土壤动物对农田黑土腐殖物质形成与结构特征的影响

In recent years, the contents of soil organic matter of a wide range of farmland black soil were significantly descending due to human farming activities for a long time, which would threaten to national food security. Soil humic substances are the main part of soil organic matter. Most scholars believe that soil microbes play a leading role in the formation process of humic matter at present. However, related studies have confirmed that soil fauna feed on microbes. There are close relations of on soil fauna and microbes. The result of biological activity is formation and decomposition of soil humic substances. The research focuses on soil fauna on forming humic substances in the farmland black soil. The relationship of soil fauna and content, composition of humic substances in black soil is indicated through field investigation, positioning control experiments and indoor simulation experiment. Soil fauna's indication of the content of humic substances and components in black soil was quantitatively evaluated. The quantitative contribution of different soil fauna on formation and structure of humic substances in farmland black soil by orthogonal experiment will be shown. The coupling effects of field fertilization, crop types and soil fauna community composition on the formation process of humic substances in black soil are revealed. The results will provide scientific basis of determining biological control on soil humic substances formation and transformation and exploring soil bioremediation research on degradation of black soil.

近年来，由于人类长期的耕作活动，导致大范围农田黑土有机质含量呈显著下降的趋势，对国家粮食安全产生威胁。土壤腐殖物质是土壤有机质的主体，目前关于影响土壤腐殖物质形成的生物因素，大部分学者认为土壤微生物在腐殖物质形成过程中起到主导作用。然而相关研究证实土壤动物与土壤微生物存在紧密的取食关系。土壤腐殖物质的形成与分解是生物活动的结果。本项目以土壤动物对黑土腐殖物质形成和结构特征的影响为研究主线，通过野外调查、定位试验和室内控制模拟实验相结合，研究土壤动物与农田黑土腐殖物质组成及含量的关系，定量评价土壤动物对黑土腐殖物质及组成成分含量的指示作用，利用正交实验定量研究不同土壤动物对农田黑土腐殖物质形成过程中的作用及贡献率，揭示农田施肥、作物种类及土壤动物群落组成对黑土腐殖物质形成过程的耦合影响及互馈作用机制，为确定生物调控土壤腐殖物质形成和转化途径及探寻退化黑土的生物修复研究提供科学依据。

近年来，由于人类长期的耕作活动，导致大范围黑土有机质含量呈显著下降的趋势，对国家粮食安全产生威胁。土壤腐殖物质是土壤有机质的主体，目前大部分学者认为土壤微生物是影响土壤腐殖质形成的因素，起主导作用。然而相关研究证实土壤动物捕食微生物，土壤动物与微生物之间存在紧密的食物网关系。本项目以土壤生物食物网对黑土腐殖质形成的调控机制研究为主线，通过野外调查、定位试验和室内控制模拟实验相结合，研究土壤动物多样性对黑土腐殖质含量及组成成分的指示作用，步甲、石蜈蚣、线纹丽蛛、圆跳科、线蚓科等与胡敏酸呈现显著正相关，绿豆象与圆跳科、革螨亚目等与胡敏素有正相关关系，中华步甲幼虫、赤子爱胜蚓与胡敏酸有显著负相关。土壤微生物的活性受到黑土农田开垦年限的影响，开垦98 年的黑土农田土壤微生物活性以及碳源利用能力要高于开垦10 年和50 年的黑土农田。研究发现作物品种、土壤生物以及两者交汇作用对土壤胡敏酸、富里酸的含量产生显著影响，但其对土壤有机质、腐殖质、胡敏素没有显著影响。添加蚯蚓有利于提高土壤有机碳含量，高粱作物上升幅度最大。大豆、高粱地中胡敏酸、胡敏素含量和富里酸均随蚯蚓的增加量而增长，玉米地富里酸随蚯蚓的增加量而增加。大豆地中添加250g蚯蚓的土壤腐殖化程度最高，高粱地添加500g蚯蚓的土壤腐殖化程度最高，玉米地则是不增加蚯蚓的土壤腐殖化程度最高。低温添加蚯蚓培养, 土壤胡敏酸得到了更新、增强了活性，而高温培养条件则加快了胡敏酸、胡敏素有机物质的分解和转化，减弱其胶体功能并降低了活性。施用有机肥或有机无机肥配施，均能提高土壤胡敏素的含量。高湿度不利于土壤胡敏素的积累。研究结果为确定生物调控土壤腐殖质形成和转化途径及探寻退化黑土的生物修复研究提供科学依据。