红壤地区农田土壤线虫群落对耕作年限和施肥措施的响应及指示价值分析
作者单位：南京农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：胡锋;刘满强
授予年度：2013年
摘 要：我国热带和亚热带地区的红壤农田肥力水平低,严重制约着农业生产力的提升。不同农业管理措施会对土壤理化性质和生物群落产生不同的影响。虽然土壤线虫群落分析具有指示土壤健康或质量的潜力,但是在红壤地区的研究相对缺乏,并且很少有研究涉及水田和旱地两种典型农业利用方式的综合比较。本研究选取了不同耕作年限以及不同长期施肥条件下的水田和旱地土壤,研究土壤线虫群落对不同农业管理措施的响应,并进一步分析了线虫群落与其它常用土壤质量指标之间的关系,以探究土壤线虫群落分析对于土壤质量或健康的指示价值,研究结果将对该地区农业管理措施具有一定的指导意义。主要结果如下： 1)旱地改为水田后随稻作年限的增加土壤非生物和生物性质发生改变。基于旱改水后1a、10a、20a、50a和100a五个时序的土壤性质的调查分析,结果表明,随着稻作年限的延长,土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳氮、基础呼吸、矿质氮、速效磷、线虫数量及线虫属数均随稻作时间增长而逐渐上升,在50a达到最高,在100a后变化渐缓或有所下降。随着稻作年限的延长,线虫群落中植食者的比例显著上升(P0.05),捕杂食者的比例有所下降但差异不显著。线虫通道指数(NCR)也随稻作年限的增加而发生显著变化(P0.05),表明土壤食物网结构趋向细菌通道。总之,土壤微生物学性质和线虫群落在旱改水50a时土壤各项性质均达到较高水平,随稻作年限的继续延长呈现稳定趋势。同时从冗余分析(RDA)排序图可以看出,土壤微生物生物量碳和矿质氮对线虫群落种属组成影响最大。 2)旱地红壤不同利用年限的农田分别选择了耕作10a、20a、50a的花生地和菜地,并以未开垦的荒地作为对照。结果显示,与荒地相比,各年限花生地的土壤肥力等指标表现出下降的趋势,菜地土壤的各项性质则呈现提升的趋势。耕作20a的花生地土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、速效磷等指标均最低,同时耕作50a的菜地各项性质相对于10a有显著的提升(P0.05)。花生地由于土壤中作物根系较少,相对表现出植食性线虫比例的下降。而菜地长期施用有机肥,食细菌线虫比例伴随耕作年限延长而逐渐上升。线虫生态指标方面,花生地相对于频繁施肥和耕作的菜地表现出更为稳定的土壤食物网。从RDA排序图可以看出,食真菌线虫茎属线虫(Ditylenchus)且与微生物代谢熵(qCO2)具有显著的正相关关系,与速效磷呈负相关关系;食细菌线虫中的头叶属(Cephalobus)与土壤微生物量氮(MBN)呈正相关。 3)长期不同施肥措施下的水田和旱地均选择了始于1981年的五个施肥处理：不施肥(CK),施用无机肥(NPK),双倍施用无机肥(2NPK),单施有机肥(OM)和有机无机配施(NPK+OM).水田土壤中,有机肥的施用显著提高了土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳氮、速效磷、矿质氮和线虫数量(P0.05)：旱地土壤中,有机肥对微生物生物量碳氮和矿质氮的增加有明显促进作用(P0.05)。水田和旱地的速效磷含量均对磷的施入量响应灵敏,倍施无机肥和有机无机配施显著提高了速效磷的含量(P0.05),水田的微生物生物量磷也表现出相同的趋势。无机肥的施用均导致了两种利用方式下土壤的酸化,且施入量越大,酸化越明显;而施用有机肥则使土壤pH上升,在水田和旱地土壤中均达到显著水平(P0.05)。 土壤功能指标方面,有机肥的施用可促进参与土壤碳循环的蔗糖酶,木聚糖酶,β-葡糖苷酶和纤维素酶的活性,参与氮循环的脲酶,L-天(门)冬酰胺酶、谷氨酰胺酶和组氨酸脱氨酶以及参与磷循环的磷酸酶活性,尤其以单施有机肥效果最显著(P0.05),但在旱地中对蔗糖酶(INV)的促进作用不明显。水田土壤可矿化碳也对单施有机肥响应敏感(P0.05),而分解功能稳定性则对有机无机配施更为敏感,旱地土壤中则无明显的趋势。土壤的生态功能还以原位土壤微生物对不太碳源的利用能力(MicroRespTM)进行评价,水田中单施化肥、有机无机肥配施和对照较为接近,而旱地中则表现出有机无机配施、单施有机肥和倍施化肥更为接近,但未发现特定碳源利用能力与施肥措施之间的关系。 施用有机肥增加了水田和旱地中线虫总数,降低了两种土壤线虫群落中植食者的比例,增加了自由生活线虫(食微者和捕杂食者)的比例,并且长期单施有机肥的效果尤为明显。非参数多变量排序图(nMDS)显示,稻田和旱地线虫群落截然分开;但从RDA分析中未发现特定线虫属与土壤因子之间的显著相关关系,暗示了线虫群落分析在指示传统土壤质量指标方面的局限性。 综上所述,农田土壤线虫群落对不同的农田管理措施响应不同,根据本研究中土壤环境因子和线虫群落组成关系可以看出,线虫群落对不同耕作年限下农田土壤生态系统的变化表现出一定的指示潜力,线虫属与特定指标有显著的相关关系;但在长期不同施肥措施下虽然线虫群落发生分异,却未能发现线虫群落组成关系和土壤环境因子之间的相关性,这可能是由于线虫群落在长期不同施肥措施下发生了驯化,指示作用被弱化。然而,线虫群落分析补充了有关土壤生态系统结构的必要信息,对我们全面评价土壤生态系统在农田不同施肥措施下的变化提供了重要信息。
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