土壤理化因子與土棲節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征關(guān)系分析

金 娜，孫 元 ,，陳連江，王貴強(qiáng) ,

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所，哈爾濱 150080）

土棲節(jié)肢動(dòng)物適應(yīng)性強(qiáng)，數(shù)量巨大。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土棲節(jié)肢動(dòng)物是不可缺少的重要組成部分。土壤中生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系密切，很多過程是在土壤中發(fā)生，受土壤理化因子所調(diào)控。它們在改變土壤的理化性質(zhì)、促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)等方面，發(fā)揮著重要作用。因此，對于土壤理化因子與土棲節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征關(guān)系的研究，既具有其理論價(jià)值也有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐意義[1]。土棲節(jié)肢動(dòng)物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分之一，國外研究歷時(shí)已久，但直到20世紀(jì)50年代才真正作為一門學(xué)科發(fā)展起來[2]。起初，研究主要集中于土壤生物對土壤有機(jī)質(zhì)分解的影響。80～90年代土壤生物對土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量演變過程的影響引起了廣泛的關(guān)注。本世紀(jì)初研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)向土壤生物對環(huán)境污染物及生態(tài)系統(tǒng)健康的指示作用[3]。中國對土棲節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)行系統(tǒng)性的研究工作始于1981年。從研究的內(nèi)容看中國大多集中在森林生態(tài)及草原生態(tài)系統(tǒng)中。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中除了對特定種類進(jìn)行種群生態(tài)學(xué)研究外，還對某一區(qū)域開展了土棲節(jié)肢動(dòng)物類群調(diào)查數(shù)量統(tǒng)計(jì)工作[4]。土棲節(jié)肢動(dòng)物生物量的多寡，活動(dòng)能力的強(qiáng)弱與土壤環(huán)境條件關(guān)系密切，因此調(diào)整土壤有機(jī)碳、全氮含量，是有效發(fā)揮土棲節(jié)肢動(dòng)物作用的前提[5]。土棲節(jié)肢動(dòng)物中跳蟲、螨蟲和線蟲是土棲節(jié)肢動(dòng)物的三大類群，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用目前尚未明確。研究土壤理化因子與土棲節(jié)肢動(dòng)物關(guān)系，為進(jìn)一步探討其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用打下基礎(chǔ)[6]。

本文在黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所）大豆—玉米—甜菜—雜糧四區(qū)輪作制近60年的50hm2試驗(yàn)田中，調(diào)查并探討經(jīng)多年穩(wěn)定的“四區(qū)”輪作種植影響，農(nóng)田土壤不同生態(tài)條件下土壤理化因子與土棲節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征之間的關(guān)系，為深入研究土棲節(jié)肢動(dòng)物的功能并制定合理的農(nóng)田耕作輪作制提供理論依據(jù)[7，8]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)、材料

于2008年3月31日在黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所）大豆—玉米—甜菜—雜糧四區(qū)輪作制近60年的50hm2試驗(yàn)田中選取上年栽種玉米、大豆、甜菜、雜糧農(nóng)田的土壤及相鄰農(nóng)田防護(hù)林帶的土壤為試驗(yàn)材料。每個(gè)土樣的取樣面積為10×10cm2，深度為0～10cm。每塊樣地取3個(gè)土樣，共取土樣15個(gè)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土棲節(jié)肢動(dòng)物的分離和鑒定 土棲節(jié)肢動(dòng)物用干漏斗法分離提取。干漏斗法采用40W光照分離器，連續(xù)進(jìn)行24h分離提取土棲節(jié)肢動(dòng)物[9]。每次分離土壤100g，共分離8次。將分離出的土棲節(jié)肢動(dòng)物分類鑒定并統(tǒng)計(jì)數(shù)量[10]。

1.2.2 土壤理化因子測定 測定土壤水分、pH值、土壤有機(jī)碳、全氮養(yǎng)分等理化因子，測定方法如下[11]：

（1）土壤含水量采用了烘干法（溫度為105℃）測定；（2）pH值用pHS-3酸度計(jì)測量；（3）土壤有機(jī)碳含量用重鉻酸鉀-外加熱法測定；（4）土壤全氮含量用半微量凱氏法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)分析方法

采用如下參數(shù)進(jìn)行多樣性分析：

（1）Shannon-Wiener多樣性指數(shù)公式（H）：

式中：Pi=ni/N，表明i個(gè)種的相對多度；ni——第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)目；N——群落中所有種的個(gè)體總數(shù)。

（2）Pielou 均勻度指數(shù)公式（J）：

式中：H——Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；S——類群數(shù)。（3）Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)公式（D）：

式中：Pi=ni/N；ni——第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)目；N——群落中所有種的個(gè)體總數(shù)。

式中：S——類群數(shù)；N——全部種的個(gè)體數(shù)。

表1 不同土壤生態(tài)條件土棲節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量與組成

2.2 土棲節(jié)肢動(dòng)物種類和數(shù)量組成

在黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)栽種4種不同植物的農(nóng)田土壤中，共收集土棲節(jié)肢動(dòng)物214只，隸屬于節(jié)肢動(dòng)物門的昆蟲綱和蛛形綱，其中優(yōu)勢種類為彈尾目和蜱螨目，分別占總個(gè)體數(shù)的63.08%和32.71%；常見類群為雙翅目，占總個(gè)體數(shù)的3.27%；稀有類群為盲蛛目，占總個(gè)體數(shù)的0.94%（見表1）。

2.2.1 黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)農(nóng)田土棲節(jié)肢動(dòng)物名錄

2.2.2 不同土壤生態(tài)條件土棲節(jié)肢動(dòng)物的種類和數(shù)量的組成 從呼蘭校區(qū)土棲節(jié)肢動(dòng)物類個(gè)體數(shù)在不同生態(tài)環(huán)境中的水平配置狀況可以看出，個(gè)體數(shù)：農(nóng)田防護(hù)林帶的土壤＞上年栽種玉米農(nóng)田的土壤＞上年栽種甜菜農(nóng)田的土壤＞上年栽種雜糧農(nóng)田的土壤＞上年栽種大豆農(nóng)田的土壤。說明農(nóng)田防護(hù)林帶土壤的生境條件略優(yōu)于上年栽種大豆農(nóng)田的土壤；整個(gè)群落土棲節(jié)肢動(dòng)物的水平分布具有不均勻性（表2）。

表2 不同土壤生態(tài)條件土棲節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量統(tǒng)計(jì)

2.3 群落結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)

由測定結(jié)果比較可知，上年栽種大豆農(nóng)田的土壤的優(yōu)勢度指數(shù)最小，因此它的多樣性和均勻性指數(shù)都較高，其個(gè)體數(shù)多于其它類型土壤（見表3）。

2.4 土壤理化因子與土棲節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)關(guān)系

土棲節(jié)肢動(dòng)物是農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)中衡量土壤養(yǎng)分循環(huán)的重要生物學(xué)指標(biāo)。分析表明，土壤理化因子對土棲節(jié)肢動(dòng)物的影響較大。一般情況下，土壤有機(jī)碳、全氮含量高，土棲節(jié)肢動(dòng)物的個(gè)體數(shù)多（表4）。

測定結(jié)果表明，土壤理化因子和土棲節(jié)肢動(dòng)物有著顯著相關(guān)性：土壤有機(jī)碳、全氮含量高，土棲節(jié)肢動(dòng)物的組成豐富，個(gè)體數(shù)多。農(nóng)田防護(hù)林帶的土壤有機(jī)碳、全氮含量最高，土棲節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體數(shù)明顯高于其它類型土壤（圖1－甲，1-乙）。

土壤pH值是土棲節(jié)肢動(dòng)物分布的限制因素，大多數(shù)土棲節(jié)肢動(dòng)物適宜在微酸性和中性條件下生存。調(diào)查表明，pH值為6.45的農(nóng)田防護(hù)林帶的土壤的土棲節(jié)肢動(dòng)物組成較為豐富（圖1-丙）。在調(diào)查測定的土樣范圍內(nèi)，5種不同農(nóng)田土壤中的水分含量無顯著差異，因此水分含量對土棲節(jié)肢動(dòng)物類群的發(fā)生分布無明顯影響。

表3 不同群落土棲節(jié)肢動(dòng)物多樣性群落指標(biāo)

表4 不同生態(tài)條件土壤理化醫(yī)子與土棲節(jié)肢動(dòng)物的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）在栽種5種不同作物的農(nóng)田土壤中，共收集土棲節(jié)肢動(dòng)物214只，隸屬于節(jié)肢動(dòng)物門的昆蟲綱和蛛形綱，其中優(yōu)勢種類為彈尾目和蜱螨目；常見類群為雙翅目；稀有類群為盲蛛目。

（2）在調(diào)查測定的土樣范圍之內(nèi)：土壤有機(jī)碳、全氮含量與土棲節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體數(shù)量呈正比例關(guān)系。土壤pH值是土棲節(jié)肢動(dòng)物分布的限制因素，大多數(shù)土棲節(jié)肢動(dòng)物適宜在微酸性和中性條件下生存。

（3）優(yōu)勢度指數(shù)愈大，多樣性與均勻性指數(shù)愈低。由測定結(jié)果比較可知，農(nóng)田防護(hù)林帶土壤的優(yōu)勢度指數(shù)最小，因此它的多樣性和均勻性指數(shù)都較高，其節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體數(shù)高于其它樣地。

3.2 討論

（1）栽種玉米、大豆、甜菜、雜糧四塊不同農(nóng)田的土壤由于一年之中的耕、翻、耙、播、壓等農(nóng)事活動(dòng)，土壤生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)頻繁劇烈，對土棲節(jié)肢動(dòng)物類群的發(fā)生分布影響尚未明確。

（2）盡管土棲節(jié)肢動(dòng)物種類十分豐富，但限于收集、分類、鑒定工作不盡完善以及對土壤節(jié)肢動(dòng)物的生態(tài)功能缺乏了解，研究的內(nèi)容有待深入。

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