长期基础管理对新建立的草本植物种植区土壤动物群落的影响

《Soil Use and Management》：The Effect of Long-Term Underlying Management on Soil Faunal Communities of a Newly Established Herbal Ley

土壤耕作方式对土壤动物群落的影响：长期实验表明，减少耕作强度（如最小耕作和直接播种）可显著提高土壤有机质含量及线虫、弹尾虫等中微生物的数量，同时促进深埋蚯蚓类群的发展，而传统翻耕会导致土壤结构紧实和生物多样性下降。

　　土壤生态系统是维持农业生产和自然环境健康的关键，它支撑着多种生物群落，这些生物对土壤功能至关重要。然而，农业实践中的耕作强度直接影响土壤动物的种群数量和多样性。本文基于一项为期十年的实验，探讨了不同的作物建立系统对土壤动物群落的影响，特别是在引入牧草种植后。实验采用了三种不同的耕作方式：传统犁耕系统（PT）、最小耕作（MT）和直接播种（DD）。通过对比不同耕作系统对土壤生物群落的影响，研究人员希望揭示长期耕作实践对整个土壤食物网的深远影响。

实验过程中，研究人员在随机分块设计的大田中建立了多个大型地块（30?×?100?m），并在每个地块中实施不同的耕作方式。研究发现，不同耕作系统之间存在显著差异，尤其是在生物群落的多样性与数量上。总体而言，最小耕作和直接播种地块中的土壤中等动物（mesofauna）数量最多，其中包括较高的捕食性昆虫（cari）、跳虫（Collembola）以及跳虫中的两个主要超科——*oduromorpha* 和 *symphypleona*。此外，最小耕作和直接播种地块中线虫（nematodes）的数量也更多。虽然总体蚯蚓数量在不同耕作系统之间没有显著差异，但不同功能群的分布存在差异，其中较不扰动的土壤中，腐食性蚯蚓（anecic species）更为常见。

研究结果表明，长期耕作方式的改变对土壤食物网具有显著影响。即使土地管理已经转向保护性耕作，这种影响仍然存在。研究还发现，土壤物理特性与生物指标之间并没有明显的联系，这表明土壤生物指标可能比土壤物理指标更能反映土壤健康状况。这种发现对农业实践具有重要意义，因为它意味着农民在采取保护性耕作措施时，可以更关注土壤生物的多样性，以评估土壤生态系统的健康状况。

在农业发展过程中，为了提高产量，政府政策和 farmers 的优先事项一直是增加机械化和化学手段的使用，以及增强对自然过程的控制。这种农业集约化导致了土壤退化、自然肥力丧失、土壤功能受损、生物多样性减少以及气候变化。尽管保护性耕作（如免耕）在减少土壤和作物残余物的扰动、降低侵蚀风险、碳封存和降低作物生产能耗方面具有显著的环境效益，但一些研究表明，免耕可能会导致产量平均下降约5.1%。然而，许多农民仍然选择传统犁耕系统，因为其可靠性以及更高的产量潜力。然而，多项研究显示，过度耕作会导致土壤压实和侵蚀，使土壤变得裸露，从而降低生产力和土壤质量。

生物多样性，尤其是土壤动物的多样性，对土壤食物网的复杂性至关重要。生物多样性减少会威胁土壤生态系统的功能。农业对土壤生物多样性的总体影响因地区、作物和土壤物理特性而异。然而，可以明确的是，传统农业实践会减少土壤中的生物多样性。这可能导致生态系统对环境压力的抵抗力下降，进而影响土壤的长期健康和生产力。

自查尔斯·达尔文在1881年将蚯蚓描述为“自然的犁”以来，蚯蚓一直被认为是土壤生态系统中的关键物种，甚至被称为“生态系统工程师”。它们在土壤生态中扮演着重要角色，被认为是土壤健康的重要生物指标。然而，传统的耕作方式和农业化学投入（如化肥）通常会显著减少蚯蚓的数量和多样性。蚯蚓的减少会对其他营养级产生影响，改变捕食性动物、线虫和原生动物的种群数量。

功能性多样性和物种多样性比单纯的种群数量更重要。蚯蚓在土壤生态系统中发挥着不同的生态功能，每个功能群（如内食性、表食性和中食性）都有其独特的土壤穿行、取食和排泄行为，且受农业管理方式的影响不同。例如，内食性蚯蚓对干扰的敏感性最低，是农业景观中最常见的蚯蚓类型。它们具有较短的生命周期、较高的繁殖率和快速恢复能力。相比之下，表食性和中食性蚯蚓由于更接近土壤表面、穿行习性和体型较大，对干扰更加敏感。

跳虫和螨类等微小无脊椎动物在土壤食物网中也扮演着重要角色。它们通过激活微生物群落、分解有机质和提高营养物质的可利用性，起到关键的生态作用。跳虫是土壤食物网的重要组成部分，它们跨越多个营养级，包括真菌食性、细菌食性、腐食性和顶级捕食者。跳虫对土壤条件的敏感性很高，它们广泛分布，生命周期短，能够迅速适应并反映环境变化，因此是评估土壤状况的良好指标。跳虫作为次级分解者，以真菌和微生物为食，进一步增强了其对土壤生态系统的影响。

线虫是研究土壤群落的重要生物，因为它们的分类学和食性信息比其他微小动物更丰富。线虫在土壤食物网中占据核心位置，它们代表了多个营养级，包括初级（植物寄生性草食性）、次级（细菌食性和真菌食性）和三级（捕食者和杂食性）食性。线虫群落的组成能够提供关于土壤健康的重要信息，因为线虫对食性具有高度的特异性，并且在分解环境中非常丰富。

本文假设，长期的土壤扰动会对土壤动物群落产生负面影响。研究探讨了耕作方式对土壤动物群落的影响，特别是对土壤中等动物和蚯蚓数量的影响。研究人员还考虑了之前耕作方式（如传统犁耕、最小耕作和直接播种）以及季节性对土壤动物数量的影响。实验中，研究人员在春季对土壤进行了评估，并使用了多种方法，包括土壤有机质测定、土壤物理和化学参数分析、土壤宏观动物和中等动物的收集以及线虫的提取。

在实验过程中，研究人员通过土壤有机质含量的测定，发现传统犁耕系统的土壤有机质含量显著低于最小耕作和直接播种系统。此外，视觉土壤结构评估（VESS）显示，最小耕作和直接播种系统的土壤结构质量更高，土壤压实程度更低。这些发现表明，减少耕作强度有助于提高土壤有机质含量和改善土壤结构。

土壤温度和水分含量的变化在实验期间也呈现出季节性差异。传统犁耕系统对土壤温度的影响显著，导致其温度较低。而最小耕作和直接播种系统则表现出更高的土壤温度。此外，土壤水分含量在不同季节之间也发生了变化，传统犁耕系统的土壤水分含量较低。这些变化可能对作物产量产生影响。

在蚯蚓数量的分析中，研究人员发现虽然不同耕作系统之间总体蚯蚓数量没有显著差异，但不同功能群的分布存在显著变化。中食性蚯蚓在最小耕作和直接播种系统中数量较多，而传统犁耕系统中的中食性蚯蚓数量较少。此外，采样时间对蚯蚓数量有显著影响，冬季采样时蚯蚓数量最多，而秋季和春季较少。这种季节性变化可能与不同功能群在不同季节的活动周期有关。

中等动物（mesofauna）的分析结果显示，最小耕作和直接播种系统的中等动物数量显著高于传统犁耕系统。这表明减少耕作强度有助于提高土壤生物多样性。跳虫的两个主要超科——*entomobryomorpha* 和 *poduromorpha* 的数量在不同季节之间也发生了变化，其中冬季和春季的跳虫数量较高，而秋季较低。这种变化可能与跳虫的生命周期阶段或环境条件有关。

线虫的分析表明，最小耕作和直接播种系统的线虫数量显著高于传统犁耕系统。这可能与线虫对土壤水分和有机质的依赖有关。线虫生活在土壤的水孔中，当土壤条件适合时，它们的数量会增加。此外，线虫对土壤水分的敏感性很高，因此耕作方式对土壤水分的改变可能影响线虫群落的组成。

土壤分解速率作为土壤生物功能的代理指标，显示了不同耕作系统对土壤微生物活性的影响。实验中，研究人员使用了棉条和木棍进行分解测试，结果显示传统犁耕系统的分解速率最低，而最小耕作和直接播种系统的分解速率较高。这表明，减少耕作强度有助于提高土壤微生物的活性，从而促进有机质的分解和养分的循环。

通过分析不同规模的土壤生物以及棉条和木棍的分解测试，研究人员获得了对土壤食物网的详细见解。长期的耕作方式对土壤生物群落的组成和数量产生了显著影响。实验结果显示，减少耕作强度有助于提高土壤生物多样性，进而改善土壤的可持续性。因此，研究支持了最初的假设，即长期的土壤扰动会负面影响土壤动物群落。

土壤生物多样性减少导致土壤食物网的简化，这可能对土壤生态系统的功能构成重大威胁。例如，中食性蚯蚓通过垂直穿行土壤，有助于植物根系的生长、有机质的重新分布和土壤团聚体的形成。这些功能对未来的农业系统具有重要意义，可以改善土壤结构，减少土壤压实，提高土壤养分平衡。因此，保护土壤生物多样性对于农业的可持续发展至关重要。

综上所述，长期的耕作方式对土壤生物群落有显著影响。减少耕作强度有助于提高土壤生物多样性，改善土壤结构，提高土壤微生物活性，从而促进土壤的健康和功能。因此，农业实践应当更加注重保护土壤生物，以维持土壤生态系统的长期健康和可持续性。