本研究作为“973”重大基础研究前期研究专项“大型人工生态反应器的探索性研究”的一部分,以农田生态系统为例,采用田间试验(2004.6～2004.10)和室内微宇宙模拟试验(2004.3～2005.3)相结合的方法,进行农田生态系统中有机物麦秸生物分解过程的研究和分析。 田间试验设置了堆肥区、化肥区、对照区和原貌区四种不同培肥处理和三种不同网孔的网袋处理。利用网袋法埋入农田土壤中,观察小麦秸秆在不同时期的分解情况,定期取样测定不同处理与有机物分解密切相关的几种主要土壤生物(微生物、原生动物、蚯蚓、线虫)的变化情况。 室内微宇宙模拟试验设置了三个不同处理:分别为堆肥(CFS)、对照不施肥(NFS)和原貌处理(OS)。将秸秆埋入上述三种处理的土中,定期取样,测定小麦秸秆的分解率以及土壤生物的变化情况。试验结果表明: 1.田间实验四种不同处理小麦秸秆分解率为堆肥区>原貌区>对照区>化肥区。不同网眼的网袋分解率为1cm>1mm>26μm。室内试验小麦秸秆最终的分解率为CFS>OS>NFS。 2.建立有机物分解指数模型,模型的拟合精度很高,表明采用本文中的非线性数学模型,可以很好地描述有机物分解的情况。 3.采用灰色关联分析,使有机物分解与环境、生物因素的关系量化和序化,进行比较和分析。对八种外界因素对于麦秸分解速率的影响进行研究。影响堆肥区麦秸分解速率的主要因素是土壤温度;影响原貌区麦秸分解速率的主要因素是土壤含水量、线虫、蚯蚓、全氮、有机质、土壤温度和微生物总量;影响化肥区的主要因素蚯蚓、全氮、土壤有机质、微生物总量、线虫;在对照区没有找到主要因素,所选因素均为次要因素。 4.田间实验蚯蚓总的数量为堆肥区>对照区>化肥区>原貌区。 5.田间实验线虫的数量顺序是化肥区>对照区>原貌区>堆肥区。各处理之间差异显著。化肥区线虫数量最丰富,平均分别比对照区、原貌区和堆肥区高出12.9%,31.8%和35.4%。三种网袋线虫总数平均值的次序是1cm>26μm>1mm。食细菌线虫是优势类群,占96.9%。室内实验线虫数量顺序是NFS>OS>CFS。 6.田间实验原生动物总丰富度顺序是堆肥区>原貌区>对照区>化肥区。三种不同网袋总的次序是1cm>26μm>1mm。实验中对土壤原生动物的三大类群:鞭毛虫、肉足虫和纤毛虫分别计数。数据结果显示:鞭毛虫数量占原生动物总数的69.0%,纤毛虫占20.4%,肉足虫占10.6%。鞭毛虫是原生动物的优势类群。室内实验原生动物总丰富度的次序是CFS>OS>NFS。 7.利用SIR法测定田间实验每克干物质秸秆的微生物呼吸总量,结果表明:堆肥区>原貌区>对照区>化肥区;碱液滴定法测定室内实验土壤呼吸速率,结果表明:CFS>NFS>OS,免耕比翻耕有少的呼吸量。同时发现呼吸速率的变化与微生物的变化有很密切的关系。 8.土壤生物并不是孤立存在的,各个类群间有着密切的关系。在小麦秸秆分解过程中,小麦秸秆组成成分的变化为土壤生物提供了不同的食物源和生境。在秸秆分解不同阶段,适应生境和食物源的土壤生物种类组成不同,导致了土壤生物群落的演替变化。