多。

2.2土壤动物功能类群结构

2.2.1水平结构方差分析结果表明，在3种处理样地中，腐食性（P<0.05）和捕食性（P<0.05）个体密度差异显著（表1）。相对于常规样地，NT-100%显著提高了腐食性个体密度；NT-0与NT-100%都增加了捕食性个体密度（P<0.05），但对植食性和杂食性无显著影响（图1-a）。捕食性类群数量NT-0显著高于CT样地（P<0.05），而与NT-100%差异不显著（图1-b）。说明各功能类群土壤动物的个体密度和类群数量对免耕秸秆覆盖响应不同。

2.2.3时间结构方差结果表明，腐食性和杂食性的土壤动物个体密度存在明显的季节变化（图3）。在3种样地中，腐食性类群个体密度均在10月达到最高值，但在CT样地中由低到高依次表现为4月<7月<10月，而在NT-0、NT-100%样地中由低到高依次为7月<4月<10月（图3-a）。对杂食性类群来说，在CT样地中3个月的土壤动物个体密度接近，在NT-0、NT-100%样地中4月和10月的动物个体密度接近，但明显低于7月（图3-b）。各样地捕食性和植食性类

群季节变化相对不明显。捕食性类群动物个体密度在NT-0样地表现为4月<7月<10月，在CT和NT-100%样地中均表现为10月<4月<7月，但没达到显著性水平（图3-c）；植食性类群在CT样地中4月和10月动物个体密度接近但低于7月，NT-0和NT-100%样地却表现为4月和7月个体密度接近但低于10月，未达到显著性水平（图3-d）。

2.3土壤动物功能类群相似性

由表2可知，腐食性大型土壤动物类群各样地间相似性指数大于0.75，达到了极相似的水平。捕食性类群在CT样地与NT-0、NT-100%样地相似性指数较低，分别为中等相似、中等不相似，NT-0和NT-100%间为中等相似。植食性类群在CT样地与NT-0、NT-100%样地相似度指数低于025，极不相似，但NT-0和NT-100%间为中等相似。杂食性类群在CT样地与NT-0、NT-100%样地为中等相似，而NT-0和NT-100%样地间极度相似。总体上看，腐食性类群组成在各样地间极为相似，但捕食性、植食性、杂食性类群在CT与NT-0、NT-100%间相似性低于NT-0与NT-100%样地之间的相似性。这说明除腐食性类群外，免耕玉米秸秆覆盖对其他功能类群大型土壤动物类群组成具有较大的影响。

3结论

在3种样地内，各功能类群大型土壤动物个体密度和类群数存在差异。腐食性大型土壤动物个体密度最高，而捕食性大型土壤动物类群数最多。

相对于常规耕作样地而言，免耕和免耕玉米秸秆覆盖显著增加了腐食性和捕食性大型土壤动物的个体密度（P<005），但对植食性和杂食性无显著影响。NT-0样地捕食性类群数明显高于CT样地，而与NT-100%无显著差异。

腐食性和捕食性大型土壤动物在各样地中均具有明显的表聚性，而植食性和杂食性的垂直分布则无一致性表现。腐食性和杂食性的个体密度存在明显的季节变化，而捕食性和植食性类群季节变化不明显。 在3种样地中， 腐食性类群个体密度均在10月达到最高值，杂食性类群个体密度最高值出现在7月。

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