绵阳市撂荒地大型土壤动物的群落结构及季节性变化

杨丽红

(绵阳师范学院 生命科学与技术学院， 四川 绵阳 621006)



绵阳市撂荒地大型土壤动物的群落结构及季节性变化

杨丽红

(绵阳师范学院 生命科学与技术学院， 四川 绵阳 621006)

为探明不同利用方式下土壤的健康状况，采用手捡法分离大型土壤动物，根据《中国土壤动物检索图鉴》鉴定土壤动物标本。研究绵阳市撂荒地大型土壤动物的群落结构及季节性变化。结果表明：调查共获得大型土壤动物标本98只，隶属13个类群，其中切叶蚁亚科在各个季节均为优势类群；地蜈蚣科、泄管纲、新蛛下目及食木虻科幼虫仅在部分季节为优势类群，而在其他季节为常见类群，其余8个类群则为常见类群。撂荒地大型土壤动物的类群数和个体数量均随土层深度的增加呈递减变化趋势，具有明显的表聚现象(P<0.05)。夏季土壤动物类群数和个体数量虽高于其他季节，但差异性不显著(P>0.05)；撂荒地大型土壤动物群落呈多样性季节动态变化，多样性指数(H′)依次为秋季>夏季>冬季>春季，均匀度指数(J)依次为秋季>夏季>冬季>春季，优势度指数(C)依次为秋季<夏季<冬季<春季。绵阳市撂荒地大型土壤动物群落夏季的类群数和个体数量较丰富，但秋季大型土壤动物群落的多样性最高，群落最稳定。

大型土壤动物； 垂直结构； 季节动态； 多样性； 撂荒地

土壤动物作为陆地生态系统中重要的消费者和分解者，其种类繁多且数量巨大，在土壤生态系统物质循环和能量流动中起着至关重要的作用，是维持陆地生态系统正常结构和功能不可缺少的组成部分[1]。土壤动物通过自身的生存、摄食和活动等行为影响土壤酶和微生物活性，参与土壤有机质分解和矿化，对土壤有机质的形成、土壤结构及土壤理化性质变化起着重要的调节作用[2-4]，间接调控地表植物群落的结构、功能和演替[5]。土壤动物对人为干扰、植被类型、土壤理化性质改变和污染状况反应敏感，常作为反映环境变化的指示生物，用于监测土壤健康状况[6-7]。随着全球对生物多样性及其保护的关注，土壤动物多样性研究已成为土壤生态学研究的前沿和热点[8-10]。目前，土壤动物研究主要集中在动物区系组成[11]、多样性评价[9]、土壤污染响应[12-13]、功能评价[14-15]及其与环境因素的相互关系[16]等方面，以及土壤动物类群、密度、生物量和多样性等特征受气候、季节、土壤及植被等因子的影响与调控[17]。

撂荒作为一种常见的土地利用方式，土地健康状况有待从各方面进行评价。撂荒地土壤结构、营养成分及理化特征等随着撂荒年限和植被演替等因素的影响而发生变化[18-20]，势必影响地下生存的土壤动物群落结构。相关研究表明，撂荒地由于无人为干扰，土壤性状和植被保护较好，养分可持续积累，有利于土壤动物的生存[21-23]；但也有研究发现，撂荒地土壤动物类群数及个体数量均低于农田、果园及苗圃等[24-27]，这种研究结果不一致的现象，还有待进一步研究。对此，笔者对四川绵阳市撂荒地大型土壤动物群落结构特征及季节动态进行研究，以探明其大型土壤动物群落组成、多样性及结构特征及季节性动态变化趋势，为不同土地利用方式下土壤健康状况的评价提供科学依据。

1 样地概况与研究方法

1.1 样地概况

绵阳市城区地处东经104°29′～104°56′3″，北纬31°17′5″～31°37′48″，地貌属盆中丘陵区，属中亚热带湿润季风气候，四季分明，气候湿润，年均日照929.9～1 391.4 h，年均气温14.7～17.3℃，多年平均降水量为963.2 mm[28]。撂荒地位于绵阳市游仙区，面积约80 000 m2。

1.2 样方设置

根据样地的大小情况平行选取3个样方，样方之间至少相隔20 m，在每个样方中选取1个样点，样点避开生境边缘，大小为50 cm×50 cm。

1.3 大型土壤动物的取样及处理

分别于2007年7月(夏季)和11月(秋季)、2008年1月(冬季)和4月(春季)对撂荒地设置的各样点，按0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土层选取土样。采用野外手拣法采集大型土壤动物，装入盛有75%的酒精的小青霉素瓶中保存。室内依据《中国土壤动物检索图鉴》[29]鉴定动物标本，同时统计个体数量。由于土壤昆虫成虫与幼虫的生态功能不同，其类群数和个体数与幼虫分开统计。

1.4 土壤动物多度等级划分及群落多样性特征分析

土壤动物多度等级：个体数占总数>10%为优势类群(+++)，1%～10%为常见类群(++)，<1%为稀有类群(+)；运用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀性指数(J)和Simpson优势度指数(C)描述土壤动物群落多样性特征。各指数计算公式：

Shannon-wiener多样性指数(H′)：

Pielou均匀度指数(J)：

J=H′/lnS

Simpson优势度指数(C)：

式中，Pi=ni/N，Pi为第i个类群的相对多度；S为类群数；ni为第i个类群的个体数，N为群落中所有类群的个体总数。

1.5 数据处理

利用SPSS 16.0对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，平均数的多重比较采用Duncan multiple range test(DMRT，P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 撂荒地大型土壤动物的群落组成

从表1看出，调查共获得绵阳市撂荒地大型土壤动物标本98只，隶属13个类群，其中切叶蚁亚科在各个季节均为优势类群，而地蜈蚣科、泄管纲、新蛛下目及食木虻科幼虫仅在部分季节为优势类群，而在其他季节为常见类群，其余8个类群为常见类群。表明，撂荒地土壤较干旱，常见的大型土壤动物为一些耐旱能力较强的类群，如膜翅目、多足类及蜘蛛目等类群。

2.2 撂荒地大型土壤动物群落的垂直分布

从图示可知，春季、夏季、秋季和冬季，绵阳市撂荒地大型土壤动物的类群数和个体数量均随土层深度的增加呈递减的规律性变化，具有明显的表聚性(P<0.05)。春季：0～5 cm土壤层的大型土壤动物类群数稍低于5～10 cm土层的，但差异不显著，而10～15 cm土层未采集到任何大型土壤动物，显著低于前二层的大型土壤动物类群数(F=31；df=2,6；P=0.001)(图示A)，该季节0～5 cm和5～10 cm土层的大型土壤动物个体数量亦显著高于10～15 cm土层的(F=43；df=2,6；P<0.001)(图示B)。夏季：0～5 cm土层的大型土壤动物类群数稍高于5～10 cm土层，但差异不显著，而0～5 cm土层的大型土壤动物类群数却显著高于10～15 cm土层(F=6.167；df=2,6；P=0.035)(图示C)，该季0～5 cm土层大型土壤动物的个体数量显著高于5～10 cm和10～15 cm土层，而后两者之间差异不显著(F=11.85；df=2,6；P=0.008)(图示D)。秋季：0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土层之间的类群数和个体数量均存在显著性差异〔类群数：F=24.5；df=2,6；P=0.001(图示E)；个体数量：F=18.375；df=2,6；P=0.003(图示F)〕。冬季：大型土壤动物类群数和个体数量均随土层深度增加而显著减少〔F=7.75；df=2,6；P=0.022(图示G)；F=109.5；df=2,6；P<0.001(图示H)〕。

表1 绵阳市撂荒地大型土壤动物的群落组成

注：+++为优势类群，++为常见类群，+为稀有类群。

Note：+++，Dominant species; ++, Common species；+, Rare species.

注：A,C,E,G分别代表春、夏、秋和冬季的土壤动物类群数，B,D,F,H分别代表春、夏、秋和冬季的土壤动物个体数量；柱形图表示平均数±SE；柱上不同字母表示显著性差异(P<0.05)。

Note: A, C, E and G indicates the number of soil macrofauna species in spring, summer, autumn and winter，respectively. B, D, F and H indicate individuals of soil macrofauna in spring, summer, autumn and winter respectively. The column diagram means average SE. Different letters in the column diagram indicate significance of difference at 0.05 level.

图示 绵阳市撂荒地大型土壤动物群落的四季垂直分布

Fig. Vertical distribution of soil macrofauna community in abandoned land during different season in Mianyang City

2.3 撂荒地大型土壤动物群落垂直分布的季节变化

从表2看出，不同土层大型土壤动物类群数和个体数量季节差异不显著。0～5 cm土层，夏季和秋季土壤动物类群数高于春季和冬季，但差异不显著(F=1.5；df=3,8；P=0.287)。5～10 cm土层大型土壤动物类群数及个体数量稀少，季节动态变化趋势均不显著(类群数：F=0.444；df=3,8；P=0.728；个体数量：F=2.095；df=3,8；P=0.179)。10～15 cm土层除夏季外，其他季节均未获得任何大型土壤动物，该土壤层大型土壤动物类群数和个体数量均无明显的季节变化(类群数：F=1；df=3,8；P=0.441；个体数量：F=1；df=3,8；P=0.441)。

2.4 撂荒地大型土壤动物群落多样性的季节变化

从表3可知，大型土壤动物的类群数和个体数量季节变化差异亦不显著。从类群数量看，夏季>秋季>冬季=春季，但差异不显著(F=0.944；df=3,8；P=0.464)；就个体数量而言，夏季>春季>冬季>秋季，但差异仍不显著(F=1.273；df=3,8；P=0.348)。Shannon-wiener多样性指数(H′)分析表明，夏季和秋季高于冬季和春季，但差异不显著(F=1.259；df=3,8；P=0.352)；Pielou均匀度指数(J)分析显示，夏季和秋季仍高于冬季和春季，且差异不显著(F=2.525；df=3,8；P=0.131)；Simpson优势度指数(C)分析表明，春季最高，冬季次之，秋季最低(F=1.628；df=3,8；P=0.258)。绵阳市撂荒地大型土壤动物群落的类群数和个体数量虽然夏季较丰富，但秋季多样性最高，群落最稳定。

表2 绵阳市撂荒地大型土壤动物群落垂直结构的季节性变化

注：表中数据为平均数±标准误，同一列中相同字母表示差异不显著(P>0.05)(下同)。

Note: The data in the table are mean± SE. The same letter in the same column indicates that difference is not significant (P>0.05). The same below.

表3 绵阳市撂荒地大型土壤动物群落多样性的季节性变化

3 结论与讨论

本次调查共获得绵阳市撂荒地大型土壤动物98只，隶属13个类群，其中切叶蚁亚科在各个季节均为优势类群，而地蜈蚣科、泄管纲、新蛛下目及食木虻科幼虫仅在部分季节为优势类群；且大型土壤动物的类群数和个体数量均随土层深度的增加呈递减的规律性变化，具有明显的表聚现象；该生境大型土壤动物群落的类群数和个体数量均以夏季较多，但大型土壤动物群落在秋季的多样性最高，但季节性变化不显著。

土壤动物的优势类群在土壤中最为活跃，由于其分布广泛，对微生物起到了一定的分散作用，同时土壤动物对有机物的机械粉碎作用使微生物和有机质的接触面积显著增大，提高了微生物的分解效率，从而在土物质转化和能量流动方面具有重要的调节作用[11]。该撂荒地生境内缺乏高大乔木，植被稀少，多数地皮裸露，土壤含水量较低，因此旱生土壤动物切叶蚁亚科最多，与前人研究结果吻合[30]；其他几类优势类群，如地蜈蚣科、泄管纲、新蛛下目及食木虻科幼虫在不同季节数量有所变化，应该有针对性地采取一定的保护措施，使土壤动物更好地发挥作用。

无污染及人为干扰等情况下，土壤动物类群数和个体数的垂直分布具有表聚性，这主要受土壤的理化性质和营养状况的制约，随着土层的加深，土壤空隙度变小，土壤温度下降，土壤pH值和含盐量升高，而土壤有机质和氮随土层深度的增加而减少，影响到深层土壤动物的个体数量和类群数的分布[31]。本研究与多数研究结果类似，除春季外，0～5 cm土层大型土壤动物类群数和个体数量均最多；5～10 cm土层次之；10～15 cm土层几乎没捕获到大型土壤动物。

该地区大型土壤动物的类群数及个体数量在夏季最丰富，秋季稍低，冬季最低，春季开始增加，分析认为，土壤含水量可能对土壤动物，至少是大型土壤动物具有重要影响，因为该地区7月份雨量充沛，但还未到暴雨频发季节，土壤含水量较适度，为土壤动物提供了适宜的环境，有益于土壤动物生存，这与海南尖峰岭土壤动物群落结构动态特征类似：海南尖峰岭大中型土壤动物类群数最高峰出现在7月份，个体数量最高峰出现在6月份，7月份稍有降低，8月份由于暴雨季节来临，大中型土壤动物类群数和个体数量锐减至谷底，而且大中型动物的类群数和个体数量在冬季均处于一年中较低水平，春季开始回升[32]；李艳红等研究表明，大型土壤动物群落的类群数和个体数量在夏季较高[33]。

群落多样性是衡量群落稳定性的重要指标，多样性越高，群落越稳定，群落多样性与群落丰富度及均匀度正相关，而与优势度负相关，与个体数量关系不大[30-31]，本研究结果表明，夏季和秋季，撂荒地大型土壤动物类群数较多，均匀性高，而优势度低，导致这两个季节群落多样性较高，尤其是秋季，尽管个体数量在四季中最少，但类群数偏高，仅少于夏季，均匀度最高，优势度最低，所以，秋季撂荒地大型土壤动物群落多样性最高，与已有研究结果相符。

本研究仅就大型土壤动物群落进行了研究，在今后的工作中，还应研究中小型及湿生土壤动物类群，以期为该地区土壤动物类群区系组成及土地利用方式提供更全面的基础资料。

致谢：绵阳师范学院生命科学与技术学院2004级2班邱勤和贾洪菊同学协助野外调查工作，特此感谢！

[1] Kardol P, Reynolds W N, Norby R J, et al. Climate change effects on soil microarthropod abundance and community structure[J].Applied Soil Ecology,2011,47(1):37-44.

[2] Freckman D W, Ettema C H.Assessing nematode communities in agroecosystems of varying human intervention[J].Agriculture, Ecosystems and Environment,1993,45(3/4):23-261.

[3] Edwards C A. Assessing the effects of environmental pollutants on soil organisms, communities, processes and ecosystems[J].European Journal of Soil Biology,2002,38(3/4):225-231.

[4] Fu S L, Ferris H, Brown D, et al.Does the positive feedback effect of nematodes on the biomass and activity of their bacteria prey vary with nematode species and population size[J].Soil Biology and Biochemistry, 2005,37(11):1979-1987.

[5] 王邵军，阮宏华.土壤生物对地上生物的反馈作用及其机制[J].生物多样性，2008,16(4):407-416.

[6] 庞学勇，刘 庆，刘世全，等.人为干扰对川西亚高山针叶林土壤物理性质的影响[J].应用与环境生物学报，2002,8(6):583-587.

[7] 李 涛，刘苑秋，郭圣茂，等.瑞昌石灰岩红壤区退耕还林土壤动物群落特征[J].应用生态学报，2012,23(4):910-916.

[8] Ekschmitt K, Griffiths B S.Soil biodiversity and its implications for ecosystem functioning in a heterogeneous and variable environment[J].Applied Soil Ecology,1998,10(3):201-215.

[9] Wolters V. Biodiversity of soil animals and its function[J].European Journal of Soil Biology,2001,37(4): 221-227.

[10] Yin X Q, Song B,Dong W H, et al.A review on the eco-geography of soil fauna in China[J].Acta Geographica Sinica,2010,65(1):91-102.

[11] 尹文英.中国土壤动物[M].北京：科学出版社，2000.

[12] 任 婷，安建梅，董 侃，等.山西临汾市郊土壤动物生态分布特征[J].动物学杂志，2012,47(1):62-70.

[13] 孙贤斌，李 玉.淮南煤矿废弃地重金属污染对土壤动物群落的影响[J].生态学杂志，2014,33(2):408-414.

[14] 刘继亮，曹摇靖，李世杰，等.秦岭西部山地次生林和人工林大型土壤动物群落结构特征[J].应用生态学报，2012,23(9):2459-2466.

[15] 刘瑞龙，杨万勤，谭 波，等.土壤动物对川西亚高山和高山森林凋落叶第一年不同分解时期N和P元素动态的影响[J].植物生态学报，2013,37(12):1080-1090.

[16] 刘继亮，殷秀琴，邱丽丽.左家自然保护区大型土壤动物与土壤因子关系研究[J].土壤学报，2008,45(1):130-136.

[17] 焦向丽，朱教君，闫巧玲.辽东山区次生林生态系统大、中型土壤动物组成与季节动态[J].生态学报，2009,29(5):2631-2638.

[18] 张 超，刘国彬，薛 萐，等.黄土丘陵区撂荒农耕地土壤有效态微量元素演变特征[J].中国农业科学，2013,46(18):3809-3817.

[19] 李 强，刘国彬，许明祥，等.黄土丘陵区撂荒地土壤抗冲性及相关理化性质[J].农业工程学报，2013,29(10):153-159.

[20] 郝文芳，杜 峰，陈存根，等.陕北黄土丘陵区撂荒地土壤含水量和土壤容重的时空变异特征[J].北方园艺，2013(13):192-197.

[21] 柯 欣，梁文举，宇万太，等.下辽河平原不同土地利用方式下土壤微节肢动物群落结构研究[J].应用生态学报，2004,15(4):600-604.

[22] 葛宝明,张代臻,唐伯平,等.盐城围垦滩涂冬末大型土壤动物群落结构与多样性特征[J].生态学杂志,2013,32(12):3276-3280.

[23] 哈斯塔米尔，罗瑞芳，刘新民.皇甫川流域大型土壤动物对不同水土治理措施的响应[J].动物学杂志，2011,46(6):1-10.

[24] 傅荣恕，尹文英.伏牛山地区土壤动物群落的初步研究[J].动物学研究，1999,20(5):396-398.

[25] 袁金荣，朱 巽，朱雅安，等.湖南永州地区不同生境条件下钙质土土壤动物多样性[J].生态学杂志，2006,25(9):1073-1076.

[26] 鲍毅新，程宏毅，葛宝明，等.不同土地利用方式下大型土壤动物群落对土壤理化性质的响应[J].浙江师范大学学报：自然科学版，2007,30(2):121-129.

[27] 古丽布斯坦·努尔买买提，吾玛尔·阿布力孜，努尔夏提·努尔买买提.雅玛里克山不同生境大型土壤动物群落的多样性[J].厦门大学学报，2013,52(4):569-573.

[28] 绵阳市国土局.绵阳市国土志[M].成都：四川科学技术出版社，1998.

[29] 尹文英.中国土壤动物检索图鉴[M].北京：科学出版社，1998.

[30] 单 昱，蒋云峰，殷秀琴，等.左家自然保护区采伐迹地土壤动物群落特征[J].应用与环境生物学报，2014,20(3):508-515.

[31] 殷秀琴，吴东辉，韩晓梅.小兴安岭森林土壤动物群落多样性的研究[J].地理科学，2003,23(3):316-322.

[32] 廖崇惠，李健雄，杨悦屏，等.海南尖峰岭热带林土壤动物群落——群落结构的季节变化及其气候因素[J].生态学报，2003,23(1):139-147.

[33] 李艳红，杨万勤，罗承德，等.桉-桤不同混合比例凋落物分解过程中土壤动物群落动态[J].生态学报，2013,33(1):159-167.

(责任编辑： 杨 林)

Community Structure and Seasonal Change of Soil Macrofauna in Abandoned Land of Mianyang City

YANG Lihong

(CollegeofLifeScienceandBiotechnology,MianyangNormalUniversity,Mianyang,Sichuan621006,China)

The community structure and seasonal change of soil macrofauna in abandoned land of Mianyang City were studied by hand sorting soil macrofauna to probe the soil health condition under different utilization patterns.Soil macrofauna was identified according toPictorialkeystoSoilAnimalsofChina.Results:There are 98 soil macrofauna individuals belonging to 13 species.Myrmicinaeis the dominant species in four seasons.Geophilidae,Secernentea,AraneomorphaeandXylophagidaelarvae are dominant species in some seasons. Other 8 species are common species. The number of species and individuals of soil macrofauna in abandoned land decreases with increase of soil depth and has the obvious surface aggregation phenomenon (P<0.05). The number of species and individuals of soil macrofauna in summer is higher than other seasons but there is no significant difference (P>0.05). The Shannon-wiener diversity index (H′) and Pielou evenness index (J) of soil macrofauna community both are autumn>summer>winter>spring. The Simpson index(C) of soil macrofauna community is autumn

macrofauna; vertical structure； seasonal change； diversity； abandoned land

2014-10-22； 2015-05-03修回

绵阳师范学院项目“绵阳师范学院博士启动基金”(QD2013A06)

杨丽红(1974-)，女，副教授，博士，从事动物生态学与植物保护学研究。E-mail: yanglihong75@163.com

1001-3601(2015)05-0255-0133-05

S154.5

A