不同品种牧草对大渡河干旱河谷地区土壤动物群落的影响

2022-08-15张艳李佳宋思梦

农业与技术 2022年15期

张艳李佳宋思梦

(四川民族学院横断山区生态修复与特色产业培育研究中心/川藏滇青林草抚育和利用研究中心，四川康定 626001)

甘孜州位于我国西南部、青藏高原东南部，占据了中国牧区的很大一部分，也是我国在四川省内发展高原畜牧业的重要基地，是西部地区生态环境保护与建设的根本[1]。然而近年来，受人类活动和气候变化的共同影响，甘孜州草原生态功能下降，草原生态系统退化严重。为改善生态环境并且基于甘孜州的生态条件，选择的草种应该极耐干旱、耐高温、耐贫瘠，具有根系发达、有一定土壤改良效果的特点，且以可供畜牧业青饲料、青贮饲料、颗粒加工饲料等用途的牧草最佳[2]，如巨菌草(Pennisetum giganteum)、绿洲一号(Oasis No.1)、高冰草(Agropyron elongatum)等，巨菌草种植过程较简便并且生态、经济效益显著。绿洲一号是一种能改善盐碱地，使盐碱土壤自身的土壤肥力得到有效恢复的菌草[3]，有较高的生态和经济价值。高冰草适应能力强，产量高，经济效益显著[4]。

土壤生物群落包括土壤微生物与土壤微型动物，土壤动物是生态系统中不可缺少的一部分，与土壤环境因素密切相关，土壤动物还能促进凋落物和有机质分解，提高了生态系统中物质循环的速度，改变土壤结构等，在平衡生态系统结构与功能和生态服务功能等方面起着至关重要的作用[5]。目前，国内研究主要集中于不同生境之间[6]、不同耕作模式之间[7]、不同植被类型间[8]土壤动物的差异性，对于甘孜州干旱河谷地区以及牧草的研究较少，为了解甘孜州干旱河谷地区不同牧草间土壤动物差异，以四川民族学院黑日村试验地巨菌草、高冰草、绿洲一号为材料，研究3种牧草之间土壤动物数量、生态指数等的差异。

土壤动物是土壤中不可缺少的部分，是参考土壤环境状况的一个重要因素，其变化也和生态系统中的各种变化分不开[9]。甘孜州是我国西部地区生态环境保护与建设的重要基地。近年来，受到多方面因素的影响，导致甘孜州生态功能下降。本试实验对3种不同牧草根际土壤中土壤动物进行实验，旨在了解不同牧草根际土壤中土壤动物组成，并根据土壤动物的生态指数，为甘孜州的生态恢复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘孜州地处四川省西部川西高原(E97°22′～102°29′，N27°58′～34°20′)，位于青藏高原向四川盆地过渡的地带，是我国第2大藏区。根据纬度来划分，甘孜州属于亚热带地区，但由于甘孜州特殊的地形，形成了典型的高原大陆型气候，干、雨两季分明[10]。川西高原冬季寒冷，夏季凉爽，在冬季时气温相比于同纬度的低海拔区低8～10℃；夏季比较温凉，气温一般在8～18℃，年降水量为600～800mm[11]，甘孜州境内有多条河流，如金沙江、大渡河等。

1.2 样地设置

本试验在四川民族学院黑日村试验地进行。选取高冰草、绿洲一号、巨菌草3种牧草根际土作为研究对象。每种牧草选择3个样方，大小为1m×1.5m。在每块样地的对角线上进行3点取样法。每处理3个重复。

1.3 土壤样品采集和土壤生物分离及鉴定

每个样地选取3个取样点，在每个取样点内分别取0～10cm的根际土作为复合样，装进土壤动物收集袋内，带回实验室进一步分类鉴定。本试验主要采用干漏斗分类法，将土样倒入口径为10cm的筛网中，下接装有浓度为75%酒精的培养皿，收集的所有土壤动物在实验室解刨镜下进行鉴定计数，分类鉴定主要参照《中国土壤动物检索图鉴》。

1.4 土壤理化性质分析

土壤含水率的测定采用烘干法：将土壤样品在分析天平上称重记数后放入烘箱内，烘干至恒重，取出于干燥箱再次称重；土壤pH的测定采用电位测定法：将土壤样品研磨后，过60目筛网后，称取20g土样加入蒸馏水20mL，搅拌后静止，使其澄清，然后将pH复合玻璃电极插入上部清液中，轻轻摇动，取最后稳定的pH值(pH玻璃电极棒测定前应先用缓冲液进行校正)。

1.5 数据分析

在科的水平上，计算土壤动物类群数。

Shannon-Wiener多样性指数计算公式：

Simpson优势度指数计算公式：

式中，pi=ni/N,ni为第i个分类单元的个体数；N为样品中所有动物的个体总数；S为类群数；pi为第i个分类单元的个体数占总数的比例[12]。

Pielou均匀度指数计算公式：

E=H/lns

式中，H为Shannon-Wiener多样性指数；S为类群数[9]。

Margalef丰富度指数计算公式：

DMG=S-1/lnN

式中，S为类群数；N为样品中所有动物的个体总数[5]。

数据统计采用Microsoft Excel 2016和SPSS 23软件，为研究不同牧草对土壤动物群落的影响，对不同品种牧草土壤动物数量、类群、多样性指数、优势度指数、均匀度指数、丰富度指数采用单因素方差分析(One-way ANOVA)进行分析。作图采用Origin 2018软件。

2 结果

2.1 土壤动物数量和群落组成

本试验中调查到的土壤动物共有137只，隶属于3门7纲15目21科。在目水平上，窄咽目和裂盾目为优势类群，分别占总数量的39%和21%；半翅目、膜翅目等7目为常见类群，共占总数目的33%；古蚖目、离爪目等6目为稀有类群，共占总数的6%；在不同的牧草品种中的优势类群均为窄咽目，见表1。

表1 土壤动物群落组成

由图1a可得，3种牧草中巨菌草中的土壤动物数量表现为巨菌草>高冰草>绿洲一号，并且巨菌草样地中的土壤动物数量显著多于高冰草样地和绿洲一号样地；土壤动物类群数在3种不同牧草之间的差异不明显，但土壤动物类群数在巨菌草样地中最高，在绿洲一号样地中最低，见图1b。

图1 不同品种牧草的土壤动物数量和土壤动物类群数(平均值±标准误)

2.2 土壤动物多样性

物种的丰富度和均匀度可以用多样性指数相关联，多样性指数的大小也反映土壤的生物多样性。目前，应用的最多的是辛普森指数(Simpson)和香农-维纳(Shannon-Wiener)多样性指数[9]。结果分析表明，3种牧草之间的多样性指数无显著差异(P>0.05)，表现为巨菌草>高冰草>绿洲一号，优势度指数则相反，表现为巨菌草<高冰草<绿洲一号。多样性指数最高的是巨菌草样地，最低是绿洲一号样地，见图2a；而优势度指数在巨菌草样地最低，绿洲一号样地最高，见图2b。

土壤动物丰富度指数反映了土壤动物在该样地的土壤动物多样性，研究表明，虽然3种牧草之间的土壤动物丰富度指数和均匀度指数均无显著差异(P>0.05)，但高冰草样地中的丰富度指数最高，巨菌草样地和绿洲一号样地的丰富度指数没有明显差异，见图2c，均匀度指数表现为巨菌草>高冰草>绿洲一号，见图2d。

图2 不同牧草品种土壤动物多样性、优势度指数、土壤动物丰富度以及均匀度指数(平均值±标准误)

2.3 土壤环境因子

由图3可知，不同牧草根际土壤pH有显著差异(P>0.05)，其中高冰草土壤pH显著高于绿州一号和巨菌草，见图3a。土壤含水率在3个样地间差异显著(P<0.05)，绿州一号样地的土壤含水率最高，其次是高冰草，巨菌草最低，见图3b。

图3 不同牧草品种中的土壤pH值、含水率(平均值±标准误)

2.4 相关性分析

由表2可知，在巨菌草样地，多样性指数随着类群数、均匀度指数的增加而增加，而优势度指数则随着多样性指数和均匀度指数的减少而增加，丰富度随着类群数增加而增大。由表3可知，高冰草样地中，个体数随着类群数、多样性指数、均匀度指数的增加而增加，但随着优势度指数的增多而减少。多样性指数随着丰富度指数的增加而增加，相反随着优势度指数的增加而减少。由表4可知，在绿洲一号样地中，多样性指数随着类群数、丰富度指数和均匀度指数的增加而增加，而优势度指数随着多样性指数、均匀度指数、丰富度指数的增加而减少。

表2 巨菌草、高冰草和绿洲一号样地相关性分析

3 讨论

土壤动物类群数、个体数和多样性指数是衡量土壤动物群落结构、功能和水平分布差异性的重要指标[5]。多样性越高的群落，群落结构就越复杂，抗压能力也越强。研究结果表明，多样性指数与类群数均为巨菌草>高冰草>绿洲一号，土壤动物数量、类群数和多样指数在巨菌草样地中最高，绿洲一号最低，见图1、图2，可见与高冰草和绿州一号相比，种植巨菌草可提高土壤动物群落的类群、数量及多样性。土壤动物是土壤中的有机活体，可用于衡量土壤肥力状况，从而被认为是土壤生态系统的重要组成部分[13,14]，土壤动物还对土壤的理化性状有一定的改善作用[15]。巨菌草属于C4植物，其太阳能转化率比阔叶植物高3～4倍，其根系复杂，具有减少表层土壤养分流失的作用，同时庞大的根系通过穿透作用以及土壤微生物的分解作用，使得种植巨菌草地区土壤养分含量产生明显增幅效果[16]。较高的土壤养分含量使得巨菌草样地土壤动物群落、数量及多样性指数最高。

在3种牧草样地中，多样性指数与优势度指数均呈现负相关，均匀度指数与优势度指数则呈负相关，这与刘姣[5]等得出相同的结论。并且在3种牧草样地中，丰富度指数与优势度指数呈现的是负相关。也有研究表明，优势度指数与丰富度指数呈现的是负相关关系，这是由于丰富度越大类群数也越多，个体就会分散到更多不同的类群中，优势度指数也会降低[17]。总体来看，在3个不同牧草品种中，优势度指数以绿洲1号样地最高，表示在绿洲1号样地中，有着较高的群落稳定性，土壤动物更为集中的分布在种群中，而巨菌草样地的优势度指数最低，表示巨菌草样地的土壤动物在种群中是较为分散的；丰富度指数在高冰草样地中明显高于其他样地，表示在高冰草样地中土壤动物类群多，多样性较高。