不同经管模式下猕猴桃园土壤动物群落结构的变化

苟丽琼，肖玖金，邓冬梅，景祝蓉，彭彩云

(1.四川农业大学理学院，四川 雅安 625014；2.四川农业大学生态林业研究所，四川 温江 611130；3.四川农业大学林学院，四川 温江 611130；4.四川农业大学旅游学院，四川 都江堰 611830)

猕猴桃(ActinidiachinensisPlanch.)又称奇异果、羊桃等，为多年生落叶藤本果树，因营养价值高而被誉为“水果之王”，其口感酸甜，富含维生素C，被世界各国广泛引种栽培[1].土壤动物是土壤生态系统中重要的组成部分，通过分解生物残体和枯枝落叶，改变土壤的理化性质，土壤动物对土壤的形成和发育以及整个生态系统的物质循环和能量流动等方面都具有重大的影响.一方面，土壤动物群落组成受土壤环境因素调控，能准确、稳定、综合地反映环境的变化[2-3]，另一方面直接或者间接的促成土壤生态环境发生改变.因此，研究土壤动物群落特征与土壤生态环境的相互作用很有必要.

近年来国内对土壤动物的研究主要集中在森林和草原等自然生态系统，关于农业生态系统的研究关注度不够[4-8]，仅有少数关于大棚內土壤动物群落调查的报道[9-10].国内最早开始研究大棚土壤动物的学者王庆忠[11]认为，塑料大棚的建立会使土壤动物的类群数减少、多样性指数变小、密度减低.刘长海等[12]对不同棚龄的温室与土壤动物群落生态分布之间的关系等方面也做了广泛研究.

为了更深入全面地了解大棚种植模式下施加不同肥料后土壤肥力的差异及其与土壤动物群落组成的关系，本研究首次对猕猴桃种植基地3种不同经营管理模式(大棚羊粪地、大棚微生物菌肥地和大棚外露天微生物菌肥地)下的土壤动物群落组成与多样性特征进行调查研究，以期为评价及改善猕猴桃种植基地经营管理模式以及促进农林业可持续发展提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于四川省都江堰市蒲阳镇驾虹乡猕猴桃种植基地(N 31°03′2″～31°03′71″，E 103°72′98″～103°73′03″)，种植红心猕猴桃和黄心猕猴桃两种.属于四川盆地亚热带湿润气候，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑，典型的季风气候区，雨热同期，降水量充沛，年平均降水量1 243.80 mm，年平均最大相对湿度80%，月平均最大温度84%，无霜期269 d.

1.2 调查方法

2015年5月在猕猴桃种植基地的大棚羊粪地(棚羊)，大棚内微生物菌肥地(棚内)和露天微生物菌肥地(棚外)3种经营模式下，各选3个样地，每个样地按“品”字形设置3个样方(共27个样方)，样方为50 cm×50 cm=0.25 m2大小，样方间隔5 m以上.分0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm共3层取样测定土壤含水量、土壤养分和调查土壤动物群落组成.

土壤含水量的测定采用烘干法，即：在 105 ℃下烘干至恒质量，分别称湿土质量、干土质量和铝盒质量，最后计算各层土壤含水量.快速养分测定项目包括：速效氮(N)、速效磷(P)和速效钾(K).土壤速效氮采用1 mol/L NaOH碱解扩散法；速效磷采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑钪比色法；速效钾含量的测定采用1 mol/L NH4OAC浸提-火焰光度法[13].

用手捡法分不同土层收集土壤中的大型动物，并用75%的酒精将动物杀死，带回实验室.中小型动物用环刀(r=5cm，v=100cm3)自上而下依次取土样，每层各取2个，用尼罗网包好贴上标签迅速放入黑布袋带回实验室.用改良过的Tullgren干漏斗和Baermann湿漏斗分离土壤中的中小型土壤动物，分离时间为 48 h，其中湿生土壤动物每4 h观察1次.干生分离出的土壤动物用盛有75%乙醇的器皿收集，湿生土壤动物用清水收集，最后在解剖镜下用双目解剖镜(Leica，EZ4HD)进行观察，参照《中国土壤动物检索图鉴》[14]、《中国亚热带土壤动物》[15]、《昆虫分类检索》[16]和《幼虫分类学》[17]进行分类鉴定，一般鉴定到科，同时统计个体数量.

1.3 数据处理与分析

类群数量等级：个体数大于捕获总量的10.0%者为优势类群(+++)，大于等于1.0%小于等于10.0%者为常见类群(++)，小于1.0%者为稀有类群(+).

土壤动物多样性分析：采用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J)、Simpson优势度指数(C)、Margalef丰富度指数(D)和密度-类群指数(DG)[18].

式中，Pi=ni/N，ni为第i个类群的个体数，N为所有类群的个体数；H′为Shannon-Wiener多样性指数，S为类群数，Di为第i类群个体数；Dimax为各群落中第i类群的最大个体数，g为群落中的类群数；G为各群落所包含的总类群数；Ci即在C个群落中第i个类群出现的比率.

数据的处理和分析采用Excel 2010和SPSS22.0完成，采用Origin 8.1绘制图形.用独立样本T检验对不同样地间土壤动物群落组成进行检验，显著性水平设定为P=0.05.对不服从正态分布的数据，利用log(X+1)转换，如仍不服从正态分布，则进行Kruskal Wallis Test(H)非参数检验.

2 结果与分析

2.1 土壤有机质概况

通过试验样地土壤有机质概况进行测定，总的来说大棚内微生物菌肥地土壤含水量最高，为11.68%；大棚羊粪地次之，为9.62%；大棚外微生物菌肥地最低，平均为2.44%(表1).在0～5 cm土层大棚羊粪地土壤含水量虽然显著高于其他两类样地(P<0.05)，但在5～15 cm土层棚内微生物菌肥地则显著高于另外两个样地(P<0.05).3个样地中，棚外微生物菌肥地的快速养分N含量极显著高于其他两类样地(P<0.01)，但大棚羊粪地与棚内菌肥地含量差异不明显.大棚羊粪地的P含量最高，分别与棚外微生物菌肥地和棚内微生物菌肥地形成显著和极显著差异(P<0.05；P<0.01)，尤其是土壤表层即0～5 cm土层更明显.棚外微生物菌肥地的K含量最高，大棚羊粪与棚内微生物菌肥地次之.

表1 研究区域土壤有机质概况

2.2 土壤动物的组成

表2 大棚猕猴桃种植基地土壤动物群落的组成

“-”表示无或未采集到，+++为优势类群，++为常见类群，+为稀有类群.

“-” Means no soil fauna were collected，+++ means the dominant species，++ means the common groups，+ means the rare groups.

2.2 土壤动物群落的水平分布特征

对猕猴桃种植基地3种经营管理模式下土壤动物群落水平分布特征进行研究，结果表明，土壤动物平均密度以大棚羊粪地最高，为4.47×104只/m2，棚内微生物菌肥地和棚外微生物菌肥地次之，分别为8.19×103只/m2和4.8×103只/m2.土壤动物类群数则是棚外微生物菌肥地略高于大棚羊粪地与棚内微生物菌肥地两类样地.方差分析结果显示，大棚羊粪地土壤动物平均密度与大棚菌肥地和露天菌肥地形成显著差异(P<0.05)，而3类样地间土壤动物类群数的差异不具有统计学意义(P>0.05)(图1).

2.3 土壤动物垂直分布

2.3.1 不同生境土壤动物垂直分布特征 不同层次的土壤动物密度的调查结果显示，除大棚外微生物菌肥地外，土壤动物平均密度在垂直方向上呈现明显的表聚性特征，随着土层的加深而降低.3个样地的枯落物层土壤动物平均密度大小顺序为大棚羊粪地>棚外微生物菌肥地>棚内微生物菌肥地；在 0～5 cm和10～15 cm土层，棚内微生物菌肥地最高，其次为大棚羊粪地和棚外微生物菌肥地；在5～10 cm土层，大棚羊粪地最高，其次为棚内微生物菌肥地和棚外微生物菌肥地.统计分析显示，3个样地土壤动物平均密度在不同土层均呈现显著性差异(P<0.05)，枯落物层差异不显著(P<0.05)(图2).

2.3.2 干、湿生土壤动物的剖面分布特征 对3个样地干、湿生土壤动物的剖面分布特征进行研究，结果显示，0～5 cm和10～15 cm层的干生土壤动物平均密度排序均是大棚羊粪地﹥棚外微生物菌肥地﹥棚内微生物菌肥地.各土层干生土壤动物密度随着土层的加深出现了逆向分布现象，这可能与野外采样时的环境、土壤温度以及土壤动物分布的随机性有关.湿生土壤动物的密度分析结果显示：在0～5 cm和10～15 cm土层，棚内微生物菌肥地高于大棚羊粪地和棚外微生物菌肥地两类样地；在5～10 cm层，则是大棚羊粪地高于棚内微生物菌肥地和棚外微生物菌肥地两类样地(表3).

图1 各生境土壤动物水平分布变化Figure 1 Change of different levels distribution of soil

图2 土壤动物垂直分布特征Figure 2 Vertical distribution characteristics of soil

表3干、湿生土壤动物剖面分布特征

Table 3 Distribution of meso-micro soil fauna at different soil profiles

样地Plots大棚羊粪地Greenhouse with sheep dung棚内菌肥地Greenhouse with bacterial manure棚外菌肥地The outdoor orchard with bacterial manure干生土壤动物Dry soil fauna 1 550.00±2 243.88a1 083.33±735.98a1 666.67±1 402.38a湿生土壤动物Hygrocolous soil fauna38 000±23 047.78a40 333.33±67 069.12a2 333.33±1 996.38a

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

Data marked without the same lowercase letter in each row indicated significant differences at 0.05 level (P<0.05).

2.4 土壤动物多样性特征

物种多样性不仅可以反映群落的复杂性而且可用来评价群落生态的组织水平.物种多样性和均匀度指数高说明在生态系统中有更长的食物链和更多的共生现象，对负反馈有一定的控制能力，从而有利于增加群落结构的稳定性[18].本次调查结果显示，3个不同类型样地的Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀性指数(J)排序均为：棚外微生物菌肥地>棚内微生物菌肥地>大棚羊粪地.3个样地的Simpson优势度指数(C)和密度类群指数(DG)排序为大棚羊粪地>棚内微生物菌肥地>棚外微生物菌肥地.方差分析结果表明，土壤动物的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数和密度-类群指数(DG)表现为各样地间均无显著差异(P>0.05)，Margalef丰富度指数(D)表现为棚内微生物菌肥地与大棚羊粪地、棚外微生物菌肥地均无显著差异(P>0.05)，但大棚羊粪地与棚外微生物菌肥地存在显著性差异(P<0.05)(表4).

表4不同经营管理模式土壤动物的多样性指标

样地Plots大棚羊粪地Greenhouse with sheep dung棚内菌肥地Greenhouse with bacterial manure棚外菌肥地The outdoor orchard with bacterial manureH′0.69±0.28a0.70±0.47a0.96±0.49aJ0.34±0.14a0.34±0.20a0.45±0.19aC0.66±0.17a0.65±0.24a0.50±0.23aD0.75±0.15b0.83±0.22ab1.00±0.22aDG0.47±0.42a0.46±0.84a0.68±0.54a

H′，Shannon-Wiener多样性指数；J，Pieluo均匀度指数；C，Simpson优势度指数；M，Margalef丰富度指数；DG，密度-类群指数.同行数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

H′，the Shannon-Wiener diversity index；J，Pieluo evenness index；C，Simpson dominance index；M，Margalef richness index；DG，density-groups index.Data marked without the same lowercase letter in each row indicated significant differences at 0.05 level (P<0.05).

3 讨论与结论

土壤动物是整个生态系统的重要组成部分，其群落组成特征与土壤的各种特性有着非常紧密的关系[19].本研究中土壤动物密度和类群数均以棚外微生物菌肥地最低，可能是因为此样地猕猴桃树下的人为干扰力度较大，土壤孔隙度较小，不利于土壤动物的栖息，使得土壤动物的个体数和类群数相对于大棚羊粪地和棚内微生物菌肥地样地较少.

研究表明，在一般的自然生态系统中，土壤动物类群数量和个体数量的垂直分布具有明显的表聚性[20-21].土壤理化性质和营养状况的制约主要受土壤动物垂直分布的影响，随着土层的加深，土壤温度下降，土壤孔隙和土壤有机质(N、P、K的含量等)会逐渐减少[22-23].本次研究的3个样地中，土壤动物密度剖面分布和干、湿生中小型土壤动物剖面分布都表现出了表聚性的特征.棚内微生物菌肥地样地10～15 cm的土壤动物密度分布和干湿生密度分布均高于5～10 cm.可能是由于人为因素的干扰，深层次土壤动物的个体数会高于表层土.

土壤动物多样性的研究对于整个生态系统具有重大意义，它是生态环境评价的重要指标之一，能准确反映群落稳定性的高低[24].本研究结果显示，棚外微生物菌肥地样地的C值是3个样地中最低的，在各类群中所占比例差异较小，其H'和J值也相对较高.由于棚外微生物菌肥地受温度和湿度的影响，其DG指数相对较低，J值指数最高，C值低，表明土壤动物的丰富度较低，但分布较为均匀，各土壤动物群落所占比例差异不大.DG指数以大棚羊粪地最高，这表明大棚羊粪地比其他2个样地的土壤动物丰富，其群落结构的稳定性更高.Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数和密度-类群指数表现为各样地间均无显著差异(P>0.05)，Margalef丰富度指数表现为与大棚羊粪地、棚外微生物菌肥地均无显著差异(P<0.05)，但大棚羊粪地与棚外微生物菌肥地存在着显著性差异(P<0.05).

通过对快速养分和土壤含水量的测定可以发现：棚外微生物菌肥地与其他2个样地相比，含水量最低而快速养分N的含量最高.棚内微生物菌肥地的土壤含水量最高，快速养分较其他2个样地居中.对于土壤的含水量和土壤中的快速养分与土壤动物的群落特征有无关系或存在着怎样的关系，暂时还无从考证，需要后续进一步进行深入而全面的研究.