土壤理化因子与土栖节肢动物群落结构特征关系分析

金 娜，孙 元 ,，陈连江，王贵强 ,

（1.黑龙江大学农业资源与环境学院，哈尔滨 150080；2.中国农业科学院甜菜研究所，哈尔滨 150080）

土栖节肢动物适应性强，数量巨大。在农田生态系统中，土栖节肢动物是不可缺少的重要组成部分。土壤中生物多样性与生态系统的关系密切，很多过程是在土壤中发生，受土壤理化因子所调控。它们在改变土壤的理化性质、促进物质循环等方面，发挥着重要作用。因此，对于土壤理化因子与土栖节肢动物群落结构特征关系的研究，既具有其理论价值也有农业生产实践意义[1]。土栖节肢动物是土壤生态系统的重要组成成分之一，国外研究历时已久，但直到20世纪50年代才真正作为一门学科发展起来[2]。起初，研究主要集中于土壤生物对土壤有机质分解的影响。80～90年代土壤生物对土壤结构和质量演变过程的影响引起了广泛的关注。本世纪初研究热点转向土壤生物对环境污染物及生态系统健康的指示作用[3]。中国对土栖节肢动物进行系统性的研究工作始于1981年。从研究的内容看中国大多集中在森林生态及草原生态系统中。在农田生态系统中除了对特定种类进行种群生态学研究外，还对某一区域开展了土栖节肢动物类群调查数量统计工作[4]。土栖节肢动物生物量的多寡，活动能力的强弱与土壤环境条件关系密切，因此调整土壤有机碳、全氮含量，是有效发挥土栖节肢动物作用的前提[5]。土栖节肢动物中跳虫、螨虫和线虫是土栖节肢动物的三大类群，在土壤生态系统中的作用目前尚未明确。研究土壤理化因子与土栖节肢动物关系，为进一步探讨其在生态系统中的作用打下基础[6]。

本文在黑龙江大学呼兰校区（中国农业科学院甜菜研究所）大豆—玉米—甜菜—杂粮四区轮作制近60年的50hm2试验田中，调查并探讨经多年稳定的“四区”轮作种植影响，农田土壤不同生态条件下土壤理化因子与土栖节肢动物群落结构特征之间的关系，为深入研究土栖节肢动物的功能并制定合理的农田耕作轮作制提供理论依据[7，8]。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点、材料

于2008年3月31日在黑龙江大学呼兰校区（中国农业科学院甜菜研究所）大豆—玉米—甜菜—杂粮四区轮作制近60年的50hm2试验田中选取上年栽种玉米、大豆、甜菜、杂粮农田的土壤及相邻农田防护林带的土壤为试验材料。每个土样的取样面积为10×10cm2，深度为0～10cm。每块样地取3个土样，共取土样15个。

1.2 试验方法

1.2.1 土栖节肢动物的分离和鉴定 土栖节肢动物用干漏斗法分离提取。干漏斗法采用40W光照分离器，连续进行24h分离提取土栖节肢动物[9]。每次分离土壤100g，共分离8次。将分离出的土栖节肢动物分类鉴定并统计数量[10]。

1.2.2 土壤理化因子测定 测定土壤水分、pH值、土壤有机碳、全氮养分等理化因子，测定方法如下[11]：

（1）土壤含水量采用了烘干法（温度为105℃）测定；（2）pH值用pHS-3酸度计测量；（3）土壤有机碳含量用重铬酸钾-外加热法测定；（4）土壤全氮含量用半微量凯氏法测定。

2 结果与分析

2.1 数据分析方法

采用如下参数进行多样性分析：

（1）Shannon-Wiener多样性指数公式（H）：

式中：Pi=ni/N，表明i个种的相对多度；ni——第i个种的个体数目；N——群落中所有种的个体总数。

（2）Pielou 均匀度指数公式（J）：

式中：H——Shannon-Wiener多样性指数；S——类群数。（3）Simpson 优势度指数公式（D）：

式中：Pi=ni/N；ni——第i个种的个体数目；N——群落中所有种的个体总数。

式中：S——类群数；N——全部种的个体数。

表1 不同土壤生态条件土栖节肢动物数量与组成

2.2 土栖节肢动物种类和数量组成

在黑龙江大学呼兰校区栽种4种不同植物的农田土壤中，共收集土栖节肢动物214只，隶属于节肢动物门的昆虫纲和蛛形纲，其中优势种类为弹尾目和蜱螨目，分别占总个体数的63.08%和32.71%；常见类群为双翅目，占总个体数的3.27%；稀有类群为盲蛛目，占总个体数的0.94%（见表1）。

2.2.1 黑龙江大学呼兰校区农田土栖节肢动物名录

2.2.2 不同土壤生态条件土栖节肢动物的种类和数量的组成 从呼兰校区土栖节肢动物类个体数在不同生态环境中的水平配置状况可以看出，个体数：农田防护林带的土壤＞上年栽种玉米农田的土壤＞上年栽种甜菜农田的土壤＞上年栽种杂粮农田的土壤＞上年栽种大豆农田的土壤。说明农田防护林带土壤的生境条件略优于上年栽种大豆农田的土壤；整个群落土栖节肢动物的水平分布具有不均匀性（表2）。

表2 不同土壤生态条件土栖节肢动物数量统计

2.3 群落结构的重要指标

由测定结果比较可知，上年栽种大豆农田的土壤的优势度指数最小，因此它的多样性和均匀性指数都较高，其个体数多于其它类型土壤（见表3）。

2.4 土壤理化因子与土栖节肢动物群落结构关系

土栖节肢动物是农田土壤生态系统中衡量土壤养分循环的重要生物学指标。分析表明，土壤理化因子对土栖节肢动物的影响较大。一般情况下，土壤有机碳、全氮含量高，土栖节肢动物的个体数多（表4）。

测定结果表明，土壤理化因子和土栖节肢动物有着显著相关性：土壤有机碳、全氮含量高，土栖节肢动物的组成丰富，个体数多。农田防护林带的土壤有机碳、全氮含量最高，土栖节肢动物个体数明显高于其它类型土壤（图1－甲，1-乙）。

土壤pH值是土栖节肢动物分布的限制因素，大多数土栖节肢动物适宜在微酸性和中性条件下生存。调查表明，pH值为6.45的农田防护林带的土壤的土栖节肢动物组成较为丰富（图1-丙）。在调查测定的土样范围内，5种不同农田土壤中的水分含量无显著差异，因此水分含量对土栖节肢动物类群的发生分布无明显影响。

表3 不同群落土栖节肢动物多样性群落指标

表4 不同生态条件土壤理化医子与土栖节肢动物的关系

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）在栽种5种不同作物的农田土壤中，共收集土栖节肢动物214只，隶属于节肢动物门的昆虫纲和蛛形纲，其中优势种类为弹尾目和蜱螨目；常见类群为双翅目；稀有类群为盲蛛目。

（2）在调查测定的土样范围之内：土壤有机碳、全氮含量与土栖节肢动物个体数量呈正比例关系。土壤pH值是土栖节肢动物分布的限制因素，大多数土栖节肢动物适宜在微酸性和中性条件下生存。

（3）优势度指数愈大，多样性与均匀性指数愈低。由测定结果比较可知，农田防护林带土壤的优势度指数最小，因此它的多样性和均匀性指数都较高，其节肢动物个体数高于其它样地。

3.2 讨论

（1）栽种玉米、大豆、甜菜、杂粮四块不同农田的土壤由于一年之中的耕、翻、耙、播、压等农事活动，土壤生态系统扰动频繁剧烈，对土栖节肢动物类群的发生分布影响尚未明确。

（2）尽管土栖节肢动物种类十分丰富，但限于收集、分类、鉴定工作不尽完善以及对土壤节肢动物的生态功能缺乏了解，研究的内容有待深入。

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