有機無機肥配施對菠蘿蜜種植土壤線蟲群落的影響*

蘇蘭茜，白亭玉，魚 歡，趙青云，吳 剛，譚樂和

（中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，海南萬寧 571533）

長期施用化肥導致土壤結構退化、有機質含量下降、土壤生物多樣性降低[1]，不利于農業可持續發展。有機物料（如畜禽糞便、作物殘茬、堆肥等）不僅能夠回收利用廢棄資源，還能夠在保證作物產量和品質的同時改善土壤理化性質、優化土壤生物群落和活性，從而培肥土壤地力[2]。線蟲作為土壤生物區系的重要組成部分之一，因其易鑒別、世代周期短、結構與功能對應關系好等特點，常被作為指示生物用于指示土壤生態系統受干擾的程度[3]，對土壤微生物的調節、土壤理化性質的改變發揮重要作用[4]。

過去關于有機肥影響土壤線蟲群落結構方面的研究多集中在溫帶地區，在熱帶地區的研究較少。海南省氣候濕熱、砂壤土居多，適宜土壤線蟲繁殖[5]，因此線蟲在熱帶地區土壤生態系統中占據重要地位。線蟲群落結構的變化與土壤養分含量變化密切相關[6]。大量研究表明有機肥的施用能夠增加土壤線蟲總數，提高土壤食微線蟲和雜食/捕食性線蟲的數量，降低植食性線蟲的數量[7-9]。Sothearen等[10]對菠蘿蜜的施肥研究表明，施用蝙蝠糞肥顯著增加了菠蘿蜜的生長量，但僅概述了有機肥對菠蘿蜜生長的作用，并未深入研究增施有機肥如何改變土壤養分和微生態系統從而促進菠蘿蜜生長。因此，探究有機肥與化肥配施對菠蘿蜜種植土壤的線蟲群落結構及養分變化的影響具有重要指導作用。

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllusLam.）是我國熱帶及亞熱帶地區廣泛種植的特色果樹[11]。而關于菠蘿蜜園土壤養分方面的研究相當匱乏，很多果園疏于管理，主要依靠經驗施肥[12]，導致土壤養分有效性普遍較差、有機質含量低，種植的菠蘿蜜極易表現樹體長勢弱，產量和品質受限。田間實踐發現施用牛糞肥的菠蘿蜜園樹體長勢良好，但牛糞肥對菠蘿蜜生長的調控機制尚不明確。本研究在盆栽條件下，研究有機肥部分替代化肥對土壤線蟲群落結構的影響，比較不同施肥方式對菠蘿蜜幼苗生物量積累及土壤肥力的調控差異，旨在為菠蘿蜜種植土壤生態系統健康管理、地力提升以及作物增產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自中國熱帶農業科學院香料飲料研究所（18°44′8″N，110°11′34″E）幼齡菠蘿蜜種植基地，該地區屬典型的熱帶季風氣候。年均氣溫24.6℃，年降雨量1 990～2 400 mm，年日照時數1 800～2 300 h。土壤類型為花崗巖發育的磚紅壤，質地為砂壤土，pH 5.04，土壤有機質17.3 g·kg-1，堿解氮91.79 mg·kg-1，有效磷73.67 mg·kg-1，速效鉀37.88 mg·kg-1。

供試牛糞有機肥（有機質，50.8%；N，15.6 g·kg-1；P2O5，47.2 g·kg-1；K2O，12.9 g·kg-1），購自江蘇禾喜生物科技有限公司。氮肥為尿素（N含量46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量為12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O含量為45%）。供試菠蘿蜜苗為馬來西亞1號嫁接苗，由中國熱帶農業科學院香料飲料研究所提供。

1.2 試驗設計

盆栽試驗于2018年9月至2018年12月在中國熱帶農業科學院香料飲料研究所溫室進行。試驗用土經過篩（2 mm）后裝入塑料盆（直徑18 cm，高30 cm）中，每盆裝土8 kg，試驗共設置6個施肥處理：CK（不施肥）、100CF（100%化肥）、30OM（30%有機肥+70%化肥）、50OM（50%有機肥+50%化肥）、70OM（70%有機肥+30%化肥）、100OM（100%有機肥）。100%有機肥施用量參考覃杰鳳等[12]給出的幼齡樹施肥量范圍測算而得（4個月用量：N 5 g·株-1，P2O52.5 g·株-1，K2O 5 g·株-1）。減少的有機肥用化肥等養分補齊（每月肥料用量見表1），磷肥和有機肥作基肥一次性施入，氮、鉀肥分4次等量作追肥施用。移栽一株三葉一心的供試菠蘿蜜苗，常規管理。采用完全隨機設計，每個處理設置3個重復，每個重復6株，總計108株。整個試驗培養120 d后測定相關指標。

1.3 項目測定與方法

每個處理隨機選取9株長勢一致的菠蘿蜜苗進行樣品采集，每株菠蘿蜜苗及其根圍土壤作為一個測試樣品，每個處理和對照采集9個測試樣。植物樣品收獲后，用去離子水將植株沖洗3次，分成地上部和地下部，采用烘干稱重法測定干物質量。根冠比=根干重/地上部干重。將所有根圍土壤樣品帶回實驗室混勻分為兩份，一份用于線蟲群落分析，一份用于測定土壤理化性質[13]。土壤pH采用復合電極法測定，土水比為1︰5（w/v）。有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；土壤有效磷采用NaHCO3溶液浸提—鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用NH4OAc浸提—火焰光度法測定。

表1 不同處理的肥料用量Table 1 Fertilizer and organic manure application rate relative to treatment

1.4 線蟲收集與形態鑒定

稱取100 g土壤通過淺盤法進行土壤線蟲的分離收集[14]，線蟲總數通過體視顯微鏡直接計數，根據土壤含水量換算為每100 g干土中的數量。計數后，隨機挑取100條以上線蟲置于載玻片，用透明指甲油密封蓋玻片的四周避免水分蒸發影響線蟲的鑒定，于Olympus BX51光學顯微鏡100×和400×下觀察線蟲形態，根據其形態和食性進行分類鑒定[15-18]。根據線蟲的口針、食道及尾部形態等特征，將線蟲分為四個營養類群：食細菌線蟲（Bacterivores）、食真菌線蟲（Fungivores）、植食性線蟲（Plant-parasites）和雜食/捕食性線蟲（Omnivores/predators）[19]。

在分析營養類群比例的基礎上進一步計算土壤線蟲群落指數：

自由生活線蟲成熟度指數（MI）：

式中，c-pi為分類單元i被賦予的cp值，pi為第i個分類單元中個體占線蟲總個體數量的比例。香農多樣性指數（H′）：

均勻度指數

式中，S為線蟲分類單元數。

線蟲通道指數

式中，BF和FF分別代表食細菌和食真菌的線蟲數量。

富集指數（EI）=100×（e/（e+b）），結構指數（SI）=100×（s/（s+b））。式中，b（basal）代 表 食 物 網中的基礎成分，通常指Ba2和Fu2兩個類群；e（enrichment）代表食物網中的富集成分，指Ba1和Fu2兩個類群；s（structure）代表食物網中的結構成分，包括Ba3-Ba5、Fu3-Fu5、Om3-Om5和Ca2-Ca5類群。b、e和s值的計算方式分別為Σkbnb、Σkene和Σksns，其中kb、ke和ks為各類群所對應的加權值（其值在0.8到5.0之間），nb、ne和ns則為各類群的豐度。

1.5 數據處理

在SPSS 19.0中，使用Kolmogorov-Smirnov檢驗和Levene’s檢驗對所有數據進行正態分析和方差齊性檢驗。采用單因素方法分析（ANOVA）進行數據比較，利用Duncan新復極差法檢驗處理間差異的顯著性水平（P＜0.05）。使用R軟件（3.3.2）里的Vegan程序包進行β多樣性分析，使用corrplot程序包進行相關性分析。

2 結 果

2.1 施肥方式對菠蘿蜜幼苗生物量的影響

從表2可以看出，100OM處理菠蘿蜜幼苗的地上部干重、地下部干重和總干重顯著高于對照，增加的比例分別為46.00%、31.25%和42.54%，根冠比與對照差異不顯著。50OM處理地上部干重、地下部干重、總干重和根冠比均顯著高于對照，增長的比例分別為23.99%、56.80%，31.68%和30.00%；與100CF處理相比，菠蘿蜜幼苗的地上部干重、地下部干重和總干重顯著增加，增加的比例分別為14.81%，37.80%和20.37%。

表2 不同施肥方式菠蘿蜜幼苗生物量變化Table 2 Biomass of jackfruit saplings relative to treatment

2.2 施肥方式對菠蘿蜜種植土壤化學性質的影響

增施有機肥較對照顯著增加土壤pH、有機質、堿解氮和速效鉀含量，其中100OM處理增加的比例分別為34.75%、48.86%、46.71%和431.66%（表3）。增施有機肥較100CF處理顯著增加土壤pH和有機質含量，減少有效磷和速效鉀含量。隨著有機肥施用比例增加，土壤pH、有機質、堿解氮含量呈增長趨勢，土壤有效磷和速效鉀含量呈降低趨勢。

2.3 施肥方式對土壤線蟲群落組成的影響

各處理土壤中共鑒定出線蟲13個屬（表4）。將個體數占群落個體總數10%以上的屬劃定為土壤線蟲優勢屬，由表3可以看出腎形屬Rotylenchulus在所有處理中均為優勢屬；CK處理的優勢屬主要集中在植食性線蟲，分別為根結屬Meloidogyne、螺旋屬Helicotylenchus和矮化屬Tylenchorhynchus；隨著有機肥施用比例的增加，優勢屬主要為食微線蟲，有些屬如地單宮屬Geomonhystera和頭葉屬Cephalobus僅在100OM處理中存在。

表3 不同施肥方式菠蘿蜜種植土壤化學性質Table 3 Chemical properties of the soil relative to treatment

表4 不同施肥處理土壤線蟲屬的相對豐度Table 4 Mean relative abundance of nematodes relative to genus and treatment/%

2.4 施肥方式對土壤線蟲營養結構的影響

不同施肥方式下土壤線蟲營養結構存在一定差異（圖1）。對照和100CF處理中植食性線蟲的數量最多，分別占個體總數的83.18%和81.83%。隨著有機肥施用比例增加，植食性線蟲的占比逐漸減少。食細菌線蟲在對照和100CF處理中分別占比4.12%和10.40%。隨著有機肥施用比例增加，食細菌線蟲的占比逐漸增加。食真菌線蟲占個體總數的比例變化趨勢與食細菌線蟲相似。雜食/捕食性線蟲在對照中占比最大，為8.14%，其次為70OM和100OM處理，在其他處理中占比均小于0.5%。

2.5 施肥方式對土壤線蟲群落多樣性的影響

圖1 土壤線蟲營養類群的相對豐度Fig. 1 Relative abundance of soil nematode relative to trophic groups

表5結果顯示，100OM處理的自由生活線蟲成熟度指數MI值最高，較對照增加的比例為112.7%（P＜0.05），其次是70OM處理，與對照無顯著性差異，兩處理的MI值均顯著高于100CF處理。100CF處理的MI值與對照差異不顯著。70OM處理的富集指數EI值顯著高于100CF處理，增加的比例為50.92%（P＜0.05），與對照和100OM處理無顯著性差異。結構指數SI和多樣性指數H′值在對照、70OM和100OM之間無顯著性差異。100CF和50OM處理的H′值顯著低于對照，減少的比例均為25.54%（P＜0.05）。對照的均勻度指數J′值最高，與30OM、70OM、100OM處理無顯著性差異。50OM處理中的通道指數NCR值最高，與30OM、50OM處理無顯著性差異，對照的NCR值最低。

采用非度量多維尺度（NMDS）指數對線蟲屬水平相對豐度作β多樣性分析?？唆斔箍枒χ担╯tress value）為 0.113（圖2），表明模型擬合效果較好。NMDS指數顯示CK、30OM、70OM和100OM處理和其他處理線蟲群落區分開。ANOSIM分析結果顯示處理間的群落結構差異達顯著水平（R=0.787 6，P=0.001）。

2.6 土壤線蟲與菠蘿蜜生長及土壤化學性質的關系

圖3表明，土壤食細菌線蟲豐度與食真菌線蟲豐度、雜食/捕食性線蟲豐度兩兩呈顯著正相關，與植食性線蟲豐度呈顯著負相關。地上部干重與食細菌線蟲豐度、有機質和pH呈顯著正相關，與植食性線蟲豐度和有效磷含量呈顯著負相關。總干重與食細菌線蟲豐度、有機質含量呈顯著正相關。有機質與食細菌線蟲、食真菌線蟲、雜食/捕食性線蟲豐度和pH呈顯著正相關。堿解氮含量與植食性線蟲豐度呈顯著負相關。有效鉀含量與雜食/捕食性線蟲豐度和pH呈顯著負相關。土壤pH值與食微線蟲、雜食/捕食性線蟲豐度呈顯著正相關，與植食性線蟲豐度呈顯著負相關。

表5 不同施肥方式對土壤線蟲生態指數的影響Table 5 Soil nematode community ecological indices relative to treatment

圖2 基于土壤線蟲相對豐度的NMDS雙序圖Fig. 2 The NMDS biplot based on the relative abundance of soil nematodes

圖3 土壤線蟲豐度與菠蘿蜜幼苗生長及土壤化學性質相關性Fig. 3 Correlation analysis of nematode abundance，jackfruit sapling growth and soil chemical properties

3 討 論

3.1 菠蘿蜜幼苗生物量對施肥方式的響應

施肥可以促進作物的生長，不同施肥方式對作物的促進作用各有不同。本研究結果顯示，與不施肥和施用純化肥相比，施用有機肥顯著促進了菠蘿蜜苗生物量的積累，這與杜少平等[20]在西瓜上的研究結果類似，但并不遵循有機肥比例越高促生效果越顯著的趨勢，如100OM處理中地上部干重最高，而地下部干重次于50OM。從根冠比數值可以看出植物的生物量分配策略，本研究中有機肥比例越高，根冠比值越小，可見施用有機肥比例高的菠蘿蜜生物量更多地分配到地上部，這可能與有機肥驅動下的光合產物以及根系吸收的養分分配策略有關。

3.2 土壤化學性質對施肥方式的響應

增施有機肥較對照能顯著增加土壤pH、有機質、堿解氮和速效鉀含量，對土壤pH和有機質含量的提升效果也明顯優于單施化肥，這對于改善菠蘿蜜種植土壤質量，提高地力和產量具有重要作用。研究表明，施用有機物料能顯著提高部分土壤養分含量[21-23]。本研究中，增施有機肥能夠提供更豐富的微生物生長所需的碳源種類，通過微生物分解轉化釋放更多的養分，從而提高土壤速效養分含量。

3.3 土壤線蟲營養結構對施肥方式的響應

土壤線蟲作為比較敏感的指示生物，與土壤理化指標相比，對環境變化的反應更加迅速，能更有效地指示環境變化產生的生態效應[24]。土壤動物與土壤肥力/土壤質量的變動之間關系密切[25]。大量研究表明，土壤線蟲總數對有機肥有積極響應，施用有機肥能夠增加土壤線蟲總數[26]，提高土壤食細菌線蟲、食真菌線蟲[7，27]和雜食/捕食性線蟲的數量，對植食性線蟲數量有一定的抑制作用[9，21]。本研究中，食微線蟲數量和種類隨著有機肥用量的增加呈增長趨勢，在線蟲總量中所占的比例有所提高，說明食微線蟲更傾向于C/N較高的有機肥處理。土壤線蟲通過取食行為刺激微生物的活性，進而提升土壤微生物量和微生物的生長速度[28]，從而也促進了食微線蟲數量的增長，這與本研究結果較為一致。除100OM處理外，其他處理的植食性線蟲占比均超過50%，隨著有機肥用量的增加，土壤植食性線蟲數量呈下降趨勢。這可能是緣于土壤生物的間接作用[5]，可見，有機肥對植食性線蟲的抑制作用與其施用量有關。然而這些設想仍需后續的控制試驗驗證。增施有機肥對平衡土壤中不同食性線蟲的比例作用明顯，如增加食微線蟲和雜食/捕食性線蟲占線蟲總量的比例，減少植食性線蟲占比。這與江春[26]和蔡冰杰[29]等不同有機物料對土壤線蟲群落組成、結構及多樣性均產生一定影響的結論一致。增施有機肥能夠提高雜食/捕食性線蟲占比，這主要是肥料的添加一方面為雜食/捕食性線蟲提供了更多的食物來源[30]，同時雜食/捕食性線蟲還以土壤微小型動物為食，較易受到干擾，在成熟穩定的生態系統中數量較多。因此與施化肥相比，增施有機肥其生態系統環境相對受到的干擾較小[24]。

3.4 土壤線蟲群落多樣性對施肥方式的響應

線蟲生態指數可以反映不同管理措施條件下土壤線蟲多樣性和群落結構的差異[31]。成熟度指數（MI）常用于評價土壤受干擾的程度[32]。大量研究結果表明，有機肥能夠提高線蟲群落的成熟度，降低土壤環境受干擾程度[7，26]，與本研究結果相似。結構指數SI和富集指數EI兩者結合可以更好地反映土壤環境和食物網的變化[33]。不同施肥方式下的線蟲群落富集指數和結構指數均大于50，表明各處理在采樣時期受到的干擾小，食物網逐漸成熟。而不施肥、70OM和100OM處理的SI和EI值均較高，表明在采樣時期受到的干擾最小，養分狀況較好，食物網更成熟。其他處理在采樣時期土壤養分狀況較差（低pH和低有機質），受干擾程度較高，食物網結構有所退化。本研究結果顯示，與純化肥相比，70OM和100OM處理均能提高H′值，這與江春等[26]在玉米的研究結果相似，表明增施有機肥使少數屬的線蟲快速增加，成為優勢屬，從而增加了物種的多樣性。但其與對照無顯著性差異，其他處理的H′值甚至較CK低，這可能是由于肥料的投入影響了部分偏好有機物分解的土壤線蟲類群增加，導致種間競爭增強，從而改變了土壤動物群落組成。本研究中，不施肥和增施有機肥的土壤線蟲分布比較均勻（J′值高），土壤線蟲群落結構比較穩定[34]。NCR值常被用來探測土壤有機質的分解途徑[31]。30OM、50OM和70OM處理的NCR值較高，說明這些處理的土壤食物網以細菌主導的分解途徑占更大比例，這與葉成龍等[35]在麥地上的研究結果一致。由于食細菌線蟲對細菌的捕食的作用，通過調節土壤細菌的數量及活性間接促進了養分轉化，以細菌分解為主的分解路徑能夠加速養分的周轉[36]。因此，從線蟲通道指數上看，以細菌路徑分解占優勢的有機肥與化肥配施處理能更好、更持久的供應養分。

3.5 土壤線蟲與菠蘿蜜生長及土壤化學性質的關系

地上部分與地下部分是相互聯系的，作物良好的長勢，意味著土壤生態環境良好，生物多樣性豐富，養分周轉速率快，而作物本身根莖葉等返還給土壤的植物殘體也較多[37-38]，良好的土壤環境與充足的食物來源使土壤動物個體數量和多樣性增加[39]，這可能是解釋菠蘿蜜幼苗地上部干重與土壤食細菌線蟲豐度和土壤有機質呈正相關的主要原因之一。而土壤植食性線蟲豐度與食微線蟲豐度呈顯著負相關，這不僅與土壤生物的間接作用有關，也可能由于植物與根際微生物以及食微線蟲之間形成的穩定互作關系，占據有利生態位，進而抑制了植食性線蟲的數量。前人的研究報道了食微線蟲可通過捕食作用影響微生物對土壤養分的轉化[40]，高養分含量的環境條件（如高pH和高有機質）更適合較高cp值的線蟲類群[14]，這可能解釋土壤有機質含量與食微線蟲和雜食/捕食性線蟲豐度呈顯著正相關關系。

4 結 論

有機-無機配施顯著促進菠蘿蜜幼苗生物量積累，提高土壤線蟲總量和食微線蟲數量，減少植食性線蟲數量，對土壤養分（有機質含量和pH）有一定的改善作用。增施有機肥通過控制土壤中不同食性線蟲在線蟲總量的占比，保持土壤中各營養類群的比例平衡，提高土壤線蟲多樣性和均勻度。菠蘿蜜幼苗生物量積累與土壤化學性質和食微線蟲豐度密切相關。因此，研究不同施肥方式對菠蘿蜜種植土壤線蟲群落和養分有效性的影響可為菠蘿蜜根際生態過程和養分利用的科學調控提供理論參考。