土壤線蟲對(duì)深圳梧桐山毛棉杜鵑林生長(zhǎng)的影響*

葉嘉齊 肖以華 佟富春

（1.廣東省嶺南綜合勘察設(shè)計(jì)院，廣東 廣州510599；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州510520；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州510642）

毛棉杜鵑Rhododendron moulmainense，屬杜鵑花科Ericaceae 杜鵑屬被子植物，外形為灌木或小喬木，傘狀花序，花冠淺紫色、粉紅色或紅白。花期4-6 月，果期7-12 月，是我國(guó)常見的杜鵑屬園林觀賞植物[1]。線蟲是線形動(dòng)物的總稱，常存在于土壤生態(tài)系統(tǒng)中，充當(dāng)分離分解的角色，能礦化土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，轉(zhuǎn)化微生物養(yǎng)分、維持地下土壤生態(tài)平衡，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[2]。同時(shí)，植食性寄生線蟲對(duì)植物根系的生長(zhǎng)也會(huì)帶來不良影響，甚至誘發(fā)植物病害導(dǎo)致植物減產(chǎn)。這與土壤線蟲活動(dòng)及其代謝循環(huán)效應(yīng)有密不可分的關(guān)系，也跟植物寄生線蟲分泌以及排泄引起植物生理生化反應(yīng)有關(guān)[3]。

土壤線蟲是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡和功能發(fā)揮至關(guān)重要[4]。本研究從土壤生物角度入手，研究線蟲活動(dòng)對(duì)植株生長(zhǎng)的影響，能為立地條件改良提供科學(xué)有效的生物方法，為土壤生態(tài)系統(tǒng)和線蟲群落研究等領(lǐng)域提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)參考，對(duì)林業(yè)生產(chǎn)和種質(zhì)培育具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

深 圳 梧 桐 山 國(guó) 家 森 林 公 園 位 于113°17’E～114°18’E，22°23’N～22°43’N，為 丘 陵 地 帶，東北部高、西南部低，地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要由花崗巖、砂巖和一些變質(zhì)巖組成，泥土由砂壤土和中壤土組成[5]。梧桐山是亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為22.5℃，年平均降水量為1 966.5 mm[6]。

梧桐山是南亞熱帶典型的常綠闊葉林，生物多樣性豐富，共有野生動(dòng)物24 目64 科196 種，高等植物232 科762 屬1 378 種。喬木層包括黎蒴Castanopsis fissa、浙江潤(rùn)楠Machilus chekiangensis、楓香Liquidambar formosana等，下木層主要是毛棉杜鵑、銀柴Aporosa dioica和九節(jié)Psychotria rubra等[7]，植物種類豐富，景觀價(jià)值較高。

在深圳梧桐山毛棉杜鵑林分更新的研究中，通過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地和幼苗樣方進(jìn)行喬木層和更新層樣方調(diào)查，發(fā)現(xiàn)6 塊樣方地中僅有2 塊出現(xiàn)幼苗，表明其天然更新能力較差[8]。

1.2 研究方法

梧桐山土壤線蟲調(diào)查取樣時(shí)間為2018 年11月23 日－28 日，根據(jù)毛棉杜鵑植株死亡率的差異，選擇4 種不同生長(zhǎng)類型的毛棉杜鵑林，即好（死亡率≤25%）、中（50%≤死亡率＜25%）、差（100%＜死亡率＜50%）、極差（死亡率=100%）4種樣地，對(duì)應(yīng)A、B、C、D 樣地，樣地面積10 m×10 m。

獲取土樣品的時(shí)候選擇環(huán)刀（d=5 cm)，任意選取采樣點(diǎn)，分別在凋落物層、0～10 cm 層、10～20 cm3 個(gè)層次的土壤中取樣，重復(fù)3 次。每一個(gè)樣本約250 g，放入標(biāo)記袋后快速送回實(shí)驗(yàn)室。每份樣品取100 g，用貝爾曼漏斗法[9]分離，選擇倒置顯微鏡對(duì)線蟲分類，并鑒定其屬。按照土壤水分，將土壤線蟲數(shù)量換算成每100 g 干土的土壤線蟲數(shù)量。

按照線蟲的食性或消化道種類將其分為以下4個(gè)營(yíng)養(yǎng)組:食細(xì)菌組（BF）、食真菌組（FF）、植食性組（PF）、捕食性組（PP）。優(yōu)勢(shì)地位在各個(gè)群體數(shù)量中分為：個(gè)體數(shù)量占總捕獲量十分之一以上的是優(yōu)勢(shì)屬（+++），占總捕獲量百分之一到十分之一的是普通屬（++），占總捕獲量不到百分之一的是稀有屬（+）[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 土壤線蟲群落優(yōu)勢(shì)度 ①樣地線蟲屬比例：GP=Di/Si，即4 個(gè)樣地各屬線蟲占樣地線蟲總數(shù)的比例。②樣地線蟲營(yíng)養(yǎng)類群比例：NP=Ni/Si，即4 種樣地中各營(yíng)養(yǎng)類群占樣地線蟲總數(shù)的比例。

1.3.2 土壤線蟲生態(tài)學(xué)指數(shù) ①辛普森優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Simpson dominance index）：C=ΣPi2，是用來表達(dá)群落組成狀況的指標(biāo)，C值越大，則表示群落個(gè)體越集中，相反則表示越分散[11]。

②密度－類群指數(shù)（Density-group index）：DG=(g/G)ΣDiCi/DimaxC，值越大則表明土壤生物多樣性越大。

③香農(nóng)多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener）：H′=-ΣPi·lnPi，H′ 越大時(shí)，群落多樣性越大。

④Pielou 均勻度指數(shù)（Pielou evenness index）：J=H′/H′max，其中H′max=lnS，表示香農(nóng)多樣性指數(shù)在保持?jǐn)?shù)目不發(fā)生更改的情況下所能達(dá)到的最高值。

⑤瓦斯勒斯卡指數(shù)（Wasilewska index）：WI=(BF+ FF ) / PF，在WI 大于1 的情況下，其值越高，土壤就越健康；在WI 的值為1 時(shí)，土壤健康水平為普通；在WI 小于1 的情況下，其值越小，土壤健康水平越差。

⑥線蟲通路指數(shù)（Nematode channel ratio）：NCR=BF/(BF+FF)，當(dāng)其值為0 時(shí)表示分解過程完全由真菌控制，當(dāng)其值為1 是則表示分解過程完全由細(xì)菌控制[12]。

⑦自由生活線蟲成熟度指數(shù)（Maturity index）：MI=Σcpi·pi，c-p 值指的是線蟲生活對(duì)策指標(biāo)，數(shù)值上分為1-5，c-p1 類線蟲比較能夠忍受干擾，生活史極短，卵量巨大；c-p2 也叫機(jī)會(huì)主義者，生活史較短，卵量大，較耐污染和環(huán)境壓力；c-p3 生活史較長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境壓力較敏感；c-p4生活史長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境壓力敏感；c-p5 則為典型的對(duì)策者，生活史很長(zhǎng)，卵量小，對(duì)污染和環(huán)境壓力極為敏感。較大的MI 值表示土壤生態(tài)系統(tǒng)擁有較大的成熟程度，而較低的MI 值為生態(tài)系統(tǒng)破壞和退化的征兆。

⑧植食性線蟲成熟度指數(shù)（Plant-parasites maturity index）：PPI=Σcpi·pi，較高的數(shù)值表示遭遇干擾，MI/PPI 數(shù)值會(huì)隨著干擾加劇而增大[13]。

ANOVA 分析和線性相關(guān)性分析采用 SPSS 13.0 軟件進(jìn)行。當(dāng)P小于0.05 時(shí)，ANOVA 分析認(rèn)為差異顯著，當(dāng)P＜0.01 時(shí)，ANOVA 分析認(rèn)為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤線蟲群落分析

4 種樣地共分離鑒定出土壤線蟲5 213 頭，分屬30 科56 屬，包括食細(xì)菌線蟲18 屬，食真菌線蟲8 屬，植食性線蟲14 屬，捕食性線蟲16屬。優(yōu)勢(shì)屬為盆咽屬Panagrolaimus，占總捕獲量12.90%；常見屬包括繞線屬Plectus、麗突屬Acrobeles和頭葉屬Cephalobus等27 屬，占捕獲個(gè)體總數(shù)77.96%；稀有屬包括擬麗突屬Acrobeloide、板唇屬Chilopacus和雙胃屬Diplogaster等28 屬，占捕獲個(gè)體總數(shù)9.14%。

在生長(zhǎng)情況為“好”的樣地（記為A）中，共有44 屬1 699 頭，包括食細(xì)菌線蟲18 屬、食真菌線蟲7 屬、植食性線蟲7 屬和捕食性線蟲12屬。食細(xì)菌線蟲比例最高，植食性線蟲的體量與捕食性線蟲相當(dāng)，食微線蟲（包括食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲）比例高出植食性和捕食性線蟲總數(shù)14.66%（圖1、表1）。

表1 樣地A 土壤線蟲優(yōu)勢(shì)度Table 1 Soil nematode’s dominance of plot A

生長(zhǎng)情況為“中”的樣地（記為B）中，共有31 屬1 430 頭線蟲，食細(xì)菌線蟲11 屬、食真菌線蟲5 屬、植食性線蟲5 屬、捕食性線蟲10 屬。食細(xì)菌線蟲比例最大，相較樣地A，生長(zhǎng)情況中等的樣地B 植食性線蟲比例更低，捕食性線蟲比例更高，食微線蟲比例較植食性和捕食性線蟲比例之和高出20.42%（表2 和圖1）。

表2 樣地B 土壤線蟲優(yōu)勢(shì)度Table 2 Soil nematode’s dominance of plot B

生長(zhǎng)情況為“差”的樣地（記為C）中，共有22 屬702 頭線蟲，食細(xì)菌線蟲8 屬、食真菌線蟲2 屬、植食性線蟲2 屬、捕食性線蟲8 屬。優(yōu)勢(shì)屬的柄端球?qū)貾aurodontus和前矛線屬Prodorylaimus分別屬于植食性和捕食性線蟲，此兩類線蟲占比最大。食微線蟲僅占22.5%，比植食性和捕食性線蟲比例之和低55%（表3 和圖1）。

圖1 各樣地土壤線蟲營(yíng)養(yǎng)類型統(tǒng)計(jì)Figure 1 Statistics of soil nematode’s nutrition types in the plots

生長(zhǎng)情況為“極差”的樣地（記為D），毛棉杜鵑植株已經(jīng)死亡。檢測(cè)出土壤線蟲共計(jì)33 屬1 382 頭，其中食細(xì)菌線蟲12 屬，食真菌線蟲2屬，植食性線蟲11 屬，捕食性線蟲8 屬。樣地D的食細(xì)菌線蟲所占比例最大，超過50%，食微線蟲占絕對(duì)主導(dǎo)且較樣地A、B 分別高出10.11%和7.23%；植食性線蟲跟捕食性線蟲比例接近，但較樣地A、B 低。樣地中食微線蟲比其它兩類線蟲比例之和高出34.78%（表4 和圖1）。

表4 樣地D 土壤線蟲優(yōu)勢(shì)度Table 4 Soil nematode’s dominance of plot D

2.2 土壤線蟲生態(tài)指數(shù)分析

在進(jìn)行土壤線蟲生態(tài)指數(shù)分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣地D 的情況較為特殊，樣地中的毛棉杜鵑已經(jīng)死亡，指數(shù)相關(guān)度與另外3 個(gè)樣地存在顯著差異，因此在生態(tài)指數(shù)分析中將對(duì)樣地D 進(jìn)行區(qū)別討論。A、B、C 3 塊樣地的線蟲生態(tài)指數(shù)分析結(jié)果如下。

2.2.1 辛普森優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分析 A、B、C3 個(gè)樣地辛普森優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分別為0.05、0.07、0.14，即CC＞CB＞CA。樣地A 集中度最低，毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況最好，樣地C 集中度最高，毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況較差。方差分析P=0.003，小于0.01，表示值之間的差異極顯著，可以認(rèn)為土壤線蟲優(yōu)勢(shì)度大小對(duì)毛棉杜鵑生長(zhǎng)有較大的影響，優(yōu)勢(shì)度越大，土壤線蟲集中度越高，毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況越差。

2.2.2 密度－類群指數(shù)分析 土壤動(dòng)物群落組成極其復(fù)雜，各群體之間存在一定程度的克制，然而更為重要的是互相依賴和互不干涉，多樣性分析應(yīng)首先采用密度－類群指數(shù)分析方法[11]。計(jì)算結(jié)果顯示，3 個(gè)樣地土壤線蟲密度－類群指數(shù)分別為15.01、9.14、3.12，即DGA＞DGB＞DGC，該 結(jié)果在一定程度上反映出毛棉杜鵑生長(zhǎng)：樣地A 的DG 指數(shù)最高，毛棉杜鵑生長(zhǎng)最好；樣地B 的DG指數(shù)次之，毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況為“中”；樣地C 的DG 值較另外兩個(gè)樣地的低，對(duì)應(yīng)的毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況為差。方差分析發(fā)現(xiàn)P=0.026＜0.05，可認(rèn)為土壤線蟲的類群－密度指數(shù)與毛棉杜鵑生長(zhǎng)顯著相關(guān)。

2.2.3 多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)分析 香農(nóng)多樣性指數(shù)是以種類數(shù)量和個(gè)體數(shù)量分配因素為基礎(chǔ)的多樣性分析方法[11]。類群內(nèi)群體分布的一致性是體現(xiàn)類群多樣性的一個(gè)重要標(biāo)志。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)隨著物種豐富度和物種多樣性的上升而增加[14]，物種多樣性能提升生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力和更新能力，對(duì)于促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮和系統(tǒng)中各個(gè)物種的生長(zhǎng)具有不可替代的重要意義[15]。

從表5 得出的結(jié)果來看，A、B、C3 個(gè)樣地香農(nóng)多樣性指數(shù)大小依次為H′A＞H′B＞H′C，而分別對(duì)應(yīng)的毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況為好、中和差，方差分析發(fā)現(xiàn)P=0.001＜0.01，即差異極顯著，可以認(rèn)為隨著香農(nóng)多樣性指數(shù)的提高，毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況逐漸得到改善。對(duì)于均勻度指數(shù)，樣地A、B數(shù)值接近，而樣地C 數(shù)值明顯低于樣地A、B，對(duì)均勻度指數(shù)作方差分析，得出P=0.019＜0.05，數(shù)值表明3 個(gè)樣地均勻度與毛棉杜鵑生長(zhǎng)顯著相關(guān)。

表5 樣地香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)Table 5 Shannon-Wiener and pielou evenness index of the plots

2.2.4 瓦斯勒斯卡指數(shù)分析 瓦斯勒斯卡指數(shù)（WI）是反映土壤線蟲種群結(jié)構(gòu)組成與土壤健康程度的數(shù)據(jù)[16]。計(jì)算結(jié)果顯示A、B、C 這3 個(gè)樣地中，瓦斯勒斯卡指數(shù)分別為2.61、5.01、0.56，即WIB＞W(wǎng)IA＞W(wǎng)IC，體現(xiàn)了各個(gè)樣地的土壤健康狀況：4 個(gè)樣地中只有樣地C 數(shù)值小于1，說明其土壤健康狀況最差，對(duì)應(yīng)毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況為差；其次是樣地A 和樣地B，這兩個(gè)樣地?cái)?shù)值均大于1，土壤健康狀況良好，毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況樂觀。方差分析結(jié)果顯示P=0.07＞0.05，瓦斯勒斯卡指數(shù)WI 所反映的土壤健康狀況跟毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況相關(guān)不顯著。

2.2.5 線蟲通路指數(shù)分析 線蟲通路指數(shù)（NCR）是一個(gè)體現(xiàn)由線蟲在土壤中的分解過程起主導(dǎo)作用的指標(biāo)，反映出不同分解路徑中的相對(duì)重要性，通過以細(xì)菌為食的線蟲和以真菌為食的線蟲的比值來所構(gòu)成。線蟲通路指數(shù)值域?yàn)镹CR ∈{0,1}，求得NCR 值都接近1，即分解過程均由細(xì)菌主導(dǎo)。方差分析得出P=0.496＞0.05，線蟲通路指數(shù)與毛棉杜鵑生長(zhǎng)相關(guān)不顯著。

2.2.6 線蟲成熟度指數(shù)分析 線蟲的成熟指數(shù)由兩個(gè)指標(biāo)組成：自由生活線蟲的成熟指數(shù)（MI）和植食性線蟲的成熟指數(shù)（PPI），是土壤擾動(dòng)和外部壓力的指數(shù)。自由生活線蟲是一類營(yíng)自由方式生活、對(duì)植物或動(dòng)物不會(huì)造成嚴(yán)重危害的一類線蟲[17]，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)種類的不同，分為食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲和捕食性線蟲。

分析A、B、C3 個(gè)有毛棉杜鵑生長(zhǎng)的樣地，表6 計(jì)算結(jié)果顯示自由生活線蟲成熟度指數(shù)大小為MIB＞MIA＞MIC，方 差 分 析P=0.053＞0.05，可以認(rèn)為毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況與自由生活線蟲成熟度指數(shù)相關(guān)不顯著。植食性線蟲成熟度指數(shù)大小為PPIC＞PPIA＞PPIB，方差分析P=0.034＜0.05，即認(rèn)為毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況與植食性線蟲成熟度指數(shù)顯著相關(guān)。

表6 樣地線蟲成熟度指數(shù)Table 6 Nematode maturity index of sample plots

表7 4 個(gè)樣地8 項(xiàng)線蟲生態(tài)指數(shù)分析結(jié)果Table 7 Analysis results of 8 nematode ecological indexes in 4 sample plots

3 結(jié)論與討論

3.1 當(dāng)食微線蟲與植食-捕食性線蟲的比例差控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)時(shí)，有利于毛棉杜鵑生長(zhǎng)，食細(xì)菌線蟲可以提高土壤原始氮，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[18]；而當(dāng)植食性跟捕食性線蟲占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)時(shí)，毛棉杜鵑生長(zhǎng)不良。毛棉杜鵑死亡時(shí)，食微線蟲比例最大，這跟食微線蟲代謝分解和對(duì)土壤二氧化碳、甲烷等具有吸收和排放作用有密切關(guān)系[19]，土壤碳、氮、磷等元素會(huì)導(dǎo)致植物多樣性產(chǎn)生明顯的空間異質(zhì)[20]。

辛普森優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、密度－類群指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)，反映了土壤線蟲群落的多樣性。在方差分析中4 項(xiàng)指標(biāo)均為差異顯著，可認(rèn)為毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況跟土壤線蟲群落多樣性有密切的關(guān)聯(lián)。

瓦斯勒斯卡指數(shù)WI 和線蟲通路指數(shù)NCR，根據(jù)這兩項(xiàng)指數(shù)的P-value，在數(shù)值上認(rèn)為土壤健康程度和分解途徑對(duì)毛棉杜鵑生長(zhǎng)相關(guān)不顯著。

根據(jù)自由生活線蟲成熟度與植食性線蟲成熟度指數(shù)方差分析，毛棉杜鵑生長(zhǎng)顯然與后者更為顯著相關(guān)。植食性線蟲成熟度指數(shù)PPI 指數(shù)越大，毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況越不樂觀。

3.2 樣地D 在營(yíng)養(yǎng)類型組成、優(yōu)勢(shì)度、密度－類群指數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)均接近于A、B 樣地水平，而均勻度、線蟲通路指數(shù)和線蟲成熟度指數(shù)等指標(biāo)則沒有明顯規(guī)律。兩項(xiàng)分析均不符合毛棉杜鵑生長(zhǎng)情況的理論預(yù)期。

進(jìn)一步分析樣地D 土壤線蟲的群落組成，發(fā)現(xiàn)食細(xì)菌線蟲比例異常過高，表明土壤細(xì)菌含量在某個(gè)時(shí)間內(nèi)明顯升高。當(dāng)毛棉杜鵑死亡后，根系開始腐爛分解，細(xì)菌和真菌數(shù)量上升的同時(shí)增加了食微線蟲的數(shù)量，從而導(dǎo)致該樣地土壤線蟲比例失衡，造成營(yíng)養(yǎng)類型在數(shù)量上過度集中而導(dǎo)致樣地土壤生態(tài)系統(tǒng)的退化[21]。