不同修复年限斑茅根系下土壤动物群落结构及季节特征

黄红英，刘静华，杨家绅，胡金德，王佳颖，祝三华

（韶关学院 英东生命科学学院，广东 韶关 512005）

大宝山矿是广东省粤北地区一座大型多金属矿床,其采矿、洗矿及尾矿库对周围灌溉水的污染现象受到了许多学者的关注.学者们在污染机制［1-5］、环境评价［6-11］和生态恢复方面做了许多研究［12-16］.土壤被重金属污染后，土壤质量发生退化，土壤生物多样性锐减［17-22］，在被重金属污染的土壤上种植农作物，伴随着重金属离子的富集与迁移，通过食物链的关系最终威胁到人类健康［7，9］.

对重金属污染的土壤目前常用的物理和化学治理技术均无法从根本上解决问题,故具有成本低、不造成二次污染的生物修复技术便引起了各学者的广泛关注［15］.常用的生物修复技术中以植物修复治理应用较广泛.植物修复技术是利用植物对环境污染物质进行吸附转移,达到对环境污染物质（重金属离子）进行分解、清除吸附或吸收，最终使受污染的土壤环境得以恢复［15］，体现在土壤中重金属离子含量下降，土壤酸碱度得到改善，地面作物生物量、地下土壤微生物及土壤动物多样性增加.

土壤动物的群落结构及多样性与土壤生态系统紧密联系，土壤中过量的重金属离子会使土壤的物理和化学性质发生改变，从而影响土壤中动物的活动、取食与繁殖，因此土壤动物常被作为土壤质量评价的重要生物指标［17］.

斑茅（Saccharum arundinaceum）是韶关地区撂荒地及污染弃耕农田常见的优势植物，在多重金属复合污染土壤中生长的斑茅对 Cu、Cd、Pb和 Zn有富集优势外，还是Cu的超富集植物［14-15］.为了进一步研究斑茅对大宝山多金属（Cu、Cd、Zn）污染修复土壤的修复效果，以斑茅根系下的土壤动物群落结构和多样性作为评价依据［14,15,22,23］，采用干漏斗法对不同修复年限（3年、2年、1年与当年）斑茅根系下的土壤动物进行群落结构特征的研究.

1 实验方法

1.1 取样

为了实验数据的统计方便将修复土壤做如下标记：样地1为修复土壤3年、样地2为修复土壤2年、样地3为修复土壤1年、样地4为修复当年的土壤.取样分为春、夏、秋、冬4个季节进行取样.2014年12月至2015年12月，用50*50 cm土壤环刀取植物斑茅根系下土壤，取每株根系土样6份，随机重复15株，每样地取得90份土壤样品.

1.2 分离和鉴定

取得样本土壤之后，通过人工操作的方法将体长在2～20 mm范围之内的大型土壤动物，分拣并固定保存在蒸馏水中.而体长在0.2～2 mm与0.2 mm以下的土壤动物属于中小型土壤动物，用干漏斗法［25,27］分离收集.然后，在显微镜下察看土壤小动物，根据土壤动物分类表进分类鉴别，土壤动物鉴定到纲或目水平［25,27］.而且土壤动物中幼体个体较多，且幼体与成体的生态位不同，因而将幼体和成体分开单列［25,27］.本次调查不包括土壤原生动物和线虫.

1.3 实验的数据分析方法

利用DPS软件处理数据，分别计算出夏、秋、冬各个样方的个体数和群类数，然后再分析出每一个样方土壤动物春、夏、秋、冬个体数和群类数.运用辛普森、香浓、均匀度和相似性指数统计对4个样方进行计算分析.

本次实验土壤动物多度的划分标准为：以“+++”为表示的是优势类群，个体数占总数量的10%以上，以“++”为表示的是常见类群，个体数占总数的10%和1%之间者，以“+”为稀有类群，所占总数的1%以下.

2 结果分析

2.1 不同修复年限土壤动物群落结构

不同修复年限土壤动物群落结构见表1.修复3年土壤样方获得23种4 082个动物，优势类群有弹尾目和蜱螨类目，各占20%和66.35%，优势类群合占总个体数的86.35%；常见类群有盲蛛类（1%）、膜翅类（3.53%）、蚯蚓类（1.81%），常见类群个体数合占总个体数的7.31%，稀有类群有蜘蛛目（0.39%）、双尾目（0.44%）、结合类（0.03%）等17种，稀有类群个体数合占总个体数的6.34%.

修复2年的土壤样方共获得25种3 138个动物，构成土壤动物群落结构中优势类群有弹尾目和蜱螨目各占23.49%和61.75%，优势类群个体数合占总个体数的85.24%；常见类群有盲蛛类（1.50%）、蚜虫（1.40%）、膜翅类（3.79%）、双翅类幼虫（1.15%）、摇蚊幼虫（1.02%）、蚯蚓（1.02%）和姬蚯蚓类（1%），常见类群个体数合占总个体数的10.88%；稀有类群有缓步足（0.03%）、蜘蛛目（0.19%）、甲壳类（0.06%）等14种，稀有类群个体数合占总个体数的3.88%.

修复1年的土壤样地获得24种1 520个动物，构成修复1年土壤斑茅根系动物群落结构中优势类群有蜱螨目62.37%，常见类群有弹尾类（4.54%）、蜘蛛类（1.12%）和蚜虫（5.13%）等12种，常见类群个体数合占总个体数的32.05%，稀有类群有盲蛛目（0.66%）、双尾目（0.20%）、甲壳类（0.13%）等11种，稀有类群个体数合占总个体数的5.58%.

修复当年的样方土壤共获得23种2 417个动物，构成当年修复土壤动物群落结构中优势类群有弹尾目和蜱螨类各占21.85%和66.53%，优势类群个体数合占总个体数的88.38%，常见类群的有蚜虫（1.2%）、膜翅类（1.24%）、双翅类幼虫（1.41%）、蚯蚓（1.66%），常见类群个体数合占总个体数的（5.51%），稀有类群有盲蛛目（0.62%）、蜘蛛目（0.33%）、甲壳类（0.04%）等17种，稀有类群个体数合占总个体数的6.61%.

表1 不同修复年限动物群落结构

2.2 不同修复年限斑茅根系土壤动物的季节动态

2.2.1 不同修复年限斑茅根系土壤动物个体数的季节动态

不同修复年限土壤动物个体数的季节动态特征，随着修复年限的增长，土壤动物的个体数呈递增趋势，表现为修复年限越长个体数越多；同一样地不同季节土壤动物的个体数呈现春高夏低秋高冬低的规律，其变化次序为秋＞春＞夏＞冬.

2.2.2 不同修复年限斑茅根系土壤动物类群数的季节动态

不同修复年限斑茅根系土壤动物类群数的季节动态，修复3年的土壤动物类群数随着季节的交替变化呈现冬＞秋＞夏＞春的变化特征，春季最少；修复2年和1年的土壤动物类群数季节动态相似，呈现冬＞夏＞春＞秋的变化特征，秋季最少；修复当年与修复2年、1年的土壤动物类群数季节动态夏、秋、冬相似，但是其春季最低.

3 结论与讨论

研究结果表明被重金属污染的土壤其土壤动物个体数集中凸显优势类群蜱螨目和弹尾目，蜱螨目个体数量明显优势于弹尾目，常见类群和稀有类群个体数罕见；斑茅种植对多金属（Cu、Cd、Zn）污染土壤中的土壤动物的群落结构和多样性有一定的修复效果，构成土壤动物的群落结构的类群数、个体数量及优势类群弹尾目个体等随着修复年限的延长而增多，其中最早恢复的是常见类群；斑茅根系土壤动物的季节消长特征体现在同一样地不同季节土壤动物的个体数呈现春高夏低秋高冬低的规律，其变化次序为秋＞春＞夏＞冬；修复年限越长斑茅根系土壤动物类群数的季节动态呈现冬高规律，不同修复年限样地秋季和春季动物类群有差别.

由于实验土壤的前身是弃耕多年的水稻壤，由于弃耕，灌溉水被切断，稻田变旱地，随着弃耕年限的延长，旱地成为撂荒地，土壤酸度达到强酸级别，土壤综合污染指数达到重度污染［15］.实验前作了焚烧地上杂草、深挖土层、施撒生石灰、深埋有机肥等处理来增加土壤的可耕性，提高斑茅的生物量.由于斑茅是多年生丛生草本植物，分蘖多且须根根系发达，修复3的样地，斑茅经过3年的生长，根系分布的广度和深度已经远远超过2年生、1年生和当年栽种的，因此伴随着斑茅地上部分的生长，地下根系也在快速延伸生长，扩宽了土壤动物的生活空间，受土温和含水量起伏变化的影响越小；随着斑茅生长生物量在增加，通过根系不吸附与转运到地上部分的重金属离子增加，根系土壤的重金属离子在减少，减低了重金属离子对土壤动物的毒害，促进了土壤动物群落的修复，所以土壤动物的群落结构随着修复年限的延长变得复杂、物种多样性增多；修复年限越长，物种多样性受季节变化干扰减少，个体数受季节干扰大的是优势类群弹尾目的数量，因为弹尾目昆虫生长于繁殖需要适宜的高温、高湿条件［21-27］，所以冬季是不同修复年限斑茅根系土壤动物个体数最低，与许多学者的研究结果相似［21-27］.

以土壤动物群落修复作为评判指标，斑茅对重金属污染土壤的修复是有一定效果，斑茅可作为大宝山矿区多种重金属污染土壤下植物修复的先锋植物种，可在该区域扩大栽植，加速矿区土壤污染的修复.

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