不同施肥措施对土壤微节肢动物群落特征及其摄食活性的影响

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施肥能够通过影响食物资源和栖息环境来影响土壤动物群落,以螨类和跳虫为主的土壤微节肢动物是土壤中数量最丰富且种类最多样的土壤动物,它们通过影响土壤中有机物质的分解、养分矿化和微生物群落活性,在调节生态系统过程和功能方面发挥至关重要的作用。土壤微节肢动物群落的组成和多样性容易受土壤环境变化的影响,因此土壤微节肢动物被视为是能够反映土壤质量动态和健康的敏感指标。其中土壤微节肢动物的摄食活动被认为是表征其群落特征的重要指标之一,国外的一些学者对森林和草原生态系统中的土壤动物摄食活性进行了相关研究,但关于农田中不同施肥措施以及土壤温、湿度等因素对土壤动物摄食活动的影响还不明晰,如何通过土壤动物摄食活性去表征土壤质量还缺乏探讨。因此,本研究在华北平原小麦-玉米轮作田体系下,设置单施氮肥(N)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、化肥配施有机肥(MNPK)和不施肥对照(CK)5种施肥处理。通过镜检法和诱饵薄条法探究农田土壤微节肢动物群落特征及其摄食活性,解析土壤微节肢动物与其摄食活性的关系,试图建立基于土壤微节肢动物摄食活性的土壤质量评估方法,为我国耕地质量提升提供方法依据。本研究主要结果如下:(1)施肥试验进行4年以后,各施肥处理均显著降低了土壤p H,但显著提高了两个作物季节中的土壤TN和NO3--N含量。NPK处理和有机肥处理(M、MNPK)显著提高了小麦季土壤SOM和AP含量,TP含量则在NPK处理和单施有机肥处理中显著提高。此外,NPK处理和有机肥处理还显著提高了玉米季的土壤TP和AP含量,SOM含量则在施用有机肥处理中显著提高。单施氮肥处理显著提高了小麦季土壤NH4+-N含量,单施有机肥处理显著提高了玉米季的土壤含水量。(2)相较于不施肥处理,各施肥处理均能够显著提升微节肢动物的多样性指数(H’)和丰富度指数(D),且在单施有机肥处理(M)中提升效果最为显著,其土壤微节肢动物丰度约为CK处理的2.3倍,但单施有机肥处理降低了土壤微节肢动物的均匀度指数(J)。土壤NO3--N和TN是影响小麦季土壤微节肢动物群落的主要环境因子,AP、NO3--N和SOM是影响玉米季土壤微节肢动物群落的主要环境因子。网络分析(Network analysis)方面,单施有机肥处理(M)显著增加了生态网络的节点数和边数,提高了土壤微节肢动物群落的生态网络规模,增强了土壤微节肢动物物种间的竞争关系,且相较于化肥配施有机肥处理(MNPK)拥有更稳定的网络结构。(3)不同施肥处理中土壤动物的平均摄食活性表现为:单施有机肥(M)>化肥配施有机肥(MNPK)>单施化肥(NPK)>单施氮肥(N)>对照(CK)。同时,多元逐步回归分析显示,土壤动物的摄食活性与土壤p H呈极显著负相关(P<0.001),与土壤SOM含量呈极显著正相关(P<0.001),表明土壤有机质的提高增加了以其为食物来源的土壤动物丰度,进而提高了土壤动物的摄食率。(4)有作物种植处理中土壤微节肢动物丰度显著高于无作物种植处理,且有作物种植处理中0-5 cm土层深度的土壤微节肢动物丰度显著高于5-10 cm,无作物种植处理中土壤微节肢动物丰度则以5-10 cm深度较高。相较于有作物种植处理,无作物种植处理中土壤动物的摄食活性增长了近2倍。无作物种植处理的土壤温、湿度均高于有作物种植处理,且变化幅度较大。皮尔逊相关性分析结果显示,土壤温度对有作物种植处理中土壤微节肢动物的类群数产生显著负向影响。土壤动物的摄食活性主要受土壤湿度影响,呈显著正相关(P<0.05)。(5)单施有机肥对于土壤微节肢动物丰度及摄食活性的提升效果最好,但与化肥配施有机肥处理相比在统计学意义上的差异并不显著。因此,使用化肥配施有机肥在农田生产实践中更具实际意义。
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