延吉城市绿地节肢动物群落特征及其环境影响因子研究

淮露梅，栾 涛，裴洪淑

(延边大学 地理与海洋科学学院，吉林 延吉 133002)

城市绿地作为城市生态系统生物多样性的重要载体，具有多种绿地类型和较强的空间异质性[1-3]，在城市景观中占据重要位置，具有市内水质净化、调节生物多样性及改善城市小气候等作用[4-5]。节肢动物作为城市绿地生态系统的重要组成部分，在维持绿地生态系统功能、改变土壤理化性质以及物质循环和能量流动中发挥着重要作用。节肢动物作为土壤动物中最大的组成成分，是最活跃和物种最丰富的类群，它们依赖地表植被和土壤作为生长发育的食物资源和栖息、躲避天敌的理想场所，对外界的任何扰动极为敏感[6]。

近年来，有关城市绿地中节肢动物群落多样性的报道较多，有研究表明，随着城市化进程的加快，城市及郊区土地利用类型发生改变，导致节肢动物生境及其群落发生变化[7-9]，同时，也导致了节肢动物繁殖环境和食物来源改变，并严重影响了它的种类、数量和分布[10]，因此，研究并掌握城市绿地节肢动物群落的动态变化特征已是当务之急。高磊等[11]研究上海市4种不同绿地类型节肢动物的群落时发现，害虫亚群落的多样性低于天敌亚群落，姜文虎等的研究表明，植物类型、人为干扰极易影响城市公园绿地节肢动物群落稳定性[12]，还有其他学者表明，与森林、草原等生态系统相比，城市绿地生态系统中节肢动物更容易受人为因素的影响[13-14]。作为正处于城市化进程发展关键时期的延吉市，随着土地利用方式的改变，城市绿地植被面积不断扩大[15]，为使城市化进程能更高效的发展，该文以延吉市为研究对象，调查了延吉市4种不同植被类型人工绿地、3种不同植被类型天然绿地，分析不同类型绿地节肢动物物种、功能团组成、群落多样性差异以及土壤理化性质的影响，深入了解节肢动物对绿地环境因子的响应机制，以期掌握城市绿地中节肢动物的动态变化规律，为进一步研究害虫防治与城市绿地建设提供科学参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

延吉市是延边朝鲜族自治州首府(129°01′～129°48′E，42°50′～43°23′N)，是吉林省东部最大的工业中心和商贸中心，是中等规模的城市。随着城市化的发展，从1980—2018年，延吉市城区面积由15.00 km2增加到40.66 km2，城区人口数由13.27万人增加到46.65万人，人口密度增加了54.54%。据统计，绿地面积也由2000年的8.90 km2增加至2018年的13.87 km2[16]。

延吉市由于受日本海的影响较大，该地区属于中温带大陆性季风气候，气候温和、降水充沛，年平均气温为5.6 ℃，最热的8月平均气温为25.9 ℃，最冷的1月平均气温为-17.4 ℃，无霜期为126～156 d。该地区降雨量在时间和空间上分布不均匀，降雨主要集中在夏季，可达全年总降水量的一半以上，并且由东南到西北逐渐减少，冬季降雨量最少，春季与秋季年均降雨量相差不大[17]，年均降水量为400～800 mm。

1.2 样地选取及样品采集

该研究于2018年6-10月在延吉市具有代表性的人工绿地及天然绿地中进行采样，每7 d采集1次。

1) 人工绿地选取：草本绿地，草本+灌丛绿地，草本+灌丛+乔木绿地，草本+乔木绿地4种植被组合类型；天然绿地在未被修整或移植过的绿地中选择草本绿地，草本+灌丛+乔木绿地，草本+乔木绿地3种植被组合类型，样地间隔≥50 m，每种类型绿地选取3组重复样地。

2) 样品采集：每一样地设置4个2 m×2 m的样方，样方四角放置采样杯，采用巴氏罐诱法，用重量比为2∶1∶1∶20的醋、糖、酒精和水混合为引诱剂，倒入塑料杯中(每个塑料杯中的引诱剂为40～60 mL)，诱捕地表节肢动物。将采到的节肢动物放入浓度≥78%的酒精中保存，附上采集标签，带回实验室清理，按照《中国土壤动物检索图鉴》[18]、《昆虫分类检索》[19]等资料进行辨认，一般鉴定到科，对于物种名不明确的物种，该文命名为不明科sp.。

对于土壤样品收集方法，该研究采用环刀法取容重，测定土壤含水量，取每个样方的四角和样方对角线交叉点的土壤，并保证各采样点相同深度(0～5 cm)和质量(100 g)，混合均匀取500 g左右，经阴干、研磨、过筛后，测定土壤pH值、有机质、总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷、速效钾。

1.3 数据处理与分析

该研究采用以下几个常见公式描述地表节肢动物多样性[20-22]：

1) Berger-Parker优势度

D=Nmax/N

2) 物种丰富度指数

S=H1

3) 多样性指数，选用Shannon-Wiener指数

4) 均匀度指数(Pielou均匀度指数)

J=H/lnS

5) 优势度指数(Simpson生态优势度指数)

式中,Ni为群落中某物种个体数，Nmax为群落中数量最优势的个体数量，N为收集到动物总个体数，Pi为Ni/N,H1为群落中的总物种数。

运用Canoco5.0软件，分析土壤环境因子与地表节肢动物群落结构及多样性的显著关系；并运用SPSS18.0软件，对各样地节肢动物多样性进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型绿地地表节肢动物群落组成

该研究共收集地表节肢动物36 234个，隶属3纲22目73科(表1)。

表1 地表节肢动物群落组成及总个体数Table 1 Community composition and total number of arthropods on the surface

续表1 地表节肢动物群落组成及总个体数 Continue to table 1 Community composition and total number of arthropods on the surface

总体上，数量较多的为弹尾目(Collembola)(45.67%)、膜翅目(Hymenoptera)(26.00%)以及双翅目(Diptera)(14.75%)。从绿地植被类型来看，采集到的地表节肢动物个体数最多的是草+乔木型人工绿地和同组合型天然绿地，采集到的地表节肢动物个体数最少的是草+灌+乔木型人工绿地和同组合型天然绿地。

从天然绿地采集到的地表节肢动物分属58科，依据优势度指数分析，长角跳虫科(60.63%)、蚁科(12.44%)、果蝇科(10.02%)等为主要类群，逍遥蛛科、锹甲科、天牛科、蜡蝉科、瓢虫科、双尾虫科、拟平腹蛛科、金龟甲科仅在天然绿地植被群落中被收集到。

从人工绿地采集到的地表节肢动物分属65科，其中，蚁科(35.45%)、长角跳虫科(34.79%)等为优势类群，猎蝽科、球螋科、盗蛛科、长脚蛛科、逸蛛科、虻科、蚁蛉科、叶蜂科、泥蜂科、毛蚊科、虎甲科等，仅在人工绿地中被收集。

在各样地采集到的地表节肢动物的科数统计结果如图1所示。1) 从人工绿地与天然绿地看，同一植被类型绿地中节肢动物的科数，人工绿地基本上多于天然绿地;2) 从植被组合类型来看，地表节肢动物的科数呈现出草本绿地>草+乔绿地>草+灌+乔绿地>草+灌绿地的结果，且有灌丛的绿地中节肢动物科数最少。

2.2 不同类型绿地地表节肢动物群落指数特征

通过方差分析得出，7种绿地类型内的节肢动物群落间存在显著差异(F=3.364,P=0.005)。依据α多样性，计算了各样地地表节肢动物群落的物种数S、物种多样性指数H、均匀度指数J、优势度指数D(表2)。从植被类型差异来看，草本绿地中节肢动物的丰富度指数S、多样性指数H、优势度指数D均高于草+乔绿地和草+灌+乔绿地；从人工绿地与天然绿地的指数特征来看，人工草本绿地与草+乔绿地中节肢动物丰富度指数S、优势度指数D均高于天然绿地，在草+灌+乔绿地中地表节肢动物群落的S、H、J、D均呈现出天然>人工这一结果。此外，草+灌+乔植被类型、草+灌植被类型的节肢动物多样性指数H均低于其他植被类型绿地。

表2 不同类型绿地地表节肢动物α多样性Table 2 Diversity of surface arthropods α in different types of green land

2.3 不同类型绿地节肢动物功能团特征

该研究依据食性将节肢动物分为害虫、天敌、中性3个功能团，统计结果显示，人工绿地中，害虫类功能团24科，天敌类功能团29科，中性类功能团12科。天然绿地中，害虫类功能团26科，天敌类功能团24科，中性类功能团8科。

统计各功能团节肢动物科数，结果如图2所示。从功能团的科数来看：1) 人工和天然草本绿地及人工草+乔绿地的害虫科数都高于天敌科数；2) 人工草+灌绿地中天敌科数高于害虫科数；3) 天然草+乔绿地、草+灌+乔绿地中害虫科数与天敌科数大致相同，表明群落结构较稳定，这与节肢动物多样性结果相同；4) 草本绿地的害虫科数高于其他类型的绿地。

统计功能团的物种个体数,结果如图3所示。由图3可知：1) 地表节肢动物个体数最多的中性功能团为草+乔类型绿地；2) 各天然绿地和人工草+乔绿地中的害虫个数均高于天敌个数，这与天然绿地物种科数差异相同；3) 人工草本绿地中害虫少于天敌，人工草+灌+乔绿地害虫数比天敌数多。

2.4 城市绿地地表节肢动物物种组成及群落多样性与土壤因子关系

由于节肢动物对周围环境具有较高的敏感性，且土地利用类型或植被类型的变化可以改变土壤理化性质。因此，该文运用Canoco 5.0生态环境分析软件，通过冗余分析(RDA)土壤因子对地表节肢动物种类响应并进行排序，结果如图4所示。由图4可知，第1排序轴66.89%，第2排序轴29.43%，由图中得出，排除无关变量(土壤全磷、速效磷、有机质、碳氮比、氮磷比)后，pH值、速效氮、全钾、全氮、速效钾、有机碳影响地表节肢动物群落组成，其中，土壤速效氮对不同样地地表节肢动物种类解释度达43.1%，经蒙特卡洛检验(P<0.01)，土壤速效氮与不同类型植被绿地的地表节肢动物群落结构显著相关。

利用RDA分析土壤因子对节肢动物群落多样性的响应关系并进行排序(图5)，第1排序轴99.16%，第2排序轴0.83%，从排序结果图得出，软件去除无关变量后，地表节肢动物的物种α多样性与全钾、速效钾、速效氮、全磷、速效磷、碳氮比具有相关性，其中，土壤全钾和土壤速效钾对群落α多样性的解释度分别为39.3%和31.1%，通过蒙特卡洛检验(P<0.01)，说明土壤全钾和土壤速效钾与不同类型植被绿地的地表节肢动物群落多样性显著相关，由图分析可知，群落丰富度指数与全钾呈负相关，与速效钾呈正相关，而多样性指数、均匀度指数、优势度与全钾正相关，与速效钾负相关。

3 讨论与结论

随着城市化进程的加快，城市范围不断扩张，不同类型绿地植被和土壤理化性质的变化对地表节肢动物群落的组成和多样性特征产生明显影响，这与以往研究结果一致[8,23-25]。该研究在不同绿地类型中所采集到的地表节肢动物的主要群落依次是弹尾目、膜翅目、双翅目、甲螨目、蜘蛛目、鞘翅目、同翅目、直翅目、半翅目。主要害虫有果蝇科、甲瞒科、蚜虫科等；主要天敌有平腹蛛科、食蚜蝇科、寄蝇科、步甲科等。延吉市城市绿地害虫主要属于刺吸类害虫，其实际危害程度远不及蛀干和食叶害虫,但有研究表明，此类害虫排泄物及分泌物经常导致植物霉污病的发生,严重影响叶片呼吸及植物生长[26-27],所以今后还需注重对刺吸类害虫的预防及管理。

从植被类型上看，不同类型绿地地表节肢动物群落的科数不同，草本绿地多于乔木绿地、有灌丛的绿地最少，且有灌丛的植被组合类型最为稳定，是由于草本绿地与乔木绿地相比，草本植被较矮且密集，为地表节肢动物提供栖息地及食物来源，而灌丛抑制草本植物生长，也为地表节肢动物的捕食者提供隐蔽体。总体而言，植被分布类型不同和植被物种不同都会对地表节肢动物产生一定的影响[28]，因为节肢动物群落生活在植被群落中，而植被群落的组成不仅对植物物种产生影响，也在一定程度上改变了地表节肢动物群落的生活环境[29]，所以地表节肢动物群落的多样性指数受植被分布类型影响较大。该研究还发现，草+乔绿地中害虫和中性功能团的科数、个体数多于草本绿地和有灌丛的绿地，但在相同植被类型下，天然绿地与人工绿地差异不大，说明植被组合类型和人为活动都对节肢动物群落的影响较大[14]。其中，人工草本绿地的长角跳虫科数量明显低于其他绿地，这可能与人工绿地下人们的定期管理有关，且同一植被类型下，天然绿地长角跳虫科的数量显著高于人工绿地，多样化的地表植被有利于提高土壤跳虫的多样性，这与何振等[30]的研究结果一致。此外，调查发现，8月有灌木植被的绿地，长角跳虫科个体数骤增，存在单一物种爆发的潜力。

从影响城市绿地节肢动物群落结构的土壤因子来看，通过冗余分析发现，土壤速效氮为主要影响因子(P<0.01)，土壤节肢动物群落多样性指数与土壤总钾、速效钾相关(P<0.01)。因此，可通过调整城市绿地植被类型，增减绿地中土壤速效氮、总氮、速效钾等含量，从而调节节肢动物的生存环境，减少病虫害的爆发[31]。

综上所述，不同城市绿地类型地表节肢动物在物种组成、多样性特征方面有明显不同，但关于节肢动物对绿地环境因子的响应还有许多空白。在今后的研究中，还需要加强对节肢动物与城市绿地环境相关性的研究，深入了解节肢动物与城市绿地环境的互相反馈机制，掌握其发展动态规律，解决绿地虫害问题，为城市生态系统的管理以及可持续发展提供科学依据。