半干旱草原大中型土壤动物在畜粪分解中的作用 生物多样性    2022, 30 (12): 22575-.   DOI: 10.17520/biods.2022575

表1 不同畜粪土壤动物处理实验设计

正文中引用本图/表的段落

土壤动物是陆地生态系统的重要组分, 在有机质分解过程中具有重要作用。目前有关土壤动物在生态系统分解中的作用研究主要聚焦于植物凋落物的分解, 而对动物粪便分解的研究稀少。本研究在内蒙古典型草原设置了马粪和牛粪分解原位实验, 使用不同孔径的金属隔离网排除不同体型大小的土壤动物, 通过测定大中型土壤动物对畜粪分解过程中质量损失、碳氮含量和微生物呼吸以及土壤养分动态变化的影响, 解析其在分解中的作用。设置5个处理, 即CK, 仅土壤, 无粪; T0, 粪添加+0.425 mm隔离网(排除了粪居型和掘洞型粪金龟和中型土壤动物); T1, 粪添加+1 mm隔离网(排除了粪居型和掘洞型粪金龟); T2, 粪添加+2 mm隔离网(排除了掘洞型粪金龟); T3, 仅粪添加(不排除土壤动物)。结果表明: (1)在畜粪分解60天内, 土壤动物对畜粪的干质量损失没有显著的促进作用(P > 0.05); 相反, 在畜粪分解360天, 不隔离土壤动物处理(T3)显著地提高了牛粪干质量损失(P < 0.05), 而降低了马粪干质量损失(P < 0.05)。(2)在畜粪分解的60天内, 畜粪中碳和氮含量下降速度在有土壤动物存在的情况下(T3)快于隔离土壤动物(T0和T1)。(3)两种畜粪添加增加了土壤微生物的呼吸, 且这种增加趋势在实验的第15天和第30天在土壤动物存在时(T3)最明显。(4)与对照(CK)相比, 马粪添加处理提高了土壤速效氮、有机碳的含量和土壤含水量, 且这种增加趋势在排除掘洞型粪金龟(T2)和不排除土壤动物(T3)条件下表现更显著(P < 0.05), 而牛粪添加处理没有明显改变这些指标(P > 0.05)。研究表明, 分解初期粪金龟的取食和活动会改变畜粪的理化性质, 进而影响分解后期土壤生物在畜粪分解中的作用。

试验草场于2011年围封, 排除家畜放牧。我们在一块地势相对平坦的草地上开展畜粪分解隔离实验。试验区总面积1,440 m2, 划分为10个12 m × 12 m实验区组, 区组之间为5 m宽的缓冲带, 按5个重复设置牛粪和马粪两种类型处理(Cheng et al, 2022)。在每个实验区组内使用随机区组设计设置了12种处理, 其中5种(表1)用于本分析, 分别为: (1)对照(CK), 仅土壤, 无粪; (2) T0, 畜粪添加+0.425 mm隔离网, 即畜粪放在草地土壤表面, 然后立即盖上网眼大小为0.425 mm的金属网笼; (3) T1, 畜粪添加+1 mm隔离网, 即畜粪放在草地土壤表面, 然后立即盖上网眼大小为1 mm的金属网笼; (4) T2, 畜粪添加+2 mm隔离网, 即畜粪放在草地土壤表面, 然后立即盖上网眼大小为2 mm的金属网笼; (5) T3, 畜粪添加, 将畜粪直接放在草地土壤表面(不隔离土壤动物)。根据土壤动物的体型大小(尹文英, 1998), T0主要排除了粪金龟(粪居型和掘洞型粪金龟)和中型土壤动物(螨类和跳虫), T1主要排除了粪金龟(粪居型和掘洞型粪金龟), T2主要排除了掘洞型粪金龟(表1)。每个处理的面积为3 m × 2 m, 每个处理地块被分为6个子地块。每个处理地块和子地块之间为1 m宽的缓冲区, 以减少相邻处理之间的干扰。2018年7月初, 在锡林浩特市毛登牧场收集了新鲜的牛粪和马粪。收集的新鲜牛粪和马粪在?20℃下至少冷冻48 h, 以杀死已进入粪块内的大型土壤动物。待畜粪完全解冻后, 将粪块制成大小相等的球(约40 g的干重)添加到隔离系统中(CK处理的除外)。在放置粪1、7、15、30、60和360天后的6个时间点对畜粪进行取样。

本文的其它图/表

• 图1 实验期间研究区的月降水量和平均气温
  
• 图2 畜粪分解一年过程中土壤动物对畜粪质量损失的影响。(a)马粪干质量损失; (b)牛粪干质量损失; (c)马粪湿质量损失; (d)牛粪湿质量损失。柱状图表示分解结束时不同土壤动物处理下畜粪质量损失的变化。T0, 粪添加+0.425 mm隔离网(排除了粪金龟(粪居型和掘洞型粪金龟)和中型土壤动物); T1, 粪添加+1 mm隔离网(排除了粪金龟); T2, 粪添加+2 mm隔离网(排除了掘洞型粪金龟); T3, 仅粪添加(不排除土壤动物)。采用Duncan检验进行事后比较, *和不同小写字母代表不同处理间差异显著(P < 0.05)。
  
• 表2 畜粪类型(D)、土壤动物(S)和分解时间(T)对干(DM)和湿(WM)畜粪质量损失、畜粪碳(DC)和氮(DN)含量、隔离系统微生物呼吸(MR)和土壤微生物呼吸(SR)影响的重复测量方差分析
  
• 图3 畜粪分解一年过程中土壤动物对马粪(a, c)和牛粪(b, d)碳和氮含量的影响。T0, 粪添加+0.425 mm隔离网(排除了粪金龟(粪居型和掘洞型粪金龟)和中型土壤动物); T1, 粪添加+1 mm隔离网(排除了粪金龟); T2, 粪添加+2 mm隔离网(排除了掘洞型粪金龟); T3, 仅粪添加(不排除土壤动物)。采用Duncan检验进行事后比较, *代表不同处理间差异显著(P < 0.05)。
  
• 图4 畜粪分解一年过程中土壤动物对马粪(a, c)和牛粪(b, d)微生物呼吸的影响。CK, 仅土壤, 无粪; T0, 粪添加+0.425 mm隔离网(排除了粪金龟(粪居型和掘洞型粪金龟)和中型土壤动物); T1, 粪添加+1 mm隔离网(排除了粪金龟); T2, 粪添加+2 mm隔离网(排除了掘洞型粪金龟); T3, 仅粪添加(不排除土壤动物)。采用Duncan检验进行事后比较, *代表不同处理间差异显著(P < 0.05)。
  
• 图5 在畜粪分解第30 d土壤动物对土壤特性的影响。CK, 仅土壤, 无粪; T0, 粪添加+0.425 mm隔离网(排除了粪金龟(粪居型和掘洞型粪金龟)和中型土壤动物); T1, 粪添加+1 mm隔离网(排除了粪金龟); T2, 粪添加+2 mm隔离网(排除了掘洞型粪金龟); T3, 仅粪添加(不排除土壤动物)。采用Duncan检验进行事后比较, 不同的小写字母表示不同处理间差异显著(P < 0.05)。采用独立样本t检验进行事后比较, 不同的大写字母代表牛粪和马粪之间在P < 0.05水平上存在显著差异。