城市綠地微環(huán)境對土壤動物群落多樣性的影響

陳 禎，王意錕，朱強根，鄧先俊，徐 倩，金愛武

（1.麗水學(xué)院 教師教育學(xué)院，浙江 麗水 323000；2.麗水學(xué)院生態(tài)學(xué)院，浙江 麗水 323000）

土壤動物是地下生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是反映土壤肥力的重要生物指標之一。在物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程中具有不可忽視的作用。土壤動物能夠促進有機質(zhì)的分解，而有機質(zhì)的分解會加快能量的流動和物質(zhì)的循環(huán)[1-3]。研究表明，許多植物都具有單株形成微環(huán)境的功能[4-5]，城市綠地不同植被類型的配置會引起綠地微環(huán)境（溫度、水分等因素）的異質(zhì)性，對土壤動物的分布與群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進而影響綠地土壤的物理化學(xué)性質(zhì)。本研究通過對4 種不同綠地植物微環(huán)境下土壤動物群落結(jié)構(gòu)進行調(diào)查，研究不同植物配置下土壤動物的分布情況，探討城市綠地微環(huán)境與土壤動物群落多樣性的相關(guān)關(guān)系，為城市綠地生態(tài)系統(tǒng)植被配置及環(huán)境穩(wěn)定性研究提供一定參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

麗水市地處浙江省西南部山區(qū)，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤，雨量充沛，無霜期長。年平均氣溫17.9 ℃，平均年日照1 635.1 h，無霜期180～280 d，年平均降水量1 598.9 mm。采樣地點選取麗水市蓮都區(qū)（東經(jīng)119°32′～120°08′，北緯28°06′～28°44′）麗水學(xué)院、江濱公園內(nèi)的公共綠地。

1.2 研究方法

于2018 年11 月選取麗水學(xué)院、江濱公園內(nèi)立地相近、人為干擾較小的3 塊公共綠地作為調(diào)查樣地，每塊綠地均以側(cè)柏、海桐、雪松、瓜子黃楊4 種植物作為調(diào)查對象。每種植物選取生長條件一致的樣本6株，在其樹冠內(nèi)外分別設(shè)置4 個點，呈十字交叉分布，土鉆法取0～10 cm 土樣。采用Tullgren 法對土壤動物進行分離[6-7]，動物標本參照尹文英（1992，1998）編寫的《中國土壤動物檢索圖鑒》《中國亞熱帶土壤動物》[8-9]。土壤溫度、土壤水分（體積含水率）測定通過三參數(shù)儀。

1.3 數(shù)據(jù)分析及處理

（1）Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H）：

式中：Pi為第i類群個體數(shù)占樣本中所有類群個體總數(shù)的比例；s為樣本中類群數(shù)。

（2）Margalef 豐富度指數(shù)（D）：

式中：S為類群數(shù)；N為全部類群的個體總數(shù)。

（3）Pielou 均勻度指數(shù)（J）：

式中：H為Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)；S為類群數(shù)。

（4）Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)（C）：

式中：Pi為第i類群個體數(shù)占樣本中所有類群個體總數(shù)的比例；s為樣本中類群數(shù)。

（5）Jaccard 群落相似性指數(shù)（q）[9]：

式中：a、b分別為群落A、群落B 的類群數(shù)；c為兩類群的共有類群數(shù)。當q值為：0～＜0.25 表示兩個群落極不相似；0.25～＜0.5 表示中等不相似；0.5～＜0.75 表示中等相似；0.75～＜1 表示極相似。

（6）各類群數(shù)量的等級劃分

根據(jù)原始捕獲量占捕獲總量的百分比來劃分各類數(shù)量等級，即個體數(shù)大于捕獲總量的10.0%以上為優(yōu)勢類群（+++），占1.0%～10.0%為常見類群（++），不足1.0%者為稀有類群（+）。

數(shù)據(jù)處理主要采用Excel2010 和SPSS19.0 完成。對不同土壤動物分布進行各項數(shù)據(jù)單因素方差分析，差異顯著則進行多重比較，顯著性水平為（P＜0.05）。運用Canoco4.5 完成不同綠地植被下土壤動物個體數(shù)量的主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠地微環(huán)境下土壤動物分布特征

表1 為綠地不同微環(huán)境下土壤動物的平均密度，種植不同綠地植物后土壤動物平均密度存在顯著差異，這種差異主要體現(xiàn)在植物的冠幅以內(nèi)，其中海桐的土壤動物平均密度最大，瓜子黃楊次之，而雪松、側(cè)柏的土壤動物平均密度相對較小。但4 種植物的冠幅以外土壤動物的平均密度為4 440～6 030 只/m2，未見顯著的差異。

表1 綠地微環(huán)境下土壤動物平均密度 單位：只/m2

4 種綠地植物中海桐、瓜子黃楊與雪松的冠幅內(nèi)外土壤動物平均密度差異較為顯著，均表現(xiàn)為冠幅以內(nèi)土壤動物平均密度較高，而冠幅以外土壤動物的平均密度則顯著降低。側(cè)柏冠幅以內(nèi)土壤動物平均密度為4 930 只/m2，而冠幅以外土壤動物平均密度也僅為6 030 只/m2，且冠幅內(nèi)外的平均密度未見顯著差異。

由表2 可知，4 種植被冠幅內(nèi)外共采集到土壤動物20 類，且優(yōu)勢類群均為蜱螨目甲螨亞目和彈尾目球角跳科。海桐冠幅內(nèi)外優(yōu)勢類群的結(jié)構(gòu)差異較大，冠幅內(nèi)甲螨亞目僅占27.21%，球角跳科達61.08%，而冠幅外甲螨亞目達53.59%，球角跳科僅13.64%。側(cè)柏、瓜子黃楊的冠幅較小，冠幅內(nèi)外的類群結(jié)構(gòu)差異不大。雪松冠幅大，冠幅內(nèi)凋落物也較多，但冠幅內(nèi)外均表現(xiàn)為甲螨亞目占比較高，達47.65%～53.32%，而球角跳科僅12.20%～24.48%，這可能是因為針葉類凋落物分解會產(chǎn)生次生代謝物，不利于彈尾目球角跳科動物的存活。

表2 綠地微環(huán)境下土壤動物群落結(jié)構(gòu) 單位：%

總的來說，綠地中蜱螨目中氣門亞目、前氣門亞目，彈尾目（長角跳、棘跳），嚙目，小蚓類屬于常見類群，彈尾目（圓跳、疣跳）、綜合綱、等足目、雙翅目、磷翅目幼蟲、鞘翅目幼蟲等則屬于稀有類群。

2.2 綠地微環(huán)境下土壤動物多樣性指數(shù)

從表1 可知，海桐冠幅內(nèi)土壤動物平均密度高達10 270 只/m2，冠幅外土壤動物平均密度僅有5 920只/m2，冠幅以外顯著低于冠幅以內(nèi)。而海桐冠幅內(nèi)外的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)則表現(xiàn)為冠幅以外高于冠幅以內(nèi)（見表3），這可能是因為海桐冠幅較大，冠幅內(nèi)外微環(huán)境差異明顯，且冠幅內(nèi)的微環(huán)境更適宜土壤動物優(yōu)勢類群的生存，并與一些常見類群和稀有類群產(chǎn)生空間和資源的競爭，抑制常見類群和稀有類群的發(fā)展，因此，與冠幅外的土壤動物群落結(jié)構(gòu)相比，冠幅內(nèi)土壤動物分布的優(yōu)勢度較高，而均勻度偏低，從而使得盡管冠幅內(nèi)土壤動物平均密度較高，冠幅以外的土壤動物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)反而高于冠幅以內(nèi)。瓜子黃楊冠幅內(nèi)外的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)也表現(xiàn)為冠幅以外高于冠幅以內(nèi)，但冠幅內(nèi)外的優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù)差異不明顯。雪松的冠幅最大，但其冠幅內(nèi)外土壤動物平均密度差異較小，且冠幅以內(nèi)的多樣性指數(shù)低于冠幅以外。這是因為雪松較大的冠幅會導(dǎo)致冠幅內(nèi)外土壤溫度和水分等微環(huán)境存在差異，雪松凋落物中的一些化學(xué)成分[10]可能會對一些土壤動物產(chǎn)生趨避作用，從而影響了冠幅內(nèi)土壤動物的分布和多樣性。側(cè)柏冠幅較小，冠幅內(nèi)外的多樣性、豐富度、優(yōu)勢度和均勻度指數(shù)均未表現(xiàn)出差異。

表3 綠地微環(huán)境下土壤動物群落多樣性

不同植被冠幅內(nèi)外土壤動物群落相似性指數(shù)見表4，由表可知，海桐冠幅內(nèi)外的土壤動物相似性指數(shù)最高，瓜子黃楊、側(cè)柏次之，雪松冠幅內(nèi)外的土壤動物相似性指數(shù)較低，相似程度僅為中等相似。說明雖然海桐冠幅內(nèi)外的土壤動物平均密度差異較大，但土壤動物群落相似性較高，雪松冠幅內(nèi)的凋落物存在化

表4 綠地微環(huán)境下土壤動物群落相似性

感作用，導(dǎo)致其冠幅內(nèi)外群落相似性較低。

2.3 土壤動物多樣性與綠地微環(huán)境的關(guān)系

CANOCO 軟件能將大量數(shù)據(jù)中包含的信息以直觀的圖形表示出來，而采用線性模型主成分分析（PCA）能通過少數(shù)幾個主成分變量來反映數(shù)據(jù)中的大部分信息。通過對4 種植被冠幅內(nèi)外土壤動物優(yōu)勢類群和常見類群的個體數(shù)進行主成分分析，研究綠地微環(huán)境對土壤動物群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，第一主成分和第二主成分的貢獻率分別為56.8%、35.6%，說明它們可以解釋92.4%以上原變量的特征。

PC1 反映的是海桐冠幅內(nèi)（A1）土壤動物與其他綠地微環(huán)境的差異，海桐冠幅較大，冠幅內(nèi)積累凋落物相對較多，位于PC1 正軸方向的土壤動物主要是彈尾目球角跳科，其在海桐冠幅以內(nèi)分布最多。且優(yōu)勢類群中球角跳科與土壤水分條件呈正相關(guān)，但蜱螨目（甲螨、前氣門、中氣門亞目）與土壤水分呈負相關(guān)（圖中箭頭相對方向表示相關(guān)性，當相應(yīng)指標箭頭指向的方向相近時，就有較大的正相關(guān)性，而方向相反就意味著負相關(guān)）。PC2 主要反映綠地冠幅內(nèi)外的差異，C2、D2 均與土壤溫度成正相關(guān)關(guān)系，說明其冠幅外土壤溫度更高，雪松冠幅外（C2）、瓜子黃楊冠幅外（D2）均位于PC2 負軸方向，而雪松冠幅內(nèi)（C1）、瓜子黃楊冠幅內(nèi)（D1）則明顯向PC2 正軸方向偏移，且側(cè)柏由于冠幅內(nèi)外差異不大，均分布于PC2 正軸方向。蜱螨目甲螨亞目與PC2 呈正相關(guān)，除A1 樣地外，其他綠地中甲螨亞目均有大量分布。由圖1 可見，蜱螨目前氣門亞目、中氣門亞目，彈尾目棘跳科、等節(jié)跳科、長角跳科、疣跳科以及嚙目、等足目、小蚓類等土壤動物常見類群與PC1、PC2 負軸方向均成正相關(guān)，在C2、D2 樣地中分布相對較多，且個體數(shù)受土壤溫度的影響較大。

圖1 綠地微環(huán)境下土壤動物群落主成分分析

3 討論與結(jié)論

種植不同綠地植物后，冠幅內(nèi)土壤動物密度存在顯著差異，其中海桐土壤動物密度最大，瓜子黃楊次之，而雪松、側(cè)柏的土壤動物密度相對較小。這可能與不同綠地植物冠幅內(nèi)的土壤溫度、水分等微環(huán)境差異有關(guān)。微環(huán)境因子是影響土壤動物群落結(jié)構(gòu)多樣性的重要因素。由圖1 可知，海桐冠幅內(nèi)的土壤水分條件較好，而雪松、側(cè)柏、瓜子黃楊冠幅內(nèi)水分條件相對較差，因為針葉樹落葉難以形成土壤覆蓋層，其冠幅內(nèi)土壤水分散失較快，土壤較為干燥，而海桐冠幅大，凋落物在土壤表面形成覆蓋層，有較好的保水性和保溫性，土壤動物在此類環(huán)境中能更好地生長繁殖。雪松、瓜子黃楊冠幅內(nèi)的溫度均低于冠幅外，樹冠的遮蔽使樹冠下土壤光照減少，因而樹冠下土壤溫度較低。

4 種植被下優(yōu)勢類群均為蜱螨目甲螨亞目和彈尾目球角跳科，這與以往的研究一致[11]，但甲螨亞目在海桐冠幅內(nèi)僅占27.21%，而在側(cè)柏、雪松、瓜子黃楊冠幅內(nèi)分別占64.83%、47.65%、56.12%。這可能也是與土壤含水率有關(guān)，蜱螨目土壤動物屬于旱生類群，偏好較干燥土壤[12]，因此在土壤含水率相對偏低的側(cè)柏、雪松、瓜子黃楊冠幅內(nèi)土壤中密度更大，而水分條件較好的海桐冠幅內(nèi)密度反而降低。

總的來說，城市綠地微環(huán)境對土壤動物多樣性有顯著影響，土壤溫度、水分等微環(huán)境因子不僅會影響土壤動物的密度，還會使群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進而影響土壤生態(tài)功能。常綠灌木海桐冠幅內(nèi)環(huán)境條件較好，瓜子黃楊次之，這兩種植被下土壤動物密度也相對較高，但由于優(yōu)勢類群的競爭，多樣性指數(shù)略低。針葉樹下的土壤動物還會受到凋落物成分的影響，冠幅內(nèi)土壤動物密度相對較低。