秸秆不同还田方式下线虫添加对土壤活性碳氮的影响.pdf

DOI：10.11689/sc.2023030301刘红文，张士秀，刘萍，等.秸秆不同还田方式下线虫添加对土壤活性碳氮的影响J.土壤与作物，2023，12（3）：293 305.LIU H W，ZHANG S X，LIU P，et al.Effects of nematode addition on soil labile carbon and nitrogen under different straw returningpracticesJ.Soils and Crops，2023，12（3）：293 305.秸秆不同还田方式下线虫添加对土壤活性碳氮的影响刘红文1,2，张士秀1,2，刘萍1，黄丹丹1（1.中国科学院东北地理与农业生态研究所 黑土区农业生态重点实验室,吉林 长春 130102；2.中国科学院大学,北京 100049）摘要：土壤活性碳氮（C、N）是农田生态系统养分循环中最活跃的部分，其含量受到秸秆还田方式的影响，同时受到土壤微型生物对土壤养分循环影响的调控。然而，秸秆还田和微型生物双重作用下土壤活性 C、N 会呈现怎样的变化，尚需要深入探究。本研究以 5 kGy 低剂量 辐射后微生物群落基本完整的土壤为供试土壤，接种从新鲜土壤中提取的整个线虫群落，在培养期 154 天内的不同阶段测定土壤活性 C、N 的含量。试验设置 4 个处理：（1）秸秆表施（无线虫添加），（2）秸秆表施+线虫，（3）秸秆混施（无线虫添加），（4）秸秆混施+线虫。结果表明：在较短时间内获得了接种率达到定殖标准（70%）、营养类群趋于稳定的土壤线虫群落。土壤活性 C、N 含量随培养时间的增加呈阶梯式增加或减少的变化趋势，但与无线虫添加的处理相比，线虫添加处理的土壤 CO2释放速率、微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）含量较高，土壤可溶性有机碳（DOC）、可溶性有机氮（DON）、矿质氮（MN）和铵态氮（NH4+）含量较低，而硝态氮（NO3）含量在培养 7 54 d 低于无线虫添加的处理，在培养 91 154 d 高于无线虫添加的处理。从整个培养期间来看，秸秆混施方式下线虫添加对 MBC 含量的促进效应显著低于秸秆表施，对 NO3的促进效应显著高于秸秆表施。本研究结果有利于厘清土壤线虫在秸秆还田方式下对土壤活性 C、N 周转的调控作用，为土壤农田生态系统 C、N 循环研究提供科学依据。关键词：土壤线虫；秸秆表施；秸秆混施；土壤活性碳氮；辐射中图分类号：S154.38+6文献标识码：AEffects of nematode addition on soil labile carbon and nitrogen underdifferent straw returning practicesLIU Hongwen1,2，ZHANG Shixiu1,2，LIU Ping1，HUANG Dandan1（1.Key laboratory of Mollisols Agroecology,Northeast Institute of Geography and Agroecology,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130102,China；2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）Abstract：Soil labile carbon and nitrogen(C,N),the most important components in the nutrient cycle of farmland ecosystem,isclosely related to C and N turnover rate and nutrient availability,while its content is significantly influenced by straw returning,andis regulated by micro-organism.However,the changes of soil labile C and N under the combined effects of straw returning and micro-organism need to be further studied.In this study,a microcosm incubation experiment was set up in which the whole nematodecommunities were extracted from fresh soil and reinoculated into the soil defaunated by 5 kGy dose gamma irradiation that left themicrobial community largely intact.The soil was cultured for 154 days,and the content of labile C and N was determined at 收稿日期：2023 03 03；修回日期：2023 05 10.基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（XDA28020401）；国家重点研发计划项目（2022YFD1500203）；国家自然科学基金项目（42077046）、中国科学院青年创新青促会项目（2021228）；中国科学院东北地理与农业生态研究所青年科学家小组项目（2022QNXZ04）.第一作者简介：刘红文（1995），男，硕士研究生，研究方向为土壤微食物网和碳循环.E-mail:.通信作者：张士秀（1986），女，副研究员，主要从事土壤生物及其生态功能研究.E-mail:.土壤与作物 2023 年 9 月 第 12 卷 第 3 期Soils and Crops,Sep.2023,12（3）：293 305different stages within 154 days of culture period.Four treatments were included:straw mulching without nematodes,strawmulching with nematodes,straw incorporation without nematodes and straw incorporation with nematodes.The results showed thatthe inoculation rate of soil nematode communities could reach more than 70%in a relatively short period of time after inoculation,and all trophic groups were detected.Soil labile C and N contents increased or decreased stepwise with the increase of incubationtime.The soil CO2 emission rate,microbial biomass carbon(MBC)and microbial biomass nitrogen(MBN)contents of the treatmentwith nematodes were greater than those of the treatment without nematodes,and soil dissolved organic carbon(DOC),dissolvedorganic nitrogen(DON),mineral nitrogen(MN)and ammonium nitrogen(NH4+)contents were lower than those of the treatmentswithout nematodes.Nitrate nitrogen(NO3)content of the treatment with nematodes was lower than that of the treatment withoutnematodes during 7 54 days,but was greater than that of the treatment without nematodes during 91 154 days.Throughout theincubation period,the magnitude of the effect of nematodes incubated under straw mulching on MBC was greater than that understraw incorporation,while the magnitude of the effect on NO3 was less than that under straw incorporation.These results help toelucidate the role of soil nematodes in regulating soil labile C and N turnover under straw returning conditions,and provide a scien-tific basis for C and N cycling in soil agroecosystems.Key words：soil nematodes；straw mulching；straw incorporation；soil labile carbon and nitrogen；gamma irradiation 0引言土壤活性碳氮（C、N）是农田生态系统土壤 C、N 循环中最活跃的部分，是指示土壤 C、N 周转率和养分有效性的重要指标1。土壤活性 C、N 主要包括微生物量碳氮（MBC、MBN）、可溶性有机碳氮（DOC、DON）和以铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3）为主的矿质氮（MN）1 2。虽然土壤活性 C、N占土壤全 C、N 的比例较小1,3，但其含量对外源资源输入（如秸秆还田方式4 5）的改变十分敏感，且受到微型生物的主导调控6 7。土壤微生物-线虫是微型土壤生物的主要组成成分，二者之间的取食与被取食关系构成了微食物网。因此，不同秸秆还田方式下土壤微生物和线虫对土壤 C、N 循环的影响可能存在显著差异。秸秆还田主要分为秸秆表施和混施两种还田方式5。秸秆表施在地表形成了一个土壤-秸秆界面8，养分供应自上而下且浓度递减。秸秆混施将秸秆与土壤颗粒充分混合4,9，增加了土壤微生物与秸秆的接触面积5，形成一个较为均匀的养分供应、释放方式10。有研究发现，秸秆还田不仅有利于土壤 CO2的释放4，MBC 和 DOC、DON 和 NH4+等土壤活性 C、N 含量的积累1,11，还显著影响土壤线虫和微生物的活性，从而进一步促进土壤 C、N 循环12 13。土壤线虫是农田生态系统中数量最丰富、种类最多样化的一类低等无脊椎动物，在土壤食物网中占据关键位置14 16。土壤中栖居的线虫以自由生活线虫占绝对优势，而土壤自由生活线虫主要包括以微生物为食的食细菌线虫和食真菌线虫，以及以这些食微线虫为食的杂食-捕食线虫17 19。土壤线虫多样化的取食策略，以及食微线虫与微生物之间存在的竞争和取食等相互作用，通过改变土壤微生物群落结构20 21及其代谢活性19，并释放固持在微生物量中的养分22 23，进而影响土壤活性 C、N 循环6,24。有研究发现，土壤线虫对微生物的选择性捕食通过调节细菌和真菌分解通道影响外源有机质的分解，进而驱动 C 的积累和稳定22。另外，线虫的捕食可以刺激土壤中的硝化细菌群落，导致 NH4+的降低和 NO3的增加18。但也有研究发现，细菌相对较低的生物量碳氮比导致食细菌线虫体内积累过量的 N25，并以 NH4+的形式直接排泄到土壤中，致使 NH4+在土壤中的累积6，并进一步促进了以 NH4+为底物的土壤硝化作用22,25。可见，土壤线虫在维持土壤生态系统的 C、N 含量和有效性等方面发挥了重要的生态功能。然而，秸秆还田和线虫添加双重作用下土壤 C、N 会呈现怎样的变化，尚没有清晰的回答。因此，明确不同秸秆还田方式下线虫添加后土壤活性 C、N 库的动态变化，对于深入理解农田生态系统 C、N 循环至关重要。近年来，利用微宇宙试验研究土壤线虫对土壤 C、N 周转过程的方法有了许多改进和发展18。然而，大多数微宇宙试验采用高压灭菌16,26或冻融循环27去除土壤动物后，再接种单一功能群的土壤线虫作为人294土 壤 与 作 物第 12 卷工构建的土壤线虫群落18,23。这些方法不仅会显著改变土壤的物理（如：孔隙结构18,26）和化学特性（如：SOC 含量26,28），而且单一功能群的接种往往忽略线虫不同营养类群之间的种间竞争和捕食作用对土壤 C、N 含量变化的影响18，因此这些方法建立的土壤微环境与田间土壤环境差异巨大。本研究采用低剂量（5 kGy）的 辐射选择性灭菌技术，我们先前的研究已证明该技术可以在有效消除土壤线虫和其他微型节肢动物的同时，最大程度的保留原著土壤微生物生物量及其活性，并且对土壤 C、N 含量的影响较小26。基于上述研究背景和方法，本研究采用低剂量 辐射后再接种原著土壤线虫的方法，研究土壤线虫在秸秆表施和混施方式下对土壤活性 C、N 含量的影响，以期为全面了解不同秸秆还田方式下土壤线虫对土壤活性 C、N 周转的调控作用提供科学依据。1材料与方法 1.1培养试验土壤采集试验所用土壤样品取自位于吉林省德惠市米沙子乡（4412N,12533E）的中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土农业示范基地。该区域为温带大陆性季风气候，年平均气温为 4，年平均降雨量为520 mm。试验区内 0 20 cm 土层的土壤 pH 值为 6.5 左右，属于中性偏微酸性。土壤类型为中层典型黑土（Typic Hapludoll,美国农业部土壤分类法），由 36.0%粘粒、24.5%粉粒和 39.5%砂粒组成的壤质粘土。2016 年 4 月，在作物播种前，用体积为 100 cm3的圆形环刀采集 6 个原状土壤以确定 0 20 cm 耕层土壤容重（约为 1.2 kgcm3），采样区域（10 m 10 m）距离田地边缘至少 5 m。同时，在同一区域用直径 2.5 cm 的土钻以“S”形采集 10 个土壤样品，采样深度为 20 cm，将采集到的土壤样品放置于保温箱中，并立即转移至实验室，保存在 4 C 冰箱用于线虫提取。并用铁锹采集相同深度的土壤样品，充分混合后过 5 mm 筛以将石块、根系、大型土壤生物剔除，保存在 4 C 冰箱用于培养试验的土壤基质。1.2线虫提取和富集参考 Buchan 等18描述的大量线虫提取和接种方法。简而言之，使用浅盘法从 50 g 鲜土中收集活线虫悬浮液；为了最大限度去除附着在线虫表皮上的微生物和有机物，使用贝尔曼漏斗对线虫悬浮液用无菌水反复洗涤 3 次，最终将大约 100 ml 的线虫悬浮液浓缩至 2 ml。为了获得数量充足且组成均匀的线虫群落，共提取 150 份线虫悬浮液，将线虫悬浮液混合在一起并富集到 50 ml 聚乙烯管中。保存在 4 冰箱用于随后的土壤线虫接种。为了保证线虫的活性，提取、富集和接种过程在 10 天内完成。1.3试验设计和样品采集培养试验采用 22 析因设计，分为秸秆还田方式和线虫添加两个因素，共包括 4 个处理：（1）秸秆表施（无线虫添加），（2）秸秆表施+线虫，（3）秸秆混施（无线虫添加），（4）秸秆混施+线虫。培养试验在 PVC 管（高 15 cm，直径 8 cm）中进行，并用聚乙烯薄膜密封住 PVC 末端。每个管中装填 400 g 鲜土，同时加入 6.0 g 磨成粉末的玉米秸秆，这相当于田间测量的 11.94 Mghm2玉米残留物的年归还量29 30，该数据根据玉米收获指数计算得出。其中，对于秸秆表施处理的 PVC 管，秸秆均匀铺洒于土壤表面，而对于秸秆混施处理的 PVC 管，将土壤与秸秆混匀后装填。将土壤和秸秆轻轻压实使管内土壤容重接近田间容重。共装填 100 个（4 个处理 5 次取样 5 次重复）PVC 管，运送到中国科学计量研究院（北京）在 5 kGy下进行 辐射。辐射后，使用无菌水将土壤含水量调节至孔隙含水率的 50%，并于黑暗条件下在 18（2005-2015 年研究区作物生长季的年平均气温）下预培养 7 天，以获得稳定的微生物群落。预培养结束后，随机选择一半秸秆表施和秸秆混施的 PVC 管接种线虫。在接种线虫之前，将储存在50 ml 聚乙烯管中的高度富集的线虫悬浮液轻轻涡旋，使线虫均匀分布在水中。然后将 350 l 线虫悬浮液加入 PVC 管中，以建立自上而下的影响。该接种线虫悬浮液的体积基于我们的预实验结果，即 350 l 线虫悬浮液中包含 250 条线虫个体（20 次重复的结果），此线虫数量相当于 50 g 原著干土中的线虫平均数量。对于秸秆表施的 PVC 管，线虫悬浮液沿着 PVC 管内壁均匀地添加到土壤中，而对于秸秆混施处理的第 3 期刘红文等：秸秆不同还田方式下线虫添加对土壤活性碳氮的影响295 PVC 管，线虫悬浮液均匀地添加到土壤表面。在接种过程中，每接种 5 个 PVC 管后，收集 1 份 350 l 的线虫悬浮液，共获得 10 份线虫悬浮液，将之保存在 4%福尔马林中，用以检查接种液线虫的数量和群落组成。接种线虫后，将所有 PVC 管的含水量调节至孔隙含水率的 60%，用聚乙烯膜封住 PVC 管口，并在恒温（18）和恒定土壤湿度下培养 154 天。在培养期间监测土壤 CO2的排放情况，测定频率为第 1 周每 1 天 1 次，第 2 4 周每 2 天 1 次，第5 9 周每 4 天 1 次，其后每 7 天 1 次。同时，在每次 CO2测试完成后按照重量法补充损失的水分31。在培养第 7、28、56、91 和 154 d 每个处理随机选择 5 个 PVC 管进行破坏性土壤样品采集，用于土壤活性 C、N 含量和线虫群落结构的测定。1.4土壤活性碳氮含量的测定使用 Li-820 CO2红外气体分析仪（Li-Cor,Lincoln,Nebraska,USA），采用封闭动态箱法32测定土壤CO2排放量，以估算 CO2的释放速率。土壤活性 C、N 库主要包括 MBC、MBN、DOC、DON 及 NH4+和NO3为主的矿质氮（MN）含量。用 2 M KCl（土水=15）提取 DOC，静置 1 h 后用 0.45 mm 滤膜过滤，并用总有机碳分析仪（TOC-VCPH,Shimadzu,Tokyo,Japan）测定 DOC 含量。MBC 和 MBN 用 0.5 MK2SO433从熏蒸和未熏蒸的土壤样品中提取，并用总有机碳分析仪（TOC-VCPH,Shimadzu,Tokyo,Japan）进行测定。MBC 和 MBN 分别使用 0.4534和 0.5433的转换因子进行计算。未熏蒸土壤中所提取的氮含量被用来表征 DON 的含量35。NH4+和 NO3含量用 2 M KCl 浸提鲜土（土水=12.5），振荡 1 h 后过滤，用连续流动化学分析仪（SAN+;Skalar Analytical B.V.,the Netherlands）测定。1.5土壤线虫的提取与鉴定分别称取培养第 7、28、56、91 和 154 d 采集的鲜土 50 g，采用改良的浅盘法36提取线虫，经 60 温热杀死后，用 4%福尔马林溶液保存。在解剖镜下（SMZ-168,Motic,China）确定线虫总多度。根据线虫总多度时序变化结果（图 1A）选择第 28、56 和 154 天的线虫样品进行线虫鉴定，分别随机抽取 100 条线虫，在光学显微镜（BX53,Olympus,Japan）下鉴定至属水平37。根据线虫的取食习性和食道特征将其划分为 3 个营养类群，分别为食细菌线虫、食真菌线虫和杂食捕食线虫7,3839。1.6数据分析评估线虫接种成功与否的评判标准有两个6,18，一是线虫接种率是否达到 70%；二是接种液中线虫的营养类群是否全部在接种土壤中被检测到。其中线虫接种率通过接种后土壤中总线虫多度与接种液中总线虫多度之比计算求出。CO2释放速率（F，molg1s1）根据公式（1）进行计算40：F=aVVmM（1）式中：Vm是 CO2摩尔体积（Lmol1）；M 是培养物质的质量（g）；V 为封闭动态系统内的体积（L）；a 是封闭动态系统内 CO2浓度的增加速率，通过将测定的 CO2浓度与测定时间进行线性回归计算得出。使用加权效应值（E）来度量在整个培养期间秸秆表施和混施方式下线虫添加对土壤活性 C、N 库养分含量的影响程度，具体计算方法见公式（2）：E=nk=1EkTkT（2）式中：Ek是第 k 次采样线虫对土壤活性 C、N 库养分含量影响效应值的大小；Tk是指第 k 次采样与第k1 次采样的间隔天数，当 k=1 时，T1是指第 1 次采样时的培养天数；T 是指整个培养试验的总天数。E 值越大，表明线虫对土壤活性 C、N 库养分含量的影响越大。E0 表示秸秆表施或混施方式下线虫对土壤活性 C、N 库养分含量有促进效应，E0 表示秸秆表施或混施方式下线虫对土壤活性 C、N 库养分含量有抑制效应。296土 壤 与 作 物第 12 卷第 k 次采样线虫对土壤活性 C、N 含量影响效应值的大小（Ek），根据公式（3）进行计算：Ek=(XnXc)Xc（3）式中：Xn和 Xc分别表示秸秆表施或混施方式下添加线虫和不添加线虫处理下的土壤活性 C、N 库养分含量。采用 Microsoft Excel 2021 对数据进行整理和计算，SPSS 24.0 对数据进行正态分布和方差齐性检验，对不满足正态分布和方差齐性的数据进行 l g 转换。利用 R（3.6.2 版本）完成数据的可视化。使用 t 检验分别比较秸秆表施和混施方式下未添加线虫和添加线虫对 CO2释放速率和土壤活性 C、N 含量的影响差异，以及线虫添加效应在两种秸秆添加方式间的差异，P0.05 时差异达到显著水平。2结果与分析 2.1线虫接种率及其群落结构的变化接种液中线虫总多度为 245 条50 g1干土（图 1A）。在秸秆表施方式下接种后，接种率在培养第 28 天达到 70%以上（线虫总多度为 779 条50 g1干土）；而在秸秆混施方式下接种后，接种率在第 7 天就达到 70%（线虫总多度为 172 条50 g1干土）（图 1A-B）。与秸秆混施相比，秸秆表施方式下线虫的多度在第 7 天相对较低，但在第 28、56、91、154 天相对较高（图 1A）。接种液中食细菌线虫、食真菌线虫和杂食捕食线虫的相对多度之比为 54%41%5%（图 1C）。在秸秆表施方式下接种后，食细菌线虫和食真菌线虫的相对多度分别在培养第 28 天达到最大值（88%）和最小值（12%），且在第 56 天后趋于稳定。与第 28 天相比，第 154 天食细菌线虫相对多度减少了 30%，食真菌线虫相对多度增加了 175%，杂食捕食线虫在此时被检测到，其相对多度为 6%。在秸秆混施方式下，食细菌线虫和食真菌线虫的相对多度在培养第 28 天后趋于稳定，且在第 154 天检测到杂食捕食线虫，其相对多度为 10%（图 1C）。2.2秸秆表施和混施方式下土壤线虫对土壤活性碳的影响秸秆表施和混施方式下无线虫添加和线虫添加处理的土壤 CO2释放速率均呈现先快速增加（培养第1 周），后快速降低（培养第 2 周）并渐趋平缓（培养第 3 4 周）的变化趋势（图 2A 和 2B）。不论是在秸秆表施还是秸秆混施方式下，线虫添加处理的土壤 CO2释放速率普遍高于无线虫添加处理，最大值分别出现在第 5 天和第 6 天，分别增加了 2.40 和 2.08 倍。秸秆表施和混施方式下无线虫添加和线虫添加处理的土壤可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）含量均呈现随培养时间的增加而降低的变化趋势（图 3）。与无线虫添加的处理相比，秸秆表施方式下线虫添加处理在第 7、28、56、91 天显著降低了 DOC 含量（P0.05，图 3A），在第 28、56 天显著增加了 MBC 的含量（P0.05，图 3C）；而秸秆混施方式下线虫添加处理在所有采样时间都显著降低了 DOC 含量（P0.05，图 3B），在第 28 天和第 91 天分别显著降低和增加了 MBC 含量（P0.01，图 3D）。2.3秸秆表施和混施方式下土壤线虫对土壤活性氮的影响秸秆表施和混施方式下无线虫添加和线虫添加处理的土壤可溶性有机氮（DON）含量均呈现随培养时间的增加而升高的变化趋势（图 4A-B）。与无线虫添加处理相比，秸秆表施方式下线虫添加处理仅在第 28、56 天显著（P0.01）降低了 DON 的含量（图 4A）；而秸秆混施方式下线虫添加处理在第 28、154 天显著（P0.05）降低了 DON 含量。秸秆表施和混施方式下无线虫添加和线虫添加处理的土壤微生物量氮（MBN）含量均随培养时间的增加呈现相似的波动变化趋势，即在培养第 56 天和第 91 天分别达到最大值和最小值（图 4C-D）。与无线虫添加处理相比，秸秆表施方式下线虫添加处理在培养第 7、28 天显著增加了 MBN 含量（P0.01），但在第 154 天显著降低了 MBN 含量（P0.05，图 4C）；秸秆混施方式下线虫添加处理在培养第 7 和 56 天显著增加了 MBN 含量（P0.01）图 4D）。第 3 期刘红文等：秸秆不同还田方式下线虫添加对土壤活性碳氮的影响297 秸秆表施和混施方式下无线虫添加和线虫添加处理的矿质氮（MN）、氨态氮（NH4+）和硝态氮（NO3）含量均呈现随培养时间的增加而增加的变化趋势（图 5）。另外，无论是秸秆表施还是混施方式下，与无线虫添加处理相比，线虫添加处理在所有采样时间都降低了 MN 和 NH4+含量（图 5A-D）；但对 NO3含量的影响随培养时间的增加而不同，在培养第 7、28、56 天降低了 NO3含量，在培养第 91、154 天增加了 NO3含量，并且在第 154 天达到了显著差异（P50%）在整个培养期都高于 NO3的相对含量（50%）（详见附录 1）。2.4线虫添加对秸秆表施和秸秆混施的响应在 154 天的培养期间内，无论是秸秆表施和还是秸秆混施方式下，土壤线虫对 CO2释放速率和 MBC、25 000A5 0003 0002 5002 0001 5001 0005004003002001007培养时间Incubation times/d285691154 7285691154 015 000接种液Inoculation solution秸秆表施Straw mulching秸秆混施Straw incorporation线虫多度Nematode abundance/(individuals50 g1 dry soil)350秸秆表施Straw mulching秸秆混施Straw incorporation28021014021014070728培养时间Incubation times/d0700B接种率Inoculation efficiency/%02856154培养时间Incubation times/d28561541.000.750.500.25线虫相对多度Nematode relative abundanceC接种液Inoculation solution秸秆表施Straw mulching秸秆混施Straw incorporation食细菌线虫 Bacterivorous食真菌线虫 Fungivores杂食捕食线虫 Omnivores-predators营养类群 Trophic groups图 1接种液和土壤接种后线虫的多度（A）、接种率（B）和相对多度（C）Fig.1Nematode abundance(A),inoculation efficiency(B)and nematode relative abundance(C)ofinoculation solution and inoculated soil298土 壤 与 作 物第 12 卷 秸秆表施 Straw mulching秸秆混施 Straw incorporation培养时间 Incubation times/d1 500*AB1 00050001 0007505002500无线虫添加 Without nematodes线虫添加 With nematodes1714285691CO2 释放速率CO2 emission rate/(pmolgls1)注：因秸秆表施和混施方式下培养 91 天后 CO2释放速率无明显变化，且无线虫添加和线虫添加处理间差异不显著，故未展示这部分结果。*代表 P0.05，*代表 P0.01，*代表 P0.001。下同。Note:The result of CO2 emission rate after 91 days of cultivation was not shown because there was no obvious change in CO2 emission rate and therewas no significant difference between treatment without nematodes and treatment with nematodes.*indicates P0.05,*indicates P0.01,*indicates P0.001.The same is as below.图 2秸秆表施（A）和混施（B）方式下土壤 CO2释放速率Fig.2CO2 emission rate of straw mulching and incorporation 秸秆表施 Straw mulchingAC150100503002001000*无线虫添加Without nematodes线虫添加With nematodes*ns*nsnsns72856培养时间Incubation times/d培养时间Incubation times/d911547285691154可溶性有机碳含量Dissolved organic carboncontent/(mgkg1)土壤微生物量碳含量Microbial biomass carboncontent/(mgkg1)BD*ns*nsns*秸秆混施 Straw incorporation150100507505002500注：*、*和*分别代表处理间在 0.05 水平、0.01 水平和 0.001 水平上差异显著，即 P0.05，P 0.01，P0.001。下同。Note:*,*和*indicate significant differences between treatments at P0.05,P0.01,P0），对 DOC、DON、MN、NH4+含量存在抑制效应（图 6，E0）。线虫仅对 MBC、NO3的效应差异在秸秆表施和混施间达到显著水平（P0.05）。具体来说，秸秆混施方式下线虫对 MBC 含量增加的促进效应显著（P0.05）低于秸秆表施处理，但对 NO3含量增加的促进效应显著（P0.01）高于秸秆表施处理。3讨论 3.1土壤线虫接种情况本研究采用低剂量（5 kGy）的 辐射选择性灭菌技术，并接种原著土壤线虫，运用线虫接种率和线虫营养类群组成两个指标作为评估线虫接种后在微宇宙系统的定殖情况。研究发现，秸秆表施方式下线虫接种率在第 28 天达到 70%以上，营养类群组成在第 56 天趋于稳定；而秸秆混施方式下线虫接种率在第7 天达到 70%，营养类群组成在第 28 天趋于稳定。表明两种秸秆还田方式线虫接种都达到了定殖标准，线虫接种是成功的。另外，研究发现两种秸秆还田方式下，无线虫添加和线虫添加处理的土壤活性 C、N含量具有统计学差异，表明线虫接种达到了预期的自上而下驱动微生物进而影响土壤活性 C、N 含量的目的。3.2相同秸秆还田方式下线虫添加对土壤活性碳氮库的影响本研究发现随着培养时间的增加，4 种处理下土壤 CO2释放速率呈先升高后下降的变化趋势，相似的变化趋势也在其他研究41 43中被发现，原因可能是新鲜有机物进入土壤后会增强微生物的活性，促进微生物对秸秆的分解，导致 CO2释放速率快速升高；在消耗了易降解新鲜有机物后，微生物对秸秆的分解速度降低，导致 CO2释放速率下降至平缓。一般来说，秸秆还田可提高土壤 DOC、MBC、DON、MBN 含量1,9,44，这与本研究结果不完全一致。本研究发现 DON 含量呈升高趋势，但 DOC、MBC 含量呈降低趋势。这一方面可能是因为秸秆中易降解有机物的消耗减少了其对土壤 DOC 的供应，另一方面可能是因为 秸秆表施 Straw mulchingAC20015010050150100500250ns*无线虫添加Without nematodes线虫添加With nematodesnsns*nsns*72856培养时间Incubation times/d91154可溶性有机氮含量Dissolved organic nitrogencontent/(mgkg1)土壤微生物量氮含量Microbial biomass nitrogencontent/(mgkg1)秸秆混施 Straw incorporationBD200150200100ns*nsns*nsns*ns72856培养时间Incubation times/d9115425010050250150500图 4秸秆表施和混施方式下可溶性有机氮和微生物生物量氮含量Fig.4Dissolved organic nitrogen and microbial biomass nitrogen content under straw mulching and incorporation300土 壤 与 作 物第 12 卷DOC 是土壤微生物生长的能源物质12，DOC 含量的降低进一步耦联导致 MBC 含量的降低。对于 MBN 含量随培养时间的波动性变化可能与外源资源输入9,11、线虫对微生物的捕食6,24以及微生物对 N 固定的速率45有关，具体原因还有待进一步探究。4 种处理下土壤 MN、NH4+、NO3含量呈总体升高的变化趋势，可能与秸秆还田促进了有机 N 矿化有关1。本研究发现无论是在秸秆表施还是秸秆混施方式下，与无线虫添加的处理相比，线虫添加的处理均促进了土壤 CO2释放速率、MBC、MBN 含量的增加，抑制了 DOC、DON 含量的增加。一方面可能是因为在添加土壤线虫后，线虫对微生物的捕食作用促进了微生物的生长20，提高了微生物的增殖和代谢活性19 20，进而促进了土壤微生物将秸秆分解成简单无机物的 C 矿化过程46 47，导致微生物生物量的积累和 CO2释放速率的增加。另一方面可能是因为线虫的分泌物和排泄物为微生物生长提供了营养物质，补偿了微生物因线虫捕食而损失的生物量20,48。线虫生长也需要可溶性有机质，如 DOC、DON 作为能量供应49，这可能是与未添加线虫处理相比，线虫添加处理下 DOC、DON 含量相对降低的主要原因。然而，MBN 含量在培养后期（第 154 天）的变化情况与前期（第 7 91 天）并不相同。在培养第 秸秆表施 Straw mulchingACE20015010050150100509060030*ns无线虫添加Without nematodes线虫添加With nematodesnsns*nsnsns*培养时间Incubation times/d培