太原汾河濕地公園春季土壤動(dòng)物與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

(太原師范學(xué)院 生物系,山西 晉中 030619)

隨著城市建設(shè)中自然環(huán)境與人工環(huán)境和諧發(fā)展的要求,遵循生態(tài)學(xué)原則來(lái)恢復(fù)、規(guī)劃和建造城市中存在或已退化的濕地環(huán)境,是建立城市濕地公園的途徑之一[1].以往對(duì)濕地土壤動(dòng)物群落多樣性的研究多見(jiàn)于一些湖泊、河流等生態(tài)類(lèi)型[2-10],對(duì)城市景觀(guān)濕地的研究較少.城市濕地是城市重要的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施,具有眾多生態(tài)及社會(huì)服務(wù)功能[11].汾河作為太原城市的命脈,貫穿市區(qū)南北,建立在汾河河床上的濕地公園,改善和調(diào)節(jié)著城市空氣,涵養(yǎng)凈化水源.土壤動(dòng)物作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分,對(duì)于物質(zhì)的分解和養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)起著重要的作用[12].因此,開(kāi)展汾河濕地公園土壤動(dòng)物的調(diào)查研究,了解汾河濕地公園土壤動(dòng)物分布以及與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系,對(duì)今后汾河濕地公園的管理和維護(hù)有一定的參考意義.

1 自然概況與研究方法

1.1 自然概況

太原汾河濕地公園是以“自然、生態(tài)、野趣”為主題的城市公園.南起勝利橋北1號(hào)橡膠壩,北至森林公園西門(mén)北側(cè)500 m,全長(zhǎng)2 400 m,寬近500 m,建設(shè)面積120萬(wàn)m2,其中水域面積60萬(wàn)m2,綠地面積50萬(wàn)m2[13].于2005 年10 月開(kāi)工建設(shè),2007 年10 月竣工.兩岸壩堰為濱河?xùn)|、西路.汾河濕地公園借行洪主河道蓄水,水中保留了大小若干自然小島,堤岸完全用 “土”堆砌,十分自然.汾河濕地公園的土壤為沖積河沙土,貧瘠,滲透性強(qiáng),保水能力差.

河岸兩邊有自然生長(zhǎng)的木本植物和栽植的觀(guān)賞性喬木、灌木;水生植物群落有蘆葦群落、香蒲群落、紅蓼與銳齒酸模群落;水體邊及邊坡保留了原來(lái)的野生植物.

1.2 樣地選擇

根據(jù)汾河濕地公園實(shí)際狀況,在太原汾河濕地公園的東面和西面各選取3個(gè)典型樣地,汾河濕地公園東岸分別為A，B，C三個(gè)樣地;汾河濕地西岸為D，E和F三個(gè)樣地進(jìn)行調(diào)查.

樣地A離勝利橋東約430 m,植株且平均高度為0.13 m,游人多在次垂釣和挖野菜;樣地B距離勝利橋東700 m,樣地接近蘆葦種植地,落葉層較厚;樣地C的距離勝利橋東1 250 m,樣地主要為人造草坪,人流量相對(duì)較少.

汾河濕地公園西岸樣地D距離勝利橋東550 m左右,岸邊植物主要為觀(guān)賞性灌木和野生草本植物,該樣地岸邊坡度較大.樣地E距離勝利橋東700 m,地面為人造草坪,主要為觀(guān)賞性植物.樣地F位于汾河西岸最北端的“野趣園”景點(diǎn),距離勝利橋東1 300 m,植物主要是野生草本植物,地勢(shì)平坦,視野開(kāi)闊,游人常在此放風(fēng)箏.

1.3 采樣方法

調(diào)查取樣的時(shí)間是2017年3-6月,在汾河濕地公園選取的6個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)各選取3個(gè)樣方,兩次采集土壤樣方共36個(gè).根據(jù)公園現(xiàn)狀,在不破壞公園植被情況下,每個(gè)樣方分2個(gè)土壤層次即0～5 cm和5～10 cm.大型土壤動(dòng)物就地手撿,選取采樣面積50 cm×50 cm,10%甲醛固定.中小型動(dòng)物用100 cm3的土壤環(huán)刀法取土樣,帶回實(shí)驗(yàn)室分別用Tullgren 法進(jìn)行分離提取其中土壤動(dòng)物.在體視解剖鏡和顯微鏡下觀(guān)察,參照尹文英等[14]《土壤動(dòng)物檢索圖鑒》對(duì)土壤動(dòng)物進(jìn)行鑒定統(tǒng)計(jì).幼蟲(chóng)和成蟲(chóng)因食性不同分開(kāi)統(tǒng)計(jì).

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和土壤樣品測(cè)定

土壤動(dòng)物按照Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H=-ΣPilnPi、均勻度指數(shù)E=H/lnS、Simpson優(yōu)勢(shì)集中性指標(biāo)C=Σ(Pi)2等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[15].其中Pi表示第i種的個(gè)體比例;S表示種類(lèi)數(shù).

土壤理化指標(biāo)選取有機(jī)質(zhì)、pH值及含水率這3項(xiàng).采用魯如坤[16]對(duì)土壤理化性質(zhì)的測(cè)定方法,土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測(cè)定;土壤pH值的測(cè)定采用混合指示劑比色法測(cè)定;土壤含水率的測(cè)定采用烘箱烘干法.

數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel(2010版) 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,采用SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA),比較分析各項(xiàng)土壤理化性質(zhì)及各指數(shù)的差異性.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤動(dòng)物群落特征

2.1.1 群落組成

汾河濕地公園6個(gè)樣地共捕獲土壤動(dòng)物697只,隸屬于4門(mén)7綱32類(lèi).其中線(xiàn)蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)小桿目、節(jié)肢動(dòng)物門(mén)昆蟲(chóng)綱膜翅目(蟻科)和彈尾目為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群,占個(gè)體總數(shù)的56.10%,常見(jiàn)類(lèi)群14 類(lèi),占個(gè)體總數(shù)的 36.42%;稀有類(lèi)群15類(lèi),僅占個(gè)體總數(shù)的7.48%.優(yōu)勢(shì)類(lèi)群和常見(jiàn)類(lèi)群占土壤動(dòng)物總數(shù)的92.52%,二者構(gòu)成汾河濕地公園土壤動(dòng)物群落的主體.汾河濕地公園土壤動(dòng)物四大類(lèi)群中,節(jié)肢動(dòng)物占總數(shù)的52.38%,軟體動(dòng)物門(mén)占總數(shù)的14.63%,無(wú)論從個(gè)體數(shù)量還是生物量上二者占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì).喜濕環(huán)境的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群線(xiàn)蟲(chóng)、彈尾目和生物量較大的常見(jiàn)類(lèi)群柄眼目構(gòu)成太原汾河濕地公園土壤動(dòng)物的主要類(lèi)群.

汾河濕地公園東岸3個(gè)樣地,土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)與個(gè)體數(shù),樣地B(13 類(lèi),153 只)>樣地A(12 類(lèi),95 只)>樣地C(9類(lèi),50 只);汾河濕地公園西岸3個(gè)樣地的土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)與個(gè)體數(shù),樣地F(17類(lèi),172只)>樣地D(15類(lèi),139只)>樣地E(12類(lèi),88只)見(jiàn)表1.

比較汾河濕地公園東、西兩岸的土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量,東岸土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)為298只,占到總數(shù)的42.75%,河西岸的土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)為399只,占到總數(shù)的57.25%,太原濕地公園西岸土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)比河?xùn)|岸的土壤動(dòng)物類(lèi)個(gè)體數(shù)多出14.50%;對(duì)于土壤動(dòng)物的類(lèi)群數(shù),河?xùn)|岸的土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)為26種;河西岸土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)為29種.采用單因素方差分析 (One-Way ANOVA)方差分析,比較汾河?xùn)|、西兩岸土壤動(dòng)物的類(lèi)群數(shù)和個(gè)體數(shù)(F=0.531 1,P>0.5),表明汾河?xùn)|、西兩岸土壤動(dòng)物的土壤動(dòng)物類(lèi)群和個(gè)體數(shù)量分布差異不顯著.

表1 汾河濕地公園不同生境土壤動(dòng)物類(lèi)群和數(shù)量

注+++:優(yōu)勢(shì)類(lèi)群(>10%);++:常見(jiàn)類(lèi)群(1%～10%);+:稀有類(lèi)群(<1%)

2.1.2 功能分類(lèi)

依據(jù)土壤動(dòng)物的主要食性差異,分為腐食性、捕食性和植食性功能群.汾河濕地公園土壤動(dòng)物屬于腐食性功能群的有小桿目、正蚓目、柄眼目、等足目、蜱螨目、彈尾目、雙尾目、鞘翅目的水龜甲科、葬甲科、雙翅目幼蟲(chóng),個(gè)體數(shù)量占總數(shù)74.52%;屬于植食性功能群的有直翅目、鞘翅目象甲科、負(fù)泥蟲(chóng)科、葉甲科、鞘翅目幼蟲(chóng)、膜翅目蟻科,個(gè)體數(shù)量占總數(shù)18.88%.屬于捕食性功能群的有蜘蛛目、蜈蚣目、鞘翅目的虎甲科、步甲科、隱翅蟲(chóng)科,個(gè)體數(shù)量占總數(shù)6.60%;結(jié)果顯示,汾河濕地公園土壤動(dòng)物以腐食性為主.三大功能類(lèi)群的比例關(guān)系是腐食性土壤動(dòng)物>植食性土壤動(dòng)物>捕食性土壤動(dòng)物.土壤動(dòng)物不同功能類(lèi)群間的比例關(guān)系可能與生境中可獲得的食物種類(lèi)、數(shù)量及難易程度,土壤環(huán)境的差異及土壤動(dòng)物對(duì)土壤環(huán)境脅迫的耐受程度有關(guān).

2.2 土壤動(dòng)物群落多樣性

采用香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、皮洛均勻度指數(shù)(E)和辛普森優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(C)對(duì)太原汾河濕地公園土壤動(dòng)物群落多樣性分析,見(jiàn)表2.結(jié)果表明:多樣性指數(shù)(H′)為汾河濕地公園西岸>東岸;均勻度指數(shù)(E)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(C)二者是汾河濕地公園東岸>西岸,表明汾河濕地公園西岸的土壤動(dòng)物種類(lèi)較東岸豐富,但東岸土壤動(dòng)物的分布水平較均勻,且優(yōu)勢(shì)類(lèi)群也較西岸集中.由于東岸尤其樣地B土壤凋落物層較厚,土壤濕度大,為喜濕的土壤動(dòng)物和其它小型動(dòng)物提供了很好的隱藏空間,從而形成了較高的優(yōu)勢(shì)度,土壤的空間異質(zhì)性,為某些土壤動(dòng)物提供了較為適宜的生活場(chǎng)所,提高了土壤動(dòng)物群落分布的均勻性.研究表明,凡是受人類(lèi)活動(dòng)干擾較小的生態(tài)系統(tǒng),土壤動(dòng)物群落多樣性指數(shù)H’值和均勻度E’均較高,優(yōu)勢(shì)度指數(shù)C’值較低;汾河濕地公園東岸游人較多,尤其是節(jié)假日,可能是導(dǎo)致某些抗干擾類(lèi)群數(shù)量增多的原因之一.

表2 汾河濕地公園土壤動(dòng)物的多樣性指標(biāo)

2.3 土壤動(dòng)物和土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與其棲息的土壤環(huán)境密切相關(guān).反映土壤質(zhì)量的理化指標(biāo)很多,這里采用土壤含水量、土壤pH 值及土壤有機(jī)質(zhì)含量3 個(gè)指標(biāo)來(lái)分析汾河濕地不同土壤環(huán)境與土壤動(dòng)物的關(guān)系.

表3 汾河濕地公園土壤理化性質(zhì)與土壤動(dòng)物數(shù)量和類(lèi)群數(shù)

*中性pH 6.5～7.5;*堿性pH 7.5～8.5

從表3可以看出,土壤有機(jī)質(zhì)在6個(gè)不同樣地中,樣地B(37.25%)、F(36.62%)、E(28.85%)有機(jī)質(zhì)含量較高.結(jié)果顯示,在一定范圍內(nèi),土壤有機(jī)質(zhì)含量越多,土壤動(dòng)物類(lèi)群和個(gè)體數(shù)越多.采樣期間,3個(gè)樣地的枯枝落葉相對(duì)較多,特別是樣地B為蘆葦種植區(qū),土壤中的腐殖層較厚,有較多食腐的種類(lèi)如柄眼目、小桿目和彈尾目的種類(lèi).樣地E有分布有較多的螞蟻和等足目種類(lèi).樣地F的草本植物豐富,其中活動(dòng)的主要是螞蟻和捕食的蜘蛛.

適當(dāng)?shù)耐寥纏H值有利于動(dòng)、植物及微生物的生長(zhǎng)與繁殖.由表3可以看出,太原濕地公園土壤為中性或堿性,不同樣地的土壤pH值比較接近,6個(gè)樣地土壤pH值的變化與土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)的變化規(guī)律不明顯.

土壤水分是氧的載體,當(dāng)水分充足時(shí),利于在高濕條件下呼吸的土壤動(dòng)物如線(xiàn)蟲(chóng)綱、彈尾目和蜱螨目等的生存.樣地B為水生植物蘆葦?shù)姆N植區(qū),土壤含水率(38.28%)較高,大型喜濕的軟體動(dòng)物柄眼目、隱翅蟲(chóng)科,小型線(xiàn)蟲(chóng)在樣地B分布較多.樣地F含水量(30.61%)也較高,樣地中的土壤動(dòng)物與其它樣地相比,無(wú)論在個(gè)體數(shù)量和類(lèi)群數(shù)上占優(yōu),同樣喜濕的土壤動(dòng)物分布較廣.

通過(guò)研究土壤類(lèi)群數(shù)和個(gè)體數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性,見(jiàn)表4. 土壤類(lèi)群數(shù)和個(gè)體數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量和土壤含水率的正相關(guān),與pH值的相關(guān)系數(shù)(r=-0.529 7)為負(fù)值,且與土壤有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)程度(r=0.738 7)最大.

表4 汾河濕地公園不同生境土壤動(dòng)物與環(huán)境要素的相關(guān)系數(shù)(r)

3 結(jié)論與討論

1)汾河濕地公園本次采集共捕獲土壤動(dòng)物697只,隸屬于4門(mén)7綱32類(lèi).其中優(yōu)勢(shì)類(lèi)群3類(lèi),常見(jiàn)類(lèi)群14類(lèi),稀有類(lèi)群15類(lèi),種類(lèi)組成豐富.土壤動(dòng)物群落組成以線(xiàn)蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)(31.56%)及節(jié)肢動(dòng)物門(mén)(51.07%)為主,與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)較為相似;同時(shí),濕地生態(tài)系統(tǒng)有柄眼目等腹足綱動(dòng)物,與水生生態(tài)系統(tǒng)底棲動(dòng)物物種組成相似.濕地土壤動(dòng)物物種陸生、水生兼?zhèn)湫?體現(xiàn)了濕地生態(tài)系統(tǒng)水陸交互性和過(guò)渡性特征[1].

2)汾河濕地公園東、西兩岸土壤動(dòng)物的種類(lèi)和數(shù)量都有一定的差異,西岸的物種類(lèi)群結(jié)構(gòu)組成豐富,可能與濕地公園的植被類(lèi)型、土壤中有機(jī)質(zhì)含量及含水量腐殖質(zhì)等因素有關(guān);汾河濕地公園東岸的土壤動(dòng)物的類(lèi)群及數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)度集中,優(yōu)勢(shì)種突出,可能與特定的環(huán)境以及受游人群踩踏的影響較大,干擾程度較為顯著而致.

3)此次調(diào)查汾河濕地公園土壤動(dòng)物的時(shí)間有限,所調(diào)查數(shù)據(jù)不能完全代表汾河濕地公園土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù),有待于今后進(jìn)一步深入研究.