廣西喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落多樣性及季節(jié)動態(tài)

史沉魚 李曉東 覃國樂 韋仕珍 張翔 容萬韜 羅豐 覃杏芬

摘要：【目的】對廣西喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落多樣性進(jìn)行調(diào)查，了解其多樣性特征及季節(jié)動態(tài)規(guī)律，為指導(dǎo)喀斯特地區(qū)開展甘蔗科學(xué)種植和充分發(fā)揮喀斯特土地潛力提供基礎(chǔ)資料?！痉椒ā?012年3月～2013年2月采用手撿法、干漏斗法和濕漏斗法逐月12次對廣西喀斯特地貌下甘蔗園土壤動物群落多樣性進(jìn)行調(diào)查。【結(jié)果】全年捕獲土壤動物5090只，隸屬于3門10綱20目23類，其中，優(yōu)勢類群為彈尾目（53.08%）、蜱螨目（18.84%）和泄管綱（15.99%），常見類群為雙尾目（2.24%）、膜翅目（1.93%）、雙翅目幼蟲（1.69%）、顫蚓目（1.59%）和蜘蛛目（1.12%）。甘蔗園土壤動物類群數(shù)季節(jié)動態(tài)為：秋季>冬季>春季>夏季，個(gè)體數(shù)季節(jié)動態(tài)為：秋季>夏季>春季>冬季，多樣性季節(jié)動態(tài)為：秋季>春季>夏季>冬季?！窘Y(jié)論】廣西喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落優(yōu)勢類群為彈尾目、蜱螨目和泄管綱3類，常見類群和稀有類群多度較低，群落多樣性的季節(jié)變化受自然環(huán)境變化和人類耕作活動的雙重影響，具有自身的特點(diǎn)和規(guī)律。

關(guān)鍵詞： 土壤動物；甘蔗園；多樣性；季節(jié)動態(tài)；喀斯特地區(qū)；廣西

中圖分類號： S154.5；Q958.15 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）06-0941-06

0 引言

【研究意義】土壤動物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中起分解有機(jī)質(zhì)、改變土壤理化性質(zhì)、保持土壤持水性和通透性、熟化土壤、促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)和樹木、花草、果蔬、作物等正常生長和豐產(chǎn)的重要作用，同時(shí)能反映生境的優(yōu)越程度及人類活動的影響（Pankhurst et al.， 1995； Lobry， 1997； Nombela et al.， 1999；蔣海東等，2006）?？λ固氐貐^(qū)土壤肥力低下，土地利用方式不當(dāng)易導(dǎo)致土壤質(zhì)量發(fā)生變異，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致喀斯特石漠化現(xiàn)象。甘蔗作為廣西喀斯特地區(qū)主要經(jīng)濟(jì)作物之一，其耕種土壤的持續(xù)健康是該產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障（譚宏偉等，2003；劉方等，2005；李新愛等，2006；楊艷芳等，2009；楊珊等， 2010；徐廣平等，2014）。因此，開展喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物研究，可為科學(xué)評價(jià)喀斯特甘蔗園生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量及維護(hù)土壤健康提供理論基礎(chǔ)，對促進(jìn)廣西蔗糖產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】自20世紀(jì)50～60年代國內(nèi)外開展農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤動物研究以來，相繼開展了針對玉米地、菜地、麥田、稻田、茶園、桃園、棗林等不同農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤動物的研究（劉長海等，2011；宋理洪等，2011； Maria et al.，2012；肖玖金等，2013；范換等，2014），逐步掌握了不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤動物多樣性的特征和規(guī)律，并認(rèn)為土壤動物可作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤污染監(jiān)測和土壤質(zhì)量評價(jià)的重要指示生物。但有關(guān)甘蔗園土壤動物群落研究，國內(nèi)僅胡理樂等（2013）報(bào)道廣西武鳴縣甘蔗園7月的土壤動物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，認(rèn)為在甘蔗種植地，土壤動物的數(shù)量、多樣性、生物學(xué)質(zhì)量均出現(xiàn)顯著下降?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】廣西是我國最大的蔗糖產(chǎn)區(qū)，糖料蔗種植面積和產(chǎn)糖量均占全國的60%以上，廣西甘蔗在土壤瘦薄的喀斯特地區(qū)廣泛種植，但目前關(guān)于喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落多樣性和季節(jié)動態(tài)研究尚未見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用手撿法、干漏斗法（Tullgren）和濕漏斗法（Baermann），通過全年逐月調(diào)查，掌握廣西喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落結(jié)構(gòu)及多樣性，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析和甘蔗園耕作實(shí)踐了解甘蔗園土壤動物群落多樣性的季節(jié)動態(tài)，為指導(dǎo)喀斯特地區(qū)開展甘蔗科學(xué)種植和充分發(fā)揮喀斯特土地潛力提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1. 1 研究地概況

研究地點(diǎn)位于廣西重要蔗糖產(chǎn)業(yè)基地宜州市境內(nèi)。該市位于廣西偏西北部，北回歸線略偏北，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均日照時(shí)數(shù)1696.9 h，平均氣溫19.6～22.0 ℃，年均降雨量1300～1325 mm，年無霜期323 d。境內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育充分，土壤多由石灰?guī)r、砂巖、泥礫巖發(fā)育形成，土層薄，礫石含量高。蔗田土壤酸化明顯，有機(jī)質(zhì)、氮、鉀、硼、錳含量偏低，肥力總體上以中低產(chǎn)田為主（楊艷芳等，2009；孫昕等，2010）。

1. 2 采樣點(diǎn)與樣品采集

在宜州市境內(nèi)自西向東分別設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)：（A）懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)葉茂電站附近；（B）慶遠(yuǎn)鎮(zhèn)馬安村；（C）劉三姐鄉(xiāng)馬山塘村；（D）洛東鄉(xiāng)洛東水電站附近。2012年3月～

2013年2月，逐月對4個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行12次土壤動物采集。每個(gè)樣點(diǎn)設(shè)置一個(gè)50 cm×50 cm的樣方，每個(gè)樣方依上而下分4層（0～5、5～10、10～15和15～20 cm），先用手撿法分層采集大型土壤動物，并用75%酒精保存，帶回實(shí)驗(yàn)室；然后再用100 mL的取土器依上述4層各取4份土樣（全年共計(jì)768份土樣），其中3份用干漏斗法分離干生中小型土壤動物，1份使用濕漏斗法分離濕生土壤動物，均回收到75%酒精保存。

1. 3 土壤動物鑒定

在雙筒顯微鏡（OLYMPUS SZX16）下依據(jù)《中國土壤動物檢索圖鑒》（尹文英，1998）、《昆蟲分類學(xué)》（鄭樂怡和歸鴻，1999）、《中國土壤動物》（尹文英，2000）等專著對所采集的土壤動物進(jìn)行鑒定并分類統(tǒng)計(jì)。

1. 4 統(tǒng)計(jì)分析

依據(jù)類群個(gè)體數(shù)量占捕獲總數(shù)量的10.0%以上為優(yōu)勢類群、1.0%～10.0%為常見類群、低于1.0%為稀有類群的標(biāo)準(zhǔn)對所采集的土壤動物進(jìn)行多度劃分。結(jié)合以下多樣性分析計(jì)算公式進(jìn)行多樣性分析。

Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H）：H=-■pilnpi

Pielou均勻度指數(shù)（E）：E=H/lnS

Richness豐富度指數(shù)（D）：D=lnS/lnN

Berger-Parker優(yōu)勢度指數(shù)（I）：I =Nmax/N

Simpson優(yōu)勢集中性指數(shù)（C）：C=■（ni /N）2

式中，Pi=ni /N，ni為該群落內(nèi)第i個(gè)類群的個(gè)體數(shù)， N為群落內(nèi)所有類群的個(gè)體總數(shù)，S為群落內(nèi)類群數(shù)； Nmax為群落內(nèi)優(yōu)勢類群個(gè)體數(shù)。

密度—類群指數(shù)（DG）：DG=（g/G）■（DiCi /DimaxC）

式中，C為所研究的群落數(shù)，Ci為第i個(gè)類群在C個(gè)群落中出現(xiàn)的次數(shù)，Di為第i類群個(gè)體數(shù)， Dimax為第i類群在C個(gè)群落中出現(xiàn)的個(gè)體數(shù)最大值，g為群落中的類群數(shù)，G為各群落所包含的總類群數(shù)。

相關(guān)計(jì)算分別在Microsoft Office 2007和BIO-DAP中完成。

2 結(jié)果與分析

2. 1 土壤動物群落組成

通過12個(gè)月的調(diào)查，共捕獲土壤動物5090只，隸屬于3門10綱20目23類（表1）。其中，優(yōu)勢類群由彈尾目Collembola（53.08%）、蜱螨目Acarina（18.84%）和泄管綱Secernentea（15.99%）3類組成，占總個(gè)體數(shù)的87.91%；常見類群由雙尾目Diplura、膜翅目Hymenoptera、雙翅目幼蟲Diptera（larva）、顫蚓目Tubificida和蜘蛛目Araneae等5類組成，占總個(gè)體數(shù)的8.57%；其余15類為稀有類群，占總個(gè)體數(shù)的3.53%。常見類群和稀有類群的類群數(shù)占總類群數(shù)的86.96%，但兩者個(gè)體數(shù)僅占總個(gè)體數(shù)的12.09%，說明喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落的異質(zhì)性強(qiáng)。

2. 2 喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落組成的季節(jié)動態(tài)

由表1可以看出，組成喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落的類群數(shù)和個(gè)體數(shù)隨月份更替呈一定變化規(guī)律。類群數(shù)的變化為：11月>10月=1月>3月=5月=6月=9月>12月>2月=7月=8月>4月；個(gè)體數(shù)的變化為：6月>9月>3月>11月>5月>10月>8月>4月>7月>1月>2月>12月。其中，彈尾目、蜱螨目、泄管綱、雙尾綱和雙翅目幼蟲每月均有出現(xiàn)，且彈尾目、蜱螨目和泄管綱在每個(gè)季節(jié)中均為優(yōu)勢類群，但其多度的季節(jié)動態(tài)有差別，表現(xiàn)為：彈尾目（夏季>秋季>春季>冬季），蜱螨目（冬季>秋季>春季>夏季），泄管綱（春季>秋季>夏季>冬季），說明土壤動物的群落組成隨著四季變化而變化。除受四季更替過程中諸多自然環(huán)境因子的影響，對于受人類耕作活動影響的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，甘蔗園土壤動物群落也會受到耕作活動的影響。如3月下旬當(dāng)?shù)卣徂r(nóng)對甘蔗噴灑福戈等農(nóng)藥進(jìn)行防蟲，4月土壤動物個(gè)體數(shù)和類群數(shù)較3月有所下降；當(dāng)年6月，第2代甘蔗螟蟲危害嚴(yán)重，蔗農(nóng)采取化學(xué)滅蟲， 7月土壤動物個(gè)體數(shù)和類群數(shù)較6月明顯下降。

依據(jù)各季節(jié)組成月份土壤動物類群數(shù)和個(gè)體數(shù)的平均值，組成甘蔗園土壤動物群落的類群數(shù)季節(jié)動態(tài)為：秋季>冬季>春季>夏季，個(gè)體數(shù)季節(jié)動態(tài)為：秋季>夏季>春季>冬季。

2. 3 喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物多樣性的季節(jié)動態(tài)

對甘蔗園不同月份的土壤動物群落采用不同的多樣性指標(biāo)進(jìn)行測度，結(jié)果（表2）顯示，各指標(biāo)隨著月份更替有一定的變化規(guī)律。依據(jù)各季節(jié)組成月份土壤動物群落各多樣性指標(biāo)的平均值，其多樣性指數(shù)（H）的季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)為：冬季>春季>秋季>夏季；均勻度指數(shù)（E）的季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)為：冬季>春季>秋季>夏季；豐富度指數(shù)（D）的季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)為：冬季>秋季>春季>夏季；優(yōu)勢度指數(shù)（I）的季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)為：夏季>秋季>春季>冬季；優(yōu)勢集中性指數(shù)（C）的季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)為：夏季>秋季>春季>冬季；密度—類群指數(shù)（DG）的季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)為：秋季>春季>夏季>冬季。由以上動態(tài)和各指標(biāo)公式間的關(guān)系可以看出，多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)呈正相關(guān)，冬季和春季的均勻度指數(shù)均較高，是因?yàn)樵搩杉驹路蓍g土壤動物在類群數(shù)變化不明顯的情況下個(gè)體數(shù)的差別較小。均勻度與優(yōu)勢度呈負(fù)相關(guān)，所以具有較低均勻度指數(shù)的夏季具有最高的優(yōu)勢度指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)，其主要是彈尾目的數(shù)量在夏季特別是6月出現(xiàn)較多。類群數(shù)和個(gè)體數(shù)是影響多樣性的重要因素，由上述動態(tài)也可看出多樣性指數(shù)與密度—類群指數(shù)的季節(jié)動態(tài)有較大差異。雖然冬季土壤動物的個(gè)體數(shù)最少，但其均勻度指數(shù)在四季中最高，所以其多樣性指數(shù)值最大。秋季的類群數(shù)和個(gè)體數(shù)均最高，但其多樣性指數(shù)并非最大，而是密度—類群指數(shù)值最大。

3 討論

通過12個(gè)月的逐月調(diào)查，獲得宜州市喀斯特地貌下甘蔗園土壤動物共5090只，隸屬于3門10綱20目23類，與胡理樂等（2013）2012年7月在廣西武鳴縣石灰?guī)r地區(qū)獲得的甘蔗園土壤動物群落組成相比，其類群數(shù)明顯較多，優(yōu)勢類群除線蚓外，均為彈尾目、蜱螨目和線蟲動物門，但就兩地7月而言，土壤動物群落的組成較相似，據(jù)此認(rèn)為本次在宜州市范圍內(nèi)對甘蔗園土壤動物的調(diào)查結(jié)果可初步反映廣西喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落的組成結(jié)構(gòu)。

對不同月份甘蔗園土壤動物群落的特征指數(shù)分析表明，其類群組成、個(gè)體數(shù)量、多樣性均隨季節(jié)更替而變化。甘蔗園土壤動物群落的類群數(shù)季節(jié)變化為：秋季>冬季>春季>夏季，個(gè)體數(shù)季節(jié)動態(tài)為：秋季>夏季>春季>冬季，與同處于喀斯特地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的廣西木論國家級自然保護(hù)區(qū)單性木蘭林區(qū)土壤動物群落類群數(shù)和個(gè)體數(shù)的季節(jié)動態(tài)一致（李曉東等，2015），但與同處于亞熱帶的浙江天童栲樹林土壤動物群落類群數(shù)的季節(jié)動態(tài)（春季>冬季>秋季>夏季）不一致（易蘭和由文輝，2006），說明喀斯特地區(qū)土壤動物在類群組成上有其自身的特點(diǎn)。同時(shí)，甘蔗園土壤動物群落的類群數(shù)和個(gè)體數(shù)遠(yuǎn)不及單性木蘭林區(qū)高（李曉東等，2015），說明同一地區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)土壤動物群落具有一定的差異。

本研究中，多樣性指數(shù)與密度—類群指數(shù)間存在一定的差異。廖崇惠和李健雄（2009）認(rèn)為土壤動物群落客觀上不存在均勻的數(shù)量分布， 均勻度不宜作為多樣性的重要指標(biāo)。密度—類群指數(shù)雖然沒有直接包含許多信息，但在廣泛情況下經(jīng)得起檢驗(yàn)，因而具有重要的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，甘蔗園各季節(jié)土壤動物群落是全年群落的一部分，因此密度—類群指數(shù)較多樣性指數(shù)能更好地評估甘蔗園土壤動物群落的多樣性。本研究中喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物密度—類群指數(shù)的季節(jié)動態(tài)為：秋季>春季>夏季>冬季，與廣西木論單性木蘭林區(qū)和浙江天童栲樹林的密度—類群指數(shù)的季節(jié)動態(tài)（秋季>春季>冬季>夏季）在冬、夏兩季上的表現(xiàn)不同（易蘭和由文輝，2006；李曉東等，2015）。雖然本次調(diào)查的喀斯特地區(qū)甘蔗園與廣西木論單性木蘭林區(qū)和浙江天童栲樹林均處于中亞熱帶，但后兩種屬森林生態(tài)系統(tǒng)，而甘蔗園屬農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，土壤動物群落必然在人類對甘蔗園管理的過程中受到影響。已有研究表明，農(nóng)田大量施用化肥會抑制土壤動物生長，增施有機(jī)肥則增加土壤動物的個(gè)體數(shù)量和多樣性，噴施農(nóng)藥和農(nóng)藥污染可導(dǎo)致土壤動物多樣性下降（宋理洪等，2011），焚燒秸稈亦可導(dǎo)致土壤動物多樣性下降（解愛華和付榮恕，2006）。結(jié)合宜州甘蔗園2012年6月蟲害嚴(yán)重，同時(shí)該月土壤動物數(shù)量最高，蔗農(nóng)化學(xué)防蟲后，7月土壤動物數(shù)量急劇下降，以及12月甘蔗砍收后進(jìn)行蔗梢、蔗葉焚燒，翌年2月進(jìn)行覆膜施肥與此兩月土壤動物數(shù)量較低相對應(yīng)，說明甘蔗園土壤動物多樣性受到人類耕作活動的影響。因此，喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物多樣性的季節(jié)動態(tài)應(yīng)是自然環(huán)境和耕作活動雙重影響的結(jié)果。

4 結(jié)論

廣西喀斯特地區(qū)甘蔗園土壤動物群落的優(yōu)勢類群由彈尾目、蜱螨目和泄管綱3類組成，常見類群和稀有類群多度較低，全年群落類群數(shù)和個(gè)體數(shù)遠(yuǎn)不及同地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)豐富，同時(shí)群落個(gè)體數(shù)、類群數(shù)和多樣性隨著季節(jié)更替而變化，其變化規(guī)律受自然環(huán)境和人類耕作活動的雙重影響，具有自身的特點(diǎn)和規(guī)律。

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（責(zé)任編輯 麻小燕）