重金屬對(duì)煤礦區(qū)土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)的影響

成碧君，劉良坡，張紅梅，楊秀娟

（山西醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院，山西 太原 030001）

近年來，重金屬污染引起的生態(tài)環(huán)境問題日益增多，其中煤礦開采直接或間接地造成土壤重金屬污染。山西煤炭資源豐富，但是煤炭資源開采造成生態(tài)的嚴(yán)重破壞，煤矸石、粉煤灰等固體廢物歷史堆存總量較大，對(duì)周圍土壤造成重金屬污染和蓄積，存在環(huán)境安全隱患，影響公眾健康[1-2]。研究顯示，我國農(nóng)田土壤重金屬含量最高的是Cr、As、Cu和Ni[3]，其中，Cr空間插值次高值區(qū)出現(xiàn)在山西[4]。何建國等[5]研究發(fā)現(xiàn)，皖北煤礦區(qū)土壤中As、Cr、Cu、Ni、Zn的平均含量超出安徽省土壤背景值的55%、16%、35%、18%、22%，且Zn和Cu易于遷移到小麥的籽粒中。趙穎等[6]研究發(fā)現(xiàn)，太原市小店區(qū)土壤重金屬Cr、Cu、Zn含量分別為44.32～130.12、55.00～252.72、20.40～70.51 mg/kg，且根莖類和瓜菜類重金屬污染處于輕度污染水平，對(duì)兒童具有潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。重金屬是持久性的污染物，在土壤中過量沉積引起土壤質(zhì)量下降，導(dǎo)致土壤退化、抑制土壤生物體活性、存在潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[7]。崔雅紅等[8]研究發(fā)現(xiàn)，陜西蒿坪石煤礦區(qū)土壤中Cu和Zn元素含量都已超過陜西土壤背景值，且受到Cu和Zn輕度污染，存在輕微的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。魯西南地區(qū)某煤礦區(qū)土壤中Cr、Ni、Zn含量均值明顯高于山東省背景值，Ni元素存在小范圍輕度污染區(qū)域[9]。山西沁源、古交、陽泉的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，煤矸石堆放區(qū)附近村莊土壤中As、Ni等重金屬對(duì)當(dāng)?shù)貎和缙谏窠?jīng)發(fā)育構(gòu)成潛在威脅；土壤滲濾液干擾了與斑馬魚（Danio rerio）早期神經(jīng)發(fā)育相關(guān)的關(guān)鍵發(fā)育過程，導(dǎo)致斑馬魚幼蟲活動(dòng)減退[10]。Ni和As等重金屬污染產(chǎn)生的毒性會(huì)降低土壤營養(yǎng)因子含量，破壞蜱螨類敏感土壤動(dòng)物的食物鏈，使土壤動(dòng)物數(shù)量減少、生物多樣性降低[11]。重金屬Ni對(duì)公路兩側(cè)螞蟻、蜈蚣、隱翅蟲（Staphvlinidae）等大型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)有較大的影響[12]。?ALAMúN等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Cr對(duì)于線蟲群落結(jié)構(gòu)有著顯著的毒性，并且對(duì)線蟲豐度、多樣性和生態(tài)指數(shù)均產(chǎn)生了負(fù)面影響。侯磊等[14]初步估計(jì)，青藏高原高寒草甸內(nèi)部不同區(qū)域的土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)上的差異可能與重金屬含量中Cu和Zn能刺激線蟲卵孵化過程繼而增加線蟲豐度有關(guān)。因此，了解山西煤礦區(qū)土壤重金屬污染情況及其對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響迫在眉睫。

線蟲作為最豐富的土壤無脊椎動(dòng)物，是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，其對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)靈敏，土壤中重金屬污染對(duì)于土壤的影響可通過線蟲分布和活性變化來診斷[15]。重金屬污染使土壤動(dòng)物群落的物種多樣性降低，土壤動(dòng)物密度減小，群落結(jié)構(gòu)趨于簡單，土壤生態(tài)系統(tǒng)趨于退化[16]。隨著土壤中重金屬不斷累積，擾亂了土壤生態(tài)平衡，同時(shí)土壤線蟲的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。多項(xiàng)研究表明，土壤線蟲可作為對(duì)重金屬污染敏感的生物指標(biāo)[6-10]。XUE等[17]將秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）生長、繁殖和攝食行為的情況用于評(píng)估重金屬Cd、Pb和Mn的毒性影響。SHARMA等[18]研究分析了重金屬含量和土壤生態(tài)食物網(wǎng)之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，土壤重金屬Cr的污染與土壤食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲呈正相關(guān)關(guān)系。以往相關(guān)研究一般采取的是人為控制試驗(yàn)改變土壤中重金屬含量來觀察線蟲群落結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，多關(guān)注單一金屬污染或者2種金屬元素污染在短時(shí)間內(nèi)所致的線蟲群落結(jié)構(gòu)變化[19-20]。然而煤礦區(qū)附近農(nóng)田土壤中超標(biāo)重金屬種類多，受污染時(shí)間往往在幾十年以上，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)造成了長期影響[21]。因此，研究多種重金屬復(fù)合污染與線蟲群落之間的關(guān)系是非常必要的。

目前對(duì)于土壤重金屬污染的評(píng)估主要基于土壤中重金屬含量[22-23]，而從土壤消費(fèi)者這一角度研究重金屬污染的影響，能夠更加全面地反映重金屬污染帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究通過測(cè)定煤礦區(qū)附近農(nóng)田土壤中重金屬含量，利用土壤線蟲各營養(yǎng)類群豐度、Shannon-Weaver多樣性指數(shù)、線蟲均勻度指數(shù)、成熟度指數(shù)、線蟲通道指數(shù)、富集指數(shù)、結(jié)構(gòu)指數(shù)等分析土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)，采用冗余分析（redundancy analysis，RDA）和典型相關(guān)分析（canonical correlation analysis，CCA）探討線蟲群落結(jié)構(gòu)生態(tài)指數(shù)與土壤重金屬含量之間的關(guān)系，以期從土壤生物多樣性方面研究重金屬污染情況，有效評(píng)價(jià)線蟲群落生態(tài)指數(shù)對(duì)重金屬含量反應(yīng)靈敏度，旨在為山西省土壤生態(tài)評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年在山西省晉中市（東經(jīng)112°34′～113°8′，北緯37°23′～37°54′）北山煤礦區(qū)進(jìn)行。該地屬半干旱大陸性季風(fēng)氣候，海拔80 m，年平均氣溫9.8℃，降水量418～483 mm，年日照時(shí)數(shù)2 662 h，無霜期158 d。研究區(qū)域土壤類型為褐土，種植作物主要為玉米。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究隨機(jī)選取運(yùn)煤公路和水源旁5個(gè)采樣區(qū)的農(nóng)田土壤進(jìn)行調(diào)查采樣，5個(gè)采樣區(qū)分別標(biāo)記為P1、P2、P3、P4和P5。P1位于煤礦區(qū)水源附近農(nóng)田，P2、P3、P4、P5分別位于運(yùn)煤公路旁的農(nóng)田。為排除探礦、采礦等人類活動(dòng)的影響，對(duì)照區(qū)選取遠(yuǎn)離礦區(qū)且無工業(yè)污染的一個(gè)采樣區(qū)，標(biāo)記為CK。通過測(cè)定采樣區(qū)重金屬As、Cr、Ni、Cu、Zn的含量，將對(duì)照區(qū)土壤重金屬含量的平均值作為參考值，對(duì)土壤重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3 土壤線蟲提取和分析

稱取100 g新鮮土樣，采用改良的淺盤法[24]分離收集土壤線蟲。利用Olympus ZX10體視顯微鏡計(jì)數(shù)線蟲總數(shù)，根據(jù)線蟲形態(tài)特征和食性于Olympus BX51光學(xué)顯微鏡100×和400×下進(jìn)行分類鑒定[25]。

根據(jù)線蟲進(jìn)食習(xí)性的不同及形態(tài)學(xué)上的差異，分為4種營養(yǎng)類群，分別為植物寄生線蟲（plant parasites nematodes，PP）、食細(xì)菌線蟲（bacterialfeeding nematodes，BF）、食真菌線蟲（fungi-feeding nematodes，F(xiàn)F）和 捕 食 雜 食 線 蟲（ominivores/carnivorous，O/C）[14，26-27]。

本研究應(yīng)用各種指標(biāo)對(duì)線蟲群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

1.3.1 線蟲豐度和各營養(yǎng)類群相對(duì)豐度 線蟲豐度和各營養(yǎng)類群相對(duì)豐度是指每100 g干燥土壤樣品中的線蟲總數(shù)和某營養(yǎng)類群的線蟲數(shù)占線蟲總數(shù)的比例[28]。

1.3.2 Shannon-Weaver指 數(shù)（H'）和Pielou指 數(shù)（J'）Shannon-Weaver指 數(shù) 和Pielou指 數(shù) 反 映 某區(qū)域土壤線蟲營養(yǎng)類群和種類的多樣性。

其中，Pi是某種屬線蟲在線蟲總數(shù)中的比例，S是樣本中的線蟲種屬數(shù)量[21，28]。Shannon-Weaver指數(shù)越大，表明線蟲種屬的數(shù)量越多，線蟲多樣性越豐富[21]。Pielou指數(shù)越大，表明各線蟲種屬之間數(shù)量差別越大，線蟲群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[29]。

1.3.3 成熟度指數(shù)（maturity index，MI） 成熟度指數(shù)分為自由生活線蟲（捕食雜食線蟲、食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲）成熟度指數(shù)和植物寄生線蟲成熟度指數(shù)（plant parasites nematodes maturity index，PPI），本研究使用的成熟度指數(shù)主要針對(duì)自由生活線蟲[28]。

其中，fi是樣本中某種線蟲的個(gè)體數(shù)占線蟲總數(shù) 的 比 例；vi是 該 線 蟲 的c-p（colonizer-persister）值[28]。根據(jù)線蟲群落的生活史策略，按照殖民者-居住者的定義將線蟲賦予1～5的c-p值[27]。低MI值和高PPI值表明土壤生態(tài)系統(tǒng)成熟度越低，土壤生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)強(qiáng)烈，反之則表明土壤生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，受外界干擾影響程度越小[27-28]。

1.3.4 線蟲通道指數(shù)（nematode channel ratio，NCR）線蟲通道指數(shù)是食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲的比值，反映分解速率較快的基于細(xì)菌的能量通道和分解速率較慢的基于真菌的能量通道在分解過程中的相對(duì)重要性[28]。

其中，B和F分別是食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲的相對(duì)豐度。NCR值在1和0之間波動(dòng)，NCR高 于0.5，說明土壤食物網(wǎng)以食細(xì)菌通道為主，土壤有機(jī)質(zhì)以細(xì)菌分解途徑為主，NCR低于0.5，說明土壤食物網(wǎng)以食真菌通道為主，土壤有機(jī)質(zhì)以真菌分解途徑為主[28]。

1.3.5 富集指數(shù)（enrichment index，EI）和結(jié)構(gòu)指數(shù)（structure index，SI） 富集指數(shù)和結(jié)構(gòu)指數(shù)二者相結(jié)合能夠更好地指示土壤環(huán)境受擾動(dòng)的情況和土壤食物網(wǎng)的狀況[21]。

其中，b是食物網(wǎng)中的基礎(chǔ)成分，通常指食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲中c-p值為2的兩類群線蟲；e是食物網(wǎng)中的富集成分，指食細(xì)菌線蟲中c-p值為1和食真菌線蟲中c-p值為2的兩類群線蟲；s為食物網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)成分，包括c-p值為3～5的食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲和捕食雜食線蟲[21]。

其中，kb、ke、ks為各類群線蟲所對(duì)應(yīng)的加權(quán)值（其值為0.8～5.0），nb、ne、ns為各類群線蟲的相對(duì)豐度，為各類群線蟲所對(duì)應(yīng)的加權(quán)值。結(jié)構(gòu)指數(shù)越高，富集指數(shù)越低，表明土壤食物網(wǎng)越復(fù)雜，重金屬對(duì)土壤環(huán)境擾動(dòng)較小，反之則表明土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)富集狀態(tài)，受重金屬擾動(dòng)強(qiáng)烈[19]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用R 4.1.0和SPSS Statistics 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用Excel 2016、R 4.1.0和Origin 2018進(jìn)行圖表繪制。利用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)判斷數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布；利用Levene法判斷數(shù)據(jù)是否符合方差齊性檢驗(yàn)。若數(shù)據(jù)方差齊且均顯示正態(tài)分布，則利用單因素方差分析（analysis of variance，ANOVA）進(jìn)行差異分析，利用Student-Newman-Keuls法進(jìn)行兩兩比較；若數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布或方差不齊，則采用非參數(shù)檢驗(yàn)進(jìn)行差異分析，利用Kruskal Wallis秩和檢驗(yàn)法進(jìn)行兩兩比較。通過Canoco 5軟件進(jìn)行冗余分析（RDA）和典型相關(guān)分析（CCA），找出土壤重金屬含量與線蟲群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)及線蟲種屬豐度之間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量基本特征分析

由表1可知，污染區(qū)重金屬Cr、Cu、As、Zn的含量均與對(duì)照有顯著差異。污染區(qū)5個(gè)采樣區(qū)土壤Zn含量均顯著高于對(duì)照。與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）[30]中篩選值相比較，P4采樣區(qū)的Zn含量是篩選值的1.82倍。對(duì)照區(qū)和污染區(qū)各采樣點(diǎn)的樣品As含量均超過了風(fēng)險(xiǎn)管制值，各個(gè)采樣點(diǎn)中土壤Cr、Ni和Cu的含量均未超過篩選值和管制值。

表1 污染區(qū)和對(duì)照區(qū)土壤各重金屬含量比較Tab.1 Comparison of heavy metal contents in soil of polluted area and control area mg/kg

2.2 土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)分析

本研究共鑒定出20個(gè)線蟲屬，其中，食細(xì)菌線蟲11屬，食真菌線蟲3屬，植物寄生線蟲4屬，捕食雜食線蟲2屬。在對(duì)照區(qū)中占優(yōu)勢(shì)的線蟲屬主要有真滑刃屬、原桿屬、盤旋屬；P1區(qū)優(yōu)勢(shì)線蟲屬主要是真滑刃屬、莖屬和孔咽屬；P2區(qū)優(yōu)勢(shì)線蟲屬為真滑刃屬和盤旋屬；P3區(qū)優(yōu)勢(shì)線蟲屬有小桿屬、中桿屬、真滑刃屬、盤旋屬、絲尾墊刃屬、孔咽屬；P4區(qū)優(yōu)勢(shì)線蟲屬為真滑刃屬；P5區(qū)優(yōu)勢(shì)線蟲屬是真滑刃屬、莖屬和滑刃屬（表2）。

表2 土壤線蟲的群落組成Tab.2 Community composition of nematodes in soil

污染區(qū)和對(duì)照區(qū)土壤中線蟲總數(shù)存在顯著差異，污染區(qū)線蟲總數(shù)顯著低于對(duì)照區(qū)（圖1-A）。污染區(qū)P2和P5的線蟲總數(shù)顯著低于CK和P1（表3）。采樣區(qū)CK和P3土壤中食細(xì)菌線蟲占主要優(yōu)勢(shì)，P1、P4和P5土壤中占優(yōu)勢(shì)的主要是食真菌線蟲，而P2中植物寄生線蟲的相對(duì)豐度最高。污染區(qū)土壤線蟲Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（H'）和線蟲通道指數(shù)（NCR）均顯著低于對(duì)照區(qū)（圖1-D和圖1-E）。污染區(qū)各采樣區(qū)的線蟲通道指數(shù)值均顯著低于對(duì)照區(qū)，且低于0.6，說明污染區(qū)以食真菌線蟲活動(dòng)較為活躍。

圖1 污染區(qū)和對(duì)照區(qū)土壤中線蟲生態(tài)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of ecological evaluation of nematodes in polluted area and control area

表3 土壤中線蟲指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of the nematodes index in soil

2.3 土壤重金屬含量對(duì)土壤線蟲群落的影響

本研究通過冗余分析（RDA）和典型相關(guān)分析（CCA），探討土壤重金屬含量與線蟲各種屬相對(duì)豐度以及線蟲群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間的關(guān)系，為通過線蟲群落結(jié)構(gòu)來估計(jì)土壤重金屬污染程度提供理論基礎(chǔ)。

土壤線蟲群落指標(biāo)與重金屬含量的RDA分析結(jié)果如圖2所示，研究區(qū)域內(nèi)的土壤線蟲群落受重金屬Cr和Ni的影響較大，其中，食真菌線蟲相對(duì)豐度、捕食雜食線蟲相對(duì)豐度、結(jié)構(gòu)指數(shù)、成熟度指數(shù)均與重金屬Zn、Cu、Ni、Cr、As含量呈負(fù)相關(guān)，植物寄生線蟲相對(duì)豐度、食細(xì)菌線蟲相對(duì)豐度、植物寄生線蟲成熟度指數(shù)、線蟲通道指數(shù)、Pielou指數(shù)均與這些重金屬含量呈正相關(guān)。重金屬Cu、Ni含量與植物寄生線蟲成熟度指數(shù)表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)性，與結(jié)構(gòu)指數(shù)表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性；重金屬Zn、As、Cr含量與植物寄生線蟲相對(duì)豐度表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)性，與食真菌線蟲相對(duì)豐度表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性。重金屬Zn、As、Cr、Cu、Ni含量與土壤線蟲總豐度、富集指數(shù)、Shannon-Weaver指數(shù)的相關(guān)性都很低。

圖2 土壤線蟲群落指標(biāo)與重金屬含量RDA分析Fig.2 RDA analysis of soil nematode community indexes and heavy metal concent

為了探究土壤重金屬污染影響的主要線蟲種屬，對(duì)污染區(qū)域的重金屬含量和土壤線蟲種屬豐度進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析，結(jié)果如圖3所示。第1排序軸與土壤重金屬Zn、As、Cr、Cu、Ni均表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤Cr負(fù)相關(guān)關(guān)系最強(qiáng)。這說明沿著第1排序軸從左到右，土壤重金屬含量越來越高。第2排序軸與重金屬Zn、As、Ni呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與重金屬Cr、Cu呈正相關(guān)關(guān)系。說明沿著第2排序軸從下至上，土壤Zn含量越來越小，重金屬Cr含量逐漸增加。第2排序軸與重金屬Ni的相關(guān)性最強(qiáng)。通過排序軸分析，重金屬Cr、Cu含量與線蟲擬麗突屬、螺旋屬、絲尾墊刃屬、滑刃屬豐度呈正相關(guān)，與原桿屬、孔咽屬、真頭葉屬豐度呈負(fù)相關(guān)；重金屬Zn、As、Ni含量與盆咽屬、頭葉屬、真滑刃屬、繞線屬、似繞線屬、棱咽屬、擬矛線屬豐度呈正相關(guān)，與麗突屬、根結(jié)屬、盤旋屬、小桿屬、根結(jié)屬豐度呈負(fù)相關(guān)。

圖3 土壤線蟲種屬相對(duì)豐度與重金屬含量CCA分析Fig.3 CCA analysis of relative abundance of soil nematode genus and heavy metal concent

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，污染區(qū)5個(gè)采樣區(qū)重金屬Cr、As、Cu、Zn的含量均顯著高于對(duì)照區(qū)，而重金屬Ni污染程度與對(duì)照相比無顯著差異。羅妍等[31]研究發(fā)現(xiàn)，東北煤礦區(qū)表層土壤中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn平均含量均超過了背景值0.89～1.85倍。土壤中重金屬Ni含量受到煤礦開采影響的同時(shí)，還與土壤質(zhì)地、地形、氣候等自然因素控制有關(guān)[32]。對(duì)照區(qū)和污染區(qū)各采樣區(qū)的樣品As含量均超過了風(fēng)險(xiǎn)管制值，說明該礦區(qū)周邊土壤中種植的食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)高，原則上應(yīng)當(dāng)采取禁止種植食用農(nóng)產(chǎn)品、退耕還林等嚴(yán)格管控措施[33]。

污染區(qū)線蟲總數(shù)顯著低于對(duì)照區(qū)，食細(xì)菌線蟲的相對(duì)豐度低于對(duì)照區(qū)，而食真菌線蟲和捕食雜食線蟲的相對(duì)豐度均高于對(duì)照區(qū)。重金屬污染會(huì)造成線蟲總數(shù)減少，這是由于重金屬對(duì)線蟲群落的直接毒性作用以及對(duì)線蟲營養(yǎng)來源消耗的間接影響[29,34]。污染區(qū)線蟲通道指數(shù)（NCR）顯著較低，其原因是污染區(qū)土壤中食真菌線蟲的數(shù)量較多，食細(xì)菌線蟲的數(shù)量較少，食細(xì)菌線蟲和食真菌線蟲的數(shù)量變化被發(fā)現(xiàn)與重金屬污染土壤中微生物數(shù)量有關(guān)[35]。污染區(qū)NCR值低于0.5，說明污染區(qū)土壤食物網(wǎng)以食真菌通道為主，土壤有機(jī)質(zhì)以真菌分解途徑為主。污染區(qū)和對(duì)照區(qū)線蟲富集指數(shù)（EI）和結(jié)構(gòu)指數(shù)（SI）差異不顯著，表明重金屬污染對(duì)土壤微生物和食物鏈長度的影響沒有顯著差異[36]。富集指數(shù)（EI）被用來評(píng)估食物網(wǎng)對(duì)可利用資源的響應(yīng)，結(jié)構(gòu)指數(shù)（SI）是用于揭示在人為干擾或生態(tài)恢復(fù)過程中土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化的指標(biāo)[28]。本研究污染區(qū)線蟲富集指數(shù)（EI）低于對(duì)照區(qū)，結(jié)構(gòu)指數(shù)（SI）則高于對(duì)照區(qū)，表明污染區(qū)土壤食物網(wǎng)由于重金屬污染導(dǎo)致可利用資源和土壤養(yǎng)分減少。污染區(qū)Shannon-Weaver指數(shù)和Pielou指數(shù)均低于對(duì)照區(qū)，表明污染區(qū)線蟲群落多樣性降低。本研究中，污染區(qū)Shannon-Weaver指數(shù)和均勻度指數(shù)均低于對(duì)照區(qū)，表明線蟲屬數(shù)量的減少主要是由于線蟲多樣性的降低，其次是不同種屬線蟲相對(duì)豐富度的變化[29]。重金屬污染對(duì)線蟲群落的影響不僅體現(xiàn)在線蟲單一種屬的豐度變化，不同營養(yǎng)類群和c-p類群的線蟲豐度上的變化也很明顯[29]。成熟度指數(shù)（MI）是重金屬污染引起的土壤反應(yīng)的良好指示指標(biāo)[21]。土壤Cu、Pb、Zn含量高均對(duì)線蟲群落的成熟度有不利影響[21]。

土壤中重金屬的不斷累積，不僅使土壤質(zhì)量發(fā)生了明顯改變，同時(shí)擾亂了土壤生態(tài)平衡，土壤線蟲的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而影響農(nóng)田作物的生長和產(chǎn)量[29，37]。本研究通過線蟲各種屬相對(duì)豐度與土壤重金屬含量的RDA分析發(fā)現(xiàn)，Zn、Cu、Ni、Cr、As與食真菌線蟲相對(duì)豐度均呈負(fù)相關(guān)，而與食細(xì)菌線蟲相對(duì)豐度呈正相關(guān)，表明這5種重金屬對(duì)食真菌線蟲具有抑制作用，而對(duì)食細(xì)菌線蟲存在一定的促進(jìn)作用。SHARMA等[18]研究發(fā)現(xiàn)，As與食真菌線蟲相對(duì)豐度有較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而Cr和Zn則與食細(xì)菌線蟲相對(duì)豐度具有正相關(guān)關(guān)系，這與本研究結(jié)果一致。本研究中Zn與植物寄生線蟲相對(duì)豐度有較強(qiáng)的相關(guān)性，這與Zn對(duì)植物寄生線蟲拮抗菌（根瘤細(xì)菌、菌根真菌）和捕食雜食線蟲的抑制等作用有關(guān)[38]。捕食雜食線蟲與Zn、Cu、Ni、Cr和As呈負(fù)相關(guān)，這與?ALAMúN等[39]的研究結(jié)果一致。本研究中，Zn、Cu、Ni、Cr和As與土壤線蟲結(jié)構(gòu)指數(shù)和成熟度指數(shù)呈較為密切的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與線蟲通道指數(shù)和富集指數(shù)呈正相關(guān)。SáNCHEZ-MORENO等[21]和GEORGIEVA等[38]研 究發(fā)現(xiàn)，重金 屬Ni、Zn和Cu對(duì)線蟲群落具有毒性作用，對(duì)土壤線蟲結(jié)構(gòu)指數(shù)和成熟度指數(shù)有顯著的不利影響，但對(duì)線蟲富集指數(shù)有積極影響。PARK等[29]研究表明，重金屬Cu和Ni的含量超過100 mg/kg會(huì)對(duì)自由生活線蟲成熟度指數(shù)產(chǎn)生負(fù)面影響。?ALAMúN等[13]研究發(fā)現(xiàn)，自由生活線蟲成熟度指數(shù)和結(jié)構(gòu)指數(shù)與重金屬Cr含量存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，可推測(cè)土壤線蟲結(jié)構(gòu)指數(shù)和成熟度指數(shù)對(duì)土壤重金屬污染的響應(yīng)敏感。本研究中土壤線蟲總豐度與重金屬含量相關(guān)性不強(qiáng)，對(duì)于指示Zn、Cu、Ni、Cr和As污染的靈敏度較低，被認(rèn)為是最不敏感的線蟲群落指標(biāo)[20]。

土壤線蟲種屬與特定重金屬元素之間的關(guān)系在一定程度上受到線蟲群落結(jié)構(gòu)較高變化頻率和收集數(shù)據(jù)中個(gè)別種屬缺乏的阻礙，這是研究重金屬與線蟲之間相關(guān)關(guān)系的一個(gè)重大障礙[40]。同一營養(yǎng)類群的不同種屬線蟲對(duì)重金屬污染的反應(yīng)不同；CCA分析發(fā)現(xiàn)，重金屬Zn、As、Ni與食細(xì)菌線蟲頭葉屬、繞線屬、似繞線屬、棱咽屬豐度呈正相關(guān)，而與食細(xì)菌線蟲麗突屬、小桿屬豐度呈負(fù)相關(guān)，推測(cè)特定種屬對(duì)于重金屬含量的反應(yīng)不是單一種屬線蟲的體現(xiàn)，而是土壤生態(tài)系統(tǒng)和線蟲群落的綜合體現(xiàn)[40]。重金屬污染對(duì)線蟲豐富度和多樣性均有負(fù)面影響，線蟲群落功能冗余的殘存可使得線蟲結(jié)構(gòu)指數(shù)回升，使污染區(qū)的生態(tài)實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整[21]。通過RDA分析各重金屬含量和線蟲群落指標(biāo)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重金屬Zn、Cu、Ni、Cr和As與土壤線蟲結(jié)構(gòu)指數(shù)和成熟度指數(shù)呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，可作為線蟲群落指示土壤重金屬污染的合適指標(biāo)[39]。

本研究結(jié)果表明，山西省某煤礦區(qū)土壤As含量大于風(fēng)險(xiǎn)管制值，超過土壤環(huán)境質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注；重金屬污染造成土壤線蟲總數(shù)顯著降低；Cr和Ni對(duì)土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)影響最大，土壤線蟲結(jié)構(gòu)指數(shù)和成熟度指數(shù)可作為指示土壤重金屬污染的指標(biāo)。