藍(lán)田工業(yè)區(qū)大型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與土壤因子的研究

劉秦鳳 葉岳 陳錦徳 廖歡盈 李婉韻 莫雪賢

摘 要：該研究對(duì)西江流域羚山涌河道沿岸藍(lán)田工業(yè)區(qū)的大型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和土壤重金屬進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果表明，大型土壤動(dòng)物2419只，隸屬3綱9目，大型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)與土壤含水率、土壤溫度呈正相關(guān)，與土層、土壤最大孔隙度、土壤容重呈負(fù)相關(guān);大型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)與土壤含水率呈正相關(guān)，與土層、土壤溫度呈負(fù)相關(guān)。研究區(qū)Cu、Zn、Cd、Pb單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)均大于1。

關(guān)鍵詞：西江流域;藍(lán)田工業(yè)區(qū);大型土壤動(dòng)物;土壤重金屬

中圖分類(lèi)號(hào) S661.1;S154文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）（02-03）-0106-04

Study on Community Structure and Soil Factors of Large Soil Animals in Lantian Industrial Area

Liu Qinfeng et al.

（Zhaoqing University， Zhaoqing 626061， China）

Abstract： The community structure of large-scale soil animals and heavy metals in Lantian Industrial Zone along lingshanchong River in Xijiang River Basin were investigated. The results were as follows： 2419 large-scale soil animals were captured， belonging to 3 classes and 9 orders. The individual number of large-scale soil animals was positively correlated with soil moisture and soil temperature， negatively correlated with soil layer， maximum soil porosity and soil bulk density; the group number of large-scale soil animals was positively correlated with soil moisture and negatively correlated with soil layer and soil temperature. The single pollution index and comprehensive pollution index of Cu， Zn， Cd and Pb in the study area are greater than 1.

Key words： Xijiang River Basin; Lantian Industrial Zone; large soil animals; Heavy metals in soil

土壤動(dòng)物是指可以在土壤中生存，且對(duì)土壤產(chǎn)生一定影響的動(dòng)物[1].，作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，具有分布廣泛，數(shù)目龐大，種類(lèi)繁多等特點(diǎn)[2-3].。土壤動(dòng)物會(huì)因環(huán)境的變化而變化，對(duì)環(huán)境污染做出響應(yīng)，具有環(huán)境指示作用，因此被廣泛應(yīng)用于土壤的污染評(píng)價(jià)[4-6].。有學(xué)者探討了西江流域的植物群落[7].、兩棲爬行動(dòng)物[8].和小生境環(huán)境因子的響應(yīng)[9].等，但對(duì)大型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與土壤重金屬之間的研究較少。2019年1月、4月、8月和9月，筆者以西江流域羚山涌河道沿岸藍(lán)田工業(yè)區(qū)大型土壤動(dòng)物為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)大型土壤動(dòng)物群落特征與土壤重金屬之間的關(guān)系，研究大型土壤動(dòng)物群落對(duì)土壤重金屬的響應(yīng)，以期為羚山涌河道沿岸及藍(lán)田工業(yè)區(qū)的科學(xué)管理和重金屬污染治理等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況 西江流域羚山涌河道沿岸藍(lán)田工業(yè)區(qū)，位于肇慶市端州區(qū)端州一路與藍(lán)塘中路交叉口至藍(lán)塘中轉(zhuǎn)站區(qū)域河道，地勢(shì)北高南低，呈狹長(zhǎng)的帶狀分布。周?chē)参锓N類(lèi)豐富，包括傘形科蛇床（Cnidium monnieri （Linn.） Cuss.）、茄科黃果茄（Solanum xanthocarpum Schrad. et Wendl）、菊科一點(diǎn)紅（Emilia sonchifolia （L.） DC.）、鬼針草（Bidens pilosa L.）、桑科構(gòu)樹(shù)（Broussonetia papyrifera （Linn.） L′Hér. ex Vent.）、天南星科尖尾芋（Alocasia cucullata （Lour.） Schott）、廖科水蓼（Polygonum hydropiper L.）、美人蕉科粉美人蕉（Canna glauca L.）、禾本科銀邊草（Arrhenatherum elatius var. bulbosum）、細(xì)葉結(jié)縷草（Zoysia tenuifolia Willd. ex Trin.）、漆樹(shù)科毛黃櫨（Cotinus coggygria Scop. var. pubescens Engl.）等。

據(jù)調(diào)查，研究區(qū)周?chē)?km2內(nèi)建有垃圾中轉(zhuǎn)站、不銹鋼鋁合金門(mén)窗工程廠、塑料金屬制品廠、家具廠等。20世紀(jì)90年代，隨著城市的發(fā)展與擴(kuò)張，肇慶市端州區(qū)涌現(xiàn)了大量工廠，為了排污方便，很多工廠選擇沿河涌建設(shè)，羚山涌就是1個(gè)典型案例。自2016年以來(lái)，肇慶市委市政府對(duì)羚山涌進(jìn)行了整改，近江段水質(zhì)大幅改善[10].。

1.2 研究方法

1.2.1 采樣時(shí)間和采樣方法 樣品采集于2019年1月（樣品1）、4月（樣品2）、8月（樣品3）和9月（樣品4）進(jìn)行。在羚山涌河道邊取5個(gè)樣地，樣地面積為400m2。采用等取樣法選取3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)邊長(zhǎng)為25cm×25cm線框;用采土器分3層（0～5cm，5～10cm，10～15cm）取樣，采用手撿法采集大型土壤動(dòng)物并使用75%的酒精滅殺。分類(lèi)鑒定參考《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》[11].及《昆蟲(chóng)分類(lèi)學(xué)》[12].等工具書(shū)，在體視鏡下對(duì)標(biāo)本進(jìn)行鑒定并分類(lèi)計(jì)數(shù)。

在每個(gè)樣地分層用密封袋取若干混合土樣（不少于1kg），測(cè)量土壤理化性質(zhì);土壤溫度采用SW108溫度計(jì)測(cè)定;土壤容重采用環(huán)刀法（環(huán)刀直徑5cm，高5cm）。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析與處理 采用Excel 2010和Grap Pad Prism8軟件處理和分析大型土壤動(dòng)物的個(gè)體數(shù)和類(lèi)群數(shù)，采用SPSS24.0軟件處理和分析土壤重金屬及與土壤重金屬相關(guān)系數(shù)。大型土壤動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群、常見(jiàn)類(lèi)群、稀有類(lèi)群的類(lèi)群數(shù)按以下標(biāo)準(zhǔn)劃分：根據(jù)原始捕獲量占捕獲總量的百分比來(lái)劃分各類(lèi)群數(shù)量等級(jí)，即個(gè)體數(shù)量大于捕獲總量的10.0%以上者為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，占1.0%～10.0%者為常見(jiàn)類(lèi)群，不足1.0%者為稀有類(lèi)群。土壤動(dòng)物群落多樣性指數(shù)按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

H′=-∑Pi1n Pi

式中：Pi為第i類(lèi)群或物種的個(gè)體數(shù)量占土壤動(dòng)物總數(shù)的比率。

Pielou均勻性指數(shù)：

E=H′/ln S

式中：S為土壤動(dòng)物群落所有動(dòng)物類(lèi)群數(shù)。

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)：

C=∑（ni/N）2

式中：ni為第i物種的個(gè)體數(shù)，N為土壤動(dòng)物群落全部類(lèi)群的個(gè)體總數(shù)。

Margalef豐富度指數(shù)：

D′=lnS/ln N

式中：S為調(diào)查到的類(lèi)群數(shù)。

1.2.3 土壤重金屬處理方法

1.2.3.1 微波消解法 儀器;ETHOS One微波消解儀（意大利MILESTONE公司）;Milli-Q A10純水機(jī)及超純水系統(tǒng)（美國(guó)）;電子天平。準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2～0.3g（精確至0.1mg）樣品于消解罐中，用少量水濕潤(rùn)后加入3mL鹽酸（ρ=1.19g/mL）、6mL硝酸（ρ=1.42g/mL）、2mL氫氟酸（ρ=1.49g/mL）混合均勻，置于電熱板上進(jìn)行加熱處理，并重復(fù)2次至樣品呈現(xiàn)灰色（白色），最后加入10%濃度的硝酸溶液完成預(yù)處理。空白樣品制備：不取樣品與上述步驟相同制備。

1.2.3.2 金屬含量測(cè)定 儀器：石墨爐原子吸收分光光度計(jì);火焰原子吸收分光光度計(jì)。方法：調(diào)節(jié)儀器至最佳工作狀態(tài)，取100mL容量瓶用硝酸溶液分別稀釋各元素標(biāo)準(zhǔn)使用液，配制成標(biāo)準(zhǔn)系列，按照儀器測(cè)量條件建立標(biāo)準(zhǔn)曲線;試樣和對(duì)照測(cè)定條件標(biāo)準(zhǔn)曲線一致。

2 結(jié)果與分析

2.1 大型土壤動(dòng)物群落特征 由表1可知，本次調(diào)查共捕獲大型土壤動(dòng)物2419只，分別隸屬于3綱9目。其中優(yōu)勢(shì)類(lèi)群為膜翅目、鞘翅目、寡毛綱，占總個(gè)體數(shù)的92.35%;常見(jiàn)類(lèi)群為等足目和蜘蛛目，占總個(gè)體數(shù)的4.01%，稀有類(lèi)群為蜈蚣目、蜚蠊目、倍足綱、中腹足目、鱗翅目、腹足綱、半翅目，占總個(gè)體數(shù)的3.64%。由表1可知，大型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)為9月>1月>4月>8月。9月的大型土壤動(dòng)物（1405只）明顯多于調(diào)查的其它3個(gè)月，9月優(yōu)勢(shì)類(lèi)群是膜翅目988只，占總個(gè)體數(shù)70.32%，鞘翅目387只，占總個(gè)體數(shù)27.54%。

羚山涌河道沿岸區(qū)域多數(shù)植物屬于草本植物，極少部分為灌木和喬木，樣地凋落物很少且薄。該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均相對(duì)濕度80%，年平均降水量為1878.3mm。4—8月為雨季，月平均降水量為200mm，11月到翌年2月為旱季，月平均降水量不足100mm，植被生長(zhǎng)較為緩慢且稀疏。據(jù)膜翅目蟻科喜陰暗潮濕，環(huán)境溫度為18～35℃，濕度在80%～90%，高于43℃易死亡，9月份環(huán)境較適宜蟻科生活[13].。其次，蟻科中的雄蟻只在7—10月間出現(xiàn)，專(zhuān)司交尾，而秋季的氣候條件等也最適合蟻科營(yíng)巢繁衍后代，為冬眠做準(zhǔn)備[14].。

2.2 多樣性指數(shù)與土壤因子 通過(guò)對(duì)多樣性指數(shù)和土壤因子的相關(guān)性分析，多樣性指數(shù)與土壤含水量相關(guān)性極顯著（P<0.01），豐富度指數(shù)與土壤含水量相關(guān)性顯著（P<0.05），均勻性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與土壤含水量相關(guān)性不顯著（P>0.05）。多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、豐富度指數(shù)與土壤最大孔隙度的相關(guān)性顯著（P<0.05），均勻性指數(shù)與土壤最大孔隙度相關(guān)性不顯著（P>0.05）。多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)與土壤容重相關(guān)性顯著（P<0.05），均勻性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與土壤容重相關(guān)性不顯著（P>0.05）。多樣性指數(shù)與土壤溫濕度相關(guān)性都不顯著。

2.3 大型土壤動(dòng)物與土壤因子相關(guān)性 由表3可知，不同研究區(qū)的大型土壤動(dòng)物的類(lèi)群數(shù)與土壤溫度相關(guān)性顯著（P<0.05），與土壤最大孔隙度，土壤容重相關(guān)系不顯著（P>0.05）。其中大型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)與土壤含水量呈正相關(guān)，與土壤溫度呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明在研究區(qū)一定范圍內(nèi)，大型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)與土壤含水量、土壤溫度相關(guān)度密切。土壤含水量越大，土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)越多，隨著土壤溫度的改變，溫度越高，土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)越少，而土壤最大孔隙度及土壤容重對(duì)土壤動(dòng)物的類(lèi)群數(shù)影響不大。大型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)與土壤容重的相關(guān)性顯著（P<0.05）;大型土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)與土壤含水量，土壤最大孔隙度以及土壤溫度的相關(guān)性不顯著（P>0.05）。

2.4 優(yōu)勢(shì)類(lèi)群與環(huán)境因子的相關(guān)性 由表4可以看出，對(duì)優(yōu)勢(shì)類(lèi)群中的膜翅目、鞘翅目和寡毛綱與環(huán)境因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。膜翅目和鞘翅目與土層、土壤最大孔隙度、土壤容重呈負(fù)相關(guān)，與土壤含水量、土壤溫度、土壤濕度呈正相關(guān)。其中膜翅目與土層、土壤含水量相關(guān)性極弱，鞘翅目與土層、土壤含水量相關(guān)性不顯著（P>0.05）。膜翅目與土壤最大孔隙度、土壤溫度、土壤濕度呈現(xiàn)中等程度相關(guān)且極其顯著（P<0.01），而鞘翅目與季度和土壤容重呈弱相關(guān)，但相關(guān)性極其顯著（P<0.01）。寡毛綱與土層、土壤濕度、土壤溫度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性較強(qiáng)且極其顯著（P<0.01）;與土壤容重呈正相關(guān)且顯著，它們之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

2.5 大型土壤動(dòng)物與土壤重金屬 由圖1、2可以看出，土壤中重金屬Cu、Zn、Cd、Pb的綜合污染指數(shù)均大于1，研究區(qū)大型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)隨著土壤重金屬增加而減少，土壤個(gè)體數(shù)則先降后升。表明研究區(qū)土壤嚴(yán)重受以上4種重金屬污染。處理3土壤重金屬污染最重，這不僅與研究區(qū)所處的特殊地理位置有關(guān)，也與9月氣候有關(guān)。9月多雨，河涌匯集周?chē)S與居民用水增多，污染加重，進(jìn)而使沿岸的土壤重金屬污染更加嚴(yán)重。甚至土壤重金屬綜合污染指數(shù)更是高達(dá)5.63，由此可以看出，研究區(qū)土壤受4種重金屬污染嚴(yán)重，對(duì)土壤動(dòng)物的生活具有一定的影響。

3 結(jié)論

大型土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群為膜翅目、鞘翅目、寡毛綱;常見(jiàn)類(lèi)群為等足目、蜘蛛目，稀有類(lèi)群為蜈蚣目、蜚蠊目、倍足綱、中腹足目、鱗翅目、腹足綱、半翅目。3類(lèi)優(yōu)勢(shì)類(lèi)群和2類(lèi)常見(jiàn)類(lèi)群以及7類(lèi)稀有類(lèi)群組成了羚山涌河道沿岸藍(lán)田工業(yè)區(qū)土壤動(dòng)物群落的基本結(jié)構(gòu)，膜翅目是該地區(qū)土壤動(dòng)物中的第1大類(lèi)，膜翅目生活環(huán)境為相對(duì)潮濕的土壤上層及凋落物層，膜翅目與鞘翅目土層、土壤最大孔隙度、土壤容重呈負(fù)相關(guān)，與土壤含水量、土壤溫度、土壤濕度呈正相關(guān)，說(shuō)明膜翅目與鞘翅目可以指示羚山涌河道沿岸藍(lán)田工業(yè)區(qū)環(huán)境特點(diǎn)和土壤質(zhì)地狀況。

研究區(qū)土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)和個(gè)體數(shù)受土壤因子的影響。大型土壤動(dòng)物與土壤因子的關(guān)系中，土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)與土壤含水率呈正相關(guān)，與土層、土壤溫度呈負(fù)相關(guān)。土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)與季度呈正相關(guān)，與土層、土壤容重呈負(fù)相。土層深度對(duì)大型土壤動(dòng)物分布影響顯著，土層越深，土壤動(dòng)物數(shù)量和類(lèi)群數(shù)越少。土壤含水量和土壤溫度對(duì)土壤類(lèi)群有一定影響，而對(duì)土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)影響不大。一定程度上，土壤含水量越高，土壤動(dòng)物類(lèi)群越多，土壤溫度越高，土壤動(dòng)物類(lèi)群越少。土壤容重對(duì)土壤動(dòng)物有一定影響，土壤容重越大，土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)越多，而對(duì)土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)影響不大。土壤最大孔隙度對(duì)土壤動(dòng)物的總體影響不大。

土壤中重金屬Cu、Zn、Cd、Pb的綜合污染指數(shù)均大于1，研究區(qū)大型土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)隨著土壤重金屬增加而減少，土壤個(gè)體數(shù)則先降后升。由此看出，研究區(qū)土壤中重金屬對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)具有一定的影響，今后可繼續(xù)對(duì)土壤重金屬含量與動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)及動(dòng)物體內(nèi)重金屬的含量的相關(guān)性進(jìn)行研究。

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（責(zé)編：張 麗）