不同施肥方式对耕地黑土中小型土壤动物功能类群的影响

摘要 为探讨不同施肥方式对中小型土壤动物功能类群的影响，以黑龙江省哈尔滨市呼兰区耕作黑土为试验区，对施有机肥、施半有机肥、施无机肥和对照4种不同处理方式耕地黑土中小型土壤动物各功能类群进行研究。结果表明：共捕获中小型土壤动物50类，隶属于2门6纲14目44科，共6 176只，数量占比为杂食性（60.54%）>腐食性（22.60%）>菌食性（11.37%）>植食性（2.91%）>捕食性（2.57%），类群数大小为植食性（13个）=捕食性（13个）>腐食性（11个）>杂食性（7个）>菌食性（6个），杂食性中小型土壤动物为优势类群；耕地黑土中中小型土壤动物的多样性指数、均匀度指数植食性最低，杂食性最高。与对照组相比，施有机肥时中小型土壤动物类群总数和各功能类群个体数显著增加，施无机肥时显著减少，施肥降低了中小型土壤动物各功能类群的丰富度；分析群落相似性表明，杂食性中小型土壤动物在不同处理方式间相似性程度较高；CCA分析表明，土壤全磷、全氮、pH分别对施有机肥、半有机肥、无机肥样地中小型土壤动物功能类群分布影响显著。中小型土壤动物各功能类群生长受3种施肥方式影响明显，中小型土壤动物各功能类群更适宜在施有机肥下生存。

关键词 施肥方式；中小型土壤动物；功能类群；群落特征

中图分类号 X174 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）06-0066-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.06.018

Effects of Different Fertilization Methods on Functional Groups of Small and Medium－Sized Soil Animals in Cultivated Black Soil

JIANG Jia－shuang，LIN Lin，LI Yan－qin et al

（School of Geographical Sciences of Harbin Normal University/Key Laboratory of Geographical Environment Monitoring and Spatial Information Service in Cold Regions of Heilongjiang Province，Harbin，Heilongjiang 150025）

Abstract In order to explore the effect of different fertilization methods on the functional groups of small and medium－sized soil animals，this paper studied the functional groups of small and medium－sized soil animals in the cultivated black soil of Hulan District，Harbin City，Heilongjiang Province under four different treatments of organic fertilizer，semi－organic fertilizer，inorganic fertilizer and control. The results showed that：a total of 6 176 small and medium－sized soil animals were captured，belonging to 44 families，14 orders，6 classes，2 phyla. The number proportion was omnivorous （60.54%） > saprophytic （22.60%） > bacteriophagic （11.37%） > herbivorous （2.91%） > predatory （2.57%）. The number of groups was phytophagous （13） = predatory （13） > saprophytic （11） > omnivorous （7） > bacteriophagic （6）. The small and medium－sized soil animals were the dominant group;The diversity index and evenness index of herbivorous small and medium－sized soil animals in cultivated black soil are the lowest，and the diversity index and evenness index of omnivorous small and medium－sized soil animals are the highest. Compared with the control group，the total number of small and medium－sized soil animal groups and individual number of each functional group increased significantly when applying organic fertilizer，and decreased significantly when applying inorganic fertilizer. Fertilization decreased the richness of each functional group of small and medium－sized soil animal;The community similarity analysis showed that the similarity degree of omnivorous small and medium－sized soil animals among different treatments was high;CCA analysis showed that total phosphorus，total nitrogen and pH value of soil had significant effects on the distribution of functional groups of small and medium－sized soil animals in organic，semi－organic and inorganic fertilizer plots. The three fertilization methods have obvious effects on the growth of the functional groups of small and medium－sized soil animals，and applying organic fertilizer is more beneficial to the survival of the functional groups of small and medium－sized soil animals.

Key words Fertilization method；Small and medium－sized soil animals；Functional groups；Community characteristics

东北黑土区作为全球仅有的三大黑土区之一，因其土壤肥沃、适宜农耕的优势，成为我国重要的商品粮产区。由于人类长期的掠夺式开发以及用养失衡，东北黑土区面临着黑土层变薄、有机质缺失、生态功能退化等问题［1］。已有研究表明，施肥能直接有效地改善土壤肥力，提高土壤质量，是农业生产中缓解黑土退化的重要措施［2-3］。

土壤动物是土壤中必不可少的存在，在土壤环境中的物质循环与能量流动中充当着消费者与分解者的角色，是土壤生态系统的重要组成部分［4-5］。部分土壤动物类群在功能和食性上具有相似的生态位，通过各个功能类群间的食物网关系，在生态系统中扮演着类似的生态角色［6-9］。按照土壤动物食性将土壤动物分为5种功能类群：植食性、捕食性、腐食性、菌食性、杂食性［10］。土壤动物各功能类群的分异规律是反应土壤质量变化的重要生态指标［11-12］。施肥可以改变土壤理化环境，能够引起土壤动物各功能类群的群落多样性和分布特征发生变化，土壤动物各功能类群群落结构因施肥方式不同，变化有所差异［13］。目前，关于土壤动物受不同施肥方式的影响研究较少。基于此，该研究主要探究不同施肥方式对耕地黑土植食性、捕食性、腐食性、菌食性、杂食性5种中小型土壤动物功能类群个体、类群及群落特征的影响，揭示不同施肥方式下中小型土壤动物各功能类群群落特征差异，为耕作黑土区的施肥方式提供科学建议。

1 研究区概况

研究区位于黑龙江省哈尔滨市呼兰区（45°49′～46°25′N，126°11′～127°19′E），总面积2 197 km2，海拔115～150 m，整体地势平坦开阔，年平均气温4.5 ℃，年降雨量507.7 mm，属于温带大陆性季风气候，年日照时数2 491.7 h，日照充足，全年无霜期平均144 d［14］。试验地为耕作黑土为主体的农田生态系统，农作物为大豆，耕作方式为翻耕，施肥方式以复合肥为主。

2 研究方法

2.1 样地设计

选取哈尔滨市呼兰区耕作黑土农田为样地，耕种作物为大豆，试验样地分为A、B、C、D 4个样地，不同试验样地间隔10 m。A样地施有机肥（OM）；B样地施半有机肥（OM+NPK）；C样地施加无机肥（NPK）；D样地为对照组（CK），不做处理。每个处理重复4次，共计16个样地，每个样地大小为5 m×4 m。不同处理组肥料以等氮量为标准，采用四分法去除干扰，在播种前一次性均匀施入。施肥前采样测定总氮量，计算有机肥的总氮量，并将总氮量计入施氮量，以确保每一次施肥处理的氮量基本相等，排除氮肥流失对试验的影响。

2.2 采集方法及鉴定

2.2.1 中小型土壤动物采集与鉴定。

在每个样地随机取4个重复样，每个取样点大小为10 cm×10 cm，除去地表杂草后以5～15 cm深度为取样层，各土样采用四分法分别混合装入袋内密封，共64个土壤样品，土样标记好后带回实验室，用干漏斗（tullgern apparatus）分离提取样袋中的中小型土壤动物，用75%的乙醇进行固定，置于实体显微镜下观察，中小型土壤动物鉴定参照《中国土壤动物检索图鉴》［15］，一般鉴定到科，少数鉴定到目，统计个体数量。

2.2.2 土壤理化性质的测定。

每个取样点内采集1份5～15 cm 混合土样，分别标记好后将土壤装袋带回实验室自然风干，用于分析土壤理化性质。用pH酸度计（PT-10，sartorius）测定土壤pH；用重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤有机质；用半微量凯氏法测定土壤全氮；用NaOH熔融-钼蓝比色法测定土壤全磷；用NaOH熔融-火焰光度法测定土壤全钾［16］。

2.3 数据分析及处理方法

采用Shannon-Wiener物种多样性指数（H），Pielou物种均匀度指数（E）、Margalef（D）物种丰富度指数和Jaccard（q）相似性指数分析中小型土壤动物功能类群群落特征，计算公式如下［17］：

Shannon-Wiener物种多样性指数公式：

H=-PilnPi（i=1，2，3，…，S）

Pielou物种均匀度指数公式：

E=H/lnS

Margalef物种丰富度指数公式：

D=（S-1）/lnN

Jaccard相似性指数公式：

q=c/（a+b-c）

式中，S为土壤所有类群数；Pi=Ni /N，Ni为第i个类群的个体数，N为群落中所有物种的个体数，a、b分别代表群落A、B的类群数，c代表两群落的共有类群数。

利用SPSS25.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA），并且用LSD法对不同处理之间进行差异显著性检验（P<0.05），分析中小型土壤动物各功能类群个体数、类群数及群落特征数据；通过典范对应分析（CCA）分析中小型土壤动物与环境因子之间的关系，通过Canoco5.0软件进行分析运算。所有数据用Excel2010进行初步处理，用Origin 2019b作图。

3 结果与分析

3.1 不同施肥方式下中小型土壤动物功能类群组成

样地共捕获中小型土壤动物50类，共6 176只，隶属于2门6纲14目44科（表1），等节跳科（Isotomidae）、甲螨亚目（Oribatida）、前气门亚目（Prostigmata）和中气门亚目（Mesostigmata）均为优势类群，其占总个体数的76.75%；摇蚊科（Chironomidae）、圆跳科（Sminthuridae）、山跳科（Pseudachorutidae）、球角跳科（Hypogastruridae）、长角跳科（Entomobryidae）和棘跳科（Onychiuridae）为常见类群，其占总个体数的15.30%；其余为稀有类群，占总个体数的7.95%。研究区中小型土壤动物个体数分析显示：杂食性（3 739只）>腐食性（1 396只）>菌食性（702只）>植食性（180只）>捕食性（159只），类群数分析显示：植食性（13个）=捕食性（13个）>腐食性（11个）>杂食性（7个）>菌食性（6个），杂食性中小型土壤动物为优势类群。