土壤线虫对深圳梧桐山毛棉杜鹃林生长的影响*

叶嘉齐 肖以华 佟富春

（1.广东省岭南综合勘察设计院，广东 广州510599；2.中国林业科学研究院热带林业研究所，广东 广州510520；3.华南农业大学，广东 广州510642）

毛棉杜鹃Rhododendron moulmainense，属杜鹃花科Ericaceae 杜鹃属被子植物，外形为灌木或小乔木，伞状花序，花冠浅紫色、粉红色或红白。花期4-6 月，果期7-12 月，是我国常见的杜鹃属园林观赏植物[1]。线虫是线形动物的总称，常存在于土壤生态系统中，充当分离分解的角色，能矿化土壤中的营养物质，转化微生物养分、维持地下土壤生态平衡，促进植物生长[2]。同时，植食性寄生线虫对植物根系的生长也会带来不良影响，甚至诱发植物病害导致植物减产。这与土壤线虫活动及其代谢循环效应有密不可分的关系，也跟植物寄生线虫分泌以及排泄引起植物生理生化反应有关[3]。

土壤线虫是土壤生态系统的重要组成部分，对土壤生态系统平衡和功能发挥至关重要[4]。本研究从土壤生物角度入手，研究线虫活动对植株生长的影响，能为立地条件改良提供科学有效的生物方法，为土壤生态系统和线虫群落研究等领域提供详实的数据参考，对林业生产和种质培育具有积极意义。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

深 圳 梧 桐 山 国 家 森 林 公 园 位 于113°17’E～114°18’E，22°23’N～22°43’N，为 丘 陵 地 带，东北部高、西南部低，地质结构主要由花岗岩、砂岩和一些变质岩组成，泥土由砂壤土和中壤土组成[5]。梧桐山是亚热带季风气候，年平均气温为22.5℃，年平均降水量为1 966.5 mm[6]。

梧桐山是南亚热带典型的常绿阔叶林，生物多样性丰富，共有野生动物24 目64 科196 种，高等植物232 科762 属1 378 种。乔木层包括黎蒴Castanopsis fissa、浙江润楠Machilus chekiangensis、枫香Liquidambar formosana等，下木层主要是毛棉杜鹃、银柴Aporosa dioica和九节Psychotria rubra等[7]，植物种类丰富，景观价值较高。

在深圳梧桐山毛棉杜鹃林分更新的研究中，通过设置标准地和幼苗样方进行乔木层和更新层样方调查，发现6 块样方地中仅有2 块出现幼苗，表明其天然更新能力较差[8]。

1.2 研究方法

梧桐山土壤线虫调查取样时间为2018 年11月23 日－28 日，根据毛棉杜鹃植株死亡率的差异，选择4 种不同生长类型的毛棉杜鹃林，即好（死亡率≤25%）、中（50%≤死亡率＜25%）、差（100%＜死亡率＜50%）、极差（死亡率=100%）4种样地，对应A、B、C、D 样地，样地面积10 m×10 m。

获取土样品的时候选择环刀（d=5 cm)，任意选取采样点，分别在凋落物层、0～10 cm 层、10～20 cm3 个层次的土壤中取样，重复3 次。每一个样本约250 g，放入标记袋后快速送回实验室。每份样品取100 g，用贝尔曼漏斗法[9]分离，选择倒置显微镜对线虫分类，并鉴定其属。按照土壤水分，将土壤线虫数量换算成每100 g 干土的土壤线虫数量。

按照线虫的食性或消化道种类将其分为以下4个营养组:食细菌组（BF）、食真菌组（FF）、植食性组（PF）、捕食性组（PP）。优势地位在各个群体数量中分为：个体数量占总捕获量十分之一以上的是优势属（+++），占总捕获量百分之一到十分之一的是普通属（++），占总捕获量不到百分之一的是稀有属（+）[10]。

1.3 数据处理

1.3.1 土壤线虫群落优势度 ①样地线虫属比例：GP=Di/Si，即4 个样地各属线虫占样地线虫总数的比例。②样地线虫营养类群比例：NP=Ni/Si，即4 种样地中各营养类群占样地线虫总数的比例。

1.3.2 土壤线虫生态学指数 ①辛普森优势度指数（Simpson dominance index）：C=ΣPi2，是用来表达群落组成状况的指标，C值越大，则表示群落个体越集中，相反则表示越分散[11]。

②密度－类群指数（Density-group index）：DG=(g/G)ΣDiCi/DimaxC，值越大则表明土壤生物多样性越大。

③香农多样性指数（Shannon-Wiener）：H′=-ΣPi·lnPi，H′ 越大时，群落多样性越大。

④Pielou 均匀度指数（Pielou evenness index）：J=H′/H′max，其中H′max=lnS，表示香农多样性指数在保持数目不发生更改的情况下所能达到的最高值。

⑤瓦斯勒斯卡指数（Wasilewska index）：WI=(BF+ FF ) / PF，在WI 大于1 的情况下，其值越高，土壤就越健康；在WI 的值为1 时，土壤健康水平为普通；在WI 小于1 的情况下，其值越小，土壤健康水平越差。

⑥线虫通路指数（Nematode channel ratio）：NCR=BF/(BF+FF)，当其值为0 时表示分解过程完全由真菌控制，当其值为1 是则表示分解过程完全由细菌控制[12]。

⑦自由生活线虫成熟度指数（Maturity index）：MI=Σcpi·pi，c-p 值指的是线虫生活对策指标，数值上分为1-5，c-p1 类线虫比较能够忍受干扰，生活史极短，卵量巨大；c-p2 也叫机会主义者，生活史较短，卵量大，较耐污染和环境压力；c-p3 生活史较长，对环境压力较敏感；c-p4生活史长，对环境压力敏感；c-p5 则为典型的对策者，生活史很长，卵量小，对污染和环境压力极为敏感。较大的MI 值表示土壤生态系统拥有较大的成熟程度，而较低的MI 值为生态系统破坏和退化的征兆。

⑧植食性线虫成熟度指数（Plant-parasites maturity index）：PPI=Σcpi·pi，较高的数值表示遭遇干扰，MI/PPI 数值会随着干扰加剧而增大[13]。

ANOVA 分析和线性相关性分析采用 SPSS 13.0 软件进行。当P小于0.05 时，ANOVA 分析认为差异显著，当P＜0.01 时，ANOVA 分析认为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 土壤线虫群落分析

4 种样地共分离鉴定出土壤线虫5 213 头，分属30 科56 属，包括食细菌线虫18 属，食真菌线虫8 属，植食性线虫14 属，捕食性线虫16属。优势属为盆咽属Panagrolaimus，占总捕获量12.90%；常见属包括绕线属Plectus、丽突属Acrobeles和头叶属Cephalobus等27 属，占捕获个体总数77.96%；稀有属包括拟丽突属Acrobeloide、板唇属Chilopacus和双胃属Diplogaster等28 属，占捕获个体总数9.14%。

在生长情况为“好”的样地（记为A）中，共有44 属1 699 头，包括食细菌线虫18 属、食真菌线虫7 属、植食性线虫7 属和捕食性线虫12属。食细菌线虫比例最高，植食性线虫的体量与捕食性线虫相当，食微线虫（包括食细菌线虫和食真菌线虫）比例高出植食性和捕食性线虫总数14.66%（图1、表1）。

表1 样地A 土壤线虫优势度Table 1 Soil nematode’s dominance of plot A

生长情况为“中”的样地（记为B）中，共有31 属1 430 头线虫，食细菌线虫11 属、食真菌线虫5 属、植食性线虫5 属、捕食性线虫10 属。食细菌线虫比例最大，相较样地A，生长情况中等的样地B 植食性线虫比例更低，捕食性线虫比例更高，食微线虫比例较植食性和捕食性线虫比例之和高出20.42%（表2 和图1）。

表2 样地B 土壤线虫优势度Table 2 Soil nematode’s dominance of plot B

生长情况为“差”的样地（记为C）中，共有22 属702 头线虫，食细菌线虫8 属、食真菌线虫2 属、植食性线虫2 属、捕食性线虫8 属。优势属的柄端球属Paurodontus和前矛线属Prodorylaimus分别属于植食性和捕食性线虫，此两类线虫占比最大。食微线虫仅占22.5%，比植食性和捕食性线虫比例之和低55%（表3 和图1）。

图1 各样地土壤线虫营养类型统计Figure 1 Statistics of soil nematode’s nutrition types in the plots

生长情况为“极差”的样地（记为D），毛棉杜鹃植株已经死亡。检测出土壤线虫共计33 属1 382 头，其中食细菌线虫12 属，食真菌线虫2属，植食性线虫11 属，捕食性线虫8 属。样地D的食细菌线虫所占比例最大，超过50%，食微线虫占绝对主导且较样地A、B 分别高出10.11%和7.23%；植食性线虫跟捕食性线虫比例接近，但较样地A、B 低。样地中食微线虫比其它两类线虫比例之和高出34.78%（表4 和图1）。

表4 样地D 土壤线虫优势度Table 4 Soil nematode’s dominance of plot D

2.2 土壤线虫生态指数分析

在进行土壤线虫生态指数分析时，发现样地D 的情况较为特殊，样地中的毛棉杜鹃已经死亡，指数相关度与另外3 个样地存在显著差异，因此在生态指数分析中将对样地D 进行区别讨论。A、B、C 3 块样地的线虫生态指数分析结果如下。

2.2.1 辛普森优势度指数分析 A、B、C3 个样地辛普森优势度指数分别为0.05、0.07、0.14，即CC＞CB＞CA。样地A 集中度最低，毛棉杜鹃生长情况最好，样地C 集中度最高，毛棉杜鹃生长情况较差。方差分析P=0.003，小于0.01，表示值之间的差异极显著，可以认为土壤线虫优势度大小对毛棉杜鹃生长有较大的影响，优势度越大，土壤线虫集中度越高，毛棉杜鹃生长情况越差。

2.2.2 密度－类群指数分析 土壤动物群落组成极其复杂，各群体之间存在一定程度的克制，然而更为重要的是互相依赖和互不干涉，多样性分析应首先采用密度－类群指数分析方法[11]。计算结果显示，3 个样地土壤线虫密度－类群指数分别为15.01、9.14、3.12，即DGA＞DGB＞DGC，该 结果在一定程度上反映出毛棉杜鹃生长：样地A 的DG 指数最高，毛棉杜鹃生长最好；样地B 的DG指数次之，毛棉杜鹃生长情况为“中”；样地C 的DG 值较另外两个样地的低，对应的毛棉杜鹃生长情况为差。方差分析发现P=0.026＜0.05，可认为土壤线虫的类群－密度指数与毛棉杜鹃生长显著相关。

2.2.3 多样性指数和均匀度指数分析 香农多样性指数是以种类数量和个体数量分配因素为基础的多样性分析方法[11]。类群内群体分布的一致性是体现类群多样性的一个重要标志。生态系统稳定性会随着物种丰富度和物种多样性的上升而增加[14]，物种多样性能提升生态系统的抵抗力和更新能力，对于促进生态系统功能的发挥和系统中各个物种的生长具有不可替代的重要意义[15]。

从表5 得出的结果来看，A、B、C3 个样地香农多样性指数大小依次为H′A＞H′B＞H′C，而分别对应的毛棉杜鹃生长情况为好、中和差，方差分析发现P=0.001＜0.01，即差异极显著，可以认为随着香农多样性指数的提高，毛棉杜鹃生长情况逐渐得到改善。对于均匀度指数，样地A、B数值接近，而样地C 数值明显低于样地A、B，对均匀度指数作方差分析，得出P=0.019＜0.05，数值表明3 个样地均匀度与毛棉杜鹃生长显著相关。

表5 样地香农多样性指数和均匀度指数Table 5 Shannon-Wiener and pielou evenness index of the plots

2.2.4 瓦斯勒斯卡指数分析 瓦斯勒斯卡指数（WI）是反映土壤线虫种群结构组成与土壤健康程度的数据[16]。计算结果显示A、B、C 这3 个样地中，瓦斯勒斯卡指数分别为2.61、5.01、0.56，即WIB＞WIA＞WIC，体现了各个样地的土壤健康状况：4 个样地中只有样地C 数值小于1，说明其土壤健康状况最差，对应毛棉杜鹃生长情况为差；其次是样地A 和样地B，这两个样地数值均大于1，土壤健康状况良好，毛棉杜鹃生长情况乐观。方差分析结果显示P=0.07＞0.05，瓦斯勒斯卡指数WI 所反映的土壤健康状况跟毛棉杜鹃生长情况相关不显著。

2.2.5 线虫通路指数分析 线虫通路指数（NCR）是一个体现由线虫在土壤中的分解过程起主导作用的指标，反映出不同分解路径中的相对重要性，通过以细菌为食的线虫和以真菌为食的线虫的比值来所构成。线虫通路指数值域为NCR ∈{0,1}，求得NCR 值都接近1，即分解过程均由细菌主导。方差分析得出P=0.496＞0.05，线虫通路指数与毛棉杜鹃生长相关不显著。

2.2.6 线虫成熟度指数分析 线虫的成熟指数由两个指标组成：自由生活线虫的成熟指数（MI）和植食性线虫的成熟指数（PPI），是土壤扰动和外部压力的指数。自由生活线虫是一类营自由方式生活、对植物或动物不会造成严重危害的一类线虫[17]，根据营养种类的不同，分为食细菌线虫、食真菌线虫和捕食性线虫。

分析A、B、C3 个有毛棉杜鹃生长的样地，表6 计算结果显示自由生活线虫成熟度指数大小为MIB＞MIA＞MIC，方 差 分 析P=0.053＞0.05，可以认为毛棉杜鹃生长情况与自由生活线虫成熟度指数相关不显著。植食性线虫成熟度指数大小为PPIC＞PPIA＞PPIB，方差分析P=0.034＜0.05，即认为毛棉杜鹃生长情况与植食性线虫成熟度指数显著相关。

表6 样地线虫成熟度指数Table 6 Nematode maturity index of sample plots

表7 4 个样地8 项线虫生态指数分析结果Table 7 Analysis results of 8 nematode ecological indexes in 4 sample plots

3 结论与讨论

3.1 当食微线虫与植食-捕食性线虫的比例差控制在一个合理的范围内时，有利于毛棉杜鹃生长，食细菌线虫可以提高土壤原始氮，促进植物生长[18]；而当植食性跟捕食性线虫占据绝对主导时，毛棉杜鹃生长不良。毛棉杜鹃死亡时，食微线虫比例最大，这跟食微线虫代谢分解和对土壤二氧化碳、甲烷等具有吸收和排放作用有密切关系[19]，土壤碳、氮、磷等元素会导致植物多样性产生明显的空间异质[20]。

辛普森优势度指数、密度－类群指数、香农多样性指数、Pielou 均匀度指数，反映了土壤线虫群落的多样性。在方差分析中4 项指标均为差异显著，可认为毛棉杜鹃生长情况跟土壤线虫群落多样性有密切的关联。

瓦斯勒斯卡指数WI 和线虫通路指数NCR，根据这两项指数的P-value，在数值上认为土壤健康程度和分解途径对毛棉杜鹃生长相关不显著。

根据自由生活线虫成熟度与植食性线虫成熟度指数方差分析，毛棉杜鹃生长显然与后者更为显著相关。植食性线虫成熟度指数PPI 指数越大，毛棉杜鹃生长情况越不乐观。

3.2 样地D 在营养类型组成、优势度、密度－类群指数和香农多样性指数均接近于A、B 样地水平，而均匀度、线虫通路指数和线虫成熟度指数等指标则没有明显规律。两项分析均不符合毛棉杜鹃生长情况的理论预期。

进一步分析样地D 土壤线虫的群落组成，发现食细菌线虫比例异常过高，表明土壤细菌含量在某个时间内明显升高。当毛棉杜鹃死亡后，根系开始腐烂分解，细菌和真菌数量上升的同时增加了食微线虫的数量，从而导致该样地土壤线虫比例失衡，造成营养类型在数量上过度集中而导致样地土壤生态系统的退化[21]。