綿陽市撂荒地大型土壤動物的群落結(jié)構(gòu)及季節(jié)性變化

楊麗紅

(綿陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 四川 綿陽 621006)

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綿陽市撂荒地大型土壤動物的群落結(jié)構(gòu)及季節(jié)性變化

楊麗紅

(綿陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 四川 綿陽 621006)

為探明不同利用方式下土壤的健康狀況，采用手撿法分離大型土壤動物，根據(jù)《中國土壤動物檢索圖鑒》鑒定土壤動物標(biāo)本。研究綿陽市撂荒地大型土壤動物的群落結(jié)構(gòu)及季節(jié)性變化。結(jié)果表明：調(diào)查共獲得大型土壤動物標(biāo)本98只，隸屬13個類群，其中切葉蟻亞科在各個季節(jié)均為優(yōu)勢類群；地蜈蚣科、泄管綱、新蛛下目及食木虻科幼蟲僅在部分季節(jié)為優(yōu)勢類群，而在其他季節(jié)為常見類群，其余8個類群則為常見類群。撂荒地大型土壤動物的類群數(shù)和個體數(shù)量均隨土層深度的增加呈遞減變化趨勢，具有明顯的表聚現(xiàn)象(P<0.05)。夏季土壤動物類群數(shù)和個體數(shù)量雖高于其他季節(jié)，但差異性不顯著(P>0.05)；撂荒地大型土壤動物群落呈多樣性季節(jié)動態(tài)變化，多樣性指數(shù)(H′)依次為秋季>夏季>冬季>春季，均勻度指數(shù)(J)依次為秋季>夏季>冬季>春季，優(yōu)勢度指數(shù)(C)依次為秋季<夏季<冬季<春季。綿陽市撂荒地大型土壤動物群落夏季的類群數(shù)和個體數(shù)量較豐富，但秋季大型土壤動物群落的多樣性最高，群落最穩(wěn)定。

大型土壤動物； 垂直結(jié)構(gòu)； 季節(jié)動態(tài)； 多樣性； 撂荒地

土壤動物作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的消費者和分解者，其種類繁多且數(shù)量巨大，在土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動中起著至關(guān)重要的作用，是維持陸地生態(tài)系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)和功能不可缺少的組成部分[1]。土壤動物通過自身的生存、攝食和活動等行為影響土壤酶和微生物活性，參與土壤有機質(zhì)分解和礦化，對土壤有機質(zhì)的形成、土壤結(jié)構(gòu)及土壤理化性質(zhì)變化起著重要的調(diào)節(jié)作用[2-4]，間接調(diào)控地表植物群落的結(jié)構(gòu)、功能和演替[5]。土壤動物對人為干擾、植被類型、土壤理化性質(zhì)改變和污染狀況反應(yīng)敏感，常作為反映環(huán)境變化的指示生物，用于監(jiān)測土壤健康狀況[6-7]。隨著全球?qū)ι锒鄻有约捌浔Ｗo的關(guān)注，土壤動物多樣性研究已成為土壤生態(tài)學(xué)研究的前沿和熱點[8-10]。目前，土壤動物研究主要集中在動物區(qū)系組成[11]、多樣性評價[9]、土壤污染響應(yīng)[12-13]、功能評價[14-15]及其與環(huán)境因素的相互關(guān)系[16]等方面，以及土壤動物類群、密度、生物量和多樣性等特征受氣候、季節(jié)、土壤及植被等因子的影響與調(diào)控[17]。

撂荒作為一種常見的土地利用方式，土地健康狀況有待從各方面進行評價。撂荒地土壤結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)成分及理化特征等隨著撂荒年限和植被演替等因素的影響而發(fā)生變化[18-20]，勢必影響地下生存的土壤動物群落結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究表明，撂荒地由于無人為干擾，土壤性狀和植被保護較好，養(yǎng)分可持續(xù)積累，有利于土壤動物的生存[21-23]；但也有研究發(fā)現(xiàn)，撂荒地土壤動物類群數(shù)及個體數(shù)量均低于農(nóng)田、果園及苗圃等[24-27]，這種研究結(jié)果不一致的現(xiàn)象，還有待進一步研究。對此，筆者對四川綿陽市撂荒地大型土壤動物群落結(jié)構(gòu)特征及季節(jié)動態(tài)進行研究，以探明其大型土壤動物群落組成、多樣性及結(jié)構(gòu)特征及季節(jié)性動態(tài)變化趨勢，為不同土地利用方式下土壤健康狀況的評價提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣地概況與研究方法

1.1 樣地概況

綿陽市城區(qū)地處東經(jīng)104°29′～104°56′3″，北緯31°17′5″～31°37′48″，地貌屬盆中丘陵區(qū)，屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，氣候濕潤，年均日照929.9～1 391.4 h，年均氣溫14.7～17.3℃，多年平均降水量為963.2 mm[28]。撂荒地位于綿陽市游仙區(qū)，面積約80 000 m2。

1.2 樣方設(shè)置

根據(jù)樣地的大小情況平行選取3個樣方，樣方之間至少相隔20 m，在每個樣方中選取1個樣點，樣點避開生境邊緣，大小為50 cm×50 cm。

1.3 大型土壤動物的取樣及處理

分別于2007年7月(夏季)和11月(秋季)、2008年1月(冬季)和4月(春季)對撂荒地設(shè)置的各樣點，按0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土層選取土樣。采用野外手揀法采集大型土壤動物，裝入盛有75%的酒精的小青霉素瓶中保存。室內(nèi)依據(jù)《中國土壤動物檢索圖鑒》[29]鑒定動物標(biāo)本，同時統(tǒng)計個體數(shù)量。由于土壤昆蟲成蟲與幼蟲的生態(tài)功能不同，其類群數(shù)和個體數(shù)與幼蟲分開統(tǒng)計。

1.4 土壤動物多度等級劃分及群落多樣性特征分析

土壤動物多度等級：個體數(shù)占總數(shù)>10%為優(yōu)勢類群(+++)，1%～10%為常見類群(++)，<1%為稀有類群(+)；運用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻性指數(shù)(J)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)描述土壤動物群落多樣性特征。各指數(shù)計算公式：

Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H′)：

Pielou均勻度指數(shù)(J)：

J=H′/lnS

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)：

式中，Pi=ni/N，Pi為第i個類群的相對多度；S為類群數(shù)；ni為第i個類群的個體數(shù)，N為群落中所有類群的個體總數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 16.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，平均數(shù)的多重比較采用Duncan multiple range test(DMRT，P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 撂荒地大型土壤動物的群落組成

從表1看出，調(diào)查共獲得綿陽市撂荒地大型土壤動物標(biāo)本98只，隸屬13個類群，其中切葉蟻亞科在各個季節(jié)均為優(yōu)勢類群，而地蜈蚣科、泄管綱、新蛛下目及食木虻科幼蟲僅在部分季節(jié)為優(yōu)勢類群，而在其他季節(jié)為常見類群，其余8個類群為常見類群。表明，撂荒地土壤較干旱，常見的大型土壤動物為一些耐旱能力較強的類群，如膜翅目、多足類及蜘蛛目等類群。

2.2 撂荒地大型土壤動物群落的垂直分布

從圖示可知，春季、夏季、秋季和冬季，綿陽市撂荒地大型土壤動物的類群數(shù)和個體數(shù)量均隨土層深度的增加呈遞減的規(guī)律性變化，具有明顯的表聚性(P<0.05)。春季：0～5 cm土壤層的大型土壤動物類群數(shù)稍低于5～10 cm土層的，但差異不顯著，而10～15 cm土層未采集到任何大型土壤動物，顯著低于前二層的大型土壤動物類群數(shù)(F=31；df=2,6；P=0.001)(圖示A)，該季節(jié)0～5 cm和5～10 cm土層的大型土壤動物個體數(shù)量亦顯著高于10～15 cm土層的(F=43；df=2,6；P<0.001)(圖示B)。夏季：0～5 cm土層的大型土壤動物類群數(shù)稍高于5～10 cm土層，但差異不顯著，而0～5 cm土層的大型土壤動物類群數(shù)卻顯著高于10～15 cm土層(F=6.167；df=2,6；P=0.035)(圖示C)，該季0～5 cm土層大型土壤動物的個體數(shù)量顯著高于5～10 cm和10～15 cm土層，而后兩者之間差異不顯著(F=11.85；df=2,6；P=0.008)(圖示D)。秋季：0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土層之間的類群數(shù)和個體數(shù)量均存在顯著性差異〔類群數(shù)：F=24.5；df=2,6；P=0.001(圖示E)；個體數(shù)量：F=18.375；df=2,6；P=0.003(圖示F)〕。冬季：大型土壤動物類群數(shù)和個體數(shù)量均隨土層深度增加而顯著減少〔F=7.75；df=2,6；P=0.022(圖示G)；F=109.5；df=2,6；P<0.001(圖示H)〕。

表1 綿陽市撂荒地大型土壤動物的群落組成

注：+++為優(yōu)勢類群，++為常見類群，+為稀有類群。

Note：+++，Dominant species; ++, Common species；+, Rare species.

注：A,C,E,G分別代表春、夏、秋和冬季的土壤動物類群數(shù)，B,D,F,H分別代表春、夏、秋和冬季的土壤動物個體數(shù)量；柱形圖表示平均數(shù)±SE；柱上不同字母表示顯著性差異(P<0.05)。

Note: A, C, E and G indicates the number of soil macrofauna species in spring, summer, autumn and winter，respectively. B, D, F and H indicate individuals of soil macrofauna in spring, summer, autumn and winter respectively. The column diagram means average SE. Different letters in the column diagram indicate significance of difference at 0.05 level.

圖示 綿陽市撂荒地大型土壤動物群落的四季垂直分布

Fig. Vertical distribution of soil macrofauna community in abandoned land during different season in Mianyang City

2.3 撂荒地大型土壤動物群落垂直分布的季節(jié)變化

從表2看出，不同土層大型土壤動物類群數(shù)和個體數(shù)量季節(jié)差異不顯著。0～5 cm土層，夏季和秋季土壤動物類群數(shù)高于春季和冬季，但差異不顯著(F=1.5；df=3,8；P=0.287)。5～10 cm土層大型土壤動物類群數(shù)及個體數(shù)量稀少，季節(jié)動態(tài)變化趨勢均不顯著(類群數(shù)：F=0.444；df=3,8；P=0.728；個體數(shù)量：F=2.095；df=3,8；P=0.179)。10～15 cm土層除夏季外，其他季節(jié)均未獲得任何大型土壤動物，該土壤層大型土壤動物類群數(shù)和個體數(shù)量均無明顯的季節(jié)變化(類群數(shù)：F=1；df=3,8；P=0.441；個體數(shù)量：F=1；df=3,8；P=0.441)。

2.4 撂荒地大型土壤動物群落多樣性的季節(jié)變化

從表3可知，大型土壤動物的類群數(shù)和個體數(shù)量季節(jié)變化差異亦不顯著。從類群數(shù)量看，夏季>秋季>冬季=春季，但差異不顯著(F=0.944；df=3,8；P=0.464)；就個體數(shù)量而言，夏季>春季>冬季>秋季，但差異仍不顯著(F=1.273；df=3,8；P=0.348)。Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H′)分析表明，夏季和秋季高于冬季和春季，但差異不顯著(F=1.259；df=3,8；P=0.352)；Pielou均勻度指數(shù)(J)分析顯示，夏季和秋季仍高于冬季和春季，且差異不顯著(F=2.525；df=3,8；P=0.131)；Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)分析表明，春季最高，冬季次之，秋季最低(F=1.628；df=3,8；P=0.258)。綿陽市撂荒地大型土壤動物群落的類群數(shù)和個體數(shù)量雖然夏季較豐富，但秋季多樣性最高，群落最穩(wěn)定。

表2 綿陽市撂荒地大型土壤動物群落垂直結(jié)構(gòu)的季節(jié)性變化

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤，同一列中相同字母表示差異不顯著(P>0.05)(下同)。

Note: The data in the table are mean± SE. The same letter in the same column indicates that difference is not significant (P>0.05). The same below.

表3 綿陽市撂荒地大型土壤動物群落多樣性的季節(jié)性變化

3 結(jié)論與討論

本次調(diào)查共獲得綿陽市撂荒地大型土壤動物98只，隸屬13個類群，其中切葉蟻亞科在各個季節(jié)均為優(yōu)勢類群，而地蜈蚣科、泄管綱、新蛛下目及食木虻科幼蟲僅在部分季節(jié)為優(yōu)勢類群；且大型土壤動物的類群數(shù)和個體數(shù)量均隨土層深度的增加呈遞減的規(guī)律性變化，具有明顯的表聚現(xiàn)象；該生境大型土壤動物群落的類群數(shù)和個體數(shù)量均以夏季較多，但大型土壤動物群落在秋季的多樣性最高，但季節(jié)性變化不顯著。

土壤動物的優(yōu)勢類群在土壤中最為活躍，由于其分布廣泛，對微生物起到了一定的分散作用，同時土壤動物對有機物的機械粉碎作用使微生物和有機質(zhì)的接觸面積顯著增大，提高了微生物的分解效率，從而在土物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動方面具有重要的調(diào)節(jié)作用[11]。該撂荒地生境內(nèi)缺乏高大喬木，植被稀少，多數(shù)地皮裸露，土壤含水量較低，因此旱生土壤動物切葉蟻亞科最多，與前人研究結(jié)果吻合[30]；其他幾類優(yōu)勢類群，如地蜈蚣科、泄管綱、新蛛下目及食木虻科幼蟲在不同季節(jié)數(shù)量有所變化，應(yīng)該有針對性地采取一定的保護措施，使土壤動物更好地發(fā)揮作用。

無污染及人為干擾等情況下，土壤動物類群數(shù)和個體數(shù)的垂直分布具有表聚性，這主要受土壤的理化性質(zhì)和營養(yǎng)狀況的制約，隨著土層的加深，土壤空隙度變小，土壤溫度下降，土壤pH值和含鹽量升高，而土壤有機質(zhì)和氮隨土層深度的增加而減少，影響到深層土壤動物的個體數(shù)量和類群數(shù)的分布[31]。本研究與多數(shù)研究結(jié)果類似，除春季外，0～5 cm土層大型土壤動物類群數(shù)和個體數(shù)量均最多；5～10 cm土層次之；10～15 cm土層幾乎沒捕獲到大型土壤動物。

該地區(qū)大型土壤動物的類群數(shù)及個體數(shù)量在夏季最豐富，秋季稍低，冬季最低，春季開始增加，分析認(rèn)為，土壤含水量可能對土壤動物，至少是大型土壤動物具有重要影響，因為該地區(qū)7月份雨量充沛，但還未到暴雨頻發(fā)季節(jié)，土壤含水量較適度，為土壤動物提供了適宜的環(huán)境，有益于土壤動物生存，這與海南尖峰嶺土壤動物群落結(jié)構(gòu)動態(tài)特征類似：海南尖峰嶺大中型土壤動物類群數(shù)最高峰出現(xiàn)在7月份，個體數(shù)量最高峰出現(xiàn)在6月份，7月份稍有降低，8月份由于暴雨季節(jié)來臨，大中型土壤動物類群數(shù)和個體數(shù)量銳減至谷底，而且大中型動物的類群數(shù)和個體數(shù)量在冬季均處于一年中較低水平，春季開始回升[32]；李艷紅等研究表明，大型土壤動物群落的類群數(shù)和個體數(shù)量在夏季較高[33]。

群落多樣性是衡量群落穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，多樣性越高，群落越穩(wěn)定，群落多樣性與群落豐富度及均勻度正相關(guān)，而與優(yōu)勢度負(fù)相關(guān)，與個體數(shù)量關(guān)系不大[30-31]，本研究結(jié)果表明，夏季和秋季，撂荒地大型土壤動物類群數(shù)較多，均勻性高，而優(yōu)勢度低，導(dǎo)致這兩個季節(jié)群落多樣性較高，尤其是秋季，盡管個體數(shù)量在四季中最少，但類群數(shù)偏高，僅少于夏季，均勻度最高，優(yōu)勢度最低，所以，秋季撂荒地大型土壤動物群落多樣性最高，與已有研究結(jié)果相符。

本研究僅就大型土壤動物群落進行了研究，在今后的工作中，還應(yīng)研究中小型及濕生土壤動物類群，以期為該地區(qū)土壤動物類群區(qū)系組成及土地利用方式提供更全面的基礎(chǔ)資料。

致謝：綿陽師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2004級2班邱勤和賈洪菊同學(xué)協(xié)助野外調(diào)查工作，特此感謝！

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(責(zé)任編輯： 楊 林)

Community Structure and Seasonal Change of Soil Macrofauna in Abandoned Land of Mianyang City

YANG Lihong

(CollegeofLifeScienceandBiotechnology,MianyangNormalUniversity,Mianyang,Sichuan621006,China)

The community structure and seasonal change of soil macrofauna in abandoned land of Mianyang City were studied by hand sorting soil macrofauna to probe the soil health condition under different utilization patterns.Soil macrofauna was identified according toPictorialkeystoSoilAnimalsofChina.Results:There are 98 soil macrofauna individuals belonging to 13 species.Myrmicinaeis the dominant species in four seasons.Geophilidae,Secernentea,AraneomorphaeandXylophagidaelarvae are dominant species in some seasons. Other 8 species are common species. The number of species and individuals of soil macrofauna in abandoned land decreases with increase of soil depth and has the obvious surface aggregation phenomenon (P<0.05). The number of species and individuals of soil macrofauna in summer is higher than other seasons but there is no significant difference (P>0.05). The Shannon-wiener diversity index (H′) and Pielou evenness index (J) of soil macrofauna community both are autumn>summer>winter>spring. The Simpson index(C) of soil macrofauna community is autumn

macrofauna; vertical structure； seasonal change； diversity； abandoned land

2014-10-22； 2015-05-03修回

綿陽師范學(xué)院項目“綿陽師范學(xué)院博士啟動基金”(QD2013A06)

楊麗紅(1974-)，女，副教授，博士，從事動物生態(tài)學(xué)與植物保護學(xué)研究。E-mail: yanglihong75@163.com

1001-3601(2015)05-0255-0133-05

S154.5

A