不同修復(fù)年限斑茅根系下土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及季節(jié)特征

黃紅英，劉靜華，楊家紳，胡金德，王佳穎，祝三華

（韶關(guān)學(xué)院 英東生命科學(xué)學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

大寶山礦是廣東省粵北地區(qū)一座大型多金屬礦床,其采礦、洗礦及尾礦庫(kù)對(duì)周?chē)喔人奈廴粳F(xiàn)象受到了許多學(xué)者的關(guān)注.學(xué)者們?cè)谖廴緳C(jī)制［1-5］、環(huán)境評(píng)價(jià)［6-11］和生態(tài)恢復(fù)方面做了許多研究［12-16］.土壤被重金屬污染后，土壤質(zhì)量發(fā)生退化，土壤生物多樣性銳減［17-22］，在被重金屬污染的土壤上種植農(nóng)作物，伴隨著重金屬離子的富集與遷移，通過(guò)食物鏈的關(guān)系最終威脅到人類健康［7，9］.

對(duì)重金屬污染的土壤目前常用的物理和化學(xué)治理技術(shù)均無(wú)法從根本上解決問(wèn)題,故具有成本低、不造成二次污染的生物修復(fù)技術(shù)便引起了各學(xué)者的廣泛關(guān)注［15］.常用的生物修復(fù)技術(shù)中以植物修復(fù)治理應(yīng)用較廣泛.植物修復(fù)技術(shù)是利用植物對(duì)環(huán)境污染物質(zhì)進(jìn)行吸附轉(zhuǎn)移,達(dá)到對(duì)環(huán)境污染物質(zhì)（重金屬離子）進(jìn)行分解、清除吸附或吸收，最終使受污染的土壤環(huán)境得以恢復(fù)［15］，體現(xiàn)在土壤中重金屬離子含量下降，土壤酸堿度得到改善，地面作物生物量、地下土壤微生物及土壤動(dòng)物多樣性增加.

土壤動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)及多樣性與土壤生態(tài)系統(tǒng)緊密聯(lián)系，土壤中過(guò)量的重金屬離子會(huì)使土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響土壤中動(dòng)物的活動(dòng)、取食與繁殖，因此土壤動(dòng)物常被作為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要生物指標(biāo)［17］.

斑茅（Saccharum arundinaceum）是韶關(guān)地區(qū)撂荒地及污染棄耕農(nóng)田常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)植物，在多重金屬?gòu)?fù)合污染土壤中生長(zhǎng)的斑茅對(duì) Cu、Cd、Pb和 Zn有富集優(yōu)勢(shì)外，還是Cu的超富集植物［14-15］.為了進(jìn)一步研究斑茅對(duì)大寶山多金屬（Cu、Cd、Zn）污染修復(fù)土壤的修復(fù)效果，以斑茅根系下的土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和多樣性作為評(píng)價(jià)依據(jù)［14,15,22,23］，采用干漏斗法對(duì)不同修復(fù)年限（3年、2年、1年與當(dāng)年）斑茅根系下的土壤動(dòng)物進(jìn)行群落結(jié)構(gòu)特征的研究.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 取樣

為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方便將修復(fù)土壤做如下標(biāo)記：樣地1為修復(fù)土壤3年、樣地2為修復(fù)土壤2年、樣地3為修復(fù)土壤1年、樣地4為修復(fù)當(dāng)年的土壤.取樣分為春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)進(jìn)行取樣.2014年12月至2015年12月，用50*50 cm土壤環(huán)刀取植物斑茅根系下土壤，取每株根系土樣6份，隨機(jī)重復(fù)15株，每樣地取得90份土壤樣品.

1.2 分離和鑒定

取得樣本土壤之后，通過(guò)人工操作的方法將體長(zhǎng)在2～20 mm范圍之內(nèi)的大型土壤動(dòng)物，分揀并固定保存在蒸餾水中.而體長(zhǎng)在0.2～2 mm與0.2 mm以下的土壤動(dòng)物屬于中小型土壤動(dòng)物，用干漏斗法［25,27］分離收集.然后，在顯微鏡下察看土壤小動(dòng)物，根據(jù)土壤動(dòng)物分類表進(jìn)分類鑒別，土壤動(dòng)物鑒定到綱或目水平［25,27］.而且土壤動(dòng)物中幼體個(gè)體較多，且幼體與成體的生態(tài)位不同，因而將幼體和成體分開(kāi)單列［25,27］.本次調(diào)查不包括土壤原生動(dòng)物和線蟲(chóng).

1.3 實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析方法

利用DPS軟件處理數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出夏、秋、冬各個(gè)樣方的個(gè)體數(shù)和群類數(shù)，然后再分析出每一個(gè)樣方土壤動(dòng)物春、夏、秋、冬個(gè)體數(shù)和群類數(shù).運(yùn)用辛普森、香濃、均勻度和相似性指數(shù)統(tǒng)計(jì)對(duì)4個(gè)樣方進(jìn)行計(jì)算分析.

本次實(shí)驗(yàn)土壤動(dòng)物多度的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：以“+++”為表示的是優(yōu)勢(shì)類群，個(gè)體數(shù)占總數(shù)量的10%以上，以“++”為表示的是常見(jiàn)類群，個(gè)體數(shù)占總數(shù)的10%和1%之間者，以“+”為稀有類群，所占總數(shù)的1%以下.

2 結(jié)果分析

2.1 不同修復(fù)年限土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

不同修復(fù)年限土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1.修復(fù)3年土壤樣方獲得23種4 082個(gè)動(dòng)物，優(yōu)勢(shì)類群有彈尾目和蜱螨類目，各占20%和66.35%，優(yōu)勢(shì)類群合占總個(gè)體數(shù)的86.35%；常見(jiàn)類群有盲蛛類（1%）、膜翅類（3.53%）、蚯蚓類（1.81%），常見(jiàn)類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的7.31%，稀有類群有蜘蛛目（0.39%）、雙尾目（0.44%）、結(jié)合類（0.03%）等17種，稀有類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的6.34%.

修復(fù)2年的土壤樣方共獲得25種3 138個(gè)動(dòng)物，構(gòu)成土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢(shì)類群有彈尾目和蜱螨目各占23.49%和61.75%，優(yōu)勢(shì)類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的85.24%；常見(jiàn)類群有盲蛛類（1.50%）、蚜蟲(chóng)（1.40%）、膜翅類（3.79%）、雙翅類幼蟲(chóng)（1.15%）、搖蚊幼蟲(chóng)（1.02%）、蚯蚓（1.02%）和姬蚯蚓類（1%），常見(jiàn)類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的10.88%；稀有類群有緩步足（0.03%）、蜘蛛目（0.19%）、甲殼類（0.06%）等14種，稀有類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的3.88%.

修復(fù)1年的土壤樣地獲得24種1 520個(gè)動(dòng)物，構(gòu)成修復(fù)1年土壤斑茅根系動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢(shì)類群有蜱螨目62.37%，常見(jiàn)類群有彈尾類（4.54%）、蜘蛛類（1.12%）和蚜蟲(chóng)（5.13%）等12種，常見(jiàn)類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的32.05%，稀有類群有盲蛛目（0.66%）、雙尾目（0.20%）、甲殼類（0.13%）等11種，稀有類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的5.58%.

修復(fù)當(dāng)年的樣方土壤共獲得23種2 417個(gè)動(dòng)物，構(gòu)成當(dāng)年修復(fù)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢(shì)類群有彈尾目和蜱螨類各占21.85%和66.53%，優(yōu)勢(shì)類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的88.38%，常見(jiàn)類群的有蚜蟲(chóng)（1.2%）、膜翅類（1.24%）、雙翅類幼蟲(chóng)（1.41%）、蚯蚓（1.66%），常見(jiàn)類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的（5.51%），稀有類群有盲蛛目（0.62%）、蜘蛛目（0.33%）、甲殼類（0.04%）等17種，稀有類群個(gè)體數(shù)合占總個(gè)體數(shù)的6.61%.

表1 不同修復(fù)年限動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

2.2 不同修復(fù)年限斑茅根系土壤動(dòng)物的季節(jié)動(dòng)態(tài)

2.2.1 不同修復(fù)年限斑茅根系土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)

不同修復(fù)年限土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)特征，隨著修復(fù)年限的增長(zhǎng)，土壤動(dòng)物的個(gè)體數(shù)呈遞增趨勢(shì)，表現(xiàn)為修復(fù)年限越長(zhǎng)個(gè)體數(shù)越多；同一樣地不同季節(jié)土壤動(dòng)物的個(gè)體數(shù)呈現(xiàn)春高夏低秋高冬低的規(guī)律，其變化次序?yàn)榍铮敬海鞠模径?

2.2.2 不同修復(fù)年限斑茅根系土壤動(dòng)物類群數(shù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)

不同修復(fù)年限斑茅根系土壤動(dòng)物類群數(shù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)，修復(fù)3年的土壤動(dòng)物類群數(shù)隨著季節(jié)的交替變化呈現(xiàn)冬＞秋＞夏＞春的變化特征，春季最少；修復(fù)2年和1年的土壤動(dòng)物類群數(shù)季節(jié)動(dòng)態(tài)相似，呈現(xiàn)冬＞夏＞春＞秋的變化特征，秋季最少；修復(fù)當(dāng)年與修復(fù)2年、1年的土壤動(dòng)物類群數(shù)季節(jié)動(dòng)態(tài)夏、秋、冬相似，但是其春季最低.

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明被重金屬污染的土壤其土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)集中凸顯優(yōu)勢(shì)類群蜱螨目和彈尾目，蜱螨目個(gè)體數(shù)量明顯優(yōu)勢(shì)于彈尾目，常見(jiàn)類群和稀有類群個(gè)體數(shù)罕見(jiàn)；斑茅種植對(duì)多金屬（Cu、Cd、Zn）污染土壤中的土壤動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性有一定的修復(fù)效果，構(gòu)成土壤動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)的類群數(shù)、個(gè)體數(shù)量及優(yōu)勢(shì)類群彈尾目個(gè)體等隨著修復(fù)年限的延長(zhǎng)而增多，其中最早恢復(fù)的是常見(jiàn)類群；斑茅根系土壤動(dòng)物的季節(jié)消長(zhǎng)特征體現(xiàn)在同一樣地不同季節(jié)土壤動(dòng)物的個(gè)體數(shù)呈現(xiàn)春高夏低秋高冬低的規(guī)律，其變化次序?yàn)榍铮敬海鞠模径?；修?fù)年限越長(zhǎng)斑茅根系土壤動(dòng)物類群數(shù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)冬高規(guī)律，不同修復(fù)年限樣地秋季和春季動(dòng)物類群有差別.

由于實(shí)驗(yàn)土壤的前身是棄耕多年的水稻壤，由于棄耕，灌溉水被切斷，稻田變旱地，隨著棄耕年限的延長(zhǎng)，旱地成為撂荒地，土壤酸度達(dá)到強(qiáng)酸級(jí)別，土壤綜合污染指數(shù)達(dá)到重度污染［15］.實(shí)驗(yàn)前作了焚燒地上雜草、深挖土層、施撒生石灰、深埋有機(jī)肥等處理來(lái)增加土壤的可耕性，提高斑茅的生物量.由于斑茅是多年生叢生草本植物，分蘗多且須根根系發(fā)達(dá)，修復(fù)3的樣地，斑茅經(jīng)過(guò)3年的生長(zhǎng)，根系分布的廣度和深度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2年生、1年生和當(dāng)年栽種的，因此伴隨著斑茅地上部分的生長(zhǎng)，地下根系也在快速延伸生長(zhǎng)，擴(kuò)寬了土壤動(dòng)物的生活空間，受土溫和含水量起伏變化的影響越??；隨著斑茅生長(zhǎng)生物量在增加，通過(guò)根系不吸附與轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分的重金屬離子增加，根系土壤的重金屬離子在減少，減低了重金屬離子對(duì)土壤動(dòng)物的毒害，促進(jìn)了土壤動(dòng)物群落的修復(fù)，所以土壤動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)隨著修復(fù)年限的延長(zhǎng)變得復(fù)雜、物種多樣性增多；修復(fù)年限越長(zhǎng)，物種多樣性受季節(jié)變化干擾減少，個(gè)體數(shù)受季節(jié)干擾大的是優(yōu)勢(shì)類群彈尾目的數(shù)量，因?yàn)閺椢材坷ハx(chóng)生長(zhǎng)于繁殖需要適宜的高溫、高濕條件［21-27］，所以冬季是不同修復(fù)年限斑茅根系土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)最低，與許多學(xué)者的研究結(jié)果相似［21-27］.

以土壤動(dòng)物群落修復(fù)作為評(píng)判指標(biāo)，斑茅對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)是有一定效果，斑茅可作為大寶山礦區(qū)多種重金屬污染土壤下植物修復(fù)的先鋒植物種，可在該區(qū)域擴(kuò)大栽植，加速礦區(qū)土壤污染的修復(fù).

［1］付善明，周永章，趙宇鷃，等.廣東大寶山鐵多金屬礦廢水對(duì)河流沿岸土壤的重金屬污染［J］.環(huán)境科學(xué),2007，28（4）：805-812.

［2］郭彥彪，馮宏，周波，等.廣東大寶山礦區(qū)廢石場(chǎng)土壤酸化特征分析［J］.水土保持學(xué)報(bào),2013,27(6):46-50

［3］楊振，胡明安.大寶山采礦活動(dòng)對(duì)環(huán)境的重金屬污染調(diào)查［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2009,18（6）：21-24.

［4］許超，夏北成，何石媚，等.大寶山礦山下游地區(qū)稻田土壤重金屬含量特征［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào),2008,48（3）：122-127.

［5］鄭佳佳，姜曉，張曉軍.廣東大寶山礦區(qū)周?chē)寥乐亟饘傥廴緺顩r評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2008,31(11):137-145.

［6］邢寧，吳平霄，李媛媛，等.大寶山尾礦重金屬形態(tài)及其潛在遷移能力分析［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào),2011,5(6):1370-1375.

［7］陳家棟，潘寶寶，張金池，等．廣東大寶山礦區(qū)土壤重金屬含量及其影響因素［J］.水土保持研究［J］.2012,19(6):237-241

［8］黃飛，王澤煌，蔡昆爭(zhēng)，等．大寶山尾礦庫(kù)區(qū)水體重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)研究,2016,29(11):1701-1708.

［9］鄒素敏，杜瑞英，文典，等．大寶山礦區(qū)某農(nóng)田蔬菜重金屬污染狀況及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2016(6):568-575.

［10］許超，夏北成，秦建橋，等．廣東大寶山礦山下游地區(qū)稻田土壤的重金屬污染狀況的分析與評(píng)價(jià)［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007(B10):549-553.

［11］張?jiān)侥?，李忠武，陳志良，等．大寶山尾礦庫(kù)區(qū)及其周邊地區(qū)地下水重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013,32(3):587-594.

［12］鄒曉錦，仇榮亮，黃穗虹，等.廣東大寶山復(fù)合污染土壤的改良及植物復(fù)墾［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2008，28（9）：775-780.

［13］丘英華，吳林芳，廖凌娟，等．廣東大寶山礦區(qū)周邊植被現(xiàn)狀及礦區(qū)植被恢復(fù)重建［J］.廣東林業(yè)科技,2010,26(5):22-27.

［14］黃紅英，徐劍，白音，等.不同土壤生境下斑茅對(duì)重金屬的富集特征［J］.生態(tài)學(xué)雜志,2012,31(4):961-966.

［15］黃紅英，徐劍，白音，等.大寶山污染棄耕農(nóng)田不同植物對(duì)重金屬的吸收與富集特征［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，38（20）:142-144.

［16］何蘭蘭，角媛梅，王李鴻，等.Pb、Zn、Cu、Cd 的超富集植物研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2009,32（11）：120-124.

［17］Shi S,Bai Y,Ma Y.Research Advances in Heavy Metal Toxicity Effect to Soil Animals［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin,2010，24（16）：288-293.

［18］Li T,Li CY,Yu DN,et al.Effects of heavy metals from road traffic on the community structure and spatial distribution of cropland soil animals［J］.Acta Ecologica Sinica,2010,30(18):5001-5011.

［19］Deng J.A Research on the Ecological Effect of the Soil Animals Community by the Heavy Metal Pollution ［J］.Chinese Journal of Enviromentalence,1996，17（2）：1-5.

［20］Yang X,Xiang C,Liu Z.Effect of Heavy Metal Pollution on Soil Animals［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin,2008，24（12）：454-457.

［21］李孝剛,丁昌峰,王興祥,等.重金屬污染對(duì)紅壤旱地小節(jié)肢類土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2014,34(21):6198-6204.

［22］黃紅英，徐劍，黃志宏,等.不同土壤生境斑茅根系下土壤動(dòng)物多樣性［J］.中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,32（11）：79-84.

［23］黃紅英，徐劍，白音,等.大寶山礦污染棄耕農(nóng)田不同恢復(fù)植被下土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及多樣性［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011，27（24）：80-85.

［24］黃紅英，章家恩，徐劍,等.廣東大寶山礦兩種不同生境土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的研究［J］.韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2008,29（8）：63-66.

［25］尹文英,胡圣豪,沈韞芬,等.中國(guó)土壤動(dòng)物［M］.北京：科學(xué)出版社，2000.

［26］賀紀(jì)正，陸雅海，傅伯杰.土壤生物學(xué)前沿［M］.北京：科學(xué)出版社，2014.

［27］尹文英.土壤動(dòng)物學(xué)研究的回望與展望［J］.生物學(xué)通報(bào),2001,36(8):1-3.