廬山不同海拔土壤動物群落特征與土壤腐殖質(zhì)特性研究

王海燕，朱永恒

（安徽師范大學地理與旅游學院/江淮流域地表過程與區(qū)域響應(yīng)安徽省重點實驗室，安徽 蕪湖 241003）

土壤腐殖質(zhì)是土壤有機質(zhì)的主體，是環(huán)境條件的完美指標，環(huán)境條件取決于生物因素，如植被類型和土壤生物，以及非生物因素，如氣候、海拔和基巖等［1］，其結(jié)構(gòu)組成復雜，主要由胡敏酸、富里酸和存在于殘渣中的胡敏素組成，其性質(zhì)、組成和數(shù)量可以反映一定的成土條件和過程，在環(huán)境保護、土壤肥力等方面都發(fā)揮著重要作用［2，3］。海拔梯度的變化對土壤腐殖質(zhì)的組成、特性和轉(zhuǎn)化產(chǎn)生顯著的影響［4-6］。土壤動物在土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動中扮演著重要角色，通過對凋落物的啃食破碎、挖掘洞穴及排泄糞便等各種生命活動，將地上生態(tài)系統(tǒng)與地下生態(tài)系統(tǒng)緊密地聯(lián)系起來，成為一個有機的整體，對土壤腐殖質(zhì)的合成轉(zhuǎn)化、肥力保持、土壤發(fā)育演替和動植物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用［7-9］。有關(guān)土壤動物沿垂直梯度變化的研究［10，11］和腐殖質(zhì)特性［4，12］的研究報道較多，但很少有人研究不同海拔對土壤動物群落組成和土壤腐殖質(zhì)特性的影響。因此，通過研究廬山不同海拔土壤動物群落特征和土壤腐殖質(zhì)特性及其變化趨勢，為廬山土壤動物研究和環(huán)境管理提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廬山位于江西省九江市最北部，地處115°52′—116°8′E，29°26′—29°41′N，北鄰長江，東倚鄱陽湖，最高漢陽峰海拔1 474 m。垂直自然帶變化顯著，屬亞熱帶季風氣候，四季分明，年均氣溫11.4 ℃。全年平均降雨量1 929 mm［13］。低海拔主要為常綠林-紅壤，中海拔為落葉常綠混交林-山地黃棕壤，高海拔為落葉闊葉林-山地棕壤［14］。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

樣地沿海拔梯度、植被類型、土壤類型等，選取了大月山（1 290 m）、回龍路（960 m）、白鹿洞（170 m），根據(jù)研究目的和可行性原則，每種樣地下隨機布3 個樣點作為分析樣本，每個樣點間隔10～20 m（表1）。

表1 樣地概況

2.2 樣品采集及鑒定

于2019 年9 月下旬對廬山低、中、高海拔樣地進行取樣，每個樣地設(shè)置3 個重復。大型土壤動物樣方為30 cm×30 cm，采用手檢法收集0～5 cm土層中的土壤動物；中小型土壤動物的取樣采用100 cm3土壤容重器各隨機取4 份，帶回實驗室后用Tullgren 干漏斗法收集土壤動物。樣本均保存在95%乙醇中。將采集的土壤樣品帶回實驗室進行風干和研磨處理，用于土壤理化性質(zhì)和腐殖質(zhì)組分的測定。土壤動物鑒定依據(jù)是日本青木淳一的大類群分類和《中國土壤動物檢索圖鑒》［15，16］。

2.3 指標測定與方法

胡敏酸、富里酸的提取參考中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準 NY/T 1867—2010，E4/E6 和△logK 的腐殖質(zhì)光學特性參考文獻［9，17，18］。其他指標的測定采用常規(guī)法［17］（表2）。

表2 不同海拔樣地自然環(huán)境條件

2.4 數(shù)據(jù)處理

多樣性指數(shù)［19，20］：密度-類群指數(shù)DG。

式中，g代表各樣點的類群數(shù)，G代表各樣點所包含的類群數(shù)，Di為第i樣點個體數(shù)，Dimax為各樣點中第i類群的最大個體數(shù)，Ci/C代表相對次數(shù)。

采用SPSS.23 軟件中的One-way ANOVA 方差分析對樣地差異性進行檢驗；采用Pearson 法分析土壤動物群落與腐殖質(zhì)組分和環(huán)境因子的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同海拔下土壤動物群落特征

3.1.1 土壤動物群落組成 在廬山不同海拔樣地下共捕獲土壤動物 1 210 頭，屬于 2 門 5 綱 20 目 12 科（表3）。其中，前氣門亞目、等節(jié)跳蟲科、甲螨亞目為優(yōu)勢類群，占所有樣地個體數(shù)78.51%，且3 個類群差距并不是特別大。棘跳蟲科、中氣門亞目、原尾目、蟻科為常見類群，占所有樣地個體數(shù)14.47%，其余19 個類群為稀有類群，占所有樣地個體數(shù)7.02%。優(yōu)勢類群廣泛分布于不同海拔樣地，構(gòu)成山地土壤動物的主體，常見類群分布范圍次之，而稀有類群只有在少數(shù)幾個樣地才被捕獲，雖然稀有類群所占比例較少，但其對凋落物的啃食、挖掘洞穴、排泄糞便等在一定程度上影響了土壤中腐殖質(zhì)的形成和轉(zhuǎn)化。

表3 土壤動物群落組成

3.1.2 土壤動物群落結(jié)構(gòu) 由表4 可知，隨著海拔的升高土壤動物個體數(shù)先上升后下降，中海拔（960 m）下的土壤動物個體數(shù)是最高的且與低海拔（170 m）和高海拔（1 290 m）差異顯著（P＜0.05）。各海拔樣地土壤動物類群數(shù)差異并不顯著（P＞0.05），由低到高土壤動物類群數(shù)分別為170 m（18個）=960 m（18 個）＜1 290 m（19 個），表明海拔影響土壤動物的分布。低中高海拔樣地土壤動物多樣性具有一定的變化趨勢（表4）。密度-類群指數(shù)（DG）隨海拔的升高先上升后下降，各樣地之間差異不顯著（P＞0.05）。可以看出中海拔（960 m）樣地下密度-類群指數(shù)最高，而低海拔（170 m）的指數(shù)最低且與其他2 個樣地的數(shù)值差距較大，中海拔（960 m）前氣門亞目、等節(jié)跳蟲科和甲螨亞目的個體數(shù)顯著高于其他2 個樣地，造成該樣地土壤動物分布較為不均勻，再加上土壤動物個體數(shù)又是最多的，所以該樣地指數(shù)高于其他樣地。

表4 土壤動物群落結(jié)構(gòu)指標

3.2 不同海拔下土壤腐殖質(zhì)的特性

3.2.1 土壤各組分含量 由表5 可知，不同垂直自然帶下腐殖質(zhì)各組分的含量具有較大差異。土壤腐殖質(zhì)含量隨著海拔下降呈先上升后下降的趨勢，中海拔（77.32±23.68 g/kg）腐殖質(zhì)含量最高，高海拔（63.97±9.66 g/kg）次之，低海拔（39.00±1.62 g/kg）含量最低，中海拔（960 m）顯著高于低海拔（170 m）（P＜0.05），高海拔（1 290 m）與其他2 個樣地差異不顯著（P＞0.05）；腐殖酸隨著海拔的上升先上升后下降，其含量由大到小依次為中海拔（53.39±18.59 g/kg）、高海拔（47.58±6.10 g/kg）、低海拔（22.21±0.81 g/kg），且低海拔腐殖酸的含量顯著低于中海拔和高海拔（P＜0.05）；隨著海拔的增加胡敏酸也呈先上升后下降的趨勢，由大到小依次為中海拔（22.12±12.43 g/kg）、高海拔（12.37±2.97 g/kg）、低海拔（8.27±1.59 g/kg），各海拔樣地差異不顯著（P＞0.05）；富里酸含量隨著海拔的上升而上升，由大到小為高海拔（35.21±3.14 g/kg）、中海拔（31.27±6.19 g/kg）、低海拔（13.93±1.33 g/kg），且低海拔的含量顯著低于高海拔和中海拔（P＜0.05）；胡敏素含量的變化趨勢與胡敏酸一致，且各樣地差異不顯著（P＞0.05）。

PQ（胡敏酸/腐殖酸）和 HA/FA（胡敏酸/富里酸）常用來反映土壤腐殖化程度和土壤腐殖質(zhì)的品質(zhì)，比值越大土壤腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性就越高，品質(zhì)就越好［21，22］。由表 5 可以看出，PQ 值都小于 0.5，表明各海拔樣地下腐殖酸的含量都大于胡敏酸。隨著海拔的升高PQ 比值先變大后變小，中海拔樣地比值最高（0.41）；HA/FA 比值與 PQ 比變化趨勢一致，中海拔樣地比值最高（0.71），表明中海拔樣地比低海拔和高海拔樣地的腐殖質(zhì)品質(zhì)更好、穩(wěn)定性更高。

表5 土壤腐殖質(zhì)各組分含量

3.2.2 土壤腐殖質(zhì)光學特性 腐殖質(zhì)的光學性質(zhì)包括色調(diào)系數(shù)E4/E6 和△logK 值等，它們在一定程度上可以反映腐殖質(zhì)分子中芳香環(huán)的縮合度、芳構(gòu)化度和分子質(zhì)量大小等，其值愈大，腐殖酸分子中芳香環(huán)的縮合度、芳構(gòu)化度和分子質(zhì)量愈?。?3］。由圖1可知，E4/E6 比值隨著海拔的升高而下降，低海拔（170 m）＞中海拔（960 m）＞高海拔（1 290 m），高海拔E4/E6 比值顯著低于低海拔和中海拔（P＜0.05）；△logK值隨著海拔的升高與E4/E6比值的變化一致，且中海拔△logK 值顯著低于低海拔（P＜0.05），隨著海拔的升高，土壤腐殖質(zhì)分子的復雜程度越高，芳香核原子團越多，縮合度愈高，腐殖質(zhì)化程度越好。

圖1 不同海拔下腐殖質(zhì)的光學性

3.3 不同海拔下土壤動物與腐殖質(zhì)、環(huán)境因子的相關(guān)性

由表6 所示，通過分析土壤動物個體數(shù)、類群數(shù)、優(yōu)勢類群和常見類群與腐殖質(zhì)及環(huán)境因素的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢類群中的等節(jié)跳蟲科與腐殖質(zhì)、腐殖酸、胡敏酸、有機質(zhì)極顯著性正相關(guān)（P＜0.01），與胡敏素和C/N 顯著正相關(guān)（P＜0.05），說明等節(jié)跳蟲科顯著影響著腐殖質(zhì)、腐殖酸、胡敏酸、胡敏素、有機質(zhì)的形成；甲螨亞目與胡敏酸、胡敏素顯著正相關(guān)（P＜0.05），與土壤容重顯著負相關(guān)（P＜0.05），與C/N極顯著正相關(guān)（P＜0.01），說明甲螨亞目也顯著影響著胡敏酸、胡敏素的形成；原尾目與土壤含水量顯著負相關(guān)（P＜0.05）；膜翅目與HA/FA 比值顯著正相關(guān)（P＜0.05），說明膜翅目在一定程度上影響著胡敏酸和富里酸的形成；土壤動物個體數(shù)與腐殖質(zhì)、胡敏酸、胡敏素、有機質(zhì)、C/N 顯著正相關(guān)（P＜0.05），說明土壤動物的個體數(shù)也影響著腐殖質(zhì)、胡敏酸、胡敏素、有機質(zhì)的形成。

表6 土壤動物與腐殖質(zhì)、環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

4 小結(jié)與討論

土壤動物作為聯(lián)系地上生態(tài)系統(tǒng)和地下生態(tài)系統(tǒng)的媒介，通過對凋落物的啃食破碎、挖掘洞穴及排泄糞便等各種生命活動，間接影響土壤微生物，從而影響土壤腐殖質(zhì)的性質(zhì)［7-9］。本研究結(jié)果表明，不同海拔下土壤腐殖質(zhì)特性存在差異，且土壤動物群落與腐殖質(zhì)之間相關(guān)性較高。

本研究中，各海拔土壤動物個體數(shù)差異顯著（P＜0.05），類群數(shù)和多樣性指數(shù)差異并不顯著（P＞0.05），但存在著一定變化趨勢。土壤動物個體數(shù)與DG指數(shù)隨海拔升高先上升后下降，回龍路樣地數(shù)值最高，土壤動物類群數(shù)則隨著海拔的升高而增加。中海拔的土壤動物個體數(shù)和多樣指數(shù)均優(yōu)于低海拔和高海拔樣地，這與徐國良等［24］的研究結(jié)果基本一致。這可能是由于高、低海拔樣地的水熱條件都沒有中海拔樣地優(yōu)越，且中海拔樣地有機質(zhì)和腐殖質(zhì)各組分的含量均優(yōu)于低、高海拔樣地，為土壤動物提供了更加適宜的生活環(huán)境。

前人對山地腐殖質(zhì)組分的研究也有不少，其中王晶等［4］對高黎貢山土壤腐殖質(zhì)的特性研究發(fā)現(xiàn)土壤腐殖各組分具有明顯地帶性分布特點，腐殖酸含量和有機質(zhì)含量均隨著海拔的升高先上升后下降，這與本研究結(jié)果相似。本研究中，不同海拔樣地土壤腐殖質(zhì)各組分含量存在差異性。腐殖質(zhì)、腐殖酸、胡敏酸、胡敏素均隨著海拔的升高先上升后下降，富里酸則呈上升趨勢，PQ 比值和HA/FA 與腐殖質(zhì)等的變化趨勢一致。中海拔樣地土壤各組分含量均優(yōu)于低、高海拔樣地，且腐殖質(zhì)化程度最高，穩(wěn)定性好，品質(zhì)優(yōu)良?？赡苁怯捎谥泻０螛拥厮疅釛l件優(yōu)越，地上植被較為豐富，為樣地輸入了大量的凋落物，再加上大量土壤動物的活動，為微生物提供了大量的食物等，從而影響了土壤腐殖質(zhì)的含量。不同海拔樣地腐殖質(zhì)光學性質(zhì)表明，E4/E6 和△logK 值隨著海拔升高而降低，表明其化學穩(wěn)定性和分子復雜程度越高，顯然海拔提高促進了土壤腐殖質(zhì)化的進程，提高了土壤腐殖的穩(wěn)定性。土壤動物通過取食、排泄、活動等，影響微生物的多樣性，從而促進土壤的腐殖質(zhì)化進程［25］。研究結(jié)果表明，土壤動物與腐殖質(zhì)各組分的相關(guān)系數(shù)較高，間接或直接對腐殖質(zhì)的形成產(chǎn)生了一定的影響。

綜上所述，海拔影響了土壤動物群落結(jié)構(gòu)特征和腐殖質(zhì)的特性，土壤動物也一定程度影響著腐殖質(zhì)各組分的形成，土壤動物群落一定程度上反映了土壤質(zhì)量狀況。通過對山地土壤動物群落特征和腐殖質(zhì)特性的研究，有利于山地生態(tài)環(huán)境保護，為廬山土壤動物研究和環(huán)境管理提供科學依據(jù)。