延吉城市綠地節(jié)肢動物群落特征及其環(huán)境影響因子研究

淮露梅，欒 濤，裴洪淑

(延邊大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，吉林 延吉 133002)

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的重要載體，具有多種綠地類型和較強(qiáng)的空間異質(zhì)性[1-3]，在城市景觀中占據(jù)重要位置，具有市內(nèi)水質(zhì)凈化、調(diào)節(jié)生物多樣性及改善城市小氣候等作用[4-5]。節(jié)肢動物作為城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持綠地生態(tài)系統(tǒng)功能、改變土壤理化性質(zhì)以及物質(zhì)循環(huán)和能量流動中發(fā)揮著重要作用。節(jié)肢動物作為土壤動物中最大的組成成分，是最活躍和物種最豐富的類群，它們依賴地表植被和土壤作為生長發(fā)育的食物資源和棲息、躲避天敵的理想場所，對外界的任何擾動極為敏感[6]。

近年來，有關(guān)城市綠地中節(jié)肢動物群落多樣性的報道較多，有研究表明，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市及郊區(qū)土地利用類型發(fā)生改變，導(dǎo)致節(jié)肢動物生境及其群落發(fā)生變化[7-9]，同時，也導(dǎo)致了節(jié)肢動物繁殖環(huán)境和食物來源改變，并嚴(yán)重影響了它的種類、數(shù)量和分布[10]，因此，研究并掌握城市綠地節(jié)肢動物群落的動態(tài)變化特征已是當(dāng)務(wù)之急。高磊等[11]研究上海市4種不同綠地類型節(jié)肢動物的群落時發(fā)現(xiàn)，害蟲亞群落的多樣性低于天敵亞群落，姜文虎等的研究表明，植物類型、人為干擾極易影響城市公園綠地節(jié)肢動物群落穩(wěn)定性[12]，還有其他學(xué)者表明，與森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)相比，城市綠地生態(tài)系統(tǒng)中節(jié)肢動物更容易受人為因素的影響[13-14]。作為正處于城市化進(jìn)程發(fā)展關(guān)鍵時期的延吉市，隨著土地利用方式的改變，城市綠地植被面積不斷擴(kuò)大[15]，為使城市化進(jìn)程能更高效的發(fā)展，該文以延吉市為研究對象，調(diào)查了延吉市4種不同植被類型人工綠地、3種不同植被類型天然綠地，分析不同類型綠地節(jié)肢動物物種、功能團(tuán)組成、群落多樣性差異以及土壤理化性質(zhì)的影響，深入了解節(jié)肢動物對綠地環(huán)境因子的響應(yīng)機(jī)制，以期掌握城市綠地中節(jié)肢動物的動態(tài)變化規(guī)律，為進(jìn)一步研究害蟲防治與城市綠地建設(shè)提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

延吉市是延邊朝鮮族自治州首府(129°01′～129°48′E，42°50′～43°23′N)，是吉林省東部最大的工業(yè)中心和商貿(mào)中心，是中等規(guī)模的城市。隨著城市化的發(fā)展，從1980—2018年，延吉市城區(qū)面積由15.00 km2增加到40.66 km2，城區(qū)人口數(shù)由13.27萬人增加到46.65萬人，人口密度增加了54.54%。據(jù)統(tǒng)計，綠地面積也由2000年的8.90 km2增加至2018年的13.87 km2[16]。

延吉市由于受日本海的影響較大，該地區(qū)屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和、降水充沛，年平均氣溫為5.6 ℃，最熱的8月平均氣溫為25.9 ℃，最冷的1月平均氣溫為-17.4 ℃，無霜期為126～156 d。該地區(qū)降雨量在時間和空間上分布不均勻，降雨主要集中在夏季，可達(dá)全年總降水量的一半以上，并且由東南到西北逐漸減少，冬季降雨量最少，春季與秋季年均降雨量相差不大[17]，年均降水量為400～800 mm。

1.2 樣地選取及樣品采集

該研究于2018年6-10月在延吉市具有代表性的人工綠地及天然綠地中進(jìn)行采樣，每7 d采集1次。

1) 人工綠地選?。翰荼揪G地，草本+灌叢綠地，草本+灌叢+喬木綠地，草本+喬木綠地4種植被組合類型；天然綠地在未被修整或移植過的綠地中選擇草本綠地，草本+灌叢+喬木綠地，草本+喬木綠地3種植被組合類型，樣地間隔≥50 m，每種類型綠地選取3組重復(fù)樣地。

2) 樣品采集：每一樣地設(shè)置4個2 m×2 m的樣方，樣方四角放置采樣杯，采用巴氏罐誘法，用重量比為2∶1∶1∶20的醋、糖、酒精和水混合為引誘劑，倒入塑料杯中(每個塑料杯中的引誘劑為40～60 mL)，誘捕地表節(jié)肢動物。將采到的節(jié)肢動物放入濃度≥78%的酒精中保存，附上采集標(biāo)簽，帶回實驗室清理，按照《中國土壤動物檢索圖鑒》[18]、《昆蟲分類檢索》[19]等資料進(jìn)行辨認(rèn)，一般鑒定到科，對于物種名不明確的物種，該文命名為不明科sp.。

對于土壤樣品收集方法，該研究采用環(huán)刀法取容重，測定土壤含水量，取每個樣方的四角和樣方對角線交叉點的土壤，并保證各采樣點相同深度(0～5 cm)和質(zhì)量(100 g)，混合均勻取500 g左右，經(jīng)陰干、研磨、過篩后，測定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、總鉀、速效氮、速效磷、速效鉀。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

該研究采用以下幾個常見公式描述地表節(jié)肢動物多樣性[20-22]：

1) Berger-Parker優(yōu)勢度

D=Nmax/N

2) 物種豐富度指數(shù)

S=H1

3) 多樣性指數(shù)，選用Shannon-Wiener指數(shù)

4) 均勻度指數(shù)(Pielou均勻度指數(shù))

J=H/lnS

5) 優(yōu)勢度指數(shù)(Simpson生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù))

式中,Ni為群落中某物種個體數(shù)，Nmax為群落中數(shù)量最優(yōu)勢的個體數(shù)量，N為收集到動物總個體數(shù)，Pi為Ni/N,H1為群落中的總物種數(shù)。

運用Canoco5.0軟件，分析土壤環(huán)境因子與地表節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的顯著關(guān)系；并運用SPSS18.0軟件，對各樣地節(jié)肢動物多樣性進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型綠地地表節(jié)肢動物群落組成

該研究共收集地表節(jié)肢動物36 234個，隸屬3綱22目73科(表1)。

表1 地表節(jié)肢動物群落組成及總個體數(shù)Table 1 Community composition and total number of arthropods on the surface

續(xù)表1 地表節(jié)肢動物群落組成及總個體數(shù) Continue to table 1 Community composition and total number of arthropods on the surface

總體上，數(shù)量較多的為彈尾目(Collembola)(45.67%)、膜翅目(Hymenoptera)(26.00%)以及雙翅目(Diptera)(14.75%)。從綠地植被類型來看，采集到的地表節(jié)肢動物個體數(shù)最多的是草+喬木型人工綠地和同組合型天然綠地，采集到的地表節(jié)肢動物個體數(shù)最少的是草+灌+喬木型人工綠地和同組合型天然綠地。

從天然綠地采集到的地表節(jié)肢動物分屬58科，依據(jù)優(yōu)勢度指數(shù)分析，長角跳蟲科(60.63%)、蟻科(12.44%)、果蠅科(10.02%)等為主要類群，逍遙蛛科、鍬甲科、天?？啤⑾炏s科、瓢蟲科、雙尾蟲科、擬平腹蛛科、金龜甲科僅在天然綠地植被群落中被收集到。

從人工綠地采集到的地表節(jié)肢動物分屬65科，其中，蟻科(35.45%)、長角跳蟲科(34.79%)等為優(yōu)勢類群，獵蝽科、球螋科、盜蛛科、長腳蛛科、逸蛛科、虻科、蟻蛉科、葉蜂科、泥蜂科、毛蚊科、虎甲科等，僅在人工綠地中被收集。

在各樣地采集到的地表節(jié)肢動物的科數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示。1) 從人工綠地與天然綠地看，同一植被類型綠地中節(jié)肢動物的科數(shù)，人工綠地基本上多于天然綠地;2) 從植被組合類型來看，地表節(jié)肢動物的科數(shù)呈現(xiàn)出草本綠地>草+喬綠地>草+灌+喬綠地>草+灌綠地的結(jié)果，且有灌叢的綠地中節(jié)肢動物科數(shù)最少。

2.2 不同類型綠地地表節(jié)肢動物群落指數(shù)特征

通過方差分析得出，7種綠地類型內(nèi)的節(jié)肢動物群落間存在顯著差異(F=3.364,P=0.005)。依據(jù)α多樣性，計算了各樣地地表節(jié)肢動物群落的物種數(shù)S、物種多樣性指數(shù)H、均勻度指數(shù)J、優(yōu)勢度指數(shù)D(表2)。從植被類型差異來看，草本綠地中節(jié)肢動物的豐富度指數(shù)S、多樣性指數(shù)H、優(yōu)勢度指數(shù)D均高于草+喬綠地和草+灌+喬綠地；從人工綠地與天然綠地的指數(shù)特征來看，人工草本綠地與草+喬綠地中節(jié)肢動物豐富度指數(shù)S、優(yōu)勢度指數(shù)D均高于天然綠地，在草+灌+喬綠地中地表節(jié)肢動物群落的S、H、J、D均呈現(xiàn)出天然>人工這一結(jié)果。此外，草+灌+喬植被類型、草+灌植被類型的節(jié)肢動物多樣性指數(shù)H均低于其他植被類型綠地。

表2 不同類型綠地地表節(jié)肢動物α多樣性Table 2 Diversity of surface arthropods α in different types of green land

2.3 不同類型綠地節(jié)肢動物功能團(tuán)特征

該研究依據(jù)食性將節(jié)肢動物分為害蟲、天敵、中性3個功能團(tuán)，統(tǒng)計結(jié)果顯示，人工綠地中，害蟲類功能團(tuán)24科，天敵類功能團(tuán)29科，中性類功能團(tuán)12科。天然綠地中，害蟲類功能團(tuán)26科，天敵類功能團(tuán)24科，中性類功能團(tuán)8科。

統(tǒng)計各功能團(tuán)節(jié)肢動物科數(shù)，結(jié)果如圖2所示。從功能團(tuán)的科數(shù)來看：1) 人工和天然草本綠地及人工草+喬綠地的害蟲科數(shù)都高于天敵科數(shù)；2) 人工草+灌綠地中天敵科數(shù)高于害蟲科數(shù)；3) 天然草+喬綠地、草+灌+喬綠地中害蟲科數(shù)與天敵科數(shù)大致相同，表明群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，這與節(jié)肢動物多樣性結(jié)果相同；4) 草本綠地的害蟲科數(shù)高于其他類型的綠地。

統(tǒng)計功能團(tuán)的物種個體數(shù),結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：1) 地表節(jié)肢動物個體數(shù)最多的中性功能團(tuán)為草+喬類型綠地；2) 各天然綠地和人工草+喬綠地中的害蟲個數(shù)均高于天敵個數(shù)，這與天然綠地物種科數(shù)差異相同；3) 人工草本綠地中害蟲少于天敵，人工草+灌+喬綠地害蟲數(shù)比天敵數(shù)多。

2.4 城市綠地地表節(jié)肢動物物種組成及群落多樣性與土壤因子關(guān)系

由于節(jié)肢動物對周圍環(huán)境具有較高的敏感性，且土地利用類型或植被類型的變化可以改變土壤理化性質(zhì)。因此，該文運用Canoco 5.0生態(tài)環(huán)境分析軟件，通過冗余分析(RDA)土壤因子對地表節(jié)肢動物種類響應(yīng)并進(jìn)行排序，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，第1排序軸66.89%，第2排序軸29.43%，由圖中得出，排除無關(guān)變量(土壤全磷、速效磷、有機(jī)質(zhì)、碳氮比、氮磷比)后，pH值、速效氮、全鉀、全氮、速效鉀、有機(jī)碳影響地表節(jié)肢動物群落組成，其中，土壤速效氮對不同樣地地表節(jié)肢動物種類解釋度達(dá)43.1%，經(jīng)蒙特卡洛檢驗(P<0.01)，土壤速效氮與不同類型植被綠地的地表節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)。

利用RDA分析土壤因子對節(jié)肢動物群落多樣性的響應(yīng)關(guān)系并進(jìn)行排序(圖5)，第1排序軸99.16%，第2排序軸0.83%，從排序結(jié)果圖得出，軟件去除無關(guān)變量后，地表節(jié)肢動物的物種α多樣性與全鉀、速效鉀、速效氮、全磷、速效磷、碳氮比具有相關(guān)性，其中，土壤全鉀和土壤速效鉀對群落α多樣性的解釋度分別為39.3%和31.1%，通過蒙特卡洛檢驗(P<0.01)，說明土壤全鉀和土壤速效鉀與不同類型植被綠地的地表節(jié)肢動物群落多樣性顯著相關(guān)，由圖分析可知，群落豐富度指數(shù)與全鉀呈負(fù)相關(guān)，與速效鉀呈正相關(guān)，而多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度與全鉀正相關(guān)，與速效鉀負(fù)相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市范圍不斷擴(kuò)張，不同類型綠地植被和土壤理化性質(zhì)的變化對地表節(jié)肢動物群落的組成和多樣性特征產(chǎn)生明顯影響，這與以往研究結(jié)果一致[8,23-25]。該研究在不同綠地類型中所采集到的地表節(jié)肢動物的主要群落依次是彈尾目、膜翅目、雙翅目、甲螨目、蜘蛛目、鞘翅目、同翅目、直翅目、半翅目。主要害蟲有果蠅科、甲瞞科、蚜蟲科等；主要天敵有平腹蛛科、食蚜蠅科、寄蠅科、步甲科等。延吉市城市綠地害蟲主要屬于刺吸類害蟲，其實際危害程度遠(yuǎn)不及蛀干和食葉害蟲,但有研究表明，此類害蟲排泄物及分泌物經(jīng)常導(dǎo)致植物霉污病的發(fā)生,嚴(yán)重影響葉片呼吸及植物生長[26-27],所以今后還需注重對刺吸類害蟲的預(yù)防及管理。

從植被類型上看，不同類型綠地地表節(jié)肢動物群落的科數(shù)不同，草本綠地多于喬木綠地、有灌叢的綠地最少，且有灌叢的植被組合類型最為穩(wěn)定，是由于草本綠地與喬木綠地相比，草本植被較矮且密集，為地表節(jié)肢動物提供棲息地及食物來源，而灌叢抑制草本植物生長，也為地表節(jié)肢動物的捕食者提供隱蔽體?？傮w而言，植被分布類型不同和植被物種不同都會對地表節(jié)肢動物產(chǎn)生一定的影響[28]，因為節(jié)肢動物群落生活在植被群落中，而植被群落的組成不僅對植物物種產(chǎn)生影響，也在一定程度上改變了地表節(jié)肢動物群落的生活環(huán)境[29]，所以地表節(jié)肢動物群落的多樣性指數(shù)受植被分布類型影響較大。該研究還發(fā)現(xiàn)，草+喬綠地中害蟲和中性功能團(tuán)的科數(shù)、個體數(shù)多于草本綠地和有灌叢的綠地，但在相同植被類型下，天然綠地與人工綠地差異不大，說明植被組合類型和人為活動都對節(jié)肢動物群落的影響較大[14]。其中，人工草本綠地的長角跳蟲科數(shù)量明顯低于其他綠地，這可能與人工綠地下人們的定期管理有關(guān)，且同一植被類型下，天然綠地長角跳蟲科的數(shù)量顯著高于人工綠地，多樣化的地表植被有利于提高土壤跳蟲的多樣性，這與何振等[30]的研究結(jié)果一致。此外，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，8月有灌木植被的綠地，長角跳蟲科個體數(shù)驟增，存在單一物種爆發(fā)的潛力。

從影響城市綠地節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)的土壤因子來看，通過冗余分析發(fā)現(xiàn)，土壤速效氮為主要影響因子(P<0.01)，土壤節(jié)肢動物群落多樣性指數(shù)與土壤總鉀、速效鉀相關(guān)(P<0.01)。因此，可通過調(diào)整城市綠地植被類型，增減綠地中土壤速效氮、總氮、速效鉀等含量，從而調(diào)節(jié)節(jié)肢動物的生存環(huán)境，減少病蟲害的爆發(fā)[31]。

綜上所述，不同城市綠地類型地表節(jié)肢動物在物種組成、多樣性特征方面有明顯不同，但關(guān)于節(jié)肢動物對綠地環(huán)境因子的響應(yīng)還有許多空白。在今后的研究中，還需要加強(qiáng)對節(jié)肢動物與城市綠地環(huán)境相關(guān)性的研究，深入了解節(jié)肢動物與城市綠地環(huán)境的互相反饋機(jī)制，掌握其發(fā)展動態(tài)規(guī)律，解決綠地蟲害問題，為城市生態(tài)系統(tǒng)的管理以及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。