全 文 ：第 26 卷第 6期
2006 年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 26, No. 6
Jun. , 2006
长期不同施肥下太湖地区黄泥土蚯蚓的多样性、
蛋白质含量与氨基酸组成的变化
向昌国1, 2 , 张平究1 , 潘根兴1, * , 邱多生3 , 储秋华3
( 1. 南京农业大学农业资源与生态环境研究所,南京 210095; 2. 吉首大学旅游学院, 湖南 张家界 217000;
3. 江苏省吴江市农业生态办公室, 苏州 222300)
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(40231016) ;国家/ 西部生态环境0重大研究计划资助项目(90202017)
收稿日期: 205-04-08;修订日期: 2005-10-27
作者简介:向昌国( 1964~ ) ,男,湖南张家界人, 博士,主要从事土壤生态研究.
* 通讯作者 Corresponding author.E-mail: gxpan@ njau. edu. cn
Foundation item: The project was supported by Nat ional Natural Science Foundat ion of China( No. 40231016, 90202017)
Received date: 2005-04-08; Accepted date: 2005-10-27
Biography: XIANG Chang_Guo, Ph. D. , mainly engaged in soil ecology.
摘要:水稻土在不同施肥管理下的土壤质量及其生态系统功能的变化是当前土壤学和农业生态学的关注领域。对太湖地区一
个15a的长期不同施肥处理下稻田进行了蚯蚓群落的调查采样, 并测定了蚯蚓蛋白质含量和氨基酸组成。供试水稻土中共检
出 7种蚯蚓。长期不同施肥措施影响了蚯蚓的群落结构,单施化肥下农田蚯蚓的种类和数量明显减少, 多样性指数和丰富度
明显降低, 且蚯蚓总氨基酸的含量和大部分种类氨基酸含量降低, 同时蚯蚓中分子量小于 25kd 的蛋白质含量降低, 而分子量
33kd附近的蛋白质含量明显增加 ; 相反,长期化肥配合秸杆还田和配施猪粪趋向于提高蚯蚓蛋白质含量或氨基酸含量。看来,
农田中蚯蚓不但在种群变化上,而且在体内生命活性物质组成上均响应稻田不同施肥措施下的土壤环境变化。
关键词:长期试验; 蚯蚓; 氨基酸和蛋白质; 水稻土; 施肥措施 ; 生物多样性
文章编号: 1000-0933(2006) 06-1667-08 中图分类号: Q143, Q958. 1, S154 文献标识码: A
Changes in diversity, protein content and amino acid composition of earthworms
from a paddy soil under long- term different fertilizations in the Tai Lake Region,
China
XIANG Chang_Guo
1, 2
, ZHANG Ping-Jiu
1
, PAN Gen-Xing
1, *
, QIU Duo-Sheng
3
, CHU Qiu-Hua
3 ( 1. Institut e of Resources ,
Ecosystem and Environment of Agriculture , Nanjing Agricul tural University , Nanjing 210095, China; 2. College of Junketing Sciences, Ji shou Universi ty ,
Zhangjiaj ie, Hucnan 217000, China ; 3. Bureau of Ecological Agriculture of Wujiang Municipality , Suzhou 222300, China) . Acta Ecologica Sinica, 2006, 26
( 6) : 1667~ 1674.
Abstract: Influence of the agricultural management practices on soil quality and the ecosystem functions has been an increasing
concern in soil science and ecology with sustainable agriculture. This study deals with the soil earthworm community changes under
different fertilization schemes in a paddy soil under long-term different fertilizations. The studied soil is located in Wujiang
Municipality, Jiangsu Province, China and had been cultivated under rice-rape rotation since 1987. The treatments are as follows:
no fert ilizer application ( NF) ; chemical fertilizer only ( CF) ; chemical fertilizer plus rice straw return ( CSF) and chemical
fertilizer plus pig manure ( CMF) . The amount of chemical fertilizer per year is N as urea 28. 5 kgPhm2 , P2O5 as super phosphate
3. 0kgPhm2 , KCl 5. 6 kgPhm2 and that of rice straw return is 300 kg FWPhm2 and of manure 1120 kg FWPhm2 respect ively. The
soil earthworms were collected and counted in the field from different fert ilizer treated plots after rape harvest in May 2004, and
their taxonomic groups examed under binocular stereoscope at laboratory. The earthworm body was crashed and protein separated
by cell crasher, and the protein molecules with different sizes were analyzed by electrophoresis. Furthermore, another portion of
earthworms collected was hydrolyzed and the aliquots were subjected to amino acid auto-analyzer. The results showed that totally 7
species of earthworms were recognized in the paddy filed with the number varying with different fert ilization treatments. The
earthworm community structure was much affected by the fertilization practice. Under chemical fertilization only, both number of
earthworm species and quantity of individuals were significantly smaller than under the other treatments. Furthermore, there was an
obvious decrease in the total amino acid and contents of most amino acids of the earthworms under chemical fertilization only
compared to of those under combined fertilization of chemical and organic fertilizers. Whereas, chemical fertilizers in combination
with rice straw return increased earthworm amino acid content, while long term pig manure application tended to increase
earthworm protein content. As amolecular footprint, long-term chemical fertilizat ion caused reduction of the content of protein with
MW less than 25 kd but significant increase in that of protein with molecule size around 33 kd. This study demonstrated that
different fertilization affect not only earthworm population but also diversity and richness in the paddy soil after 16 years of
treatment and that long term chemical fertilization only may impact soil fauna community and thus, influence the paddy ecosystem
functioning as of yield stability. This study implicated also that not only the community structure but also the amino acid
metabolism as life functioning of earthworm in cropland soils may pose significant responses to the agricultural management
practices.
Key words: long term trial; soil earthworm; amino acid and protein; paddy soil; biodiversity; fert ilization
土壤动物是土壤生态系统中的主要消费者,与土壤质量有密切的关系 [ 1] 。Lal 首先注意到土壤动物对热
带生态系统中土壤的性质及功能的影响 [2] , 而近年来对于土壤动物种群在生态系统退化和恢复中的变化十分
关注[ 3]。Bauble等提出土壤大动物可以作为反映土壤环境条件变化的生物指示[ 4]。蚯蚓属寡毛纲后孔寡毛
目的土壤动物, 其终年穴居图中,迁移相对较弱,土壤中蚯蚓种群及多样性变化可以作为灵敏地响应与土壤环
境污染和生态系统退化有关的生态系统健康水平的生物指示[ 5, 6] , 并主要集中其与土壤质量、农药和重金属
污染的关系的研究[ 7~ 9]。国内的工作如郭永灿等对蚯蚓的重金属毒理与显微病理研究[ 10] 和邢协加等对农药
污染下的蚯蚓呼吸作用研究[ 11]。而对于蚯蚓体内生物活性物质组成的变化的研究作为生物标志物的研究不
断增多。花日茂等[ 12]研究了稀土对蚯蚓体内氨基酸含量的影响, Nadeau等[ 13]研究了正蚓( Lumbricuser restris )
分别暴露于氯乙酰胺、五氯酚和重金属( Pb、Cd、Cu和 Hg)分别污染的土壤中,发现污染下蚯蚓中肠组织中相
应诱发出Hsp-70,属于敏感的环境污染生物标志物。但长期施肥措施对土壤蚯蚓种群及生物指示物的变化的
影响尚未有报道。
水稻土是我国长期水耕利用下的特殊土壤,在当今高投入高产出下其质量的变化及其环境效应一直受到
我国土壤学者的重视 [ 14, 15] 。太湖地区水稻耕作栽培具有悠久的历史, 20世纪 90年代以来水稻产量保持在
8tPhm2以上,但化肥施用量不断提高,而有机培肥不断弱化, 其质量的变化及其环境和生态问题受到科学界和
社会的日益关注 [16]。虽然土壤生物已作为土壤质量的关键指标[ 17] , 并且已经阐明了长期不同施肥下水稻土
微生物量和微生物基因的变化 [18] ,但对土壤中蚯蚓与水稻土土壤质量与生态系统健康的关系还缺乏深入研
究。本文报道对太湖地区一个长期不同肥料施用下水稻土蚯蚓类群调查,并测定其中蛋白质和氨基酸含量,
讨论种群变化和生物活性物质变化与长期不同施肥的关系,试图为不同人为利用下水稻土土壤质量的演变及
生物多样性变化的认识提供依据, 为水稻土的合理施肥和利用管理提供科学参考。
1 材料与方法
1. 1 供试土壤与长期肥料处理
供试蚯蚓采于太湖地区水稻土肥料长期试验定位实验田,其位于江苏省吴江市金家坝前厅村 (N: 31b05c
900d; E: 120b46c924d) , 试验始于 1987 年。该地年降雨量约 1100mm, 土壤为黄泥土 (潴育性水稻土, Fe-
accumulic Stagnic Anthrosol
[ 19]
)。耕层( 0~ 15cm)原土pH 为 5. 6,黏粒( < 2Lm)含量为 30219 gPkg, 阳离子交换量
2015cmol( + )Pkg,容重 112gPcm3 ,原土壤有机碳 14133gPkg。试验期间一直实行免耕稻-油轮作,设置 4个不同
的长期施肥处理,分别是不施肥区( NF)、单施化肥区( CF)、化肥配施秸杆区( CSF)和化肥配施猪粪区( CMF) ,
1668 生 态 学 报 26卷
每个处理设置 3个重复。1987年测定的土壤基本性状如表 1所示。施肥处理情况及2002年采样测定的各小
区土壤养分情况如表 2所示。
表 1 供试长期试验土壤基本性质(1987年测定)
Table 1 Basic properties of the studied soi l sampled and tested in 1987
土层深度 Depth ( cm) 有机碳 TOC( gPkg) 全氮Total N( gPkg) pH(H2O) 黏粒 Clay ( < 2Lm, gPkg) CEC(molPkg)
0~ 5
5~ 15
16140
16100
1172
1168
5160
6100
249130
279170
20120
20190
表 2 供试不同小区表层土壤( 0~ 15cm)的养分情况与施肥处理[18]
Table 1 Ferti lizer treatments and basic properties of the studied soil
处理
Treatment
pH
( H2O)
有机碳
Organic C( gPkg)
全氮
Total N( gPkg)
全磷
Total P( gPkg)
施肥量( kg FWP( hm2#a)
秸秆 St raw 猪灰 Pig manure N P2O5 秸秆 St raw
无肥NF 6113 16154 1165 0124 0 0 0 0 0
化肥CF 5193 16185 1187 0137 0 0 2815 310 0
常规CMF 5174 17175 1191 0172 0 1120 2815 310 0
秸秆CSF 5188 16179 1187 0137 300 0 2815 310 300
1. 2 蚯蚓采集与分类
供试蚯蚓土壤耕作层( 0~ 20cm) ,调查和采样于2004年 5月油菜收割未种水稻前进行。在不同施肥处理
的试验田块中随机选取 1m2样块, 每小区3次重复。手检法收集(不包括近孔寡毛目) ,计数,活体连土带回实
验室分类, 蚯蚓的鉴定与分类参照5中国动物图谱 ) ) ) 环节动物6[ 20] 。
1. 3 蚯蚓体内蛋白质与氨基酸测定
11311 蛋白质的测定 体内蛋白质的分离和测定采用电泳法, 参照5实用分子生物学方法手册6完成[ 21] 。
( 1)样品处理 在采集的不同小区的蚯蚓群体中随机选取白颈腔环蚓( Metaphire californica) 成体 10条,
洗净, 剪碎,混匀,取 2 ml放入指形管中。预处理如下:加入匀浆用石英砂, 用 FP120HY-230型细胞破碎仪振
动20s(振速 615次Ps) 2次。4 e 下离心( 12000 rPmin) 15min。取其上清液 0108 ml加 pH 618缓冲液 0108 ml,在
恒温金属浴中 100 e 下变性 5min。用 EC250_90型电泳仪,电泳液为 5倍甘氨酸溶液, 200 VP15mA电泳 1h。
( 2)电泳胶的制备
¹ 12%分离胶的制备 水, 116 ml; 30%丙烯酰胺(ACR) , 210 ml; 115 molPL TRIS(三羟甲基氨基甲烷)碱
( pH 818, 113ml)。10% SDS(十二烷基硫酸钠) 015 ml,TEMED( N, N, N, Nc一四甲基乙二胺) 01002 ml。
º 5%积层胶的制备 水: 0168ml, 30% ADR(脂质体包裹阿霉素) 0117ml, 1molPL TRIS碱( pH618) : 0113ml。
» 染色与脱色 考马斯亮兰染色 2h, TBST[ 10 mmolPL TRIS, 150 mmolPL NaCl ( pH 810)和 0105%山梨醇脂
肪酸酯三种物质混合液]液脱色30min。分析测定工作在青岛国家外来动物检疫中心完成。
11312 氨基酸的测定 氨基酸测定按照丁雅韵等 [ 22]介绍的分析方法进行。随机选取不同处理小区中采得的
白颈腔环蚓成体 10条,洗净, 65 e 烘 6h后称重,再烘 3h称至恒重。用碾钵磨碎,烘 2h。称40 mg 蚯蚓样放入
水解管中,加入 6 molPL HCL 10 ml, 抽真空后, 用酒精喷灯将管封闭, 110 e 下水解 24h, 离心( 10000 rPmin)
15min。上清液定溶至 200 ml。
测定仪器与条件:日立 835_50型氨基酸自动分析仪。柱温 53 e , 柱长 150 mm, 直径 216 mm,所用树脂为
磺酸型阳离子交换树脂( # 2619) ,泵 1流速为 01255 mlPmin, 压力为80~ 120 kgPcm2 ,泵 2流速为 013 mlPmin,压
力为 15~ 30 kgPcm2 ,每次测定自动进样 50Ll, 标准样品购自(美国) FLUKA公司提供。分析测定工作在江苏省
农科院测试中心完成。
2 结果与分析
211 蚯蚓种群的组成和多样性
21111 蚯蚓种群的组成 由于长期的精耕细作和水旱轮作, 黄泥土已成为太湖地区高产稳产的主要农田土
16696期 向昌国 等: 长期不同施肥下太湖地区黄泥土蚯蚓的多样性、蛋白质含量与氨基酸组成的变化
图 1 不同施肥小区蚯蚓种类和数量的分布
Fig. 1 Earthworm population and species under diff erent fert ilizat ions
壤。在供试水稻土中共检出蚯蚓分属钜蚓科、链胃科和
正蚓科3科,远环蚓属、微蠕属、腔环蚓属、爱胜属、杜拉
属和异唇属等 4属, 有如下 7个种: 湖北远环蚓( Amyn-
thas hupeiensis)、无锡微蠕蚓( Microscolex wuxiensis )、白颈
腔环蚓 ( Metaphire calif ornica )、威廉腔环蚓 ( Metaphire
guillelmi)、日本杜拉蚓 ( Drawida japonica )、背暗异唇蚓
( Allolobophora caliginosa)和赤子爱胜蚓( Eisenia foetida )。
但不同施肥措施下蚯蚓种群数的差异较大(如图 1)。
化肥配施秸杆的处理和化肥配施猪粪的处理下全部 7
种蚯蚓都存在; 而长期单施化肥下(化肥区)仅检出 3种
蚯蚓。化肥区和无肥区均未检出常见种类日本杜拉蚓
( Drawida japonica) ,该种蚯蚓的食性是食用腐烂的有机物。化肥区还未见湖北远环蚓( Amynthas hupeiensis )和
稀有种类无锡微蠕蚓(Microscolex wuxiensis )、背暗异唇蚓( Allolobophora caliginosa )。秸杆区和常规区的蚯蚓数
量相近,分别为 17个Pm2 和1619个Pm2 ,而无肥区减少为1313个Pm2 , 化肥区的蚯蚓数量仅达3个Pm2 ,只相当于
常规区和秸秆区的 18%。这些说明不施肥下仅主要影响了蚯蚓的数量, 而单施化肥不但减少了蚯蚓的数量,
而且还大大减少了多个蚯蚓种群的存在。
21112 蚯蚓种群多样性指数和丰富度 土壤动物的丰富度和多样性是反映土壤动物群落水平分布差异的
重要指标,本文多样性指数和丰富度采用以下公式计算:
丰富度 d = ( s - 1)PlnN
式中, S 为总类群数, N 为总个体。
多样性指数H = - E
s
i= 1
P i lnP i
式中, p i = N i
N
, N 为总个体数, N i 为第 i类群的个体。
2. 2 白颈腔环蚓( Metaphire calif ornica) 氨基酸含量
由白颈腔环蚓(Metaphire californica)酸水解后共获得 17种氨基酸和游离氨,其相对的组成示于表3。不同
小区其总氨基酸含量的变化是:秸杆区( 26168%) > 无肥区( 24165% ) > 常规区( 23189%) > 化肥区( 22147%)。
各种氨基酸中苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天门冬氨酸、缬氨
酸和异亮氨酸也有相同的趋势,蛋氨酸是无肥区> 常规区> 秸杆区> 化肥区,脯氨酸是秸杆区> 常规区> 化
肥区> 无肥区, 胱氨酸是秸杆区和常规区> 化肥区和无肥区,酪氨酸是无肥区> 常规区> 秸杆区> 化肥区,组
氨酸是常规区、化肥区和秸杆区> 无肥区。说明长期施用化肥的农田蚯蚓总氨基酸的含量和大部分种类氨基
酸含量降低,即使结合大量施用有机肥的的常规区同样如此;秸杆还田有利于蚯蚓氨基酸含量的增加;无论是
施用有机肥、化肥或者化肥结合有机肥施用都使组氨酸含量增加,使酪氨酸含量降低。
2. 3 白颈腔环蚓( Metaphire calif ornica)蛋白质含量与分子量变化
白颈腔环蚓(Metaphire californica)是供试水稻土的常见蚯蚓种类之一, 也是本次调查的优势种之一。本次
测得供试不同小区的白颈腔环蚓的蛋白质分子量介于 7kd~ 175kd。从图 3看出,不同的施肥措施影响供试蚯
蚓不同分子量蛋白质的含量, 采自常规区和秸杆区的白颈腔环蚓相对于采自无肥区和化肥区含较多的分子量
7kd~ 25kd之间的蛋白质;而对于分子量 25kd~ 33kd之间的蛋白质含量而言,无肥区白颈腔环蚓中主要是小
分子量部分,而常规区和秸杆区白颈腔环蚓中不同分子量的蛋白质分布较均匀,而化肥区的白颈腔环蚓主要
含有分子量33kd附近的蛋白质;特别地,在分子量 33kd~ 83kd之间,无肥区、化肥区和秸杆区有两条明显的
蛋白质条带,而化肥区则缺失。这指示了长期不同施肥下同种蚯蚓的蛋白质代谢发生了变化, 长期单施化肥
下稻田白颈腔环蚓中分子量小于 25kd的蛋白质含量下降, 而分子量 33kd附近的蛋白质含量增加, 并且不再
1670 生 态 学 报 26卷
图 2 不同施肥小区蚯蚓多样性指数( H )和丰富度( d)的变化
Fig. 2 Change of earthworm diversity and abundance in different plots
出现分子量 33kd~ 83kd之间的蛋白质。相反,长期化
肥配施秸杆和猪粪使白颈腔环蚓中蛋白质分子量集中
于25kd~ 33kd之间。
3 讨论
3. 1 蚯蚓种群的变化与稻田施肥的关系
关于不同施肥下土壤生物区系变化的研究报道很
多。本研究结果说明, 稻田单施化肥下,无论是蚯蚓的
数量还是种类都比不施肥下的低。而无肥区与化肥配
施有机肥的处理相比,只是数量较低,多样性基本持平。
这说明土壤中蚯蚓的多样性更受到人类活动干扰的影
响。而我们先前的工作表明, 无肥区的微生物量与化肥
区相近,但基因多样性明显高于化肥区,又显著低于化
肥配施有机肥的处理[ 18] 。因此, 相对于微生物来说蚯
蚓作为土壤中大型动物对于施肥的干扰较不敏感。
表 3 不同小区白颈腔环蚓体内氨基酸含量(%)
Table 3 Composition (%) of amino acids of Metaphire californica
氨基酸 Amino acid 化肥区 CF 常规区 CFM 无肥区NF 秸杆区 CFS
苯丙氨酸Plenylalanine 1105 1112 1114 1123
丙氨酸Alanine 1135 1135 1140 1159
蛋氨酸Methionine 1118 1134 1152 1133
脯氨酸Proline 0189 0190 0185 1104
甘氨酸Glycine 1121 1125 1135 1147
谷氨酸Glutamic acid 2199 3118 3124 3175
胱氨酸Cystine 0186 0177 0188 0178
精氨酸Arginine 1143 1160 1169 1185
赖氨酸Lysine 1152 1162 1167 1184
酪氨酸Tyrosine 0188 1100 1104 0192
亮氨酸Leucine 1171 1183 1189 2116
丝氨酸 Serine 1106 1112 1116 1127
苏氨酸Threoine 1103 1110 1112 1121
天门冬氨酸Aspartic acid 2121 2137 2141 2168
缬氨酸Valine 1136 1142 1149 1156
异亮氨酸 Isoleucine 1119 1136 1139 1144
组氨酸Hist idine 0156 0157 0141 0156
氨基酸总量Total amount 22147 23189 24165 26168
一些研究表明,不同施肥下蚯蚓生物量与种群的变化与土壤养分变化有关。乔玉辉等[ 23]在华北旱地的
实验结果认为, 单施化肥下土壤中无机养分的骤然增加不利于蚯蚓的生存和竞争。有研究指出,在酸沉降影
响下,土壤 N素额外增加后使蚯蚓生物量减少, 其原因是N素增加直接刺激了微生物数量大增, 而蚯蚓在与
微生物对N的竞争中处于劣 [24] ,同时蚯蚓赖以生存的有机物源减少也增加了蚯蚓的竞争压力,而降低了蚯蚓
的种群数和多样性指数[ 25] 。另外一些研究认为, 单施化肥下土壤理化性质变差, 蚯蚓的生存环境受到影响,
尤其是降低了土壤孔隙度而影响蚯蚓的种群数量 [8]。在本试验条件下,无肥区蚯蚓数量反而高于化肥区,说
明蚯蚓数量与作物直接输入的有机物残留没有明显的关系,但化肥配施有机物的处理中蚯蚓数量大大增加与
作物秸秆和猪粪的施入而直接提供的蚯蚓食物有关。统计分析表明,施化肥的各小区的蚯蚓多样性变化与其
中的有机质的增加存在明显的关系, 而与氮素的变化关系不明显(图 4) , 这与上述的一些研究结果相一致。
16716期 向昌国 等: 长期不同施肥下太湖地区黄泥土蚯蚓的多样性、蛋白质含量与氨基酸组成的变化
图 3 白颈腔环蚓( Metaphire cal if ornica)蛋白质条带
Fig. 3 Metaphire calif orni ca protein bands
因此,不同施肥下有机质的状况的改变可能是影响蚯蚓
生存和竞争的主要因素。看来,化肥配施有机肥和秸杆
还田是太湖地区高产水稻土保持和提高土壤质量的良
好施肥措施。
3. 3 不同施肥下稻田蚯蚓种群多样性与生产力稳定性
对于农田来说, 生态系统稳定性的关键是生产力的
稳定性。各试验小区的 1997~ 2002年间水稻产量变化
如图 5所示。这里,以历年产量的变率来衡量生产力的
稳定性。无肥区因为没有施用肥料,水稻产量呈逐年下
降的趋势, 而且产量也相对较低, 常规和秸秆两个区之
间产量基本无明显差异, 产量较高而且变率明显较小。
而纯施用化肥的小区产量变幅从 910tP( hm2#a)到 5125
tP( hm2#a) ,试验期间产量总体呈下降的趋势, 产量变异
系数高达 20%。对本试验中水稻产量变异系数与各区
蚯蚓多样性指数作相关性分析,发现蚯蚓多样性指数越
高水稻产量越稳定(图 6)。M¾der 等前人对旱地有机农
业生态系统的研究提出, 土壤微生物多样性是生态系统
稳定性的极好指示 [ 26] , 先前的结果指出了不同施肥下
微生物基因多样性与稻田产量的稳定性具有很好的关系。这里的结果也揭示了蚯蚓作为土壤动物区系的重
要组成部分,其多样性在很大程度上左右着生产力的稳定性。因此, 化肥配施有机肥促进了土壤动物多样性
的保持和提高, 从而有利于稻田生态系统维持和稳定的初级生产力。
图 4 施化肥小区的蚯蚓多样性指数与土壤养分变化的关系
Fig. 4 Relat ionship between earthworm diversity and soil C, N changes under diff erent fert ilizat ion
a. 与土壤有机碳with organic carbon; b.与土壤全氮w ith total N
3. 3 蚯蚓体内蛋白质、氨基酸含量与组成作为稻田生态系统生物标志物
近几年对于利用陆生脊椎动物作为生物标志物评价外源污染物对土壤生态系统的不利效应的研究越来
越多[ 27, 28]。探讨利用热激蛋白(Hsp)做于土壤生态系统的生物标志物, 重点对 Hsp-70进行研究, 并在土壤和
水生环境的研究上有了一定的进展 [13, 29]。这里没有在不同施肥处理土壤中检出蚯蚓的的热激蛋白(Hsp-70)。
这可能是由于土壤是各种污染物的汇, 蚯蚓等土壤无脊椎动物长期处于不同肥料的影响下, 在长期的不断适
应中不再产生对污染物短期冲击有灵敏反应的热激蛋白。图 3、图 4的资料可以看出, 长期单施化肥明显降
低了蚯蚓氨基酸的含量, 并且在分子量 33kd附近的蛋白质含量明显增加,这种变化与土壤中氮素的积累并不
存在对应关系。这种现象是否可以代表肥料处理下不同土壤条件改变对但蚯蚓蛋白质和氨基酸代谢的影响
特征,并且用来指示稻田生态系统在长期不同肥料处理下的生态功能变化还有待进一步研究。
1672 生 态 学 报 26卷
4 结论
( 1)在太湖地区一块处于长期不同施肥的黄泥土稻田中共检出的蚯蚓由 4科 5属 7种。长期不施肥只是
使蚯蚓的数量明显减少, 但对蚯蚓的种类数影响不大; 而长期化肥配施有机肥提高了蚯蚓的种类和数量,相
反,长期单施化肥不利于蚯蚓的生存,一些稀有种消失,多样性明显丧失;
图 5 不同施肥区水稻产量年际变异性
Fig. 5 Grain yield variability of treated plots for the last 6 years
w ,无肥区NF; r ,化肥区CF; t ,秸杆区 CFS; u ,常规区 CMS
图 6 蚯蚓多样性指数与稻谷产量变异的关系
Fig. 6 Correlat ion of earthworm diversity to grain yield variability
( 2) 供试水稻土中蚯蚓的多样性受到长期不同施肥的影响。长期化肥配施有机肥下蚯蚓的多样性指数
和丰富度均较高,但长期单施化肥使蚯蚓的多样性指数和丰富度明显降低; 蚯蚓的多样性与稻田生产力的稳
定性存在密切关系;
(3) 蚯蚓体内蛋白质含量和氨基酸组成也明显响应长期施肥措施。长期单施化肥下蚯蚓小分子量蛋白
质(小于 25kd)含量降低,分子量 33kd附近蛋白质明显增加。单施化肥使蚯蚓总氨基酸的含量和大部分种类
氨基酸含量降低,长期施用有机肥和秸杆还田下蚯蚓蛋白质和氨基酸含量提高。但还不清楚是否是不同施肥
下蚯蚓的蛋白质和氨基酸代谢出现了变化。
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