以土壤动物为指标的长春南湖公园土壤环境评价

苏志刚，熊缨，孙刚

（1.深圳信息职业技术学院交通与环境学院,广东 深圳 518172;2.长春师范大学研究生部,吉林 长春 201621）

以土壤动物为指标的长春南湖公园土壤环境评价

苏志刚1，熊缨1，孙刚2

（1.深圳信息职业技术学院交通与环境学院,广东 深圳 518172;2.长春师范大学研究生部,吉林 长春 201621）

本文分析了长春南湖公园绿地环境中土壤动物的种类、数量构成，并以土壤动物为指标，对土壤环境进行了评价，据此为公园林地的建设和管理提出了建议。

城市绿地，土壤动物，群落，人为干扰

生物监测是利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应来阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。它不仅具有简便和易于推广的优点，而且在某些方面还是理化监测所不及的。如生物反映了环境中各种元素的综合影响，而理化指标只反映环境因素中若干因素的作用，生物能反映区域环境污染物的长期效应，而理化监测则往往是取样瞬间的结果；有时自然界的一些生物对某些污染物十分敏感，甚至在理化分析仪器都难以检验的情况下就反应出来。以往对土壤污染的生物监测研究较少，曾有应用蚯蚓来监测土壤的重金属污染的，但由于蚯蚓密度小，需要挖取大量土壤，既破坏大片地表又耗费人力，应用时有许多不便。最近，日本土壤动物学专家青木淳一根据对土壤中各种动物的生活习性、栖息环境及种群数量等的分析，提出了应用土壤动物进行环境监测和评价的设想，并进行了初步尝试。

长春南湖公园位于长春市区南部偏西，始建于1935年，是长春市最大的公园，园内现有各种树木60余种8万多株，园内地势平坦，水域面积大。近年来，长春南湖公园陆地环境由于人类活动的干扰受到破坏，地表植物的盖度逐渐减少，树木病虫害严重，枯枝死树现象大量出现，地表植物的盖度逐渐减小，裸地、半裸地面积逐渐增大，大自然的野趣在渐渐丧失。研究其绿地中的土壤动物，对于了解城市绿地土壤动物的种类数量构成、垂直变化规律，以其为指标进行环境评价，可以为公园绿地整治提供基础依据。土壤动物对土壤环境的微弱变化具有敏锐反应，利用土壤动物变化对土壤环境进行评价，可为合理安排公园林地，建造良好的林型，使树木正常生长发育提供指导意见。

工作方法

2011年9—10月和2012年1月，对长春南湖公园绿地环境进行了两次取样，取样前，依据植被状况及其分布，将公园绿地环境划分为居民区杂木林，落叶松林、桥西杨桦林、稀树林、矮杂木林、常绿松林、草地等七种生境。每一生境内又根据人类活动对林下地表植物的干扰程度分为强干扰（林下地表植物盖度0—30%）、中干扰（林下地表植物盖30%—60%）、弱干扰（林下地表植物盖度60%——100%）三种取样点，同时在南湖宾馆院内选三处几乎无人类活动干扰的杂木林作为对照进行土壤动物取样。

第一次取样，每个生境中的每个取样点按0—5cm、5—10cm、10—15cm三层进行取样。每层分别取25×25cm2的手检用土样一个，3.2×3.2×πcm2的Tullger法用土样四个。2×2×πcm2的Baermann法用土样一个，第二次取样是根据下雪前的标志进行的。这次取样没取25×25cm2的手检用土样，所采土样运回实验室进行分离提取，时间为24小时。

一般土壤动物采用青木淳一的大类别分类法，鉴定至类群（纲、目）水平，土壤昆虫类鉴定至科水平，土壤甲螨类鉴定至属水平。因土壤动物中幼体个体较多并且幼体同成体的生态位不同，因而将幼体单列，和成体分开。

1 结果分析

1.1 土壤动物群落的种类和数量组成

调查期间，在南湖公园八个类型的生境中，共获土壤动物969077头，分隶于5门8纲，鉴定出21目86科，其中甲螨为20科28属。

调查所得的969077头土壤动物，共分为24类，以线虫类为优势类群，占总个体数的88.41%，蜱螨类和弹尾类为常见类群，分别占总个体数的8.54%和2.04%，三者共占总个体数的98.99%，为南湖公园土壤动物的主体，其余各类群均为稀有类群，共占总个体数的1.01%。

1.2 不同干扰强度下的土壤动物群落种类数量比较

在南湖公园绿地的四类人为干扰程度环境中，所获土壤动物群落的类群数、个体数及个体数占总个体数的百分比如下（表1）。

表1 不同干扰强度下土壤动物群落的种类、数量Tab.1 Species and quantity of soil animal communities under different disturbance intensity

由表1可知，人类活动的干扰程度直接影响着土壤动物群落的类群数和个体数，随着人类活动干扰程度的增加，土壤动物群落的类群数和个体数都逐渐减少，其中土壤昆虫类的变化也基本反映了这一情况（表2）。

由表2可知，不同干扰程度下土壤动物群落的优势类群和常见类群基本没变，即线虫类、蜱螨类和弹尾类，并在个体数中占有绝对优势，达98.67%—99.61%，在这一点上，看不出人为活动影响的痕迹。

表2 不同干扰强度下土壤动物群落的优势类群和常见类群Tab.2 Preponderant group and common group of soil animal communities under different disturbance intensities

2 不同干扰强度下土壤动物的垂直分布

由表2和图1可以看出，随着人类活动干扰强度的增大，土壤动物种类的表聚性逐渐下降。但由于种类减少，种间竞争降低，利于个别适应能力强的类群繁衍。因此，个体数量的表聚性仍很强，若就其中的土壤昆虫类而言，仍可看出随人类干扰强度的增加，土壤昆虫类种类的表聚性不断下降，同时也能看出人类干扰活动对土壤昆虫类个体数量表聚性的影响，个体数量最多的层次由地表向地下逐渐移动（表3，图2），这里需要指出，在对照生境，0—5cm土壤昆虫数量远低于5—10cm和10—15cm层的数量，这是由于对照生境的自身条件决定的，本文调查的主体是公园绿地，因公园绿地受人类活动影响大，地面枯枝落叶层极薄或根本没有，所以取样时按5cm一层取样而没按土壤发生层次取样，这样在对照生境中，0—5cm层主要是一些未分解好的枯枝落叶，这些枯枝落叶虽然可作为土壤动物的食物来源，但由于该层和外界直接接触，环境因子变化幅度大，特别是温度和湿度的变化幅度远大于真正土壤环境，加上这里阳光投射力强（因灌木和地表都较少），所以环境质量不好，由于上述原因，土壤微生物不适于在这里生存，土壤微生物一方面可称为土壤动物的食品加工师，经它们处理过的枯枝落叶更被土壤动物所喜食，另一面又可直接作为某些土壤动物的食物。因此，这一层中土壤动物的种类数量较小，特别是在土壤昆虫中，表现更为明显。

图1 不同干扰强度下土壤动物类群的垂直变化Fig.1 Vertical change of soil animal groups under different disturbance intensities

表3 不同干扰强度下土壤动物群落种类和数量的垂直分布Tab.3 Vertical distribution of soil animal communities species and quantities under different disturbance intensities

3 各取样点的聚类分析

南湖公园绿地环境各个取样点（对照生境算一个取样点）之间差异程度如何？仅仅按照地表植物的盖度来划分是否合适？为探讨这一问题，笔者利用系统聚类分析方法，以22个取样点的土壤动物类群数、线虫类的个体数、蜱螨类的个体数、弹尾类的个体数、土壤昆虫科数、土壤有机质含量等六个变量对环境进行了系统聚类分析，采用相似系数矩阵公式：

图2 不同干扰强度下土壤昆虫科数的垂直变化Fig.2 Vertical change of soil insect family numbers under different fisturbance intensities

Rij为相似系数，n为样品数，m为指标数，通过原始数据中心化和最长距离法，得聚类谱系图（图3）。

由图3我们可以看出，若在5×108的距离上划一直线，则可把22个取样点（宾馆杂木林是唯一个取样点）划分相关程度很低的三大类。Ⅰ：宾馆杂木林；Ⅱ：居民区杂木林的弱干扰环境、落叶松林的弱干扰环境、桥西杨桦林的弱干扰环境和矮杂木林的弱干扰环境；Ⅲ：其它强干扰环境、中干扰环境及Ⅱ以外的弱干扰环境。基本说明人类活动对公园绿地地表植物盖度的影响按正反馈机制传递给土壤亚系统，从对地表植物的影响程度可以推断出对土壤生态环境的破坏程度。

图3 各取样点的聚类谱系图Fig.3 Cluster pedigree chart of sampling spots

4 以土壤动物为指标的土壤环境评价

（一）以大型土壤动物为指标的土壤环境评价

在野外利用手拾法能收集到的土壤动物，其中包括一些Tullgren法分离出来的，用肉眼可清楚看到的种类，称之为大型土壤动物。

评价方法：根据前人经验，将各种干扰程度环境中采集到的大型土壤动物（表4）分组。A组是对自然破坏和人为活动干扰最敏感的动物群，对各类群动物各打5分，从表4可知，A组动物群出现于若干扰和对照生境，并以对照生境为多。B组动物群为稍敏感动物群，对其中各类群动物各打3分，在表中可以看到，各干扰生境虽然都有B组中的动物群出现，但其数量差别很大，强干扰生境仅一类，其他生境7-8类。C组动物群为最不敏感的动物群，分别打1分。以100分为满分来评价环境的人为干扰程度：

人为干扰强度的评分=100-A组动物群数×5-B组动物群数×3-A组动物群数×1

其评分越低，越接近零分，说明受人类活动干扰的程度越低，环境的自然性越高。

结果，根据地表草本植物盖度所划分的三类干扰生境中，强干扰生境的评分为91分，中干扰生境的评分为72分，弱干扰生境的评分为59分，而位于南湖宾馆院内的对照生境的评分为56分，与弱干扰生境相当接近。说明利用大型土壤动物的评价与利用地表草本植物盖度的划分方法一致。

如果我们把人为干扰强度的评分每20分划为一级：由0-100分别为自然本底、轻干扰、中干扰、较重干扰和严重干扰，则南湖公园绿地中人为活动对地面草被植物干扰强的地方为严重干扰，中干扰环境为较重干扰、弱干扰的地方和对照生境为中干扰，干扰源就是人类的践踏活动。

表4 以大型土壤动物为指标的土壤环境评价Tab.4 Soil environmental assessment indexed by large-scale soil animals

（二）利用甲螨独特性指数（Pc）对土壤环境的评价

我们知道，在自然程度高，几乎没有人为干扰的环境，混生着生态幅广、狭、中的各种类群，随着环境自然程度的降低，首先是生态幅狭的种类消失，环境进一步恶化则中等生态幅度的种类消失，最后是生态幅度广的种类消失。但有一点需要注意，在最恶劣的环境，不仅仅是生态幅广的种类消失，同时又出现了新的仅生活于恶劣环境的特殊种类。根据这种思想，青木淳一统计分析了34个地区的73属土壤甲螨，并根据各属的出现频度（生态幅）分别打0—5分（生态幅度最广的属打1分，最狭的属打5分）。现将调查地点的各属评分整理如下（表5）。

表5 不同干扰强度下土壤0 —5cm层的Pc评价Tab.5 Pc estimation of soil layer 0-5cm under different disturbance intensity

独特性指数，简称Pc，是计算群落中各个属得分的平均值的，即

Gi为i属的得分，S为出现属的数目。

所谓独特性指数是以综合构成群落的各个分类单位栖息幅度（生态幅）的广狭来计算的。某一类群包含多数栖息幅狭的属（得分高的属），那么它的独特性指数就高，定为“独特的群落”，相反，栖息幅度广的种类（得分低的属）多的群落，其独特性指数低，就定为“常见的群落”。

因为独特性指数是说明群落本身结构特色的一个性质，所以从环境科学的立场看，独特性指数有其重要意义。即在正常良好状态的环境中，其土壤甲螨类群落有栖息幅广的属和狭的属，而在人为干扰的恶劣的土壤环境中，其土壤甲螨类群落几乎大多由栖息幅度广的属构成，甚至出现特有的属（0分的属）。

由表5我们可以看出，在人类活动干扰强的裸地和半裸地环境，即强干扰环境，其独特性指数为0.67，而在中干扰，弱干扰和对照环境，独特性指数均大于等于3.00，说明强干扰环境土壤严重退化。这和利用Shannon-Wiener多样性指数的评价是一致的。

综合上述二种评价，我们认为南湖公园绿地环境中，人类活动对地表草本植物破坏严重的，草被植物盖度不足30%的土壤环境已严重退化，随着人类活动干扰强度的减弱，地表草被植物盖度的增加，环境渐渐趋于好转，土壤走向再成熟的途径，其中人为干扰弱的生境表现最好。

5 对南湖公园绿地环境建设和管理的建议

根据对南湖公园绿地环境土壤动物的调查分析和土壤环境的评价，使我们对南湖公园的绿地环境有了较详尽的认识。从生态学角度看，南湖公园绿地环境最大的病症是物质循环过程的阻断，病因是人类活动的影响。由于游人活动的干扰，最明显的直观表现是地面草本植物减少，土壤被踏实。由于地表物的减少，枯枝落叶易被风吹走，致使枯枝落叶层变薄以至消失，这样，由于土壤被踏实，土壤的通气性、保水性降低，枯枝落叶的减少，使土壤腐殖质层变薄，土壤养分降低。腐殖质层可以认为是土壤亚系统的保护层，它的减少，使土壤的含水量、土温变化幅度增大，以上因素的变化又引起土壤微生物，土壤动物种类和数量的减少，进而使有机物质还原的速度降低，使植物从土壤中吸收的营养物质量减少，植物营养缺乏，长势不好，以至出现枯枝枯叶和死树现象。这种现象在南湖公园极易见到。因此，要使公园绿地上的植物正常生长发育，必须从生态学角度对公园绿地进行整治和管理。

为了保证物质循环的畅通，必须改进单一乔木树种成林的做法，发展多层次杂木林，注重林内垂直结构的复杂性，在原有乔木林内，栽植灌木。这样既能增加林份结构，使群落的多样性指数增大，使群落的稳定性提高，又能依靠灌木来减小游人的干扰范围，使地表草本植物发展起来，增加枯枝落叶的厚度和土壤有机成分，恢复土壤的自然的物理性质，进而使土壤成熟，增加土壤生物量，使物质循环畅通。

为改善现有的土壤不良性状，必须克服以前的不良管理习惯，禁止在公园内打草和焚烧落叶，以增大土壤有机肥力。落叶经土壤生物的还原作用，可以变为植物能直接吸收的营养物质，重新用于植物的生活。若烧掉或打走，只能使土壤愈来愈贫瘠，不利于植物的生长。

6 结论

南湖公园绿地环境土壤动物类群非常丰富，本次调查获得土壤动物969077头，分隶于5门8纲，鉴定出21目86科，其中土壤昆虫为12目52科，土壤甲螨为20科28属。

随着人类干扰活动的加强，土壤动物的类群数和个体数都呈递减趋势。但在不同干扰程度下，土壤动物的优势类群和常见类群变化不大。土壤动物的个体数量仍与线虫类，蜱螨类和弹尾类的个体数量密切相关，仍以这三者为优势类群和常见类群。

人类活动对土壤动物群落的影响主要集中在土壤表层，使土壤动物类群的表聚性降低，但随着深度的增加，这种影响越来越小。

人为活动对地面草被植物的影响基本体现了它对土壤环境的影响，在南湖公园，地表植物盖度反映了环境土壤质量，随着地表植物盖度的增加，土壤逐渐走向再成熟。

对南湖公园绿地环境的整治应从生态系统物质循环的角度着手，建立复杂林份，保留枯枝落叶。

References)

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Soil environmental assessment of Changchun Nanhu Park indexed by soil animals

SU Zhigang1,XIONG Ying1,SUN Gang2
(1.Academy of traffic and environment,Shenzhen institute of information technology,Shenzhen 518172,P.R.China;2.Department of Graduate Affairs,Changchun Normal University,Changchun 201621,P.R.China)

The species and quantity constitution of soil animals in green space invironment of Changchun Nanhu Park are analysed in this article.The soil environment is estimated indexed by soil animals.And some suggestions to construction and management of park forest land are proposed.

city green space;soil animal;community;artificial disturbance

S154.5

：A

1672-6332（2014）03-0082-06

【责任编辑：高潮】

2014-02-20

国家自然科学基金（项目编号：31370475）：生物扰动条件下稻田水层-底栖界面耦合生态动力学研究

苏志刚（1964-），男（汉），吉林人，博士，编审。主要研究方向：植被格局，园林生态。E-mail:suzg@sziit.com.cn