廣東羅浮山土壤動(dòng)物多樣性垂直變化特征

徐國(guó)良， 莫凌梓， 王嘉珊， 蔡少燕， 楊木壯， 方碧真*b

(1. 廣州大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510006； 2.華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510631)

廣東羅浮山土壤動(dòng)物多樣性垂直變化特征

徐國(guó)良1*a， 莫凌梓1， 王嘉珊1， 蔡少燕2， 楊木壯1， 方碧真1*b

(1. 廣州大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510006； 2.華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510631)

垂直地帶性是重要的地理學(xué)空間格局問(wèn)題，不同的垂直帶具有不同的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能過(guò)程.本研究在羅浮山300 m、730 m、990 m和1 246 m海拔高度，分別對(duì)土壤動(dòng)物群落及土壤性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨海拔升高，土壤酸度愈來(lái)愈強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)及全氮含量越來(lái)越高.羅浮山不同海拔土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量、類(lèi)群與生物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)基本一致：除300 m海拔外，隨海拔增加土壤動(dòng)物各項(xiàng)指標(biāo)逐步減少；土壤環(huán)境因子的主成分分析及灰色關(guān)聯(lián)度分析表明,pH值對(duì)土壤動(dòng)物總數(shù)量、類(lèi)群、多樣性指數(shù)影響最大.通過(guò)本研究，闡明羅浮山土壤動(dòng)物群落具有垂直分布性，而土壤酸度是影響土壤動(dòng)物生物多樣性、個(gè)體數(shù)量及類(lèi)群豐富度的關(guān)鍵因子；同時(shí)，揭示了羅浮山低海拔處強(qiáng)烈的人為干擾對(duì)該區(qū)域生物多樣性已造成較大負(fù)面影響.

土壤動(dòng)物; 土壤性質(zhì); 垂直分布; 羅浮山

地理學(xué)研究的核心問(wèn)題是格局、過(guò)程和機(jī)制，而垂直地帶性是地球表層在三維空間上發(fā)生的重要地域分異現(xiàn)象之一[1].由于山體海拔高度的增加，大氣趨于稀薄，熱量漸少，造成不同海拔的氣候、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、土壤、水分、植物及動(dòng)物群落等都發(fā)生相應(yīng)變化，從而產(chǎn)生不同的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能變化過(guò)程，并形成有規(guī)律分布的自然環(huán)境譜系，這就是山地垂直帶譜.由于山地垂直帶譜可以在較小的空間尺度上展現(xiàn)水平空間上很大尺度的地域變異規(guī)律，因此受到古今中外眾多自然地理學(xué)者的關(guān)注.

對(duì)山地垂直帶的認(rèn)識(shí)，2 500 a前就已經(jīng)初現(xiàn)于《管子》中關(guān)于華北山地植被垂直分布和陰陽(yáng)坡差異的描述，在國(guó)外則可以追溯到300 a前[2].建國(guó)初,侯學(xué)煜[3]對(duì)中國(guó)山地植被的整體分布格局及生態(tài)法則進(jìn)行了描述.張新時(shí)[4]提出了中國(guó)7 大植被區(qū)的7 種基本地理生態(tài)類(lèi)型.彭補(bǔ)拙等[5]則認(rèn)為山地垂直帶從屬于水平地帶，其分布取決于基帶的溫度和水分狀況.至今，自然地理學(xué)者對(duì)山地垂直帶上溫度、水分梯度、植物多樣性、景觀格局以及土壤質(zhì)地和有機(jī)碳等都做了大量研究，然而對(duì)土壤生物多樣性及其與環(huán)境因素變化之間的關(guān)系研究則較少.

土壤動(dòng)物具有極大的多樣性、個(gè)體數(shù)量和相對(duì)弱的活動(dòng)性、較短的世代周期，很容易受到環(huán)境變化的影響.外界水熱條件的變化可以通過(guò)改變土壤的溫度和濕度強(qiáng)烈影響小型節(jié)肢動(dòng)物的生殖和發(fā)育速率.例如土壤跳蟲(chóng)，生活史只有數(shù)星期或幾個(gè)月，對(duì)于土壤酸度及濕度都有敏感反應(yīng)，因此，被認(rèn)為是優(yōu)良的土壤質(zhì)量指示生物[5]. 因此，土壤生物群落特征可以很好地反映自然地理環(huán)境分異.

國(guó)內(nèi)最早的土壤動(dòng)物群落垂直變化規(guī)律研究見(jiàn)于長(zhǎng)白山北坡的4個(gè)垂直景觀帶，發(fā)現(xiàn)土壤動(dòng)物群落的各項(xiàng)指標(biāo)都隨海拔升高而減小[6]，貢嘎山和武夷山的研究結(jié)果也證實(shí)了這個(gè)規(guī)律[7-8].1986～1992年，路有成等[9]對(duì)九華山土壤動(dòng)物的垂直分布規(guī)律及其與環(huán)境變化的關(guān)系進(jìn)行了長(zhǎng)期的觀測(cè)研究，提出土壤群落的變化與植被、土壤環(huán)境的垂直分異規(guī)律具有相輔相成的關(guān)系，2者都是在山體海拔高度增加過(guò)程中，水熱效應(yīng)發(fā)生改變而形成的；在九華山的研究中，雖然土壤動(dòng)物的個(gè)體數(shù)量隨海拔升高而降低，但生物多樣性卻隨海拔和土壤有機(jī)質(zhì)含量的升高而增加；同時(shí)九華山的研究還指出了人類(lèi)干擾對(duì)土壤動(dòng)物豐富度的影響.以上這些研究對(duì)土壤動(dòng)物的垂直分布規(guī)律進(jìn)行了初步探索，但總的來(lái)說(shuō)，研究數(shù)量少，結(jié)果也不盡一致，有待更多的探討.

本研究基于廣東4大名山之首的羅浮山不同海拔高度帶典型山地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行土壤動(dòng)物多樣性調(diào)查，同時(shí)對(duì)土壤動(dòng)物多樣性與環(huán)境因子變化之間的關(guān)系進(jìn)行探討.

1 方法

1.1 樣地概況

羅浮山位于113°55′33″E，23°13′～23°25′N(xiāo)，屹立于珠江三角洲的東緣，北跨博羅、增城、龍門(mén)3縣，連綿約100 km，面積260 km2.它是新華夏構(gòu)造第二復(fù)式隆起帶中的羅浮山脈的主峰,峰頂稱(chēng)飛云頂,海拔高度1 281.5 m.羅浮山屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，全年日照時(shí)間長(zhǎng)，溫暖濕潤(rùn)，年均溫21.5 ℃，最冷月均溫12.5 ℃(1月份)，最熱月均溫28 ℃(7月份)，無(wú)霜期年平均達(dá)345 d，干季與濕季的區(qū)別明顯，年平均降水量1 800～1 900 mm.2016年1月，在羅浮山300 m、730 m、990 m及1 246 m等海拔高度，相近坡向與坡度面上分別選擇3個(gè)代表區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)立1個(gè)10 m×10 m的典型樣地，共設(shè)12個(gè)樣地；同時(shí)設(shè)置圍網(wǎng)等措施對(duì)樣地進(jìn)行保護(hù).建立樣地的同時(shí)，對(duì)樣方內(nèi)的喬木樹(shù)種進(jìn)行調(diào)查記錄(表1).

表1 樣地喬木植物基本概況

1.2 土壤取樣與分析

在植物與土壤動(dòng)物群落調(diào)查的樣方外設(shè)置土壤采樣點(diǎn).挖掘土壤剖面，剖面規(guī)格寬約 1.0 m，深約1.0 m；土壤剖面按發(fā)生層分層， 采取腐殖質(zhì)層、淋溶層及淀積層土樣各500 g左右.

土壤自然風(fēng)干后，采用常規(guī)方法測(cè)試有機(jī)質(zhì)、全氮及pH 值.土壤pH值利用電位法，有機(jī)質(zhì)利用重鉻酸鉀氧化外加熱法，土壤全氮利用開(kāi)氏法.

1.3 土壤動(dòng)物取樣與分析

在每個(gè)樣地內(nèi)，按照對(duì)角線法選取3個(gè)取樣小區(qū)，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)用直徑5 cm的土鉆取土樣(0～10 cm)，取3鉆土混和成1個(gè)樣；這樣，每個(gè)海拔區(qū)域得到9個(gè)土樣，4個(gè)海拔區(qū)域共取土壤動(dòng)物樣品36個(gè)；樣品立即帶回實(shí)驗(yàn)室，利用Tullgren干法提取土壤動(dòng)物.除跳蟲(chóng)外所有標(biāo)本在體視鏡下計(jì)數(shù)并鑒定至大類(lèi)；跳蟲(chóng)標(biāo)本計(jì)數(shù)后利用顯微鏡Olympus Bx41 (Olympus, Tokyo, Japan)鑒定到屬或種[10-11].

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

2 研究結(jié)果

2.1 不同海拔高度帶土壤理化性質(zhì)

羅浮山土壤的pH值(圖1)總體呈酸性(<5.5)，其中，酸化程度最弱的是海拔730 m處，酸性最強(qiáng)的是高海拔1 246 m處；不同土層之間由腐殖層向淀積層酸性逐漸減小.羅浮山土壤有機(jī)質(zhì)含量最大值為67.11 g·kg-1，最小值為2.96 g·kg-1(圖2).土壤腐殖質(zhì)層有機(jī)質(zhì)含量隨海拔升高急劇增加，而淋溶層和淀積層的變化不明顯；土壤全氮含量分布在0.071 74～0.678 9 mg·g-1之間(圖3)，腐殖層全氮含量也隨著海拔升高表現(xiàn)快速增加的趨勢(shì).

圖1 羅浮山不同海拔土壤pH值Fig.1 The soil pH of Luofushan in different altitudes

圖2 羅浮山不同海拔土壤有機(jī)質(zhì)含量

Fig.2 The soil organic matter content of Luofushan in different altitudes

圖3 羅浮山不同海拔土壤全氮含量

Fig.3 The soil total nitrogen content of Luofushan in different altitudes

2.2 不同海拔高度帶土壤動(dòng)物群落特征

羅浮山各個(gè)海拔高度帶的土壤動(dòng)物中，甲螨(53.43%)和中氣門(mén)亞目(12.62%)的數(shù)量最多，為優(yōu)勢(shì)種群.不同高度帶的土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量(圖4)、類(lèi)群(圖5)與生物多樣性指數(shù)(圖6)變化趨勢(shì)基本一致：海拔730 m處土壤動(dòng)物群落最為豐富，其后隨海拔增加，土壤動(dòng)物指標(biāo)逐步減少，到1 246 m處顯著降低；但海拔300 m處土壤動(dòng)物群落顯著較小.

圖4 羅浮山不同海拔土壤動(dòng)物總數(shù)量

Fig.4 Individluals of soil fauna communities in different altitudes of Luofushan

圖5 羅浮山不同海拔土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)

Fig.5 Group numbers of soil fauna communities in different altitudes of Luofushan

圖6 羅浮山不同海拔土壤動(dòng)物DG指數(shù)

Fig.6 Diversities of soil fauna communities in different altitudes of Luofushan

Jaccard相似性系數(shù)能反映不同生態(tài)系統(tǒng)之間土壤動(dòng)物群落的相似程度：計(jì)算值在0.75～1.00為極相似，0.50～0.74為中等相似，在0.25～0.49為中等不相似，在0.00～0.24為極不相似.根據(jù)表2，只有730 m與990 m,990 m與1 246 m的相似系數(shù)分別為0.52和0.62，為中等相似.其余群落之間的相似系數(shù)均低于0.5，為中等不相似.300 m與730 m處土壤動(dòng)物群落相似度較小，表明由于受到了其他外在因素較強(qiáng)的影響，2者并非自然演變關(guān)系.

表2 不同海拔土壤動(dòng)物Jaccard相似性系數(shù)

2.3 土壤動(dòng)物與土壤環(huán)境關(guān)系

土壤動(dòng)物能夠?qū)Χ喾N環(huán)境因子做出響應(yīng)，但是對(duì)不同因子的影響程度具有一定的差異性；同時(shí)，多種環(huán)境因子之間也可能存在著一定的相關(guān)關(guān)系.為了避免因素之間干擾的問(wèn)題，使用主成分分析法進(jìn)行因子分析.通過(guò)對(duì)初始環(huán)境因子載荷矩陣進(jìn)行方差最大法旋轉(zhuǎn)，使環(huán)境因子和原始變量間的關(guān)系進(jìn)行重新分配，相關(guān)系數(shù)向0～1分化，從而使各因子的意義更明顯，然后以特征值>1選取主成分，從而發(fā)現(xiàn)土壤動(dòng)物對(duì)何種因子的響應(yīng)程度更大.

結(jié)果(表3)顯示，只有前2個(gè)因子特征根大于 1，它們的累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為63%和92%，可以代表不同海拔土壤環(huán)境因子.同時(shí)觀看成分矩陣(表4)和旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣(表5)，因子載荷是變量與公共因子的相關(guān)系數(shù)，因此對(duì)一個(gè)變量來(lái)說(shuō)，載荷絕對(duì)值較大的因子與它的關(guān)系更為密切，也更能代表這個(gè)變量.按這個(gè)觀點(diǎn)，第一主成分更能代表類(lèi)群、pH值、數(shù)量、DG指數(shù)；第二主成分主要代表有機(jī)質(zhì)、全氮.土壤環(huán)境因子的主成分分析結(jié)果表明,pH值與土壤動(dòng)物總數(shù)量、類(lèi)群和多樣性指數(shù)的關(guān)系更為緊密，也即土壤動(dòng)物指標(biāo)受到土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和全N含量的影響.同時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)與全N含量密切相關(guān).

表3 變量的特征根與方差的貢獻(xiàn)率

Table 1 Eigen values of the correlation matrix and eigenvectors

主成分特征根方差貢獻(xiàn)率/%累積方差貢獻(xiàn)率/%13．79963．31863．31821．72228．70892．02630．4787．974100．00042．527×10-164．212×10-15100．00054．425×10-177．375×10-16100．0006-2．314×10-16-3．857×10-15100．000

表4 成分矩陣

表5 旋轉(zhuǎn)成分矩陣

為進(jìn)一步研究不同海拔土壤動(dòng)物群落與環(huán)境因素之間的關(guān)系，利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，以總數(shù)量(y1)、總類(lèi)群(y2)、DG指數(shù)(y3)作為母序列(y)，以pH值(x1)、有機(jī)質(zhì)(x2)、總氮(x3)作為子序列(x)，對(duì)原始數(shù)據(jù)初值化變換，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)(rij),見(jiàn)表6.

表6 羅浮山土壤動(dòng)物與環(huán)境因素間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

Table 6 The grey relational degree of factors affecting soil fauna in Luofushan

因素pH值x1有機(jī)質(zhì)x2總Nx3數(shù)量y10．89680．77260．7367類(lèi)群y20．61590．63220．5989DG指數(shù)y30．88790．63680．6076灰色關(guān)聯(lián)度0．80020．68050．6477

羅浮山土壤動(dòng)物與環(huán)境因素間的灰色關(guān)聯(lián)度均值大小順序?yàn)閜H值(0.800 2)、有機(jī)質(zhì)(0.680 5)、總氮(0.647 7).灰色關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)明母序列受子序列的影響越大.因此，羅浮山土壤動(dòng)物和土壤理化性質(zhì)的關(guān)系較為密切，其中最大的因素是土壤pH值，最小的影響因素是總氮，說(shuō)明羅浮山土壤pH值對(duì)土壤動(dòng)物群落指標(biāo)影響最大.

3 討 論

3.1 羅浮山自然環(huán)境的垂直變化特征

羅浮山不同海拔高度帶的自然環(huán)境要素存在垂直變化規(guī)律，總體上來(lái)說(shuō)，隨海拔升高，土壤酸性愈來(lái)愈強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)及全氮含量越來(lái)越高.土壤有機(jī)物質(zhì)主要來(lái)源于植物殘?bào)w，在一定的溫、濕度及生物條件作用下，分解、礦化進(jìn)入土壤或者被生物再利用.因此，土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量取決于植物殘?bào)w的積累速率、礦化速率及利用效率.羅浮山屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔低處的水、熱條件都比較好，生物作用活躍，植物殘?bào)w很快就可以被分解、礦化、淋溶或進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的再循環(huán).但是隨著海拔升高，溫度逐步降低；同時(shí)，由于羅浮山最大海拔尚未達(dá)到最大降水高度，因此隨海拔升高，降水量卻不斷增加.據(jù)可比較的廣西地區(qū)測(cè)量統(tǒng)計(jì), 海拔每增加100 m, 溫度下降0.5～0.6 ℃, 降雨量則增加60～100 mm[13].在低溫、潮濕的環(huán)境中，土壤生物活性下降，土壤孔隙被水充填，通氣度下降，進(jìn)一步影響土壤生物作用，使得植物殘?bào)w的分解、礦化效率降低，有機(jī)物質(zhì)的累積顯著大于分解，不斷累積，使得土壤表層有機(jī)質(zhì)含量不斷升高.據(jù)劉立誠(chéng)等[14]在本區(qū)域的調(diào)查研究，羅浮山低海拔赤紅壤有機(jī)質(zhì)含量只有20～30 g·kg-1，而較高海拔山地紅壤有機(jī)質(zhì)含量為41.1 g·kg-1，至海拔更高的山地黃壤, 有機(jī)質(zhì)含量甚至可以增加到60～80 g·kg-1.山頂?shù)纳降夭莸橥?有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)120 g·kg-1,與本研究結(jié)果相符.這一變化規(guī)律與其他山地研究結(jié)果也基本一致, 如貢嘎山東坡森林土壤有機(jī)質(zhì)的垂直分布隨海拔高度的升高而顯著性增加[15]，湖南連云山和萬(wàn)洋山，以及寧夏賀蘭山西坡等土壤有機(jī)質(zhì)含量隨海拔升高而不斷增加[16].羅浮山土壤有機(jī)質(zhì)含量變化可能也與人類(lèi)干擾程度有關(guān).因?yàn)榱_浮山作為旅游勝地及藥材資源產(chǎn)地，人類(lèi)活動(dòng)較多，海拔越高，人類(lèi)對(duì)森林的干擾也越少，包括地表的擾動(dòng)越少，有利于枯枝落葉和腐殖質(zhì)的積累.

羅浮山土壤pH值普遍較低，總體呈酸性(<5.5)，這可能首先與本地區(qū)的母質(zhì)因素有關(guān).因?yàn)榱_浮山屬花崗巖穹窿山地，花崗巖風(fēng)化成酸性母質(zhì)[14]；另外，在本地區(qū)高溫多雨的氣候條件下, 硅鋁酸鹽類(lèi)礦物遭受強(qiáng)烈分解破壞，脫硅富鋁化顯著, 鐵、鋁氧化物不斷富集，鹽基飽和度急劇降低，進(jìn)一步加劇了土壤酸化程度.羅浮山土壤pH值的垂直變化也呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，即隨海拔升高先升高再降低：從300 m到730 m，土壤pH值增加，海拔730 m以上，土壤pH值隨海拔升高不斷降低.這種現(xiàn)象在其他區(qū)域也有報(bào)道[17-19].在秦嶺火地塘林區(qū)(海拔1 000～2 500 m)，發(fā)現(xiàn)土壤pH值隨海拔升高呈現(xiàn)先升后降的規(guī)律，pH最高值出現(xiàn)在海拔1 800～2 000 m處.這種現(xiàn)象可能與土壤致酸因素的消長(zhǎng)有關(guān).海拔300 m處是典型的地帶性土壤——赤紅壤，由于良好的水、熱條件，硅鋁酸鹽類(lèi)礦物遭受強(qiáng)烈分解破壞，淋溶作用強(qiáng)烈，鐵、鋁氧化物和粘粒不斷形成聚積，硅和鹽基大量淋失，脫硅富鋁化顯著，導(dǎo)致土壤明顯酸化；而隨著海拔上升，在一定的范圍內(nèi)，由于溫度降低，土壤水分含量增大，脫硅富鋁化過(guò)程減弱，減小了土壤酸化程度，pH值增加；但隨著海拔的進(jìn)一步升高，溫度繼續(xù)降低，水分含量進(jìn)一步增加，植物凋落物不斷積累，造成另一個(gè)致酸因子——有機(jī)酸含量增加：它由枯枝落葉層有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程中的中間產(chǎn)物單寧轉(zhuǎn)化而來(lái)，致使土壤pH值不斷下降.

3.2 羅浮山土壤動(dòng)物垂直變化與環(huán)境的關(guān)系

羅浮山不同海拔高度帶土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量、類(lèi)群豐富度與生物多樣性指數(shù)的變化趨勢(shì)基本一致：除海拔300 m樣地外，土壤動(dòng)物指標(biāo)隨海拔升高而減小.土壤動(dòng)物群落指標(biāo)隨海拔增高和自然景觀更替而逐漸減少的規(guī)律在很多文獻(xiàn)中都有報(bào)道.例如，在貢嘎山東坡典型垂直植被帶土壤動(dòng)物群落調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，隨著海拔上升，土壤動(dòng)物的各項(xiàng)指標(biāo)，包括群落密度、生物量、類(lèi)群豐富度及生物多樣性指數(shù)均呈逐漸下降的趨勢(shì)[8].在武夷山，王邵軍[9]對(duì)不同海拔典型植被類(lèi)型土壤動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)土壤動(dòng)物生物多樣性、類(lèi)群豐度和個(gè)體數(shù)量都隨海拔升高而顯著遞減.土壤動(dòng)物群落的這種變化體現(xiàn)了自然因素梯度變化的影響，因?yàn)楹０紊?，氣溫漸降，植物多樣性減少、生產(chǎn)力下降，作為消費(fèi)者的土壤動(dòng)物群落也相應(yīng)漸少.

本研究注意到與上述規(guī)律不符的是，海拔300 m處土壤動(dòng)物各項(xiàng)指標(biāo)都很低，其類(lèi)群數(shù)量甚至比山頂還少，喬木物種及數(shù)量的調(diào)查結(jié)果也有類(lèi)似結(jié)果，這反映了羅浮山低海拔處受強(qiáng)烈的人為干擾影響.羅浮山藥材資源與旅游資源豐富, 始開(kāi)發(fā)于秦代；1 600 a前, 晉代著名道家、化學(xué)家、藥物學(xué)家葛洪來(lái)此建庵,修道，采藥，煉丹，開(kāi)創(chuàng)了嶺南道教圣地.再加上周邊居民的砍伐樹(shù)木、割草、放牧等生產(chǎn)活動(dòng)，羅浮山的原生植被基本破壞貽盡，尤其是在 600 m以下低海拔處，僅剩針葉、針闊葉混交等次生林和灌叢草坡等[20]；近年來(lái)，羅浮山升級(jí)為5A景區(qū)，游客密集，采花折枝、亂挖藥材和蘭花，產(chǎn)生噪聲、香火、粉塵沉降等愈加強(qiáng)烈，這些因素都可能對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)造成很大負(fù)面影響，使其生物多樣性降低.

本研究通過(guò)主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析，發(fā)現(xiàn)土壤pH值對(duì)土壤動(dòng)物群落指標(biāo)有顯著影響.有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，在Tatra國(guó)家公園，一些高山生態(tài)系統(tǒng)中土壤酸化對(duì)跳蟲(chóng)群落產(chǎn)生了嚴(yán)重影響[21]；在Alptal氮沉降樣地，雖然處理地土壤表層 (0～5 cm) pH值比對(duì)照地僅下降了0.32，但已造成本地優(yōu)勢(shì)種Isotomiellaminor密度減少80%，Tomocerus,Arrhopalites,Sminthurus和Neanura等類(lèi)群則完全消失[12].因?yàn)樗峄淖杂伤苤苯颖惶x(chóng)吸收(通過(guò)口器、皮膚和腹管)，而跳蟲(chóng)似乎只適于生活于一定的pH 環(huán)境中.例如，F(xiàn)olsomiacandida和Mesaphorurakrausbaueri適于生活于pH 5.2環(huán)境中，最大產(chǎn)卵量發(fā)生在 pH 5～7；在實(shí)驗(yàn)室中，pH 3.3的環(huán)境只能產(chǎn)生正常情況10%的卵，而在 pH 2.5下，它將不能產(chǎn)卵[22].同時(shí)，在較強(qiáng)的酸性土壤中，鋁離子活性增強(qiáng)也可能對(duì)土壤生物的生存不利.CROUAU等[23]曾報(bào)道，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，隨著培養(yǎng)基質(zhì)內(nèi)鋁毒土的含量上升，F(xiàn)olsomiacandida的死亡率直線上升；F.candida的生長(zhǎng)及幼體孵化率也與鋁毒土的含量呈明顯的劑量反應(yīng)關(guān)系[24].因此，在pH值較低的海拔300 m及1 200 m處，土壤動(dòng)物群落受到較大影響，生物多樣性較低.但是，由于本研究沒(méi)有對(duì)一些土壤物理性質(zhì)(土壤質(zhì)地和孔隙度，土壤溫度和濕度狀況等)進(jìn)行分析，同時(shí)3個(gè)高度帶只有12個(gè)樣本，影響了因子分析的效力，今后有待進(jìn)一步開(kāi)展更全面、系統(tǒng)的工作，以揭示羅浮山土壤動(dòng)物垂直帶譜性及其形成機(jī)制.

4 結(jié) 論

(1)羅浮山不同海拔高度帶的自然環(huán)境要素存在垂直變化規(guī)律，總體上隨著海拔高度升高，土壤酸性愈來(lái)愈強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)及全氮含量越來(lái)越高，土壤動(dòng)物指標(biāo)亦隨著海拔升高而減小；

(2)土壤環(huán)境因子分析表明，pH值與土壤動(dòng)物群落變化存在密切關(guān)系，土壤酸度是影響土壤動(dòng)物生物多樣性、個(gè)體數(shù)量及類(lèi)群豐度的關(guān)鍵因子；

(3)羅浮山歷史及現(xiàn)行的人為干擾對(duì)土壤動(dòng)物多樣性存在負(fù)面影響，造成300 m土壤動(dòng)物群落指標(biāo)顯著偏低.

[1] 孫建，程根偉.山地垂直帶譜研究評(píng)述[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2014, 23(9): 1544-1550.

SUN J, CHENG G W.Mountain altitudinal belt: A review[J]. Ecol Environ Sci， 2014, 23(9): 1544-1550.

[2] 張百平,譚靖,姚永慧,等. 山地垂直帶信息圖譜研究[M]. 北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2009.

ZHANG B P, TAN J, YAO Y H, et al. Study on the information maps of mountain vertical belt[M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2009.

[3] 侯學(xué)煜. 論中國(guó)植被分區(qū)的原則、依據(jù)和系統(tǒng)單位[J]. 植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)叢刊,1964(2):153-179,270-276.

HOU X Y. The principles, basis and system units of vegetation zoning in China[J].Chin J Plant Ecol,1964(2):153-179,270-276.

[4] 張新時(shí). 研究全球變化的植被——?dú)夂蚍诸?lèi)系統(tǒng)[J]. 第四紀(jì)研究, 1993, 13(2):157-169.

ZHANG X S. A vegetation-climate classification system of global change studies in China[J]. Quater Sci, 1993, 13(2):157-169.

[5] 彭補(bǔ)拙,陳浮. 中國(guó)山地垂直自然帶研究的進(jìn)展[J]. 地理科學(xué),1999(4):303-308.

PENG B Z, CHEN F. Process in the study of mountain vertical zonation in China[J]. Sci Geogr Sin,1999(4):303-308.

[6] 陳鵬,富德義. 長(zhǎng)白山土壤動(dòng)物在物質(zhì)循環(huán)中作用的初步探討[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),1984(2):172-180.

CHEN P, FU D Y. A preliminary approach to the effect of soil animals on the cycling of materials in the Changbai shan mountain[J]. Acta Ecol Sin,1984(2):172-180.

[7] 李萌,吳鵬飛,王永. 貢嘎山東坡典型植被類(lèi)型土壤動(dòng)物群落特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(7):2295-2307.

LI M, WU P F, WANG Y. Vertical distributions of soil dauna communities on the eastern slope of Gongga mountain[J]. Acta Ecol Sin,2015,35(7):2295-2307.

[8] 王邵軍.武夷山典型植被類(lèi)型土壤動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(19)：5174-5184.

WANG S J. Composition structure of soil fauna community under the typical vegetations in the Wuyi mountairis，China[J]. Acta Ecol Sin，2010，30(19)：5174-5184.

[9] 路有成,王宗英. 九華山土壤動(dòng)物的垂直分布[J]. 地理研究,1994(2):74-81.

LU Y C, WANG Z Y. Vertical distribution of soil animal on the Jiuhua mountain[J]. Geogr Res,1994(2):74-81.

[10]尹文英,梁愛(ài)萍. 有關(guān)節(jié)肢動(dòng)物分類(lèi)的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 動(dòng)物分類(lèi)學(xué)報(bào),1998(4):337-341.

YIN W Y, LIANG A P. On some basic problems in arthropod systematic[J]. Acta Zootaxon Sin,1998,(4):337-341.

[11]XU G L, SCHLEPPI P, LI M H, et al. Negative responses of collembola in a forest soil (Alptal) under increased atmospheric N deposition[J]. Environ Poll, 2009, 157: 2030-2036.

[12]XU G L, SCHLEPPI P, LI M H, et al. Negative responses of Collembola in a forest soil (Alptal, Switzerland) under experimentally increased N deposition[J]. Environ Pollut, 2009, 157(7):2030-2036.

[13]陳作雄. 論廣西土壤的垂直地帶性分布規(guī)律[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003，20(1)：66-72.

CHEN Z X. A disputation on distributive laws of vertical zonality of soil in Guangxi[J]. J Guangxi Teach Edu Univ(Nat Sci Edi), 2003，20(1)：66-72.

[14]劉立誠(chéng),彭崇瑋. 廣東羅浮山土壤形成特征[J]. 土壤通報(bào),1985,2:58-61.

LIU L C, PENG S W. Characteristics of Soil Formation in Luofu Mountain of Guangdong province[J]. Chin J Soil Sci,1985,2:58-61.

[15]王良健.貢嘎山東坡森林土壤有機(jī)質(zhì)的垂直分布規(guī)律研究[J].國(guó)土與自然資源研究, 1994, 3：29-33.

WANG L J. Study on vertical distribution of soil organic matter in the east slope of Gongga mountain[J]. Territ Nat Resour Study, 1994, 3：29-33.

[16]楊淑貞, 馬原, 蔣平,等.浙江西天目山土壤理化性質(zhì)的海拔梯度格局[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009,11(6)：101-107.

YANG S Z, MA Y, JIANG P, et al. Soil physical and chemical properties along altitudes of Western Tianmushan, Zhejiang[J]. J East China Norm Univ(Nat Sci)，2009,11(6)：101-107.

[17]張巧明，王得祥，龔明貴，等. 秦嶺火地塘林區(qū)不同海拔森林土壤理化性質(zhì)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011,25(5)：69-73.

ZHANG Q M, WANG D X, GONG M G, et al. Changes in physicochemical properties of forest soil along different altitudes in Huoditang of Qinling mountains[J]. J Soil Water Conserv，2011,25(5)：69-73.

[18]黨坤良，張長(zhǎng)錄，陳海濱，等．秦嶺南坡不同海拔土壤肥力的空間分異規(guī)律[J]．林業(yè)科學(xué)，2006，42(1)：16-21．

DANG K L, ZHANG C L, CHEN H B, et al.Spatial distribution and variation pattern of soil fertility at differed altitude on south slope in Qinling mountains[J]．Sci Silvae Sin，2006，42(1)：16-21．

[19]王瑞永，劉莎莎，王成章，等．不同海拔高度高寒草地土壤理化指標(biāo)分析[J]．草業(yè)學(xué)報(bào)，2009，17(5)：621-628．

WANG R Y, LIU S S, WANG C Z, et al. Analysis on soil physicochemical indices at different altitudes in alpine rangeland[J]．Acta Agr Sin，2009，17(5)：621-628．

[20]覃朝峰,李貞.羅浮山植物群落的垂直生態(tài)序列[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1987(2):45-50.

QIN C F, LI Z. Vertical ecological sequence of plant communities in Luofu mountain[J]. Acta Sci Nat Univ Suny,1987(2):45-50.

[21]RUSEK J.Biodiversity of Collembola and their functional role in the ecosystem[J]. Biodivers Conserv,1998, 7:1207-1219.

[22]RUSEK J, MARSHALL V G.Impacts of airborne pollutant on soil fauna[J].Ann Rev Ecol Syst, 2000, 31:395-423.

[23]CROUAU Y, PINELLI E. Comparative ecotoxicity of three polluted industrial soils for the Collembola Folsomia candida[J]. Ecotoxicol Environ Saf,2008, 71:643-649.

[24]CROUAU Y, MO?A C. The relative sensitivity of growth and reproduction in the springtail, Folsomia candida, exposed to xenobiotics in the laboratory: An indicator of soil toxicity[J]. Ecotoxicol Environ Saf,2006，64:115-121.

【責(zé)任編輯： 孫向榮】

Vertical zonality of soil fauna biodiversity in Loufushan, Guangdong

XU Guo-liang1, MO Ling-zi1, WANG Jia-shan1, CAI Shao-yan2, YANG Mu-zhuang1, FANG Bi-zhen1

(1.School of Geographical Sciences, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China;2.School of Geographical Sciences, South China Normal University, Guangzhou 510650, China)

Vertical zonality of mountains is an important issue of geography. It implies diverse ecological structure and processes in different altitudes. There were many studies on botanical diversity, landscape pattern and soil characteristics in the vertical zonalities, but it was still little known about the reactions of the vertical zonality of soil fauna. Experimental plots were built in altitudes 300 m,730 m, 990 m and 1 246 m to study the soil fauna community and soil properties in Luofushan, Guangdong. It was found that the higher the plot was above sea level, the more acidified the soil was, and the content of organic matter increased with the rising altitude. Soil fauna individuals, group richness and biodiversity changed consistently in the vertical zonalities: all of the indexes of soil animal decreased gradually with the increasing altitudes except for altitude 300 m. It was proposed by principal component analysis and grey relational grade analysis that soil fauna individuals, group richness and biodiversity was related closely to pH value. This study illustrated the vertical zonality of soil fauna community and soil characteristics, and it also discovered the serious impacts of human disturbances on biodiversity in Luofushan Mountain. The vertical zonality of soil fauna was discovered in the study, and the key fact affecting soil fauna biodiversity, individuals, and group richness was pH value of the soil. At the same time, the natural biodiversity has been strongly disturbed by anthropic activities in the low attitudes.

soil fauna; soil characteristic; vertical zonality; Luofushan

2016-10-17;

2016-10-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41571247);廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014A030313532);廣東省高水平大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目(區(qū)域水環(huán)境安全與水生態(tài)保護(hù));廣州大學(xué)—廣東羅浮山自然地理野外實(shí)踐教學(xué)基地資助項(xiàng)目

徐國(guó)良(1975-),男，副研究員，博士.E-mail:xugl@gzhu.edu.cn

*a通信作者. E-mail: xugl@gzhu.edu.cn

1671- 4229(2016)06-0009-08

Q 958.15

*b通信作者. E-mail: fang_bizhen@126.com