蓝田工业区大型土壤动物群落结构与土壤因子的研究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：该研究对西江流域羚山涌河道沿岸蓝田工业区的大型土壤动物群落结构和土壤重金属进行了调查。结果表明，大型土壤动物2419只，隶属3纲9目，大型土壤动物个体数与土壤含水率、土壤温度呈正相关，与土层、土壤最大孔隙度、土壤容重呈负相关;大型土壤动物类群数与土壤含水率呈正相关，与土层、土壤温度呈负相关。研究区Cu、Zn、Cd、Pb单项污染指数和综合污染指数均大于1。
　　关键词：西江流域;蓝田工业区;大型土壤动物;土壤重金属
　　中图分类号 S661.1;S154 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2020）（02-03）-0106-04
　　Study on Community Structure and Soil Factors of Large Soil Animals in Lantian Industrial Area
　　Liu Qinfeng et al.
　　（Zhaoqing University， Zhaoqing 626061， China）
　　Abstract： The community structure of large-scale soil animals and heavy metals in Lantian Industrial Zone along lingshanchong River in Xijiang River Basin were investigated. The results were as follows： 2419 large-scale soil animals were captured， belonging to 3 classes and 9 orders. The individual number of large-scale soil animals was positively correlated with soil moisture and soil temperature， negatively correlated with soil layer， maximum soil porosity and soil bulk density; the group number of large-scale soil animals was positively correlated with soil moisture and negatively correlated with soil layer and soil temperature. The single pollution index and comprehensive pollution index of Cu， Zn， Cd and Pb in the study area are greater than 1.
　　Key words： Xijiang River Basin; Lantian Industrial Zone; large soil animals; Heavy metals in soil
　　土壤动物是指可以在土壤中生存，且对土壤产生一定影响的动物[1].，作为生态系统中的分解者，是生态系统的重要组成成分，具有分布广泛，数目庞大，种类繁多等特点[2-3].。土壤动物会因环境的变化而变化，对环境污染做出响应，具有环境指示作用，因此被广泛应用于土壤的污染评价[4-6].。有学者探讨了西江流域的植物群落[7].、两栖爬行动物[8].和小生境环境因子的响应[9].等，但对大型土壤动物群落结构与土壤重金属之间的研究较少。2019年1月、4月、8月和9月，笔者以西江流域羚山涌河道沿岸蓝田工业区大型土壤动物为研究对象，通过对大型土壤动物群落特征与土壤重金属之间的关系，研究大型土壤动物群落对土壤重金属的响应，以期为羚山涌河道沿岸及蓝田工业区的科学管理和重金属污染治理等提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 研究区域概况 西江流域羚山涌河道沿岸蓝田工业区，位于肇庆市端州区端州一路与蓝塘中路交叉口至蓝塘中转站区域河道，地势北高南低，呈狭长的带状分布。周围植物种类丰富，包括伞形科蛇床（Cnidium monnieri （Linn.） Cuss.）、茄科黄果茄（Solanum xanthocarpum Schrad. et Wendl）、菊科一点红（Emilia sonchifolia （L.） DC.）、鬼针草（Bidens pilosa L.）、桑科构树（Broussonetia papyrifera （Linn.） L′Hér. ex Vent.）、天南星科尖尾芋（Alocasia cucullata （Lour.） Schott）、廖科水蓼（Polygonum hydropiper L.）、美人蕉科粉美人蕉（Canna glauca L.）、禾本科银边草（Arrhenatherum elatius var. bulbosum）、细叶结缕草（Zoysia tenuifolia Willd. ex Trin.）、漆树科毛黄栌（Cotinus coggygria Scop. var. pubescens Engl.）等。
　　据调查，研究区周围1km2内建有垃圾中转站、不锈钢铝合金门窗工程厂、塑料金属制品厂、家具厂等。20世纪90年代，随着城市的发展与扩张，肇慶市端州区涌现了大量工厂，为了排污方便，很多工厂选择沿河涌建设，羚山涌就是1个典型案例。自2016年以来，肇庆市委市政府对羚山涌进行了整改，近江段水质大幅改善[10].。
　　1.2 研究方法
　　1.2.1 采样时间和采样方法 样品采集于2019年1月（样品1）、4月（样品2）、8月（样品3）和9月（样品4）进行。在羚山涌河道边取5个样地，样地面积为400m2。采用等取样法选取3个点，每个点边长为25cm×25cm线框;用采土器分3层（0～5cm，5～10cm，10～15cm）取样，采用手捡法采集大型土壤动物并使用75%的酒精灭杀。分类鉴定参考《中国土壤动物检索图鉴》[11].及《昆虫分类学》[12].等工具书，在体视镜下对标本进行鉴定并分类计数。 　　在每个样地分层用密封袋取若干混合土样（不少于1kg），测量土壤理化性质;土壤温度采用SW108温度计测定;土壤容重采用环刀法（环刀直径5cm，高5cm）。
　　1.2.2 数据分析与处理 采用Excel 2010和Grap Pad Prism8软件处理和分析大型土壤动物的个体数和类群数，采用SPSS24.0软件处理和分析土壤重金属及与土壤重金属相关系数。大型土壤动物的优势类群、常见类群、稀有类群的类群数按以下标准划分：根据原始捕获量占捕获总量的百分比来划分各类群数量等级，即个体数量大于捕获总量的10.0%以上者为优势类群，占1.0%～10.0%者为常见类群，不足1.0%者为稀有类群。土壤动物群落多样性指数按如下公式进行计算：
　　Shannon-Wiener多样性指数：
　　H′=-∑Pi1n Pi
　　式中：Pi为第i类群或物种的个体数量占土壤动物总数的比率。
　　Pielou均匀性指数：
　　E=H′/ln S
　　式中：S为土壤动物群落所有动物类群数。
　　Simpson优势度指数：
　　C=∑（ni/N）2
　　式中：ni为第i物种的个体数，N为土壤动物群落全部类群的个体总数。
　　Margalef豐富度指数：
　　D′=lnS/ln N
　　式中：S为调查到的类群数。
　　1.2.3 土壤重金属处理方法
　　1.2.3.1 微波消解法 仪器;ETHOS One微波消解仪（意大利MILESTONE公司）;Milli-Q A10纯水机及超纯水系统（美国）;电子天平。准确称取0.2～0.3g（精确至0.1mg）样品于消解罐中，用少量水湿润后加入3mL盐酸（ρ=1.19g/mL）、6mL硝酸（ρ=1.42g/mL）、2mL氢氟酸（ρ=1.49g/mL）混合均匀，置于电热板上进行加热处理，并重复2次至样品呈现灰色（白色），最后加入10%浓度的硝酸溶液完成预处理。空白样品制备：不取样品与上述步骤相同制备。
　　1.2.3.2 金属含量测定 仪器：石墨炉原子吸收分光光度计;火焰原子吸收分光光度计。方法：调节仪器至最佳工作状态，取100mL容量瓶用硝酸溶液分别稀释各元素标准使用液，配制成标准系列，按照仪器测量条件建立标准曲线;试样和对照测定条件标准曲线一致。
　　2 结果与分析
　　2.1 大型土壤动物群落特征 由表1可知，本次调查共捕获大型土壤动物2419只，分别隶属于3纲9目。其中优势类群为膜翅目、鞘翅目、寡毛纲，占总个体数的92.35%;常见类群为等足目和蜘蛛目，占总个体数的4.01%，稀有类群为蜈蚣目、蜚蠊目、倍足纲、中腹足目、鳞翅目、腹足纲、半翅目，占总个体数的3.64%。由表1可知，大型土壤动物个体数为9月>1月>4月>8月。9月的大型土壤动物（1405只）明显多于调查的其它3个月，9月优势类群是膜翅目988只，占总个体数70.32%，鞘翅目387只，占总个体数27.54%。
　　羚山涌河道沿岸区域多数植物属于草本植物，极少部分为灌木和乔木，样地凋落物很少且薄。该区域属于亚热带季风气候区，年平均相对湿度80%，年平均降水量为1878.3mm。4—8月为雨季，月平均降水量为200mm，11月到翌年2月为旱季，月平均降水量不足100mm，植被生长较为缓慢且稀疏。据膜翅目蚁科喜阴暗潮湿，环境温度为18～35℃，湿度在80%～90%，高于43℃易死亡，9月份环境较适宜蚁科生活[13].。其次，蚁科中的雄蚁只在7—10月间出现，专司交尾，而秋季的气候条件等也最适合蚁科营巢繁衍后代，为冬眠做准备[14].。
　　2.2 多样性指数与土壤因子 通过对多样性指数和土壤因子的相关性分析，多样性指数与土壤含水量相关性极显著（P<0.01），丰富度指数与土壤含水量相关性显著（P<0.05），均匀性指数、优势度指数与土壤含水量相关性不显著（P>0.05）。多样性指数、优势度指数、丰富度指数与土壤最大孔隙度的相关性显著（P<0.05），均匀性指数与土壤最大孔隙度相关性不显著（P>0.05）。多样性指数、丰富度指数与土壤容重相关性显著（P<0.05），均匀性指数、优势度指数与土壤容重相关性不显著（P>0.05）。多样性指数与土壤温湿度相关性都不显著。
　　2.3 大型土壤动物与土壤因子相关性 由表3可知，不同研究区的大型土壤动物的类群数与土壤温度相关性显著（P<0.05），与土壤最大孔隙度，土壤容重相关系不显著（P>0.05）。其中大型土壤动物类群数与土壤含水量呈正相关，与土壤温度呈负相关。说明在研究区一定范围内，大型土壤动物类群数与土壤含水量、土壤温度相关度密切。土壤含水量越大，土壤动物类群数越多，随着土壤温度的改变，温度越高，土壤动物类群数越少，而土壤最大孔隙度及土壤容重对土壤动物的类群数影响不大。大型土壤动物个体数与土壤容重的相关性显著（P<0.05）;大型土壤动物个体数与土壤含水量，土壤最大孔隙度以及土壤温度的相关性不显著（P>0.05）。
　　2.4 优势类群与环境因子的相关性 由表4可以看出，对优势类群中的膜翅目、鞘翅目和寡毛纲与环境因子进行Pearson相关性分析。膜翅目和鞘翅目与土层、土壤最大孔隙度、土壤容重呈负相关，与土壤含水量、土壤温度、土壤湿度呈正相关。其中膜翅目与土层、土壤含水量相关性极弱，鞘翅目与土层、土壤含水量相关性不显著（P>0.05）。膜翅目与土壤最大孔隙度、土壤温度、土壤湿度呈现中等程度相关且极其显著（P<0.01），而鞘翅目与季度和土壤容重呈弱相关，但相关性极其显著（P<0.01）。寡毛纲与土层、土壤湿度、土壤温度呈负相关，相关性较强且极其显著（P<0.01）;与土壤容重呈正相关且显著，它们之间的关系有待进一步研究。 　　2.5 大型土壤动物与土壤重金属 由图1、2可以看出，土壤中重金属Cu、Zn、Cd、Pb的综合污染指数均大于1，研究区大型土壤动物类群数随着土壤重金属增加而减少，土壤个体数则先降后升。表明研究区土壤严重受以上4种重金属污染。处理3土壤重金属污染最重，这不仅与研究区所处的特殊地理位置有关，也与9月气候有关。9月多雨，河涌汇集周围工厂与居民用水增多，污染加重，进而使沿岸的土壤重金属污染更加严重。甚至土壤重金属综合污染指数更是高达5.63，由此可以看出，研究区土壤受4种重金属污染严重，对土壤动物的生活具有一定的影响。
　　3 结论
　　大型土壤动物优势类群为膜翅目、鞘翅目、寡毛纲;常见类群为等足目、蜘蛛目，稀有类群为蜈蚣目、蜚蠊目、倍足纲、中腹足目、鳞翅目、腹足纲、半翅目。3类优势类群和2类常见类群以及7类稀有类群组成了羚山涌河道沿岸蓝田工业区土壤动物群落的基本结构，膜翅目是该地区土壤动物中的第1大类，膜翅目生活环境为相对潮湿的土壤上层及凋落物層，膜翅目与鞘翅目土层、土壤最大孔隙度、土壤容重呈负相关，与土壤含水量、土壤温度、土壤湿度呈正相关，说明膜翅目与鞘翅目可以指示羚山涌河道沿岸蓝田工业区环境特点和土壤质地状况。
　　研究区土壤动物类群数和个体数受土壤因子的影响。大型土壤动物与土壤因子的关系中，土壤动物类群数与土壤含水率呈正相关，与土层、土壤温度呈负相关。土壤动物个体数与季度呈正相关，与土层、土壤容重呈负相。土层深度对大型土壤动物分布影响显著，土层越深，土壤动物数量和类群数越少。土壤含水量和土壤温度对土壤类群有一定影响，而对土壤动物个体数影响不大。一定程度上，土壤含水量越高，土壤动物类群越多，土壤温度越高，土壤动物类群越少。土壤容重对土壤动物有一定影响，土壤容重越大，土壤动物个体数越多，而对土壤动物类群数影响不大。土壤最大孔隙度对土壤动物的总体影响不大。
　　土壤中重金属Cu、Zn、Cd、Pb的综合污染指数均大于1，研究区大型土壤动物类群数随着土壤重金属增加而减少，土壤个体数则先降后升。由此看出，研究区土壤中重金属对土壤动物群落结构具有一定的影响，今后可继续对土壤重金属含量与动物的群落结构及动物体内重金属的含量的相关性进行研究。
　　参考文献
　　[1]覃国乐，李晓东，史沉鱼，等.九万山国家级自然保护区土壤动物的多样性[J].贵州农业科学，2016，44（07）：125-129.
　　[2]王戈，罗熳丽，张亚，等.土壤动物群落对桢楠人工林边缘效应的响应[J].四川林业科技，2019，40（04）：39-44.
　　[3]黄红英，刘静华，王福刚，等.重金属污染土壤不同修复处理后的土壤动物群落结构特征[J].中国农学通报，2017，33（21）：108-113.
　　[4]张淑花，周利军，贾森.生物菌肥对中型土壤动物群落结构的影响[J].河南农业科学，2019，48（08）：68-73.
　　[5]孙震.我国土壤动物生态地理系统相关研究[J].环境保护与循环经济，2018，38（08）：45-48.
　　[6]铁烈华，白文玉，冯茂松，等.不同改造措施对柏木低效林中小型土壤动物群落结构的影响[J].生态与农村环境学报，2016，32（05）：767-773.
　　[7]崔铁成.肇庆七星岩风景区特色植物景观初探[J].肇庆学院学报，2007，28（5）：56-59.
　　[8]徐大德.广东肇庆七星岩地区两栖爬行动物多样性及其保护[J].四川动物，2001，20（3）：152-154.
　　[9]叶岳，姜玉霞，陈华.大型土壤动物功能类群对小生境环境因子的响应[J].江苏农业科学，2019，47（3）：253-257.
　　[10]善武声.羚山涌华丽转身的启示[N].西江日报，2017-03-22（F02）.
　　[11]尹文英.中国土壤动物检索图鉴[M].北京：科学出版社，1998：43-710.
　　[12]李鸿兴，隋敬之，周士秀，等.昆虫分类检索[M].北京：农业出版社，1987：22-498.
　　[13]赵从民.蚂蚁的习性及人工养殖法[J].畜牧兽医科技信息，2001（11）：18-19.
　　[14]黄盈.红蚂蚁生活习性的初步观察[J].昆虫知识，1965（02）：76-78.
　　（责编：张 丽）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15119251.htm