论文部分内容阅读
蚯蚓是陆地生态系统中分布最广泛、最主要的大型土壤动物之一。蚯蚓通过取食、掘穴、排粪、分泌和代谢等活动可以明显影响土壤理化性质，刺激土壤微生物活性，改变土壤微生物群落，促进土壤养分循环，因此被誉为土壤生态系统“工程师”的蚯蚓在土壤生态系统中起着重要且不可替代的作用。目前，国内外很多研究主要集中在某一类型蚯蚓作用后主要活性物质的数量改变上，试图借此解释蚯蚓活动改变土壤性状进而影响植物生长的内在机理。然而，在研究土壤中活性物质改变时不能简单的考虑少数几种活性物质，单独研究某一生活型蚯蚓的代表性也不强，而应该系统的研究不同生活型蚯蚓作用下多种活性物质数量和质量的变化。同时，土壤作为一个自然连续体，具有高度空间异质性的自然属性。因此，本文通过一系列室内培养试验，着重研究了不同生活型蚯蚓作用下土壤中多种活性物质组分和含量的变化特征，考察了土壤被蚯蚓和有机物料相互作用后活性物质的空间分布动态特征，并探讨了土壤养分及微生物等其它土壤性状的空间异质性变化。结果表明:
1.两种不同生活型蚯蚓均可以显著（p＜0.05，下同）增加土壤pH值、电导率和碳水化合物含量，降低土壤多酚类物质含量;同时，两种蚯蚓作用后土壤酸解氨基酸含量比对照高出3.84-5.06 g kg-1;土壤植物激素赤霉素(GA3)含量相比对照土增幅为35-114％，生长素（IAA）的增幅则达78-236％。对比两种生活型蚯蚓作用效果，同等生物量的环毛蚓（成廉环毛蚓，下同）和爱胜蚓（赤子爱胜蚓，下同）对土壤pH值、碳水化合物和多酚的影响无显著差异;对土壤电导率、植物激素和氨基酸含量的影响爱胜蚓要明显优于环毛蚓。有机物料的加入可以增强蚯蚓的作用效果，与不添加物料处理相比，爱胜蚓和环毛蚓在添加有机物料（水稻秸秆和牛粪）后土壤活性物质的改变幅度提高了5-476％。
2.接种蚯蚓后可溶性有机物(DOM)的pH值、电导率和可溶性有机碳均显著增加。和对照相比，爱胜蚓和环毛蚓作用下DOM中碳水化合物、有机酸和氨基酸的含量分别增加了7.54 mg kg-1和4.36 mg kg-1，0.43 mg kg-1和0.29 mg g-1，7.72 mg kg-1和4.44 mg kg-1;但是多酚含量却减少了2-3倍。此外，蚯蚓活动也可以改变DOM的极性和分子量分组特征:亲水酸性和疏水酸性组分减少;疏水中性组分增加;小于1000道尔顿组分减少，1000-3500道尔顿组分和大于25000道尔顿组分增加。对比两种蚯蚓的作用效果可知，同等生物量的环毛蚓和爱胜蚓对DOM的pH值、电导率及多酚的改变没有显著差异，对可溶性有机碳(DOC)和有机酸的改变程度也不同，环毛蚓作用效果显著优于爱胜蚓。添加有机物料条件下，蚯蚓对DOM的pH值、DOC、有机酸、氨基酸及分组特征的影响程度增强，对DOM电导率的影响减弱，而不改变对碳水化合物和多酚的作用效果。
3.蚯蚓活动可以显著提高其活动区域内土壤碳水化合物的含量，并减少多酚的含量，但是并不影响其活动区域之外的临近土壤。蚯蚓活动区域和区域外1 cm处土壤的pH、植物激素和氨基酸含量在蚯蚓作用下显著增高。蚯蚓对土壤电导率的影响范围最大，随着培养时间的延长显著提高了其活动区域外5 cm处的土壤电导率。在受蚯蚓影响的区域内，土壤pH、碳水化合物和多酚含量在蚯蚓作用一周甚至更短的时间内就达到平衡并保持到培养结束;土壤植物激素GA3含量在蚯蚓作用35d后达到平衡;而IAA、电导率和氨基酸的含量随蚯蚓作用时间而持续增加直至培养末期。在无蚯蚓作用下，添加牛粪仅能影响添加区域的土壤活性物质的性状特征，但对添加区域外的土壤活性物质及空间分布影响不明显。
4.蚯蚓活动显著提高了蚯蚓活动区域和区域外1 cm处土壤DOC、速效磷及速效钾的含量;而可溶性有机氮(DON)和硝态氮的含量显著提高的范围延伸到了蚯蚓活动区域外5 cm处;蚯蚓显著提高铵态氮含量的空间范围最小，仅仅局限在蚯蚓活动区域内。在蚯蚓影响区域内，土壤可溶性碳、氮，速效磷，速效钾，铵态氮及硝态氮的含量随培养时间延长而持续增加。在无蚯蚓作用下，在培养过程中添加牛粪使土壤DOC、DON，速效磷，铵态氮及硝态氮的含量持续增加，速效钾含量在单独施加牛粪作用下一周内就达到平衡并保持到培养结束。
5.蚯蚓活动增加了蚯蚓活动区域和区域外1-2 cm土层中微生物生物量碳、氮的含量，在培养前期（21d前）使微生物生物量迅速升高。在整个培养过程中，蚯蚓同样可以提高蚯蚓活动区域和区域外1-2 cm范围内土壤呼吸强度。蚯蚓可以改变活动区域及区域外1 cm土壤代谢熵水平，在整个培养过程中，代谢熵呈先升高后降低的趋势，在培养末期(49d)低于对照处理的代谢熵。在没有蚯蚓作用下，添加牛粪可以显著改变添加区域和区域外1 cm范围内土壤微生物生物量碳氮含量和代谢熵水平。
总之，蚯蚓改变了土壤活性物质的组分和含量，影响了土壤中活性物质、养分及微生物空间异质性动态分布，本文结果有助于全面了解蚯蚓改变土壤性状、改善土壤质量的过程和机理，为今后合理选择有机物料管理措施、利用生物资源培肥地力和提高土壤生物活性以发展可持续农业提供理论基础和科学依据。