世紀(jì)公園周邊春季不同植被大型土壤動物多樣性研究※

●劉 傲 趙新康 周 鑫 盧慧翠（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院 山東 青島 266109）

大型土壤動物是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要消費(fèi)者，在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用，不僅可以積極同化各類有用物質(zhì)用于供養(yǎng)自身，其排泄產(chǎn)物還可改造環(huán)境。其還能對地表的枯枝落葉、倒地的樹木及動物尸體、糞便等進(jìn)行分解[1]。此外，大型土壤動物還能夠改善土壤理化性質(zhì)，加速土壤中的無機(jī)元素向有機(jī)物的轉(zhuǎn)化。土壤動物作為地下食物鏈的重要組成部分，隸屬于不同功能群[2]，在維持陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)等方面發(fā)揮著重要作用[3]。隨著所處環(huán)境的變化，大型土壤動物的物種組成、密度結(jié)構(gòu)也隨之改變。因此可利用大型土壤動物的這些特點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，為環(huán)境質(zhì)量評估提供參考[4]。

研究表明，營造混交林可以提高林下植被多樣性，改善土壤環(huán)境，改變凋落物的物理和化學(xué)組成，增加土壤動物多樣性[5]，與闊葉林和針葉林相比有明顯優(yōu)勢。目前，關(guān)于植被類型對大型土壤動物組成和多樣性的研究逐漸增多，但對受人為干擾較強(qiáng)的城市生態(tài)系統(tǒng)的研究較少。本文通過研究青島市城陽世紀(jì)公園及其周邊不同植被類型與大型土壤動物多樣性的關(guān)系，旨在為本地區(qū)合理種植植被，改善土壤動物生存環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

青島市城陽區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候，由于受到海洋環(huán)境及東南季風(fēng)的影響，具有顯著的海洋性氣候特點(diǎn)，空氣濕潤，雨量充沛，溫度適中，四季分明。世紀(jì)公園地理位置為東經(jīng)120°12′、 北緯36°20′，是一處以植物觀賞、名花展示、開展植物綠色文化科普教育為主要功能的觀光游憩公園。公園共占地48萬平方米，其中綠地29.8萬平方米，水面12萬平方米，道路2.48萬平方米，建筑0.5萬平方米，廣場3.42萬平方米，公園內(nèi)栽植植物260余種，喬灌木10萬余株，建有三山、三島、一水、一湖、一灘、十六個植物生態(tài)景觀園。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置 2021年4月至5月，對世紀(jì)公園及其周邊（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)校園及南門，城陽區(qū)政府北側(cè)）進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，查看植被分布狀況。選擇具有代表性、生長狀況良好的闊葉林、針葉林和針闊混交林3種植被類型，并且植被生長狀況相近，以免無關(guān)變量造成影響。闊葉林植被類型以刺槐、欒樹、楊樹、楸樹為主；針葉林植被類型以黑松和雪松為主；針闊混交林包括圓柏和紫葉李混交林、懸鈴木和雪松混交林。由于具有代表性的闊葉林較多，所以選取4塊樣地，具有代表性的針葉林和針闊混交林較少，各選取2塊樣地。在8個樣地內(nèi)共設(shè)置40個 50 cm×50 cm的樣方，其中闊葉林樣方20個，針葉林樣方10個，針闊混交林樣方10個。各樣地選擇在坡度不大、石頭較少且不在生境邊緣的地區(qū)，并符合一般土壤動物調(diào)查要求[6]。在每個樣方，分兩個土壤層（0～5 cm和5～10 cm）用五點(diǎn)取樣法分層采樣。大型土壤動物（體長大于2 mm的土壤動物）采用手撿法收集[7]，利用70%乙醇保存并帶回實(shí)驗(yàn)室，參考《中國土壤動物檢索圖鑒》進(jìn)行分類鑒定[8]并統(tǒng)計(jì)數(shù)量。

1.2.2 環(huán)境因子測定 選擇環(huán)境狀況相同或相似的時間對選取的闊葉林、針葉林和針闊混交林的枯枝落葉層進(jìn)行清除，并利用土壤溫度計(jì)測定土壤表面溫度和土層溫度。利用土壤環(huán)刀（容積 100 cm3）從選取的樣地采集土壤并裝入采樣器帶回實(shí)驗(yàn)室，仔細(xì)去除土壤環(huán)刀內(nèi)土樣的植物根系和石礫，105℃烘24 h后，稱重并計(jì)算土壤含水量和土壤容重。從土樣中取出10 g土壤，放入燒杯中并用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，利用便攜式pH計(jì)測定pH。3種植被類型土壤基本狀況，見表1。

表1 不同植被類型土壤特性

1.3 數(shù)據(jù)處理

選 擇Shannon-Wiener多 樣 性 指 數(shù)（H'）、Pielou均勻性指數(shù)（E）、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)（C）反映各植被類型中大型土壤動物群落結(jié)構(gòu)特征。計(jì)算公式如下：

大型土壤動物類群等級劃分標(biāo)準(zhǔn)：個體數(shù)占群落總個體數(shù)10%以上者為優(yōu)勢類群，占1%～10%者為常見類群，占不足1%者為稀有類群[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型大型土壤動物的群落結(jié)構(gòu)

本研究共獲得大型土壤動物273只，隸屬于3門4綱7目（表2），優(yōu)勢類群為膜翅目，占捕獲大型土壤動物總數(shù)的75.09%；其次為單向蚓目，占捕獲總數(shù)的13.19%；稀有類群為鱗翅目、等足目、蜈蚣目、革翅目及鞘翅目，分別占捕獲總 數(shù) 的5.49%，2.56%，0.37%，0.37%，2.94%。優(yōu)勢類群與常見類群個體總數(shù)共占捕獲總數(shù)的88.28%。由此可見，城陽區(qū)世紀(jì)公園及其周邊地區(qū)大型土壤動物主要由膜翅目和單向蚓目組成。此外，大型土壤動物在不同植被類型中所占比例排序?yàn)椋横橀熁旖涣郑?9.93%）＞闊葉林 （38.46%）＞針葉林（21.61%）。

表2 不同植被類型大型土壤動物群落組成

2.2 不同植被類型大型土壤動物多樣性差異

由表3可看出，大型土壤動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)大小關(guān)系為：針闊混交林（1.12）＞闊葉林（0.78）＞針葉林（0.53）；Pielou均勻性指數(shù)大小關(guān)系為：針闊混交林（0.99）＞闊葉林（0.70）＞針葉林（0.47）；Simpson優(yōu)勢度指數(shù)大小關(guān)系為：針闊混交林（0.91）＞闊葉林（0.02）＞針葉林（0.01）。3種不同植被類型大型土壤動物的多樣性為：針闊混交林＞闊葉林＞針葉林，以上結(jié)果表明，與闊葉林和針葉林相比，針闊混交林更適宜大型土壤動物生存。

表3 不同植被類型大型土壤動物群落的幾種重要指標(biāo)

2.3 不同植被類型大型土壤動物功能群差異

如表4所示，通過分析獲取的大型土壤動物的種類、數(shù)量，表明在世紀(jì)公園周邊以雜食性土壤動物為主且種類多，腐食性和植食性土壤動物次之，捕食性土壤動物數(shù)量最少。此外，從捕獲的土壤動物數(shù)量來看，世紀(jì)公園周邊土壤生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，并且8個樣地的土壤動物的種類和數(shù)量均隨著土壤層次的加深而減少，0～5 cm土壤層數(shù)數(shù)量最大，表明世紀(jì)公園周邊的大型土壤動物在土層中的垂直分布具有表聚性。

表4 大型土壤動物功能群所占比例

3 結(jié)論

本研究共獲得大型土壤動物273只，隸屬于3門4綱7目，優(yōu)勢類群為膜翅目，反映世紀(jì)公園周邊大型土壤動物不夠豐富。大型土壤動物在3種植被類型中所占比例為針闊混交林39.93%、闊葉林38.46%、針葉林21.61%。3種不同植被類型大型土壤動物的多樣性為針闊混交林＞闊葉林＞ 針葉林，表明城陽區(qū)世紀(jì)公園周邊地區(qū)針闊混交林更適宜大型土壤動物生活，其次是闊葉林，再次是針葉林，但周邊大型土壤動物多樣性不夠豐富。土壤動物的種類和數(shù)量少，主要分布在土壤表層，以雜食性土壤動物為主且種類多，腐食性和植食性土壤動物次之，捕食性土壤動物最少。因此，在今后的研究中，應(yīng)加強(qiáng)城市區(qū)域大型土壤動物對環(huán)境條件變化的響應(yīng)研究。

4 討論

在以人類活動為主導(dǎo)的城市生態(tài)系統(tǒng)中，人類高強(qiáng)度的干擾易導(dǎo)致土壤動物群落多樣性的降低[9]。本研究結(jié)果表明，世紀(jì)公園周邊不同植被類型的大型土壤動物的多樣性和密度都明顯低于自然林[5，10，11]。這可能與人類活動干擾過多有關(guān)，世紀(jì)公園周邊多以人工林為主，尤其是世紀(jì)公園內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)更為脆弱，另外，為防治害蟲，公園定期噴灑藥物，導(dǎo)致土壤內(nèi)殘留大量有毒物質(zhì)，從而加劇了土壤動物生活環(huán)境的惡化，最終導(dǎo)致動物多樣性降低。此外，定期清除地表枯枝落葉，植被凋落物歸還土壤的數(shù)量相對較少，造成土壤腐殖質(zhì)含量相對較少，導(dǎo)致土壤動物類群數(shù)、個體數(shù)量及多樣性指數(shù)降低[5]。

本研究發(fā)現(xiàn)，大型土壤動物所占比例最高的為針闊混交林，這與以往研究中混交林的大型土壤動物多樣性較高的結(jié)論一致[11]。在本研究中，針闊混交林土壤含水率高于闊葉林和針葉林，小生境相對濕潤，這可能是針闊混交林中大型土壤動物個體數(shù)和多樣性相對較高的原因之一?，F(xiàn)有研究也發(fā)現(xiàn)大型土壤動物類群與土壤含水量存在密切的關(guān)系[10，12]。樹種混交通過改善林分結(jié)構(gòu)和樹種組成，改變林內(nèi)微環(huán)境，能夠顯著提高林內(nèi)大型土壤動物的種類、數(shù)量和多樣性，因此混交林有利于吸引更多種類及食性廣泛的土壤動物[11]。 因此，植被類型差異是影響城陽世紀(jì)公園周邊地區(qū)土壤動物多樣性的主要因素，其次是環(huán)境條件差異，人為干擾也對土壤動物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。