不同品種牧草對大渡河干旱河谷地區(qū)土壤動物群落的影響

張艷 李佳 宋思夢

(四川民族學院橫斷山區(qū)生態(tài)修復與特色產(chǎn)業(yè)培育研究中心/川藏滇青林草撫育和利用研究中心，四川 康定 626001)

甘孜州位于我國西南部、青藏高原東南部，占據(jù)了中國牧區(qū)的很大一部分，也是我國在四川省內發(fā)展高原畜牧業(yè)的重要基地，是西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與建設的根本[1]。然而近年來，受人類活動和氣候變化的共同影響，甘孜州草原生態(tài)功能下降，草原生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重。為改善生態(tài)環(huán)境并且基于甘孜州的生態(tài)條件，選擇的草種應該極耐干旱、耐高溫、耐貧瘠，具有根系發(fā)達、有一定土壤改良效果的特點，且以可供畜牧業(yè)青飼料、青貯飼料、顆粒加工飼料等用途的牧草最佳[2]，如巨菌草(Pennisetum giganteum)、綠洲一號(Oasis No.1)、高冰草(Agropyron elongatum)等，巨菌草種植過程較簡便并且生態(tài)、經(jīng)濟效益顯著。綠洲一號是一種能改善鹽堿地，使鹽堿土壤自身的土壤肥力得到有效恢復的菌草[3]，有較高的生態(tài)和經(jīng)濟價值。高冰草適應能力強，產(chǎn)量高，經(jīng)濟效益顯著[4]。

土壤生物群落包括土壤微生物與土壤微型動物，土壤動物是生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的一部分，與土壤環(huán)境因素密切相關，土壤動物還能促進凋落物和有機質分解，提高了生態(tài)系統(tǒng)中物質循環(huán)的速度，改變土壤結構等，在平衡生態(tài)系統(tǒng)結構與功能和生態(tài)服務功能等方面起著至關重要的作用[5]。目前，國內研究主要集中于不同生境之間[6]、不同耕作模式之間[7]、不同植被類型間[8]土壤動物的差異性，對于甘孜州干旱河谷地區(qū)以及牧草的研究較少，為了解甘孜州干旱河谷地區(qū)不同牧草間土壤動物差異，以四川民族學院黑日村試驗地巨菌草、高冰草、綠洲一號為材料，研究3種牧草之間土壤動物數(shù)量、生態(tài)指數(shù)等的差異。

土壤動物是土壤中不可缺少的部分，是參考土壤環(huán)境狀況的一個重要因素，其變化也和生態(tài)系統(tǒng)中的各種變化分不開[9]。甘孜州是我國西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與建設的重要基地。近年來，受到多方面因素的影響，導致甘孜州生態(tài)功能下降。本試實驗對3種不同牧草根際土壤中土壤動物進行實驗，旨在了解不同牧草根際土壤中土壤動物組成，并根據(jù)土壤動物的生態(tài)指數(shù)，為甘孜州的生態(tài)恢復提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘孜州地處四川省西部川西高原(E97°22′～102°29′，N27°58′～34°20′)，位于青藏高原向四川盆地過渡的地帶，是我國第2大藏區(qū)。根據(jù)緯度來劃分，甘孜州屬于亞熱帶地區(qū)，但由于甘孜州特殊的地形，形成了典型的高原大陸型氣候，干、雨兩季分明[10]。川西高原冬季寒冷，夏季涼爽，在冬季時氣溫相比于同緯度的低海拔區(qū)低8～10℃；夏季比較溫涼，氣溫一般在8～18℃，年降水量為600～800mm[11]，甘孜州境內有多條河流，如金沙江、大渡河等。

1.2 樣地設置

本試驗在四川民族學院黑日村試驗地進行。選取高冰草、綠洲一號、巨菌草3種牧草根際土作為研究對象。每種牧草選擇3個樣方，大小為1m×1.5m。在每塊樣地的對角線上進行3點取樣法。每處理3個重復。

1.3 土壤樣品采集和土壤生物分離及鑒定

每個樣地選取3個取樣點，在每個取樣點內分別取0～10cm的根際土作為復合樣，裝進土壤動物收集袋內，帶回實驗室進一步分類鑒定。本試驗主要采用干漏斗分類法，將土樣倒入口徑為10cm的篩網(wǎng)中，下接裝有濃度為75%酒精的培養(yǎng)皿，收集的所有土壤動物在實驗室解刨鏡下進行鑒定計數(shù)，分類鑒定主要參照《中國土壤動物檢索圖鑒》。

1.4 土壤理化性質分析

土壤含水率的測定采用烘干法：將土壤樣品在分析天平上稱重記數(shù)后放入烘箱內，烘干至恒重，取出于干燥箱再次稱重；土壤pH的測定采用電位測定法：將土壤樣品研磨后，過60目篩網(wǎng)后，稱取20g土樣加入蒸餾水20mL，攪拌后靜止，使其澄清，然后將pH復合玻璃電極插入上部清液中，輕輕搖動，取最后穩(wěn)定的pH值(pH玻璃電極棒測定前應先用緩沖液進行校正)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

在科的水平上，計算土壤動物類群數(shù)。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計算公式：

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)計算公式：

式中，pi=ni/N,ni為第i個分類單元的個體數(shù)；N為樣品中所有動物的個體總數(shù)；S為類群數(shù)；pi為第i個分類單元的個體數(shù)占總數(shù)的比例[12]。

Pielou均勻度指數(shù)計算公式：

E=H/lns

式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；S為類群數(shù)[9]。

Margalef豐富度指數(shù)計算公式：

DMG=S-1/lnN

式中，S為類群數(shù)；N為樣品中所有動物的個體總數(shù)[5]。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Microsoft Excel 2016和SPSS 23軟件，為研究不同牧草對土壤動物群落的影響，對不同品種牧草土壤動物數(shù)量、類群、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)采用單因素方差分析(One-way ANOVA)進行分析。作圖采用Origin 2018軟件。

2 結果

2.1 土壤動物數(shù)量和群落組成

本試驗中調查到的土壤動物共有137只，隸屬于3門7綱15目21科。在目水平上，窄咽目和裂盾目為優(yōu)勢類群，分別占總數(shù)量的39%和21%；半翅目、膜翅目等7目為常見類群，共占總數(shù)目的33%；古蚖目、離爪目等6目為稀有類群，共占總數(shù)的6%；在不同的牧草品種中的優(yōu)勢類群均為窄咽目，見表1。

表1 土壤動物群落組成

由圖1a可得，3種牧草中巨菌草中的土壤動物數(shù)量表現(xiàn)為巨菌草>高冰草>綠洲一號，并且巨菌草樣地中的土壤動物數(shù)量顯著多于高冰草樣地和綠洲一號樣地；土壤動物類群數(shù)在3種不同牧草之間的差異不明顯，但土壤動物類群數(shù)在巨菌草樣地中最高，在綠洲一號樣地中最低，見圖1b。

圖1 不同品種牧草的土壤動物數(shù)量和土壤動物類群數(shù)(平均值±標準誤)

2.2 土壤動物多樣性

物種的豐富度和均勻度可以用多樣性指數(shù)相關聯(lián)，多樣性指數(shù)的大小也反映土壤的生物多樣性。目前，應用的最多的是辛普森指數(shù)(Simpson)和香農(nóng)-維納(Shannon-Wiener)多樣性指數(shù)[9]。結果分析表明，3種牧草之間的多樣性指數(shù)無顯著差異(P>0.05)，表現(xiàn)為巨菌草>高冰草>綠洲一號，優(yōu)勢度指數(shù)則相反，表現(xiàn)為巨菌草<高冰草<綠洲一號。多樣性指數(shù)最高的是巨菌草樣地，最低是綠洲一號樣地，見圖2a；而優(yōu)勢度指數(shù)在巨菌草樣地最低，綠洲一號樣地最高，見圖2b。

土壤動物豐富度指數(shù)反映了土壤動物在該樣地的土壤動物多樣性，研究表明，雖然3種牧草之間的土壤動物豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)均無顯著差異(P>0.05)，但高冰草樣地中的豐富度指數(shù)最高，巨菌草樣地和綠洲一號樣地的豐富度指數(shù)沒有明顯差異，見圖2c，均勻度指數(shù)表現(xiàn)為巨菌草>高冰草>綠洲一號，見圖2d。

圖2 不同牧草品種土壤動物多樣性、優(yōu)勢度指數(shù)、土壤動物豐富度以及均勻度指數(shù)(平均值±標準誤)

2.3 土壤環(huán)境因子

由圖3可知，不同牧草根際土壤pH有顯著差異(P>0.05)，其中高冰草土壤pH顯著高于綠州一號和巨菌草，見圖3a。土壤含水率在3個樣地間差異顯著(P<0.05)，綠州一號樣地的土壤含水率最高，其次是高冰草，巨菌草最低，見圖3b。

圖3 不同牧草品種中的土壤pH值、含水率(平均值±標準誤)

2.4 相關性分析

由表2可知，在巨菌草樣地，多樣性指數(shù)隨著類群數(shù)、均勻度指數(shù)的增加而增加，而優(yōu)勢度指數(shù)則隨著多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的減少而增加，豐富度隨著類群數(shù)增加而增大。由表3可知，高冰草樣地中，個體數(shù)隨著類群數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)的增加而增加，但隨著優(yōu)勢度指數(shù)的增多而減少。多樣性指數(shù)隨著豐富度指數(shù)的增加而增加，相反隨著優(yōu)勢度指數(shù)的增加而減少。由表4可知，在綠洲一號樣地中，多樣性指數(shù)隨著類群數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)的增加而增加，而優(yōu)勢度指數(shù)隨著多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)的增加而減少。

表2 巨菌草、高冰草和綠洲一號樣地相關性分析

3 討論

土壤動物類群數(shù)、個體數(shù)和多樣性指數(shù)是衡量土壤動物群落結構、功能和水平分布差異性的重要指標[5]。多樣性越高的群落，群落結構就越復雜，抗壓能力也越強。研究結果表明，多樣性指數(shù)與類群數(shù)均為巨菌草>高冰草>綠洲一號，土壤動物數(shù)量、類群數(shù)和多樣指數(shù)在巨菌草樣地中最高，綠洲一號最低，見圖1、圖2，可見與高冰草和綠州一號相比，種植巨菌草可提高土壤動物群落的類群、數(shù)量及多樣性。土壤動物是土壤中的有機活體，可用于衡量土壤肥力狀況，從而被認為是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[13,14]，土壤動物還對土壤的理化性狀有一定的改善作用[15]。巨菌草屬于C4植物，其太陽能轉化率比闊葉植物高3～4倍，其根系復雜，具有減少表層土壤養(yǎng)分流失的作用，同時龐大的根系通過穿透作用以及土壤微生物的分解作用，使得種植巨菌草地區(qū)土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生明顯增幅效果[16]。較高的土壤養(yǎng)分含量使得巨菌草樣地土壤動物群落、數(shù)量及多樣性指數(shù)最高。

在3種牧草樣地中，多樣性指數(shù)與優(yōu)勢度指數(shù)均呈現(xiàn)負相關，均勻度指數(shù)與優(yōu)勢度指數(shù)則呈負相關，這與劉姣[5]等得出相同的結論。并且在3種牧草樣地中，豐富度指數(shù)與優(yōu)勢度指數(shù)呈現(xiàn)的是負相關。也有研究表明，優(yōu)勢度指數(shù)與豐富度指數(shù)呈現(xiàn)的是負相關關系，這是由于豐富度越大類群數(shù)也越多，個體就會分散到更多不同的類群中，優(yōu)勢度指數(shù)也會降低[17]?？傮w來看，在3個不同牧草品種中，優(yōu)勢度指數(shù)以綠洲1號樣地最高，表示在綠洲1號樣地中，有著較高的群落穩(wěn)定性，土壤動物更為集中的分布在種群中，而巨菌草樣地的優(yōu)勢度指數(shù)最低，表示巨菌草樣地的土壤動物在種群中是較為分散的；豐富度指數(shù)在高冰草樣地中明顯高于其他樣地，表示在高冰草樣地中土壤動物類群多，多樣性較高。

4 結論與展望

綜上所述，在不同的牧草根際土壤動物的多樣性、類群數(shù)、數(shù)量以及理化性質等也發(fā)生相應的變化。相對于綠洲一號，巨菌草、高冰草在甘孜州的種植對土壤中的土壤動物群落結構有更好的效果。土壤動物群落結構與植物之間的影響是錯綜復雜的，后期還需要進一步研究其他因素對土壤動物多樣性的影響。