-
土壤动物是生态系统中分解者的重要组成部分,对土壤的形成、物质循环及能量流动具有重要意义,是土壤肥力的指标之一[1-4]。不同植被类型造成土壤理化性质的异质性[2],会导致生态系统内土壤动物多样性特征的差异[5]。雷竹Phyllostachys violascens为禾本科Poaceae竹亚科Bambusoideae刚竹属Phyllostachys竹种,原产浙西北丘陵平原地带[6],由于雷竹具出笋早、产量高、经济效益显著等特点,被各地广泛引种[7]。四川都江堰在“5·12”灾后重建过程中,为实现农业转型升级,当地政府引进并大力发展雷竹产业,实现了生态保护、农民增收和农村产业转型的目的,并带动当地旅游业的发展。相关学者对雷竹展开了广泛的研究,其研究主要集中在土壤碳库[8]、土壤微生物[9-10]、土壤养分[11-12]等,这些研究丰富了雷竹研究成果,对雷竹产业的发展具有重要意义。目前,有关雷竹的研究主要集中在原产地江浙一带,而有关雷竹异地引种后,对当地生态环境的影响却鲜有报道,因此,本研究选取农耕地和慈竹Neosinocalamus affinis林分别作为引种雷竹前的土地利用方式及乡土竹类进行研究,希望通过对比分析不同生境下的土壤动物群落特征,了解引种雷竹对当地土壤动物群落结构的影响,旨在为雷竹产业的可持续健康发展以及生物多样性保护提供科学依据。
HTML
-
试验地位于成都平原与四川盆周西缘山地接合部的丘陵地区——四川省都江堰市蒲阳镇向峨乡雷竹基地(31°05′07.91″N,103°44′18.71″E),属亚热带气候类型,海拔为759 m。据都江堰市气象局统计,区域内年平均气温为15.1 ℃,年平均降水量为1 225.4 mm,具有明显的春雨期、梅雨期和秋雨期,年平均相对湿度为81%,年平均日照时数为1 024.2 h,无霜期为269 d。样地土壤为砂岩上发育的黄壤,质地为重壤质,pH 6.5~6.8,土壤肥力中等,保肥保水性好。
都江堰向峨乡在5·12地震后,针对灾后重建和农业转型的需要,从浙江省临安市引种目前市场需求较大的雷竹,以期实现农民增收和生态环境建设的目的。该区域雷竹栽植地前期土地利用类型为农耕地,出笋期受人为采伐干扰,其他季节干扰小;慈竹为当地乡土竹类,呈散生丛状分布,轻度人为干扰,林分郁闭度高;农耕地前期农作物为玉米Zea mays,地表无凋落物。本次调查研究样地雷竹林下主要植被为喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides,荩草Arthraxon hispidus,稗草Echinochloa crusgalli,常春藤Hedera nepalensis,野艾蒿Artemisia lavandulaefolia,爵床草Justicia procumbens;慈竹林下基本无植被覆盖,主要凋落物为慈竹叶;农耕地的植被以喜旱莲子草为主。各样地详细信息见表 1。
样地类型 海拔/m坡位 坡位 坡向 样地面积/m2 竹龄/a 栽植密度/(株·hm-2) 土壤含水量/% 干扰强度 平均林高/m 胸径/cm 雷竹 759 下 东南 400 5~6 1 650 14.04 中等 8 4.5 慈竹 762 下 东南 400 >20 5 000 16.74 弱 13 6.5 农耕地 756 下 东南 400 12.20 极强 Table 1. Basic conditions of the three plots
-
本次研究调查共捕获土壤动物3 477只,隶属于3门9纲24目(表 2)。优势类群为线虫纲和线蚓科,分别占总体个数的62.26%和24.07%;常见类群为前气门亚目Prostigmata,中气门亚目Mesostigmata,等翅目Isoptera和膜翅目Hymenoptera,占总个数的10.89%;剩余甲螨亚目Oribatida,鞘翅目Coleoptera等构成稀有类群,其个体数占总个体数的2.78%。在雷竹样地中共捕获8纲23目1 816只土壤动物,平均密度3.47×105只·m-2;慈竹样地中捕获9纲24目1 263只土壤动物,平均密度9.65×104只·m-2;农耕地中捕获6纲12目398只土壤动物,平均密度4.58×104只·m-2。
类群 雷竹 慈竹 农耕地 合计 丰富度 平均密度/ (只·2) 百分比/ % 平均密度/ (只·2) 百分比/ % 平均密度/百分比/ (只.m-2) % 密度/(只.m-2) 百分比/ % 线虫纲Gematoda 238 783.78 68.75 37 518.13 38.87 28 520.57 62.32 304 822.47 62.26 +++ 线虫引科Enchytaeidae 71 301.41 20.53 30 251.55 31.34 16 297.47 35.61 117 850.43 24.07 +++ 前气门亚目Prostigmata 16 433.33 4.73 13 600.00 14.09 - - 30 033.33 6.13 ++ 中气门亚目Mesostigmata 5 700.00 1.64 4 700.00 4.87 - - 10 400.00 2.12 ++ 等翅目Isoptera 3 703.10 1.07 3 313.33 3.43 - - 7 016.43 1.43 ++ 膜翅目 Hymenoptera 3 881.97 1.12 1 774.59 1.84 220.00 0.48 5 876.56 1.20 ++ 甲螨亚目Oribatida 1 527.89 0.44 633.33 0.66 - - 2 161.22 0.44 + 鞘翅目 Coleoptera 731.96 0.21 925.33 0.96 - - 1 657.30 0.34 + 蜘蛛目Araneae 1 072.83 0.31 180.43 0.19 36.00 0.08 1 289.26 0.26 + 缨翅目 Thysanoptera 1 133.33 0.33 66.67 0.07 - - 1 200.00 0.25 + 双翅目(幼'Oiptera 266.67 0.08 252.00 0.26 339.53 0.74 858.20 0.18 + 鞘翅目(幼)Coleoptera 500.00 0.14 309.33 0.32 4.00 0.01 813.33 0.17 + 双尾目Diplura 33.33 0.01 566.67 0.59 - - 600.00 0.12 + 综合纲Symhpyla 169.77 0.05 411.53 0.43 - - 581.30 0.12 + 弹尾目 Collembola 333.33 0.10 233.33 0.24 - - 566.67 0.12 + 啮目 Psocoptera 376.86 0.11 174.67 0.18 - - 551.53 0.11 + 鱗翅目(幼)Lepidoptera 33.33 0.01 508.43 0.53 1.33 0.00 543.10 0.11 + 革翅目 Deramptera - - 362.20 0.38 176.43 0.39 538.63 0.11 + 盲蜘目Opiliones 366.67 0.11 100.00 0.10 - - 466.67 0.10 + 輩蠊目 Rlattoptera 401.33 0.12 41.33 0.04 2.67 0.01 445.33 0.09 + 等足目Isopoda 277.33 0.08 77.33 0.08 56.00 0.12 410.67 0.08 + 寡毛纲 Oligochaeta 78.67 0.02 52.00 0.05 85.33 0.19 216.00 0.04 + 唇足纲Chilopoda 169.77 0.05 - - - - 169.77 0.03 + 双翅目Diptera - - 169.77 0.18 - - 169.77 0.03 + 啮 虫 目 Corrodentia - - 133.33 0.14 - - 133.33 0.03 + 鳞翅目 Lepidoptera - - 66.67 0.07 - - 66.67 0.01 + 娱蚣目 Scolopendromorpha 21.33 0.01 20.00 0.02 12.00 0.03 53.33 0.01 + 直翅目 Orthoptera 4.00 0.00 33.33 0.03 4.00 0.01 41.33 0.01 + 倍足目Diplopoda - - 40.00 0.04 - - 40.00 0.01 + 裂盾目 Schizomida 33.33 0.01 - - - - 33.33 0.01 + 地娱蚣目 Teophilomorpha 4.00 0.00 4.00 0.00 4.00 0.01 12.00 0.00 + 石娱蚣目 Lithobiomorpha 1.33 0.00 2.67 0.00 6.67 0.01 10.67 0.00 + 半翅目Hemiptera 2.67 0.00 - - - - 2.67 0.00 + 平均密度/(只_m-2) 347 343.33 96 521.96 45 765.99 489 631.29 总类群数/个 28 30 15 33 说明:“-”表示无或未采集到,+++为优势类群,++为常见类群,+为稀有类群。 Table 2. Compositions of soil fauna community in the three plots
-
3种类型样地的土壤动物水平分布特征显示:雷竹样地土壤动物平均密度显著高于慈竹和农耕地(P<0.05),类群数高于农耕地,低于慈竹样地(P<0.05)(表 2)。方差分析结果显示:各样地间土壤动物平均密度与类群数均存在显著差异(P<0.05)。
参照尹文英[15]对土壤动物体型的划分,将本次研究调查到的土壤动物分为大型和中小型两大类。从图 1可以看出:雷竹样地大型和中小型土壤动物平均密度均显著高于慈竹和农耕地(P<0.05),而类群数高于农耕地,显著低于慈竹(P<0.05)。对大型和中小型土壤动物群落特征进行方差分析,结果显示:各样地大型土壤动物的平均密度和类群数均无显著性差异(P>0.05),中小型土壤动物的平均密度和类群数均存在显著性差异(P<0.05)。
-
不同的土壤深度,由于含水量、有机质等不同,其土壤动物群落的垂直分布也不同[20-22]。从图 2可以看出:雷竹样地中各层土壤动物的平均密度均高于慈竹和农耕地,其中,雷竹和慈竹凋落物层的平均密度差异达到显著水平(P<0.05);雷竹样地中凋落物层和0~5 cm层土壤动物的类群数低于慈竹,5 cm以下土层雷竹样地高于慈竹与农耕地,其中各样地凋落物层的类群数差异达到显著水平(P<0.05)。
3种类型样地中土壤动物的类群数均表现为土壤表层具有较高的类群数,在大于5 cm土壤深度,类群数减少速度趋于平缓;雷竹和慈竹样地中,土壤动物均集中分布在凋落物层。3种类型样地的土壤动物群落分布特征基本满足以下规律:从地表向下,随土层深度的增加,土壤动物数量和类群多样性逐渐减少,并且减少的速度越来越快。
双因素方差分析结果显示(表 3):土层分布对土壤动物的群落结构具有极显著影响(P<0.01),在土壤动物多样性方面,土层分布对密度-类群指数和Margalef丰富度指数具有极显著影响(P<0.01),Shannon-Wiener多样性指数具有显著影响(P<0.05);样地类型对土壤动物群落结构和多样性特征影响水平低于土层分布;样地类型和土层分布的交互作用仅对密度-类群指数有显著影响(P<0.05)。
项目 个体数 类群数 H' J C IDG D 样地类型 1.366 0.836 0.422 0.843 0.554 0.452 1.259 土层 22.518** 34.758** 4.429* 1.124 0.818 47.731** 10.653** 样地类型×土层 0.142 1.744 0.555 0.391 0.351 2.684* 1.188 说明: H'为Shannon-Wiener多样性指数,J为Pielou均匀度指数,C为Simpson优势度指数,IDG为密度-类群指数,D为Margalef丰富度指数。*表示存在显著相关性(P<0.05); **表示存在极显著相关性(P <0.01)。 Table 3. Two-way ANOVA of soil fauna diversity (F)
-
在3种类型的样地中,土壤动物Shannon-Wiener多样性指数表现为雷竹与慈竹、农耕地间均无显著差异(P>0.05),但慈竹与农耕地间存在显著差异(P<0.05);Pielou均匀度指数与Simpson优势度指数表现为各样地间均无显著差异(P>0.05);雷竹与慈竹样地土壤动物的密度-类群指数无显著差异(P>0.05),但雷竹、慈竹与农耕地间存在显著差异(P<0.05);3种类型样地土壤动物Margalef丰富度指数均存在显著性差异(P<0.05,表 4)。
样地类型 H' J C IDG D 雷竹 1.99±0.19ab 0.68±0.06 a 0.22±0.06 a 4.37±0.81a 2.82±0.05 b 慈竹 2.22±0.22 a 0.71±0.08 a 0.19±0.07 a 4.70±0.60 a 3.64±0.50 a 农耕地 1.75±0.05 b 0.77±0.08 a 0.25±0.05 a 0.97±0.29 b 1.84±0.37 c 说明: H'为Shannon-Wiener多样性指数,J为Pielou均匀度指数,C为Simpson优势度指数,IDG为密度-类群指数,D为Mar-galef丰富度指数。同行不同小写字母表示不同生境间差异显著(P<0.05)。 Table 4. Richness, diversity, evenness and dominance of soil fauna in the three habitats
-
不同的立地类型其生境条件不同,必然导致土壤动物的类群分布以及多样性不同,但各生境往往又表现出具有一定的相似性[23]。本研究中,采用Sorensen相似性指数,对3种生境土壤动物类群的相似性指数进行了对比。从表 5可以看出:作为竹类,雷竹与慈竹样地的土壤动物类群具有较高的相似性,且两者间土壤动物相似性指数达到了0.8,而雷竹与农耕地、慈竹与农耕地的相似性则较低。
样地类型 雷竹 慈竹 农耕地 雷竹 1 慈竹 0.814 1 农耕地 0.651 0.652 1 Table 5. Composition index of soil fauna group in the three habitats