城市绿地微环境对土壤动物群落多样性的影响

陈 祯，王意锟，朱强根，邓先俊，徐 倩，金爱武

（1.丽水学院 教师教育学院，浙江 丽水 323000；2.丽水学院生态学院，浙江 丽水 323000）

土壤动物是地下生态系统的重要组成部分，也是反映土壤肥力的重要生物指标之一。在物质循环和能量流动过程中具有不可忽视的作用。土壤动物能够促进有机质的分解，而有机质的分解会加快能量的流动和物质的循环[1-3]。研究表明，许多植物都具有单株形成微环境的功能[4-5]，城市绿地不同植被类型的配置会引起绿地微环境（温度、水分等因素）的异质性，对土壤动物的分布与群落结构产生影响，进而影响绿地土壤的物理化学性质。本研究通过对4 种不同绿地植物微环境下土壤动物群落结构进行调查，研究不同植物配置下土壤动物的分布情况，探讨城市绿地微环境与土壤动物群落多样性的相关关系，为城市绿地生态系统植被配置及环境稳定性研究提供一定参考。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

丽水市地处浙江省西南部山区，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1 635.1 h，无霜期180～280 d，年平均降水量1 598.9 mm。采样地点选取丽水市莲都区（东经119°32′～120°08′，北纬28°06′～28°44′）丽水学院、江滨公园内的公共绿地。

1.2 研究方法

于2018 年11 月选取丽水学院、江滨公园内立地相近、人为干扰较小的3 块公共绿地作为调查样地，每块绿地均以侧柏、海桐、雪松、瓜子黄杨4 种植物作为调查对象。每种植物选取生长条件一致的样本6株，在其树冠内外分别设置4 个点，呈十字交叉分布，土钻法取0～10 cm 土样。采用Tullgren 法对土壤动物进行分离[6-7]，动物标本参照尹文英（1992，1998）编写的《中国土壤动物检索图鉴》《中国亚热带土壤动物》[8-9]。土壤温度、土壤水分（体积含水率）测定通过三参数仪。

1.3 数据分析及处理

（1）Shannon-Wiener 多样性指数（H）：

式中：Pi为第i类群个体数占样本中所有类群个体总数的比例；s为样本中类群数。

（2）Margalef 丰富度指数（D）：

式中：S为类群数；N为全部类群的个体总数。

（3）Pielou 均匀度指数（J）：

式中：H为Shannon-Wiener 多样性指数；S为类群数。

（4）Simpson 优势度指数（C）：

式中：Pi为第i类群个体数占样本中所有类群个体总数的比例；s为样本中类群数。

（5）Jaccard 群落相似性指数（q）[9]：

式中：a、b分别为群落A、群落B 的类群数；c为两类群的共有类群数。当q值为：0～＜0.25 表示两个群落极不相似；0.25～＜0.5 表示中等不相似；0.5～＜0.75 表示中等相似；0.75～＜1 表示极相似。

（6）各类群数量的等级划分

根据原始捕获量占捕获总量的百分比来划分各类数量等级，即个体数大于捕获总量的10.0%以上为优势类群（+++），占1.0%～10.0%为常见类群（++），不足1.0%者为稀有类群（+）。

数据处理主要采用Excel2010 和SPSS19.0 完成。对不同土壤动物分布进行各项数据单因素方差分析，差异显著则进行多重比较，显著性水平为（P＜0.05）。运用Canoco4.5 完成不同绿地植被下土壤动物个体数量的主成分分析。

2 结果与分析

2.1 绿地微环境下土壤动物分布特征

表1 为绿地不同微环境下土壤动物的平均密度，种植不同绿地植物后土壤动物平均密度存在显著差异，这种差异主要体现在植物的冠幅以内，其中海桐的土壤动物平均密度最大，瓜子黄杨次之，而雪松、侧柏的土壤动物平均密度相对较小。但4 种植物的冠幅以外土壤动物的平均密度为4 440～6 030 只/m2，未见显著的差异。

表1 绿地微环境下土壤动物平均密度 单位：只/m2

4 种绿地植物中海桐、瓜子黄杨与雪松的冠幅内外土壤动物平均密度差异较为显著，均表现为冠幅以内土壤动物平均密度较高，而冠幅以外土壤动物的平均密度则显著降低。侧柏冠幅以内土壤动物平均密度为4 930 只/m2，而冠幅以外土壤动物平均密度也仅为6 030 只/m2，且冠幅内外的平均密度未见显著差异。

由表2 可知，4 种植被冠幅内外共采集到土壤动物20 类，且优势类群均为蜱螨目甲螨亚目和弹尾目球角跳科。海桐冠幅内外优势类群的结构差异较大，冠幅内甲螨亚目仅占27.21%，球角跳科达61.08%，而冠幅外甲螨亚目达53.59%，球角跳科仅13.64%。侧柏、瓜子黄杨的冠幅较小，冠幅内外的类群结构差异不大。雪松冠幅大，冠幅内凋落物也较多，但冠幅内外均表现为甲螨亚目占比较高，达47.65%～53.32%，而球角跳科仅12.20%～24.48%，这可能是因为针叶类凋落物分解会产生次生代谢物，不利于弹尾目球角跳科动物的存活。

表2 绿地微环境下土壤动物群落结构 单位：%

总的来说，绿地中蜱螨目中气门亚目、前气门亚目，弹尾目（长角跳、棘跳），啮目，小蚓类属于常见类群，弹尾目（圆跳、疣跳）、综合纲、等足目、双翅目、磷翅目幼虫、鞘翅目幼虫等则属于稀有类群。

2.2 绿地微环境下土壤动物多样性指数

从表1 可知，海桐冠幅内土壤动物平均密度高达10 270 只/m2，冠幅外土壤动物平均密度仅有5 920只/m2，冠幅以外显著低于冠幅以内。而海桐冠幅内外的多样性指数、丰富度指数则表现为冠幅以外高于冠幅以内（见表3），这可能是因为海桐冠幅较大，冠幅内外微环境差异明显，且冠幅内的微环境更适宜土壤动物优势类群的生存，并与一些常见类群和稀有类群产生空间和资源的竞争，抑制常见类群和稀有类群的发展，因此，与冠幅外的土壤动物群落结构相比，冠幅内土壤动物分布的优势度较高，而均匀度偏低，从而使得尽管冠幅内土壤动物平均密度较高，冠幅以外的土壤动物多样性指数、丰富度指数反而高于冠幅以内。瓜子黄杨冠幅内外的多样性指数、丰富度指数也表现为冠幅以外高于冠幅以内，但冠幅内外的优势度指数、均匀度指数差异不明显。雪松的冠幅最大，但其冠幅内外土壤动物平均密度差异较小，且冠幅以内的多样性指数低于冠幅以外。这是因为雪松较大的冠幅会导致冠幅内外土壤温度和水分等微环境存在差异，雪松凋落物中的一些化学成分[10]可能会对一些土壤动物产生趋避作用，从而影响了冠幅内土壤动物的分布和多样性。侧柏冠幅较小，冠幅内外的多样性、丰富度、优势度和均匀度指数均未表现出差异。

表3 绿地微环境下土壤动物群落多样性

不同植被冠幅内外土壤动物群落相似性指数见表4，由表可知，海桐冠幅内外的土壤动物相似性指数最高，瓜子黄杨、侧柏次之，雪松冠幅内外的土壤动物相似性指数较低，相似程度仅为中等相似。说明虽然海桐冠幅内外的土壤动物平均密度差异较大，但土壤动物群落相似性较高，雪松冠幅内的凋落物存在化

表4 绿地微环境下土壤动物群落相似性

感作用，导致其冠幅内外群落相似性较低。

2.3 土壤动物多样性与绿地微环境的关系

CANOCO 软件能将大量数据中包含的信息以直观的图形表示出来，而采用线性模型主成分分析（PCA）能通过少数几个主成分变量来反映数据中的大部分信息。通过对4 种植被冠幅内外土壤动物优势类群和常见类群的个体数进行主成分分析，研究绿地微环境对土壤动物群落结构的影响。结果表明，第一主成分和第二主成分的贡献率分别为56.8%、35.6%，说明它们可以解释92.4%以上原变量的特征。

PC1 反映的是海桐冠幅内（A1）土壤动物与其他绿地微环境的差异，海桐冠幅较大，冠幅内积累凋落物相对较多，位于PC1 正轴方向的土壤动物主要是弹尾目球角跳科，其在海桐冠幅以内分布最多。且优势类群中球角跳科与土壤水分条件呈正相关，但蜱螨目（甲螨、前气门、中气门亚目）与土壤水分呈负相关（图中箭头相对方向表示相关性，当相应指标箭头指向的方向相近时，就有较大的正相关性，而方向相反就意味着负相关）。PC2 主要反映绿地冠幅内外的差异，C2、D2 均与土壤温度成正相关关系，说明其冠幅外土壤温度更高，雪松冠幅外（C2）、瓜子黄杨冠幅外（D2）均位于PC2 负轴方向，而雪松冠幅内（C1）、瓜子黄杨冠幅内（D1）则明显向PC2 正轴方向偏移，且侧柏由于冠幅内外差异不大，均分布于PC2 正轴方向。蜱螨目甲螨亚目与PC2 呈正相关，除A1 样地外，其他绿地中甲螨亚目均有大量分布。由图1 可见，蜱螨目前气门亚目、中气门亚目，弹尾目棘跳科、等节跳科、长角跳科、疣跳科以及啮目、等足目、小蚓类等土壤动物常见类群与PC1、PC2 负轴方向均成正相关，在C2、D2 样地中分布相对较多，且个体数受土壤温度的影响较大。

图1 绿地微环境下土壤动物群落主成分分析

3 讨论与结论

种植不同绿地植物后，冠幅内土壤动物密度存在显著差异，其中海桐土壤动物密度最大，瓜子黄杨次之，而雪松、侧柏的土壤动物密度相对较小。这可能与不同绿地植物冠幅内的土壤温度、水分等微环境差异有关。微环境因子是影响土壤动物群落结构多样性的重要因素。由图1 可知，海桐冠幅内的土壤水分条件较好，而雪松、侧柏、瓜子黄杨冠幅内水分条件相对较差，因为针叶树落叶难以形成土壤覆盖层，其冠幅内土壤水分散失较快，土壤较为干燥，而海桐冠幅大，凋落物在土壤表面形成覆盖层，有较好的保水性和保温性，土壤动物在此类环境中能更好地生长繁殖。雪松、瓜子黄杨冠幅内的温度均低于冠幅外，树冠的遮蔽使树冠下土壤光照减少，因而树冠下土壤温度较低。

4 种植被下优势类群均为蜱螨目甲螨亚目和弹尾目球角跳科，这与以往的研究一致[11]，但甲螨亚目在海桐冠幅内仅占27.21%，而在侧柏、雪松、瓜子黄杨冠幅内分别占64.83%、47.65%、56.12%。这可能也是与土壤含水率有关，蜱螨目土壤动物属于旱生类群，偏好较干燥土壤[12]，因此在土壤含水率相对偏低的侧柏、雪松、瓜子黄杨冠幅内土壤中密度更大，而水分条件较好的海桐冠幅内密度反而降低。

总的来说，城市绿地微环境对土壤动物多样性有显著影响，土壤温度、水分等微环境因子不仅会影响土壤动物的密度，还会使群落结构发生变化，进而影响土壤生态功能。常绿灌木海桐冠幅内环境条件较好，瓜子黄杨次之，这两种植被下土壤动物密度也相对较高，但由于优势类群的竞争，多样性指数略低。针叶树下的土壤动物还会受到凋落物成分的影响，冠幅内土壤动物密度相对较低。