太原汾河湿地公园春季土壤动物与土壤理化性质的关系

(太原师范学院 生物系,山西 晋中 030619)

随着城市建设中自然环境与人工环境和谐发展的要求,遵循生态学原则来恢复、规划和建造城市中存在或已退化的湿地环境,是建立城市湿地公园的途径之一[1].以往对湿地土壤动物群落多样性的研究多见于一些湖泊、河流等生态类型[2-10],对城市景观湿地的研究较少.城市湿地是城市重要的生态基础设施,具有众多生态及社会服务功能[11].汾河作为太原城市的命脉,贯穿市区南北,建立在汾河河床上的湿地公园,改善和调节着城市空气,涵养净化水源.土壤动物作为湿地生态系统中重要的组成部分,对于物质的分解和养分的周转起着重要的作用[12].因此,开展汾河湿地公园土壤动物的调查研究,了解汾河湿地公园土壤动物分布以及与土壤理化性质的关系,对今后汾河湿地公园的管理和维护有一定的参考意义.

1 自然概况与研究方法

1.1 自然概况

太原汾河湿地公园是以“自然、生态、野趣”为主题的城市公园.南起胜利桥北1号橡胶坝,北至森林公园西门北侧500 m,全长2 400 m,宽近500 m,建设面积120万m2,其中水域面积60万m2,绿地面积50万m2[13].于2005 年10 月开工建设,2007 年10 月竣工.两岸坝堰为滨河东、西路.汾河湿地公园借行洪主河道蓄水,水中保留了大小若干自然小岛,堤岸完全用 “土”堆砌,十分自然.汾河湿地公园的土壤为冲积河沙土,贫瘠,渗透性强,保水能力差.

河岸两边有自然生长的木本植物和栽植的观赏性乔木、灌木;水生植物群落有芦苇群落、香蒲群落、红蓼与锐齿酸模群落;水体边及边坡保留了原来的野生植物.

1.2 样地选择

根据汾河湿地公园实际状况,在太原汾河湿地公园的东面和西面各选取3个典型样地,汾河湿地公园东岸分别为A，B，C三个样地;汾河湿地西岸为D，E和F三个样地进行调查.

样地A离胜利桥东约430 m,植株且平均高度为0.13 m,游人多在次垂钓和挖野菜;样地B距离胜利桥东700 m,样地接近芦苇种植地,落叶层较厚;样地C的距离胜利桥东1 250 m,样地主要为人造草坪,人流量相对较少.

汾河湿地公园西岸样地D距离胜利桥东550 m左右,岸边植物主要为观赏性灌木和野生草本植物,该样地岸边坡度较大.样地E距离胜利桥东700 m,地面为人造草坪,主要为观赏性植物.样地F位于汾河西岸最北端的“野趣园”景点,距离胜利桥东1 300 m,植物主要是野生草本植物,地势平坦,视野开阔,游人常在此放风筝.

1.3 采样方法

调查取样的时间是2017年3-6月,在汾河湿地公园选取的6个样地内随机各选取3个样方,两次采集土壤样方共36个.根据公园现状,在不破坏公园植被情况下,每个样方分2个土壤层次即0～5 cm和5～10 cm.大型土壤动物就地手捡,选取采样面积50 cm×50 cm,10%甲醛固定.中小型动物用100 cm3的土壤环刀法取土样,带回实验室分别用Tullgren 法进行分离提取其中土壤动物.在体视解剖镜和显微镜下观察,参照尹文英等[14]《土壤动物检索图鉴》对土壤动物进行鉴定统计.幼虫和成虫因食性不同分开统计.

1.4 数据统计处理和土壤样品测定

土壤动物按照Shannon-Wiener 多样性指数H=-ΣPilnPi、均匀度指数E=H/lnS、Simpson优势集中性指标C=Σ(Pi)2等指标进行统计分析[15].其中Pi表示第i种的个体比例;S表示种类数.

土壤理化指标选取有机质、pH值及含水率这3项.采用鲁如坤[16]对土壤理化性质的测定方法,土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法——外加热法测定;土壤pH值的测定采用混合指示剂比色法测定;土壤含水率的测定采用烘箱烘干法.

数据运用Excel(2010版) 进行统计处理,采用SPSS17.0软件对数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA),比较分析各项土壤理化性质及各指数的差异性.

2 结果与分析

2.1 土壤动物群落特征

2.1.1 群落组成

汾河湿地公园6个样地共捕获土壤动物697只,隶属于4门7纲32类.其中线虫动物门小杆目、节肢动物门昆虫纲膜翅目(蚁科)和弹尾目为优势类群,占个体总数的56.10%,常见类群14 类,占个体总数的 36.42%;稀有类群15类,仅占个体总数的7.48%.优势类群和常见类群占土壤动物总数的92.52%,二者构成汾河湿地公园土壤动物群落的主体.汾河湿地公园土壤动物四大类群中,节肢动物占总数的52.38%,软体动物门占总数的14.63%,无论从个体数量还是生物量上二者占有绝对的优势.喜湿环境的优势类群线虫、弹尾目和生物量较大的常见类群柄眼目构成太原汾河湿地公园土壤动物的主要类群.

汾河湿地公园东岸3个样地,土壤动物类群数与个体数,样地B(13 类,153 只)>样地A(12 类,95 只)>样地C(9类,50 只);汾河湿地公园西岸3个样地的土壤动物类群数与个体数,样地F(17类,172只)>样地D(15类,139只)>样地E(12类,88只)见表1.

比较汾河湿地公园东、西两岸的土壤动物个体数量,东岸土壤动物个体数为298只,占到总数的42.75%,河西岸的土壤动物个体数为399只,占到总数的57.25%,太原湿地公园西岸土壤动物个体数比河东岸的土壤动物类个体数多出14.50%;对于土壤动物的类群数,河东岸的土壤动物类群数为26种;河西岸土壤动物类群数为29种.采用单因素方差分析 (One-Way ANOVA)方差分析,比较汾河东、西两岸土壤动物的类群数和个体数(F=0.531 1,P>0.5),表明汾河东、西两岸土壤动物的土壤动物类群和个体数量分布差异不显著.

表1 汾河湿地公园不同生境土壤动物类群和数量

注+++:优势类群(>10%);++:常见类群(1%～10%);+:稀有类群(<1%)

2.1.2 功能分类

依据土壤动物的主要食性差异,分为腐食性、捕食性和植食性功能群.汾河湿地公园土壤动物属于腐食性功能群的有小杆目、正蚓目、柄眼目、等足目、蜱螨目、弹尾目、双尾目、鞘翅目的水龟甲科、葬甲科、双翅目幼虫,个体数量占总数74.52%;属于植食性功能群的有直翅目、鞘翅目象甲科、负泥虫科、叶甲科、鞘翅目幼虫、膜翅目蚁科,个体数量占总数18.88%.属于捕食性功能群的有蜘蛛目、蜈蚣目、鞘翅目的虎甲科、步甲科、隐翅虫科,个体数量占总数6.60%;结果显示,汾河湿地公园土壤动物以腐食性为主.三大功能类群的比例关系是腐食性土壤动物>植食性土壤动物>捕食性土壤动物.土壤动物不同功能类群间的比例关系可能与生境中可获得的食物种类、数量及难易程度,土壤环境的差异及土壤动物对土壤环境胁迫的耐受程度有关.

2.2 土壤动物群落多样性

采用香农多样性指数(H′)、皮洛均匀度指数(E)和辛普森优势度指数(C)对太原汾河湿地公园土壤动物群落多样性分析,见表2.结果表明:多样性指数(H′)为汾河湿地公园西岸>东岸;均匀度指数(E)和优势度指数(C)二者是汾河湿地公园东岸>西岸,表明汾河湿地公园西岸的土壤动物种类较东岸丰富,但东岸土壤动物的分布水平较均匀,且优势类群也较西岸集中.由于东岸尤其样地B土壤凋落物层较厚,土壤湿度大,为喜湿的土壤动物和其它小型动物提供了很好的隐藏空间,从而形成了较高的优势度,土壤的空间异质性,为某些土壤动物提供了较为适宜的生活场所,提高了土壤动物群落分布的均匀性.研究表明,凡是受人类活动干扰较小的生态系统,土壤动物群落多样性指数H’值和均匀度E’均较高,优势度指数C’值较低;汾河湿地公园东岸游人较多,尤其是节假日,可能是导致某些抗干扰类群数量增多的原因之一.

表2 汾河湿地公园土壤动物的多样性指标

2.3 土壤动物和土壤理化性质的关系

土壤动物群落结构与其栖息的土壤环境密切相关.反映土壤质量的理化指标很多,这里采用土壤含水量、土壤pH 值及土壤有机质含量3 个指标来分析汾河湿地不同土壤环境与土壤动物的关系.

表3 汾河湿地公园土壤理化性质与土壤动物数量和类群数

*中性pH 6.5～7.5;*碱性pH 7.5～8.5

从表3可以看出,土壤有机质在6个不同样地中,样地B(37.25%)、F(36.62%)、E(28.85%)有机质含量较高.结果显示,在一定范围内,土壤有机质含量越多,土壤动物类群和个体数越多.采样期间,3个样地的枯枝落叶相对较多,特别是样地B为芦苇种植区,土壤中的腐殖层较厚,有较多食腐的种类如柄眼目、小杆目和弹尾目的种类.样地E有分布有较多的蚂蚁和等足目种类.样地F的草本植物丰富,其中活动的主要是蚂蚁和捕食的蜘蛛.

适当的土壤pH值有利于动、植物及微生物的生长与繁殖.由表3可以看出,太原湿地公园土壤为中性或碱性,不同样地的土壤pH值比较接近,6个样地土壤pH值的变化与土壤动物个体数的变化规律不明显.

土壤水分是氧的载体,当水分充足时,利于在高湿条件下呼吸的土壤动物如线虫纲、弹尾目和蜱螨目等的生存.样地B为水生植物芦苇的种植区,土壤含水率(38.28%)较高,大型喜湿的软体动物柄眼目、隐翅虫科,小型线虫在样地B分布较多.样地F含水量(30.61%)也较高,样地中的土壤动物与其它样地相比,无论在个体数量和类群数上占优,同样喜湿的土壤动物分布较广.

通过研究土壤类群数和个体数与土壤理化性质的相关性,见表4. 土壤类群数和个体数与有机质含量和土壤含水率的正相关,与pH值的相关系数(r=-0.529 7)为负值,且与土壤有机质含量的相关程度(r=0.738 7)最大.

表4 汾河湿地公园不同生境土壤动物与环境要素的相关系数(r)

3 结论与讨论

1)汾河湿地公园本次采集共捕获土壤动物697只,隶属于4门7纲32类.其中优势类群3类,常见类群14类,稀有类群15类,种类组成丰富.土壤动物群落组成以线虫动物门(31.56%)及节肢动物门(51.07%)为主,与其他陆地生态系统较为相似;同时,湿地生态系统有柄眼目等腹足纲动物,与水生生态系统底栖动物物种组成相似.湿地土壤动物物种陆生、水生兼备性,体现了湿地生态系统水陆交互性和过渡性特征[1].

2)汾河湿地公园东、西两岸土壤动物的种类和数量都有一定的差异,西岸的物种类群结构组成丰富,可能与湿地公园的植被类型、土壤中有机质含量及含水量腐殖质等因素有关;汾河湿地公园东岸的土壤动物的类群及数量优势度集中,优势种突出,可能与特定的环境以及受游人群踩踏的影响较大,干扰程度较为显著而致.

3)此次调查汾河湿地公园土壤动物的时间有限,所调查数据不能完全代表汾河湿地公园土壤动物类群数,有待于今后进一步深入研究.