不同比例豬糞沼液配施對小麥土壤線蟲群落結構的影響

齊俊 余夏薇 黃靜 張坤 張鑫 郭肖穎 胡淑恒

摘要： 為探究豬糞沼液施用對小麥土壤線蟲群落結構影響，試驗設置了對照CK（不施肥）、T30（沼液110 t/hm2，化肥1.2 t/hm2）、T50（沼液180 t/hm2，化肥0.9 t/hm2）、T70（沼液250 t/hm2，化肥0.55 t/hm2）4個處理，比較不同比例沼液施用對土壤養分變化及土壤線蟲群落的差異。結果表明，與不施肥相比，沼液不同比例施用土壤有機質、全氮、全磷和全鉀含量提升明顯，T50處理小麥土壤肥力達到最佳水平。與不施肥相比，沼液施用有助于土壤線蟲總數量的提升，T50處理更有利于食細菌等有益線蟲生長，而抑制植食性有害線蟲的繁殖，且土壤線蟲生長與土壤養分因子間聯系密切。不同比例沼液施用自由線蟲成熟度指數（MI）值較不施肥處理均有所提升，植食性線蟲成熟度指數（PPI）值在1.10～1.60，T50處理時PPI值達到最低值，說明土壤受干擾程度小、穩定性增加，而T70處理瓦斯樂斯卡指數（WI）值小于1，不利土壤系統維持穩定。本試驗條件下，T50（沼液180 t/hm2，化肥0.9 t/hm2）處理能夠有效提高土壤肥力，平衡不同食性土壤線蟲占比，使得土壤生態環境趨向健康穩定，可為當地豬糞沼液的高效利用和土壤的健康運行提供理論參考依據。

關鍵詞： 施肥；沼液；土壤肥力；土壤線蟲；線蟲群落結構

中圖分類號：S154.38+6；S181；S512.106 ?文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）02-0228-07

土壤動物在農田生態系統中的作用不容忽視，土壤養分的轉化、儲存和釋放以及微生物環境和土壤物理特性的變化，都與土壤動物的生存、取食和活動密切相關［1-4］。線蟲作為一種最為常見的土壤動物，因其易鑒別、世代周期短、對生境的快速反應等特性，經常被當作土壤生態系統敏感的指示生物［5-6］。研究表明，土壤線蟲在土壤食物網中占據多個營養級［7］，并直接參與土壤有機質分解、養分轉化和能量傳遞，其線蟲生態指數能夠反映生態系統中獨特的信息［8］。因此開展對農田生態系統中土壤線蟲的調查研究，對揭示土壤健康狀況、土壤生態系統演替或受干擾程度和指導農田施肥措施、改良土壤等方面具有十分重要的現實意義［9］。

隨著畜禽養殖業的規?；l展，畜禽糞污大量產生，經厭氧發酵后的畜禽糞污沼液因其富含N、P、K等多種植物需要的養分元素，具有肥效高、易被作物吸收等特點，可以充當有機肥料，對土壤肥力的改良、農作物產量和品質的提升有著積極作用［10-11］。Xu等在水稻—油菜輪作沼液施用研究中發現，合適比例沼液（165.1、182.1 t/hm2）灌溉可增加土壤孔隙度，有利于土壤團粒結構上微生物的附著，同時土壤肥力也得到提升［12］。李國亮等研究發現，合理沼液施用對提高玉米（45 t/hm2）和小麥（60～75 t/hm2）產量、提升葡萄在果穗數以及單株產量有著積極作用［13］。雖然畜禽沼液在農田施肥管理上有諸多優勢，但由于氣候、土壤條件和沼液理化性質等在各地區差異較大，很多地方缺乏合理科學的施肥管理經驗，使得沼液肥料化利用率不高，以及嚴重時會導致作物品質下降和土壤環境污染等問題［14］。目前，國內外對沼液利用的研究主要集中在對土壤物理特性的改變、作物品質的提升和土壤病蟲害控制等方面，缺乏深入、系統性的理論研究，特別是對沼液施用后土壤環境中的線蟲動物的影響研究較少［15］。

本研究通過大田試驗，設置了不同比例的豬糞沼液施用處理，明確了不同比例沼液施用對土壤養分的影響，對土壤線蟲的數量、營養類群結構組成以及線蟲生態指數變化進行了評估，旨在為當地豬糞沼液的高效利用和農田土壤生態系統的健康運行提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本試驗基地位于安徽省阜陽市潁上縣六十鋪鎮（32°46′4″N，116°3′18″E），該地為淮北地區的典型沖積平原，處于北溫帶和亞熱帶的過渡地帶，年平均溫度為15 ℃，年降水量904.6 mm，土壤類型為棕壤。試驗區建有豬舍5 000 m2，黑膜沼液池4 000 m2，氧化塘4 000 m2，年產豬糞沼液約3萬t。

試驗區按隨機分區布置，設計4個施肥單元，每個處理單元重復3次，每個單元占地2 000 m2，試驗始于2020年7月，設置了對照組CK（不施肥）、T30（沼液110 t/hm2，化肥1.2 t/hm2）、T50（沼液 180 t/hm2，化肥0.9 t/hm2）、T70（沼液250 t/hm2， 化肥 0.55 t/hm2）4個處理。沼液理化性質為：全鹽量 1 620 mg/L，pH值7.52，化學需氧量1 030 mg/L， 總氮含量521 mg/L，總磷含量45.3 mg/L。沼液統一作冬麥基肥，采用管網配設流量計一次性定量施入，化肥經稱質量后人工一次性施入，化肥采用氮磷鉀復合肥（肥料中的N、P2O5、K2O含量均為15％）。為防止沼液施用后田間交互影響，田間壟溝采用塑料薄膜隔離。農田田間管理同一般大田生產，種植制度為冬麥—夏玉米輪作。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品采樣

2021年7月采集成熟試驗區小麥土壤樣品。土壤采用“S”形五點采樣，所采集的土層深為0～20 cm，每個取樣區域收集5份樣點混樣，取樣量為500 g。將采集的土壤樣品放入事先準備好的塑料袋內，并將其編號，保存于4 ℃冰箱中。所采集樣品一部分用于土壤線蟲研究，另一部分經風干、研磨和過篩后用于土壤理化性質測定。

1.2.2 土壤化學性質測定

測定土壤中的總氮（TN）、總磷（TP）、總鉀（TK）、有機質（SOM）、速效養分含量及pH值，測定方法參照《土壤農化分析》［16］。

1.2.3 線蟲的分離與鑒別

利用線蟲的趨水性和密度差異性，采用蔗糖離心法對土壤中線蟲進行分離［17］。其操作方法如下：稱取50 g新鮮土壤于離心管中，加100 mL水，混合均勻，用離心機以 2 000 r/min 離心5 min，然后棄上清液，加入蔗糖溶液（0.8 g/mL）攪拌均勻，再次以1 000 r/min離心1.5 min，把上清液倒入燒杯中，用水清洗過400、500目試驗篩，收集分離出的線蟲經過24 h饑餓處理，經TAF固定液（蒸餾水91 mL、三乙醇胺2 mL、40%甲醛7 mL）固定后，通過OLYMPUS光學顯微鏡對線蟲進行計數，并對其進行形態學屬的分類。每個處理取50 g新鮮土中分離出的線蟲，按土壤含水率換算為100 g的干土中的線蟲，每個處理重復3次。根據尾部形態、線蟲頭部及取食特點，將線蟲分為四大營養類群：食細菌線蟲（Ba）、食真菌線蟲（Fu）、植食性線蟲（PP）、雜食/捕食性線蟲（OP）。線蟲的種屬鑒定參見《中國土壤動物檢索圖鑒》［18］。

1.2.4 土壤線蟲生態學指數的計算

土壤線蟲主要生態指數計算如下：（1）Shannon-Wiener多樣性指數：H′=-∑pi×lnpi，式中：pi為第i個分類單元中線蟲數占線蟲總數的比值。（2）自由生活線蟲成熟度指數：MI=∑（c-pi）×pi。（3）植物線蟲成熟度指數：PPI=∑（vi×fi）。上式中c-pi、vi分別為自由生活線蟲、植食性線蟲根據不同生活策略分別賦予的c-p值；fi為第i種線蟲的個體數占群落總個體數的比例。（4）瓦斯樂斯卡指數：WI=（Ba+Fu）/PP，式中：Ba、Fu和PP分別表示食細菌線蟲、食真菌線蟲和植食性線蟲數量。（5）富集指數：EI=100×e/（e+b），結構指數：SI=100×s/（s+b），式中：b指Ba2和Fu2兩類群，e指Ba1和Fu1兩類群，s代表食物網結構成分，包括Ba3-5、Fu3-5、OP3-5、Ca2-5類群（分別為食細菌線蟲、食真菌線蟲和雜食線蟲中c-p值3～5的類群以及捕食線蟲中c-p值為2～5的類群）。

1.3 數據統計與分析

在Excel 2010中開展數據統計， 利用SPSS 25.0進行方差分析和土壤肥力綜合得分主成分分析，采用origin 2018軟件對所得數據進行圖形處理分析，使用R語言軟件Corrplot程序包進行相關性熱圖分析。

2 結果與分析

2.1 不同比例沼液施用對土壤養分的影響

2.1.1 不同比例沼液施用對土壤理化性質的影響

由表1可知，不同比例沼液施用土壤有機質含量提升明顯，T70處理土壤有機質含量達到最大值，較不施肥處理顯著提高47.13%（P<0.05）。土壤總氮、總磷（除T30處理外）和總鉀含量隨著沼液施用量增加均得到不同程度提高。土壤有效磷和速效鉀含量均在T50處理時最高，與不施肥處理相比，T30、T70處理有效磷和速效鉀養分含量均降低。經不同沼液處理，土壤pH值在5.12～5.17之間，與CK處理差異不明顯。

2.1.2 不同比例沼液施用土壤肥力水平分析

土壤的基礎是肥力。本研究土壤肥力水平分析選取有機質（SOM）、總氮（TN）、總鉀（TK）、pH值、速效磷（AK）和速效鉀（AP）共7個土壤養分因子，采取PCA為提取方法進行主成分分析［19］。數據經標準化處理，共提取出3個主成分，主成分1特征值2.842，方差貢獻率為40.60%，主要與SOM、TN有著正密切相關（表2），其載荷因子均＞0.8。主成分2特征值1.721，方差貢獻率為24.57%，主要與TK和pH值密切正相關，其載因子載荷均＞0.6。主成分3特征值1.337，方差貢獻率為19.10%，主要與TP有著密切正相關（載荷因子在0.5水平以上）。

根據主成分分析原理，按照得分系數矩陣結合各主成分貢獻率計算出各土壤因子下土壤肥力得分：F=0.406 0F1+0.245 9F2+0.191 0F3，式中F1、F2、F3為各主成分得分權重（表3），得分F值越小，表明土壤肥力越低，反之越高。不同施肥處理下，土壤肥力等級高低順序為：T50＞T70＞T30＞CK，說明CK處理土壤肥力最低，各不同比例沼液施用均不同程度地提高了土壤肥力，尤其T50處理，土壤肥力達到最高水平，其次為T70和T30處理。

2.3 不同比例沼液施用對土壤線蟲群落結構的影響

2.3.1 不同比例沼液施用對土壤線蟲總數和營養類群的影響

由圖1可知，不同施肥處理土壤線蟲營養結構存在較大差異。 本試驗觀測出土壤線蟲數量1 466條/100 g干土。各不同施肥處理土壤線蟲總數變化順序為：T50＞T30＞T70＞CK（圖1-a），說明不同比例沼液處理土壤線蟲總數均高于CK處理，且T50處理土壤線蟲數量最高（P<0.05）。

食細菌線蟲和植食性線蟲在各施肥處理土壤線蟲總數中起決定作用（圖1-b），其中食細菌線蟲在土壤營養類群中占21%～38%，植食性線蟲豐度為43%～61%，食真菌線蟲和雜食/捕食性線蟲豐度較低。隨著沼液施用比例增加，T50處理食細菌線蟲豐度明顯提高，T30和T70處理食細菌線蟲豐度較CK處理均有所降低。植食性線蟲豐度變化趨勢與食細菌線蟲相反，在T50處理植食性線蟲豐度最低，T30和T70處理植食性線蟲豐度較CK處理均有所提升。與CK處理相比，隨著沼液的施用，雜食/捕食性線蟲（除T30）豐度比例呈上升趨勢，食真菌線蟲豐度有所下降。

2.3.2 不同比例沼液施用對小麥土壤線蟲營養類群及組成的影響

由表4可知，本研究共鑒定出線蟲屬26個，其中食細菌線蟲7屬，食真菌線蟲4屬，植食性線蟲7屬，捕食/雜食性線蟲8屬。結果表明，不同施肥處理真頭葉屬、短體屬和絲尾墊刃屬均為優勢屬，本試驗中小麥土壤短期不同比例沼液施用，并未明顯改變小麥土壤線蟲優勢種屬。

2.3.3 不同比例沼液施用對土壤線蟲生態指數的影響

由表5可知，不同施肥處理土壤線蟲生態指數存在差異。與不施肥（CK）相比，不同比例沼液施用，自由生活線蟲成熟度指數（MI）均得到不同提升，T70處理MI較CK處理提高43.14%（P<0.05）。T50處理植食性線蟲成熟度指數（PPI）值達到最低水平，較CK處理降低10.57%（P<0.05），T30和T70處理PPI均高于CK處理。不同比例沼液施用瓦斯樂斯卡指數（WI）在T50處理達到最高值，T70處理顯著低于CK處理（P<0.05）。線蟲多樣性指數（H′）在不同施肥處理差異不明顯。與不施肥（CK）相比，不同比例沼液施用線蟲富集指數（EI）和結構指數SI均高于CK，其值均超過50，EI差異顯著。

2.4 土壤線蟲與土壤養分間的相關性分析

由圖2可知，土壤肥力F與土壤線蟲總數、雜食/捕食線蟲數量、食細菌線蟲數量呈正相關，與植食性線蟲數量呈極顯負相關（P<0.01）。就各具體土壤養分因子而言，不同施肥土壤線蟲總數與土壤總鉀、磷（P<0.05）含量呈正相關，與土壤有機質、速效鉀含量呈負相關（P<0.05）。食細菌線蟲數量與土壤有機質、總氮含量呈負相關，與土壤pH值及總磷、總鉀含量呈正相關。植食性線蟲與土壤有機質含量呈正相關，與總磷、有效磷和速效鉀含量呈負相關。此外，雜食/捕食類線蟲數量與土壤總氮、總磷含量呈正相關。

3 討論

3.1 不同比例沼液施用對土壤養分的提升

沼液作為一種高效液態有機肥料，合理的施用能提高土壤孔隙度，改善土壤結構，沼液中豐富的營養物質對土壤有機質和養分含量有著顯著提升作用［20］。樊文華等研究認為，與不施肥相比，施用沼肥土壤有機質含量增加9.8%～31.9%，而氮素含量增加10%［21］。在本試驗中，隨著沼液施用比例的提高，土壤中有機質、總磷、總鉀（除T30處理外）含量較不施肥處理均得以顯著提升，這與前人研究結論一致。主成分分析發現，土壤有機質、總氮、總鉀、pH值等是土壤肥力組成的關鍵因子，T50（沼液170 t/hm2，化肥0.9 t/hm2）處理時肥力達到最佳，說明合適比例沼液施用對改善土壤養分含量、提升土壤肥力有著積極作用。

3.2 土壤線蟲總數和營養類群對不同比例沼液施用的響應

土壤線蟲作為一種敏感指示生物，對土壤環境改變反應迅速，能夠有效指示土壤生態系統的變化狀況［22］。在農田生態系統中，外界資源輸入引起土壤養分的變化，是影響土壤線蟲多樣性和線蟲群落組成變化的主要原因［23］。大量研究表明，施用有機肥能夠顯著提高土壤線蟲總數［24］。胡誠等研究認為，施化肥土壤線蟲數量降低明顯，而有機肥施用則能顯著增加土壤線蟲數量［25］。在本試驗中，與不施肥（CK）相比，不同比例沼液施用均不同程度增加土壤線蟲總數，這與前人研究結果一致，說明對農田系統進行有機肥管理能夠促進土壤線蟲的生長［26］。施肥能夠有效提升土壤養分，為線蟲提供更為廣泛的食物來源，這有利于平衡土壤中不同食性線蟲比例［27］。葉成龍等研究認為，有機料與化肥配施對食細菌線蟲（有益線蟲）繁殖起到促進作用，而植食性線蟲（有害線蟲）數量下降明顯［28］。在本研究中，在T50處理（沼液170 t/hm2，化肥0.9 t/hm2）時，食細菌線蟲豐度明顯增加，植食性線蟲繁殖受到抑制效果明顯；T30和T70處理較不施肥處理食細菌線蟲豐度有所下降，植食性線蟲得到有效繁殖。這與前人研究結果［29］存在一定差異，可見對植食線性蟲的抑制作用與沼液用量有關。研究發現不同比例沼液施用（T30除外）雜食/捕食線蟲豐度提升明顯，這主要是沼液施用為雜食/捕食線蟲提供了更多的土壤食物來源［30］。

3.3 土壤線蟲生態學指數對不同比例沼液施用的響應

線蟲的生態指數可反映土壤線蟲群落和結構的差異，以及土壤在不同施肥處理后土壤受干擾程度。本試驗主要研究了MI、PPI、WI、H′、SI和EI 共6種生態指數。自由線蟲成熟度指數（MI）和植食性線蟲成熟度指數（PPI）常用于評價土壤生態系統的受外界干擾程度，MI越高表明土壤受干擾程度越?。?1］，而PPI同時與土壤肥力和生產力有著密切關系，PPI越低則土壤環境穩定性愈高［32］。大量研究顯示，施有機肥能夠顯著改善土壤中的線蟲群落成熟度指數，減少外界環境變化對土壤的擾動［33-34］，本研究中不同比例的沼液施用較CK處理MI值有所提升的結論與之一致。在T50處理（沼液 170 t/hm2， 化肥0.9 t/hm2）時，PPI指數達到最低值（P<0.05），說明T50處理更有利于土壤環境維持穩定，結合土壤肥力在T50達到最佳水平（表3），也初步證實PPI用來指示土壤肥力的可行性。瓦斯樂斯卡指數（WI）可用來反映土壤健康狀況，值越小則土壤健康狀況越差，本研究中，T70處理WI＜1，達到顯著性最低水平，說明較高量沼液處理T70（沼液250 t/hm2，化肥0.55 t/hm2）施用不利于土壤的健康穩定。研究發現，沼液不同比例的施用線蟲富集指數（EI）得以顯著提高，說明合理比例沼液施用能夠改善土壤養分富集狀況，為線蟲提供更為豐富食物來源［35］，線蟲結構指數（SI）也有所提升，但不明顯。

3.4 土壤線蟲與施肥后土壤養分變化間的關系

在以施肥為主要管理措施的農田生態系統中，土壤生物與土壤養分因子聯系密切，多表現出對土壤環境的選擇適應性。有研究指出，高養分含量的環境條件更適合較高c-p值的線蟲類群（對環境壓力敏感線蟲屬）生存［36］，例如食細菌線蟲和雜食捕食線蟲的生長依賴于充足的食物來源。在本試驗中，不同比例沼液施用，以土壤有機質、總氮、總鉀等為關鍵養分因子的土壤肥力F與線蟲總數、食細菌線蟲數量密切正相關，進一步證實了合適比例沼液（沼液170 t/hm2，化肥0.9 t/hm2）施用對土壤肥力的改善，有利于土壤線蟲數量的提升。植食性細菌線蟲數量與土壤肥力呈極顯負相關，這可能與土壤肥力的提升促進了食細菌線蟲的生長，使其占據有利生態位，進而抑制了植食性線蟲的繁殖有關［37］。

4 結論

本研究針對不同比例沼液施用對小麥土壤養分和線蟲群落結構的影響進行研究。得到以下結論：（1）沼液一定比例的施用有利于土壤養分的改善和肥力的提升，且在T50（沼液180 t/hm2，化肥0.9 t/hm2）時，土壤肥力達到最佳水平。（2）不同比例沼液施用能夠顯著增加土壤線蟲總數，特別是在T50處理時，食細菌等有益線蟲數量明顯提升，植食性等有害線蟲的繁殖受到抑制，且土壤線蟲生長與土壤養分因子間聯系密切。（3）結合線蟲生態指數分析可知，不同比例沼液施用能夠提高自由線蟲成熟度指數MI值，T50處理時，植食性線蟲成熟度指數PPI值最低，降低了對土壤環境的干擾程度，T70處理WI值小于1，不利于土壤維持穩定。

綜合考慮，T50（沼液180 t/hm2，化肥0.9 t/hm2） 處理能夠有效改善土壤養分、提升肥力，對平衡各不同食性線蟲數量有著促進作用，有利于土壤維持穩定，可為當地豬糞沼液高效還田利用和土壤健康運行提供參考依據。

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收 稿日期：2023-03-09

基金項目：國家自然科學基金（編號：21407002）；安徽省自然科學基金（編號：1508085MB39）；農業農村部農村可再生能源開發利用重點實驗室開放課題（編號：2018-007）。

作者簡介：齊 ?。?995—），男，安徽銅陵人，碩士研究生，主要從事農業生態環境研究。E-mail：qjhfut@163.com。

通信作者：郭肖穎，博士，研究員，主要從事農業生態環境研究，E-mail：gxy2@mail.ustc.edu.cn；胡淑恒，博士，副教授，主要從事水污染治理、生態環境修復、環境規劃與管理等研究，E-mail：hushuheng@hfut.edu.cn。