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

正文中引用本图/表的段落

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。

隔离系统中的CO₂通量被用作微生物活性的指标, 分别在实验的第1、3、7、15、22、30、37、60和360天进行了测量。使用全自动土壤CO₂通量系统(LI-8100A, LI-COR, America), 将便携式土壤呼吸室(直径 = 20 cm, 体积 = 4,843 cm3)直接放置在隔离系统的顶部。在每个测量日的上午9:00?11:00之间进行测定, 测定时长为120 s。在将畜粪分解的第7、15、30、60和360天, 从土壤表面清除畜粪后立即测定CO₂通量, 以评估土壤动物对土壤微生物活性的影响。每种处理进行3次重复测量。

畜粪干湿质量以及碳和氮的含量随着分解时间显著地下降, 且粪的湿质量和碳含量的变化在不同畜粪类型之间(P < 0.001)和不同粪土壤动物处理之间存在显著差异(P < 0.05) (表2)。畜粪类型和土壤动物处理分别与分解时间对畜粪的质量损失存在显著的交互作用(P < 0.05); 如在畜粪分解前60天, 畜粪的干质量损失在不同的土壤动物处理间无显著差异(P > 0.05), 而在畜粪分解360天后, 与隔离土壤动物处理(T0)相比, 不隔离土壤动物处理(T3)显著地降低了马粪干质量损失(P < 0.05) (图2a)。相反, 与隔离粪居型和掘洞型粪金龟处理(T1)相比, 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) (图2b)。与隔离土壤动物处理(T0)相比, 在分解初期(1、7和15天), 隔离掘洞型粪金龟处理(T2)和不隔离土壤动物处理(T3)显著地增加了畜粪的湿质量损失(图2c, d); 而在分解后期(60和360天), 隔离掘洞型粪金龟处理(T2)和不隔离土壤动物处理(T3)显著地降低了畜粪的湿质量损失(图2c, d), 尤其是马粪湿质量的损失更显著。

在360天的实验期间, 隔离系统(畜粪+土壤)微生物呼吸在不同的土壤动物处理间没有显著的差异(P > 0.05), 尽管土壤微生物呼吸存在显著差异(P < 0.05) (表2)。与不隔离土壤动物处理(T3)相比, 在实验的第3和第7天, 隔离粪居型和掘洞型粪金龟处理(T1)显著地提高了马粪隔离系统微生物呼吸(图4a); 而在分解第7天, 与隔离土壤动物处理(T0)相比, 不隔离土壤动物处理(T3)显著地降低了牛粪隔离系统微生物呼吸(图4b)。去除畜粪后, 不同的土壤动物处理显著地增加了土壤微生物的呼吸(P < 0.05), 且这种增加趋势在实验的第15天和第30天不隔离土壤动物处理(T3)最显著(图4c, d)。

本文的其它图/表

• 表1 不同畜粪土壤动物处理实验设计
  
• 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)。
  
• 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。