城市绿地土壤动物群落结构与土壤理化性质的关系1)

王意锟 吕耀平 丁枫华 陈祯 雷凌华 邓先俊 刘瑞瑜 朱强根

(丽水学院，浙江省·丽水市，323000)

城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，而不同土地利用方式及绿地类型下，绿地土壤环境和生态功能均存在差异。土壤动物在绿地土壤中，通过取食、筑穴等一系列活动，分解生物残体、改变土壤理化性质，对生态系统的物质循环和能量流动产生一定影响。此外，土壤动物类群多样，寿命短，对土地环境的变化敏感，常将其群落特征作为生物学指标评价土壤质量，是城市生态健康的重要表征[1-2]。目前，关于土壤动物的研究多集中于森林生态系统、农田生态系统[3-6]，而城市生态系统土壤动物研究多集中于绿地土壤动物类群、密度和分布情况的调查[7-9]，对土壤动物与绿地土壤环境因子间关系的研究相对较少[10]。

本研究于2015年6月，在浙江省丽水市分别选取城市森林绿地、城市公园绿地、交通道路绿地、草坪绿地、撂荒地等5种土地利用方式不同的绿地类型，每种类型绿地设置3块样地，每块样地沿对角线用土钻法采集土样18份；测定土壤密度、pH、全氮、有效磷、速效钾等土壤理化性质；采用手检法对大型土壤动物分离、采用干漏斗法对中小型土壤动物分离，测定土壤动物的Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数、Jaccard群落相似性指数；采用冗余分析法分析土壤理化性质与土壤动物群落结构的相关性。旨在通过土壤动物多样性指标反映和预测城市绿地土壤的肥力、结构等土壤质量情况，为保护城市生态健康、合理规划及实现城市的可持续性发展提供参考。

1 研究地概况

丽水市地处浙江省西南部山区，东经118°41′～120°26′，北纬27°25′～28°57′，属中亚热带季风气候，四季分明，温暖湿润，雨量充沛，无霜期长。年平均气温17.9 ℃，平均年日照时间1 635.1 h，年平均降水量1 598.9 mm。

本研究分别选取城市森林绿地、城市公园绿地、交通道路绿地、草坪绿地、撂荒地等5种土地利用方式不同的绿地类型。城市森林绿地，选自万象山公园林地，植被类型为枫香(Liquidambarformosana)、朴树(Celtissinensis)、香樟(Cinnamomumcamphora)、雪松(Cedrusdeodara)等乔木，人为活动较少；城市公园绿地，选自滨江公园，植被类型中乔木为香樟、雪松、黄山栾树(Koelreuteriabipinnatacv.integrifoliola)、女贞(LigustrumLinn)等，灌木为杜鹃(Rhododendronsimsii)、海桐(Pittosporumtobira)、八角金盘(Fatsiajaponica)、茶梅(Camelliasasanqua)等，地被植物为结缕草(Zoysiajaponica)、白三叶(Trifoliumrepens)、麦冬(Ophiopogonjaponicus)、葱兰(Zephyranthescandida)等，存在游憩等行为干扰；交通道路绿地，选自城市干道水泥硬化后形成的绿地，植被类型中乔木有香樟、黄山栾树、银杏(Ginkgobiloba)等，灌木有杜鹃、海桐等，地被植物包括麦冬、葱兰等，存在养护管理等人为活动；草坪绿地，选自校园和生活小区，为结缕草草坪，建植时间5 a以上，人为活动较多，且表土存在石块、砖块、建筑瓦砾等侵入体；撂荒地，植被以小飞蓬(Erigeroncanadensis)、天胡荽(Hydrocotylesibthorpioides)、马唐(Digitariasanguinalis)、叶下珠(Phyllanthusurinaria)、车前(Plantagoasiatica)等杂草为主，人为活动较少。

2 材料与方法

于2015年6月，每种类型绿地设置3块样地，每块样地沿对角线用土钻法采集土样18份，用于土壤动物的鉴定。大型土壤动物分离采用手检法；中小型土壤动物分离采用干漏斗法(Tullgern)，土样在25 W白炽灯下烘烤24 h，漏斗底部用装有体积分数为75%的酒精溶液的培养皿收集土壤动物，并将土壤动物保存在体积分数为75%的酒精溶液中。参照《中国土壤动物检索图鉴》、《中国亚热带土壤动物》[11-12]，分离、鉴定土壤动物。参照《土壤农业化学分析方法》[13]，测定土壤密度、pH、全氮、有效磷、速效钾等土壤理化性质。

Margalef丰富度指数(D)：D=(S-1)/lnN；S为样本中类群数，N为总个体数。

Shannon-Wiener多样性指数(H′)：H′=∑i(PilnPi)；Pi为第i物种占样本中个体总数比例，i=1、2、…、S，S为样本中类群数。

Simpson优势度指数(Ds)：Ds=∑i(Pi)2；Pi为第i物种占样本中个体总数比例，i=1、2、…、S，S为样本中类群数。

Pielou均匀度指数(E)：E=H′/lnS，用来表示群落中全部物种个体数目的分配情况。

Jaccard群落相似性指数(q)：q=c/(a+b-c)；a为群落A的类群数、b为群落B的类群数、c为2个群落所共有的类群数。

采用Microsoft Excel2016进行数据处理、SPSS16.0软件完成土壤动物多样性的方差分析与多重对比、Canoco4.5完成土壤理化性质与土壤动物间关系的冗余分析。

3 结果与分析

3.1 不同类型城市绿地土壤动物多样性的差异

本研究共采集土壤动物26个类群，隶属2门6纲18目3亚目。按照食性差异，将土壤动物分为3个同功能种团[14]：腐食性动物——啮目、蜱螨目甲螨亚目、双翅目幼虫、弹尾目等节跳科、长角跳科等；植食性动物——综合纲、直翅目、鳞翅目、鞘翅目的幼虫等；捕食性动物——唇足纲、蛛形纲、双尾目、伪蝎目、鞘翅目隐翅甲科等。某些土壤动物兼备几种食性，但目前尚无法对各类群中每种动物的生态习性进行很细分类，原则上按照这些类群的总体特征进行动物划分。尽管如此，这种划分方法为土壤动物在生态系统物质循环和能量流动中的生态功能研究提供了极大的方便[15-16]。

表1为不同类型城市绿地土壤动物各功能种团的平均密度和类群数。由表1可见：腐食性动物的数量，在5种类型的城市绿地土壤动物中均占很大比例(92.3%～97.9%)。腐食性动物可取食土壤残落物，有利于残落物分解和养分的释放，还可促进土壤团粒结构的形成。即使一些体内缺乏纤维素分解酶的动物，也可通过裂解残落物和取食被真菌入侵的半分解残落物对土壤的物质循环作出贡献[17]。因此，腐食性动物常用来衡量生态系统功能和土壤肥力。植食性动物大多会危害植物的根茎，而捕食性动物是土壤动物中的消费者，这两类动物的数量在城市绿地的土壤中较少，分别占动物总数的1.5%～4.8%、0.5%～3.1%。

表1 不同土地利用方式的城市绿地土壤动物功能种团

土壤动物群落结构受外界环境的影响较大，人类活动、地表植被、气候及土壤环境均会改变土壤动物的数量和类群。5种类型的绿地中，城市森林绿地的土壤动物平均密度较高，撂荒地、公园绿地、道路绿地次之，草坪绿地的土壤动物相对较少。这与城市森林绿地人工管理水平和植被类型有关。已有研究表明[18]，人为干扰程度较轻，土壤环境条件良好，有利于土壤动物的生存。而王金凤等[19]通过除趋势对应分析法(DCA排序)发现，植被高度、人为干扰程度均会影响土壤动物群落结构。公园绿地一定程度上受到游客的干扰；而交通道路绿地多由不连续的孤岛组成，土壤动物被封闭在孤岛内土壤中迁移机会少，此外，客土质量、尘埃覆盖等因素也会影响其数量；草坪绿地植被类型单一，且为保证其使用功能，需定期修剪与养护，使用选择性除草剂杀灭阔叶杂草，因此，土壤动物的数量最少。葛宝明等[20]对浙江金华市城市绿地调查中也发现，有草本的人工林绿地、荒草地，其动物数量均高于草坪绿地。5种绿地的土壤动物类群数，未见显著差异，说明不同的土地利用方式下环境对土壤动物类群数的影响较小。

土壤动物多样性可以反映其群落组成的复杂程度。由表2可见：土壤动物的多样性指数，以城市森林绿地最高，撂荒地、公园绿地次之，道路绿地、草坪绿地较低。城市森林绿地的丰富度指数达2.45，显著高于其他4种绿地，但其余绿地间的丰富度指数差异不显著。说明林地土壤动物群落有更长的食物链和更多的共生现象，群落结构的稳定性更好。5种绿地中，草坪绿地的均匀度指数较高，而优势度指数最低，说明土壤动物类群分布均匀，这是因为草坪绿地在剪草机、除草剂等诸多人为因素的影响下，土壤动物稀有种类较少，优势类群和常见类群占优势的缘故。林英华等[21]也认为，土壤动物在条件严酷的环境中通常种间差异较小，均匀度较高，优势现象不明显。

表2 不同土地利用方式的城市绿地土壤动物多样性

Jaccard相似指数可反映绿地之间土壤动物类群上的相似程度，当相似指数(q)为0

表3 不同土地利用方式的城市绿地土壤动物相似性

3.2 不同类型城市绿地土壤理化性质的差异

城市土壤与城市绿地植物的生长密切相关，而不同城市土地利用方式、不同地形等诸多因素均会影响土壤的理化性质[22-23]。由表4可见：道路绿地、草坪绿地的pH较高，公园绿地、城市森林绿地次之，撂荒地相对较低。这是因为交通道路绿地多为水泥硬化以后所形成的孤岛，而草坪绿地的表土中存在各种侵入体，如石块、砖块、建筑瓦砾和其他建筑材料等；已有研究表明[24]，城市建筑废料碱性物质(如碳酸钙或钙镁碳酸盐、石板、水泥、混凝土、砂浆等)可以与土壤发生碱性反应，提高土壤的pH。草坪绿地、公园绿地，修剪、游憩等人为活动频繁，土壤密度相对较高。由于撂荒前的活动与利用，撂荒地土壤密度也高达1.34 g·cm-3。且草坪绿地、公园绿地、道路绿地，为保持美观和使用功能，常会去除凋落物和草屑，减少养分输入，土壤全氮质量分数较低。人为干扰较少的城市森林绿地的土壤，全氮、有效磷、速效钾均显著高于其他绿地，而土壤密度较低。已有研究[25]认为，人为过度干扰踩踏，不利于保护和提高城市土壤的综合肥力。董洁等[26]发现，当践踏程度的不断加重，土壤密度也会随着不断变大。人为活动较少的撂荒地速效K质量分数为128.65 mg·kg-1，而干扰频繁的公园绿地速效K质量分数仅为95.08 mg·kg-1，草坪绿地、道路绿地的凋落物尽管也会被清理，但速效K质量分数比公园绿地分别高54.76%、26.54%，这与草坪绿地和道路绿地土壤中的水泥、建筑材料等碱性物质有关。李志国等[23]发现，城市建筑和道路建设所用的石灰材料，增加了土壤钙质量分数，而钙离子可以从土壤胶体上将交换性钾离子替换下来，从而增加土壤钾的有效性。

表4 不同土地利用方式的城市绿地土壤基本理化性质

3.3 土壤环境因子对土壤动物分布的影响

土壤动物与生境的关系密切，其在土壤质量评价系统中生物指示作用日益凸显[27]。本研究以5种绿地中的土壤动物个体数为评价指标，土壤环境因子为影响因素，通过冗余分析(RDA)对不同类型城市绿地的土壤动物密度进行排序(直接梯度分析)，探讨不同土地利用方式下城市绿地土壤动物密度和土壤理化性质的关系。由图1可见：第一轴和第二轴的贡献率分别为52.5%、13.4%，累计贡献率为65.9%，其中第一轴反映的是土壤养分指标对土壤动物密度的影响，第二轴反映的是土壤密度、土壤pH对土壤动物密度的影响。

城市森林绿地土壤动物密度特征在第一、第二轴的正轴方向，唇足纲、倍足纲、综合纲、蜱螨目的甲螨亚目、中气门亚目、前气门亚目，弹尾目的等节跳科、长角跳科、球角跳科、疣跳科以及啮目、蜘蛛目、直翅目、缨翅目、膜翅目、双尾目等土壤动物，在城市森林绿地均有较好的分布。且这些土壤动物，与土壤速效钾、有效磷、全氮等养分指标均存在正相关，与土壤密度、pH存在负相关(图中相应指标箭头指向的方向相近时，则有较大正相关性，方向相反则为负相关)。说明土壤养分质量分数较高、密度较低，更有利于土壤动物类群数及个体数量的增加。公园绿地、撂荒地，在第一轴负轴、第二轴正轴方向，寡毛纲、鞘翅目、同翅目、双翅目幼虫、弹尾目棘跳科有较好的分布，此类动物和养分指标的相关性较弱，但均与土壤密度、pH呈负相关。草坪绿地、道路绿地，偏移至第一、第二轴的负轴方向，土壤密度、pH较高，土壤动物分布也相对较少。

靳士科等[10]认为，土壤全氮、土壤密度是影响城市森林绿地中小型土壤动物群落结构的主要环境因子。韩慧莹等[28]认为，全效养分(全氮、全磷、全钾)、速效养分(速效氮、速效磷、速效钾)对大型和中小型土壤动物的影响均很高。也有研究表明[29]，微酸和中性条件下的土壤，更适宜土壤动物生存。在耐受范围内，土壤动物对pH具有正向适应，随着pH的增加而呈上升趋势[28]。王意锟等[30]研究表明，毛竹林中，随着土壤密度提高，pH下降，土壤动物也会减少。本研究区域绿地土壤pH在6.25～7.62，在土壤动物适宜生存范围内；但与已有研究结论不同的是，土壤动物多与pH呈负相关的关系(见图1)。

P▲为公园绿地、W▲为撂荒地、F▲为城市森林绿地、R▲为道路绿地、L▲为草坪绿地。

这是因为，尽管草坪绿地、道路绿地的pH较高，但其土壤密度也相对较高，土壤动物相对较少。说明与土壤pH相比，土壤密度等其他因素对土壤动物的影响更大。弹尾目、蜱螨目是土壤动物中主要优势类群[31-33]，环境干扰直接影响二者数量及比例关系。秦钟等[34]认为，蜱螨目土壤动物往往在人为干扰最小、土壤环境适宜的样地数量较多。本研究结果也有同样趋势，和其他绿地相比，蜱螨目在人为干扰最少的城市森林绿地中有着更高的分布，且这种现象在甲螨亚目中最为显著。

4 结论

5种类型城市绿地土壤动物中，腐食性动物数量均占很大比例(92.3%～97.9%)，植食性动物、捕食性动物在城市绿地的土壤中较少，分别占动物总数的1.5%～4.8%、0.5%～3.1%。城市森林绿地的土壤动物平均密度较高，撂荒地、公园绿地、道路绿地次之，草坪绿地的土壤动物相对较少。

城市森林绿地的土壤动物丰富度指数显著高于其他4种绿地，而草坪绿地与其他绿地的类群相似性较差，仅为0.39～0.45，属中等不相似。

城市森林绿地的土壤全氮、有效磷、速效钾均显著高于其他绿地，且土壤密度较低。而草坪绿地、道路绿地的pH较高，草坪绿地、公园绿地、撂荒地土壤密度较高。

唇足纲、倍足纲、综合纲、蜱螨目的甲螨亚目、中气门亚目、前气门亚目，弹尾目的等节跳科、长角跳科、球角跳科、疣跳科以及啮目、蜘蛛目、直翅目、缨翅目、膜翅目、双尾目等土壤动物，在土壤养分质量分数较高、土壤密度较低的样地均有较好的分布。