農藥對稻田生態系統中土壤動物群落的影響

蔡小宇 單正軍 姜錦林 續衛利 朱昱璇 廖建華 田豐

摘要：農藥的大量使用，可能對土壤生態系統的結構和功能造成不利影響。農藥施用于土壤，首先對土壤動物群落產生影響。以江蘇丘陵地區鎮江農業科學研究所某示范基地水稻田為研究對象，定期施用當地農戶常規施用農藥品種與高毒農藥品種毒死蜱，以不施藥為對照，研究其對土壤動物群落的影響。研究結果表明，考察期限內，共獲得土壤動物1 180個，隸屬于5門11屬，優勢類群為顫蚓屬、廣桿線蟲屬、水絲蚓屬。對不同施藥樣地間作方差分析，常規農藥樣地在土壤動物個體數、土壤動物特征指數（群落多樣性、豐富度、均勻度、優勢度）以及優勢類群顫蚓屬個體數等方面與不施藥對照田差異極顯著;高毒農藥樣地則在土壤動物個體數、土壤動物特征指數（群落多樣性、豐富度）以及優勢類群顫蚓屬、線蟲屬、水絲蚓屬個體數等指標方面和對照田差異極顯著。研究結果表明，研究區域內農藥在稻田施用對土壤動物群落存在影響，未來還應關注農藥長期施用對整個土壤生物群落帶來的影響。

關鍵詞：農藥;稻田生態系統;土壤動物群落;特征指數

中圖分類號： S154;X592

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）15-0307-05

我國是水稻生產消費大國，而長江中下游地區的水稻種植面積和總產量均占全國的45%以上，是我國水稻的第一大主產區[1]。在水稻的生產過程中農藥使用量相當大，從2000年開始進入激增階段，對比近30年的用量，增長了近4倍[2]。農藥的廣泛使用，在為農業帶來巨大經濟效益的同時，也為人類的生存環境帶來了潛在的生態安全和健康風險等問題，包括農藥的土壤殘留、對食品安全和人類健康的影響、對生物多樣性和生態系統的影響等[3]。土壤動物是稻田生態系統中的重要組成部分之一，是生態系統中重要的消費者和特殊的分解者，其生存、取食、活動對土壤有機質的形成、土壤結構及土壤物理化學性質的變化都有一定的影響，它們可以作為土壤有機質層的生物活性顯示指標[4]。土壤動物作為農藥污染的重要指示生物能敏感反映土壤污染程度和生態學效應[5]。國內外學者主要研究了農藥對土壤動物的毒性影響，對土壤動物群落的影響大多通過室內模擬試驗進行研究[6-8]。本研究根據農田正常耕作及施藥規律在稻田內設置對照田、常規施藥田和高毒農藥田，采集土壤動物進行調查分析，為評價農藥的安全性及合理使用農藥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 田間試驗方法

1.1.1 樣地布置 研究樣地位于江蘇丘陵地區鎮江農業科學研究所示范基地內，該地區為亞熱帶氣候，是華中雙單季稻稻作區的長江中下游平原雙單季稻亞區[9]。在監測區域內設對照樣地（不施藥）、常規農藥品種樣地（農民根據當地植保站指導正常噴施農藥）、高毒農藥品種樣地（主要噴施毒死蜱，通過農藥信息網信息查詢可知，毒死蜱對土壤生物的毒性較高），相鄰處理樣地之間留寬度為0.5 m的田埂為間隔帶，不同處理樣地面積均為667 m2。所有樣地的管理工作（灌溉、曬田、施肥、除草等）都按作物正常生長要求進行。水稻栽種、耕作的年份為2016年，具體周期如下：水稻育苗時間為6月13日;水稻萌芽時間為6月18日;水稻移栽時間為7月3日;初次灌溉時間為7月3日;初次排水時間為8月3日;二次灌溉時間為8月13日;二次排水時間為9月18日;水稻收獲時間為10月23日。

1.1.2 施藥信息與采樣周期 高毒農藥樣地的施藥時間和常規農藥一致，即每噴1次常規農藥就相應噴1次毒死蜱，以接近生物對毒死蜱的真實暴露條件，所有藥劑噴施量均為推薦使用量，具體施用量見表1。根據水稻生長周期以及農戶正常噴藥周期確定采樣時間。噴藥前采集1次樣品，之后在每次噴藥后的0、4、7 d采樣。因8月7日施藥后，稻田為曬田期，土質干裂，無法取樣，因此取消0、4 d的采樣。

1.2 土壤理化性質參數測定方法

取土樣回室內進行土壤理化性質參數分析，主要測定指標有土壤pH值、有機質含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量等。土壤pH值的測定采用氯化鉀鹽浸提法;有機質含量測定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法;全氮含量的測定采用凱氏定氮法;速效磷含量的測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀含好好量采用乙酸銨浸提-火焰光度法進行分析[10];全磷含量的測定采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法;有效氮含量的測定采用堿解擴散法;全鉀含量的測定采用原子吸收分光光度法。

1.3 土壤動物采集、分離、鑒別方法

在每種樣地內隨機布置3個采樣點，樣點距生境邊緣4行作物以上，每個采樣點的取樣面積為50 cm×50 cm、深度為0～20 cm。取出土樣后，大型土壤動物采用手撿法分離，中小型土壤動物采用濕漏斗法分離，將分離出的動物放入瓶中做好標簽，并用80%的乙醇殺死、固定，在解剖鏡下分析鑒定，一般鑒定到科，部分鑒定到屬，同時統計個體數量。對土壤動物的分類和鑒別，主要參照《中國土壤動物檢索圖鑒》[11]《土壤動物學》[12]等文獻資料，同時向有關方面專家咨詢學習。

1.4 數據處理

本研究所示數據均為3次采樣的平均值，按照傅必謙等的劃分標準[13]對各類群動物數量進行等級劃分，即占群落總數量10.0%以上為優勢類群，1.0%～10.0%為常見類群，不足1.0%者為稀有類群。對土壤動物群落特征指數進行分析。

相關性分析采用Pearson分析法，使用雙尾檢驗法檢驗其P相關顯著性，數據處理和統計分析應用SPSS 16.0和Origin 80統計軟件進行。

2 結果與分析

2.1 農藥施用對土壤理化性質的影響

從表2可以看出，第2次施藥后土壤基本理化性質在3塊樣地中無明顯差異，對照樣地與常規農藥樣地間及對照樣地與高毒農藥樣地之間的參數值均無明顯差異，說明農藥對土壤理化性質無明顯影響。

2.2 農藥施用對土壤動物種類和數量的影響

從表3可以看出，試驗調查共獲得1 180個土壤動物，隸屬于環節動物門、節肢動物門、軟體動物門、扁形動物門和線形動物門等5門11屬，其中優勢類群為顫蚓屬、廣桿線蟲屬、水絲蚓屬，分別占總個體數量的40.93%、33.90%、19.49%。常見類群為圓扁螺屬，占總體個數的2.54%，稀有類群則包括圓田螺屬、鼠婦屬等7種，占總體個數的3.12%。從表3可以看出，農藥施用能減少土壤動物的個體數，其中對照樣地共獲得土壤動物542個，常規農藥樣地、高毒農藥樣地分別為339、299個。但農藥施用對土壤動物種群數的影響較小，對照樣地和常規農藥樣地的類群數相同，都為8種，高毒農藥樣地為10種。

對相同時間內不同農藥樣地間的土壤動物個體數和類群數進行方差分析，從表4可以看出，對照樣地與常規農藥樣地之間的個體數差異極顯著（P<0.01），而類群數無顯著性差異;對照樣地與高毒農藥樣地之間的個體數差異極顯著（P<0.01），類群數差異顯著（P<0.05）;常規農藥樣地與高毒農藥樣地之間的個體數差異極顯著（P<0.01），而類群數無顯著性差異。表明農藥對土壤動物的個體數與類群數都有一定的影響，高毒農藥對土壤動物的個體數和類群數影響更為顯著。

2.3 農藥對土壤動物特征指數的影響

不同處理土壤動物的特征指數見表5。對表5中的土壤動物特征指數作方差分析，由表6可知，對照樣地與常規農藥樣地之間的群落多樣性、豐富度、均勻度及優勢度都存在極顯著差異（P<0.01）;對照樣地與高毒農藥樣地之間的群落多

2.4 農藥對優勢類群動物數量的影響

對不同處理下優勢類群（顫蚓屬、廣桿線蟲屬、水絲蚓屬）的個體數進行比較，結果見表7。

2.4.1 農藥對顫蚓屬動物數量的影響 從圖1可以看出，隨采樣時間的延長，3組處理樣地的顫蚓屬個體數整體呈上升趨勢，農藥處理組較對照組降低，方差分析結果表7顯示，對照樣地與常規農藥樣地之間、對照樣地與高毒農藥樣地之間以及常規農藥樣地與高毒農藥樣地之間都呈極顯著性差異（P<0.01），表明無論常規農藥還是高毒農藥都對顫蚓屬動物數量存在極顯著性影響。

2.4.2 農藥對廣桿線蟲屬動物數量的影響 從圖2、表7可以看出，3組樣地的廣桿線蟲屬個體數整體呈起伏波動變化趨勢，對照樣地與常規農藥樣地之間無顯著差異，對照樣地與高毒農藥樣地之間以及常規農藥樣地與高毒農藥樣地之間都存在極顯著性差異（P<0.01），表明常規農藥對廣桿線蟲屬動物數量無顯著影響，高毒農藥對廣桿線蟲屬動物數量存在極顯著性影響。

2.4.3 農藥對水絲蚓屬動物數量的影響 從圖3、表7可以看出，隨采樣時間的延長，3組樣地的水絲蚓屬數量整體呈現出前期少后期多的變化趨勢， 對照樣地與常規農藥樣地間無顯著性差異，對照樣地與高毒農藥樣地之間存在極顯著性差異（P<0.01），常規農藥樣地和高毒農藥樣地之間存在顯著性差異（P<0.05）。表明常規農藥對水絲蚓屬動物數量無顯著影響，高毒農藥對水絲蚓屬動物數量存在極顯著性影響。

3 討論與結論

農藥在稻田使用時主要以除草劑、殺蟲劑、殺菌劑為主，化學農藥占使用量的大部分，生物農藥使用率低，部分高毒高殘留農藥仍有使用[14]。同時在農藥使用的過程中，缺乏合理的規范，存在農藥登記缺失和傳統農藥劑型使用頻率過高等問題[15]。這些都加大了農藥對環境的污染程度，尤其是對土壤生物造成的直接傷害。

已有研究結果表明，敵百蟲[16]、甲胺磷[17]等殺蟲劑對土壤動物群落結構的影響顯著，隨著藥劑濃度的加大土壤動物的數量及種群數都呈顯著下降趨勢。而百草清[18]、苯磺隆[19]、乙草胺、2，4-滴丁酯、噻吩磺隆[20]等除草劑對土壤動物群落結構的影響不顯著，與有機磷類殺蟲劑相比，除草劑對土壤動物的毒性較弱，且屬于慢性影響。本研究中的常規農藥樣地為混合施藥樣地，在正常水稻種植過程中同時需要噴施殺蟲劑與除草劑。朱新玉的研究結果表明，3種殺蟲劑與除草劑混用對土壤動物的影響顯著，隨著農藥濃度的增加，土壤動物個體數、類群數以及群落多樣性等都隨之降低[21]。這與本研究結果一致，常規農藥樣地與對照樣地相比在動物個體數、群落多樣性、豐富度、均勻度及優勢度方面都存在極顯著差異，只有類群數無顯著差異，說明常規農藥對土壤動物的個體數及特征指數存在極顯著影響。Fountain等的研究結果表明，毒死蜱對蜘蛛目和彈尾目的群落結構產生顯著性影響，在種類和數量上都出現了顯著性變化[22]。本研究中的高毒農藥樣地為完全施用毒死蜱樣地，它與對照樣地相比在土壤動物個體數、群落多樣性、豐富度方面存在極顯著差異，類群數存在顯著差異，均勻度、優勢度均無顯著性差異，說明高毒農藥對土壤動物個體數、類群數及特征指數都存在一定的影響。程燕等的研究結果表明，毒死蜱對蚯蚓的生長和繁殖存在一定的影響，蚯蚓作為土壤生物的優勢種群，具有表征農藥對土壤生物影響的作用[23]。本研究結果顯示，常規農藥對顫蚓屬動物數量影響顯著，而對廣桿線蟲屬和水絲蚓屬動物數量影響不顯著，高毒農藥對3種優勢種群動物數量都存在極顯著影響，表明農藥對優勢種群存在影響，高毒農藥對優勢種群的影響更為顯著。

土壤動物作為土壤生態系統的重要組成部分，土壤環境和外部環境的改變勢必會對其產生一定的影響。本研究結果表明，農藥施用對土壤動物群落存在一定影響。常規農藥對土壤動物的個體數以及群落多樣性、豐富度、均勻度、優勢度等土壤動物特征指數影響極顯著，并對優勢類群顫蚓屬的影響較大，而對類群數以及廣桿線蟲屬和水絲蚓屬等優勢類群無顯著影響。高毒農藥對土壤動物個體數、類群數以及群落多樣性、豐富度等土壤動物特征指數影響顯著或極顯著，同時對顫蚓屬、廣桿線蟲屬、水絲蚓屬等優勢類群影響較大，而對均勻度、優勢度2種土壤動物特征指數無顯著影響。

鑒于農藥在稻田施用會受其他耕作及自然環境的影響，并且受本研究期限的限制，本研究結果未能反映出農藥長期施用對土壤動物帶來的危害，在今后研究中更應該關注農藥的長期施用對土壤動物群落產生的影響。

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