時間:2021年06月16日 分類:農業論文 次數:
提 要: 為了解石漠化地區玫瑰種植下土壤螨類群落結構及生態環境狀況,2019 年 7 月、10 月和 2020 年 1 月對該區原生林和玫瑰林的土壤螨類進行了調查。結果顯示: 在該區共捕獲土壤螨類 4545 只,隸屬于 3 目 56 科 88 屬,優勢類群為胭螨屬( Rhodacarus) 。原生林擁有較高的類群科數和屬數,玫瑰林擁有較高的個體數 量和個體密度。在多樣性指數、豐富度指數和均勻性指數上原生林 > 玫瑰林,優勢度指數上玫瑰林 > 原生林。 螨類屬數、多樣性指數分別與土壤含水量和 pH 值具有顯著相關性( P < 0. 05) ,豐富度指數分別與土壤含水量 和 pH 值具有極顯著相關性( P < 0. 01) 。可見,該區土壤螨類較為豐富,玫瑰種植早期土壤螨類群落的恢復表 現為個體數量和多樣性增加,石漠化生態環境仍處于初期恢復階段。土壤含水量和 pH 值對土壤螨類有顯著 影響,土壤螨類與環境因子的關系具有復雜性,其內在關系還有待深入研究。
關鍵詞: 石漠化; 玫瑰林; 土壤螨類; 群落結構; 環境因子
土壤螨類是土壤生態系統中種類和數量最豐富的中小型動物類群之一[1],具有極敏感性、耐性高、分 布廣和食性雜等特點[2 - 3],在土壤物質循環、能量流動以及指示生態環境變化等方面發揮重要作用[2 - 5]。 不同植被類型下生物量和人為活動等因素的影響,使土壤環境因子含量存在差異,從而影響土壤螨類群落 結構[6 - 8],其中土壤含水量、容重、有機質、pH、全氮和全磷含量等是影響土壤螨類群落的主要因素[5,9 - 10]。 生態系統的變化會改變土壤螨類群落結構[11 - 12],如石漠化地區生態系統退化導致土壤結構、功能破 壞,進而會減少土壤螨類數量和多樣性[13],石漠化生態環境恢復能夠增加土壤螨類物種數和個體數 量[14]。因此,螨類群落生態特征常作為退化生態系統恢復研究的重要內容[6,15]。目前,石漠化生態環境 修復下土壤螨類的研究主要以核桃、花椒、刺梨和金銀花等為主[5,13,16],而對石漠化地區玫瑰種植下的土 壤螨類群落結構及與環境因子的關系研究較少。本研究以貴州省畢節市撒拉溪鎮龍場村潛在 - 輕度石漠 化區玫瑰園為研究區,對玫瑰種植下的土壤螨類進行調查,以原生林作為對照,以反映玫瑰種植下的土壤 螨類群落結構和生態環境狀況,為該區石漠化生態環境恢復提供參考。 1 材料與研究方法 1. 1 研究區概況 研究區龍場村( 27°09'25. 16″ ~ 27°11'29. 04″N,105°05'43. 79″ ~ 105°07'46. 84″E) 位于貴州省七星關 區撒拉溪鎮,總面積 5. 2km2 ,地勢東高西低,平均海拔 1775m,年平均氣溫 13. 7 ~ 15. 1℃,年降水量 890mm,屬于亞熱帶季風性濕潤氣候區。該區是國家“十三五”石漠化綜合治理與混農林業復合經營課題 示范小區,自 2014 年引進玫瑰進行種植,玫瑰種植是該區特色生態產業之一,推動了當地的經濟發展。同 時,研究區石漠化類型主要為潛在 - 輕度石漠化,玫瑰作為該地石漠化治理措施之一,對石漠化治理和生 態環境恢復具有重要的指導意義。該區原生林植被主要有: 1) 喬木層: 響葉楊( Populus adenopoda) 、馬尾 松( Pinus massoniana) 、亮葉樺( Betula luminifera) 、鹽膚木( Rhus chinensis) 等; 2) 灌木層: 馬桑( Coriaria nepalensis) 、栒子( Cotoneaster horizontalis) 、白葉莓( Rubus innominatus) 和華桑( Morus cathayana) 等; 3) 草本 層: 十字薹草( Carex cruciata) 、五節芒( Miscanthus floridulus) 、大葉茜草( Rubia schumanniana) 和金絲桃 ( Hypericum monogynum) 等。 1. 2 研究方法 在原生林( P) 和玫瑰林( R) 分別選擇 3 個樣地,每個樣地設置六個樣點,每個樣點設置上( 0 - 5m) 、下 ( 5 - 10m) 兩層。2019 年 7 月、10 月和 2020 年 1 月采用 500cm3 土壤環刀對各樣點進行取樣,標記為夏、 秋和冬季,采集供螨類分析的土壤樣品 216 份,玫瑰林夏季螨類數據參考文獻[17]。同期夏季,于各樣點附 近用鐵鏟按上述土層采集 15cm × 15cm 供化學分析的土壤,將同一樣地上下兩層的土壤于塑料薄膜上混 勻,取混勻的土壤約 1kg,共采集 6 個樣品; 采用 100cm3 環刀于每個樣地的 1 個樣點按上述土層采集供物 理分析的土壤,共采集土樣 12 個。所有樣品用棉布袋編號并封裝后帶回室內處理,土壤螨類樣品處理參 考文獻[17],螨類種類鑒定主要參考文獻[18 - 21]。 1. 3 主要環境因子的測定 主要選取土壤含水量、容重、孔隙度、pH 值、有機質、全氮、全磷和全鉀指標,測定方法參考《森林土壤 分析方法》[22]。 1. 4 數據分析與處理 從螨類群落組成和數量分布、群落多樣性、及其與環境因子的相關性方面進行分析。對于群落差異, 采用獨立樣本 T 檢驗分析,顯著性水平取 P < 0. 05。螨類參數與環境因子的關系采用多變量相關分析,顯 著性水平取 P < 0. 05。所有數據的整理在 Microsoft Excel 2019 軟件中進行,數據分析在 SPSS 22. 0 中進行,制圖在 Origin 2018 中進行。 2 結果與分析 2. 1 土壤螨類群落組成與數量分布 2. 1. 1 群落組成 該區共捕獲土壤螨類 4545 只,隸屬于 3 目 56 科 88 屬,其中中氣門目( Mesostigmata) 18 科 27 屬 2426 只、絨螨目( Trombidiformes) 3 科 4 屬 41 只、疥螨目( Sarcoptiformes) 35 科 57 屬 2 078 只。胭螨屬( Rhodacarus) 為該區優勢類群,占總個體數量的29. 64% 。內特螨屬( Nenteria) 、派倫螨屬( Parholaspulus) 、菌甲螨屬 ( Scheloribates) 、蓋頭甲螨屬( Tectocepheus) 等 15 屬為該區常見類群,占總個體數量的 52. 63% 。厚厲螨屬 ( Pachylaelaps) 、微絨螨屬( Microtrombidium) 、縫甲螨屬( Hypochthonius) 、懶甲螨屬( Nothrus) 等 72 屬為稀有 類群,占總個體數量的 17. 73% 。 在原生林共捕獲土壤螨類 2040 只,隸屬于 49 科 72 屬。玫瑰林共捕獲 2505 只,隸屬于 40 科 61 屬。 原生林以胭螨屬和菌甲螨屬為優勢類群,常見類群 20 屬,稀有類群 50 屬。玫瑰林以胭螨屬、內特螨屬和 蓋頭甲螨屬為優勢類群,常見類群 11 屬,稀有類群 47 屬。研究區土壤螨類組成( 表 1) 。 2. 1. 2 類群屬數、個體數量和個體密度的時空分布 原生林螨類個體數量土壤上層( 1475 只,72. 30% ) > 土壤下層( 565 只,27. 70% ) ,玫瑰林螨類個體數 量土壤上層( 1723 只,68. 78% ) > 土壤下層( 782 只,31. 22% ) 。由圖 1 知,原生林和玫瑰林土壤上、下兩 層螨類在類群屬數、個體數量和個體密度上均有顯著差異( P < 0. 05) 。從圖 2 知,原生林的類群屬數的季 節排序為夏季 > 冬季 > 秋季、個體數量和個體密度均表現為冬季 > 夏季 > 秋季,在類群屬數、個體數量和 個體密度上原生林的季節差異均不顯著( P > 0. 05) ; 玫瑰林的類群屬數、個體數量和個體密度季節變化表 現均為冬季 > 秋季 > 夏季,在類群屬數上玫瑰林的季節差異不顯著( P > 0. 05) ,在個體數量和個體密度上 玫瑰林夏季與冬季差異顯著( P < 0. 05) 。夏季,原生林與玫瑰林在類群屬數上差異顯著( P < 0. 05) ,其余季節原生林與玫瑰林在類群屬數、個體數量和個體密度上差異均不顯著( P > 0. 05) 。
2. 2 土壤螨類群落多樣性 引入 Shannon - Wiener 多樣性指數、Simpson 優勢度指數、Margalef 豐富度指數和 Pielou 均勻性指數分 析土壤螨類群落多樣性[24 - 26]。 由圖 3 可知。原生林的多樣性指數和均勻性指數的季節變化均表現為夏季 > 秋季 > 冬季,優勢度指 數秋季 > 冬季 > 夏季,豐富度指數為夏季 > 冬季 > 秋季; 玫瑰林的多樣性指數、豐富度指數和均勻性指數秋季 > 冬季 > 夏季,優勢度指數夏季 > 冬季 > 秋季; 原生林和玫瑰林 4 個指數的季節差異均不顯著( P > 0. 05) 。夏季原生林與玫瑰林在多樣性指數、豐富度指數上差異顯著( P < 0. 05) ,秋季原生林與玫瑰林在 豐富度指數上差異顯著( P < 0. 05) ,各季節原生林與玫瑰林在優勢度指數、均勻性指數上差異均不顯著( P > 0. 05) 。 2. 3 土壤螨類群落與環境因子的關系 從表 2 知,除全磷和全鉀含量原生林低于玫瑰林外,其他因子原生林均高于玫瑰林。由表 3 可知,螨 類屬數、多樣性指數分別與土壤含水量和 pH 值呈顯著相關關系( P < 0. 05) ,豐富度指數分別與土壤含水 量和 pH 值呈極顯著相關關系( P < 0. 01) 。螨類各參數與土壤容重、孔隙度、有機質、全氮、全磷和全鉀含 量不存在相關關系( P > 0. 05) 。
3 討論 3. 1 螨類群落組成和結構及多樣性對生態環境的指示作用 該區共捕獲土壤螨類 56 科 88 屬 4545 只,優勢類群為胭螨屬,原生林與玫瑰林的土壤螨類群落組成 和結構存在差異。土壤螨類群落的差異與生態環境狀況、植被類型、植被年齡等因素相關[15,27]。原生林植被年齡較長、人為擾動較小,有利于有機物的積累,因此原生林螨類物種數量較豐富,而玫瑰種植年限不 長,因人為管理和施肥等因素的影響,土壤環境適合某種螨類生存和繁衍,如內特螨屬和蓋頭甲螨屬,因而 較短恢復期玫瑰林的螨類個體數量和個體密度增加。研究表明該區土壤螨類資源豐富,玫瑰種植在一定 程度上提高了螨類的個體數量和個體密度。這與其 他學者的研究結果[5,16,28 - 30]相似,如茶園 30 年樹齡 的土壤動物的組成和數量相較于 20 年和 15 年樹齡 的豐富[28] ; 退化紅壤區不同植被修復下土壤螨類群 落構成存在差異,螨類物種數、個體數量和個體密度 呈不同程度增加[29] ; 喀斯特原生植被 - 栓皮櫟林以 多奧甲螨屬( Multioppia) 為優勢屬,螨類科數、屬數 和個體數量都較豐富[30] ; 強度石漠化區較長修復期 的花椒林和花椒 + 金銀花林擁有較為豐富的螨類科 數和屬數,較短恢復期的金銀花林螨類個體數量和 個體密度較高[16] ; 與中度石漠化環境相比,中度石 漠化刺梨 - 核桃修復初期的螨類類群屬數和個體數 量較豐富,群落多樣性有所增加[5]。
3. 2 土壤螨類與環境因子的關系具有復雜性,其內在聯系有待深入研究 土壤螨類群落結構不僅受植被的影響,還與土壤環境因子密切相關,土壤質地、酸堿度、水分和養分等 對土壤螨類有顯著影響[9 - 10,35]。本研究中土壤螨類屬數、多樣性指數分別與土壤含水量、pH 值呈顯著相 關,豐富度指數分別與土壤含水量、pH 值呈極顯著相關,這與其他學者的研究結果[35 - 36]基本相似。究其 原因,可能是因原生林土壤環境較為穩定,而玫瑰林受耕作、施肥等因素影響,改變了土壤濕度和酸堿度, 因此土壤濕度和酸堿度的變化對螨類群落結構的影響較大。有研究顯示,土壤螨類與有機質、全氮、全鉀 含量有顯著的相關性[5,35 - 36],與土壤 pH 值不存在相關關系[5],而在本研究中螨類各參數與有機質含量、 全氮、全鉀含量等均不存在相關性,表明土壤螨類與環境因子的關系具有復雜性,其關系還有待進一步研究。
農業論文投稿刊物:應用生態學報(月刊)創刊于1990年,是中國科學院主管、中國生態學學會和中國科學院沈陽應用生態研究所聯合主辦的綜合性學術期刊,創刊于1990年,由科學出版社出版。
4 結論
( 1) 研究區共捕獲土壤螨類 4 545 只,隸屬于 3 目 56 科 88 屬,胭螨屬為該區優勢類群。原生林擁有 較高的類群科數和屬數,玫瑰林擁有較高的個體數量和個體密度。該區土壤螨類群落多樣性較高,除優勢 度指數原生林 < 玫瑰林外,多樣性指數、豐富度指數和均勻性指數原生林 > 玫瑰林。
( 2) 螨類屬數、多樣性指數分別與土壤含水量、pH 值具有顯著相關性( P < 0. 05) ,豐富度指數分別與 土壤含水量、pH 值具有極顯著相關性( P < 0. 01) ,螨類各參數與土壤容重、孔隙度、有機質、全氮、全磷和 全鉀含量不存在相關關系( P > 0. 05) 。 可見,該區土壤螨類較為豐富,玫瑰種植早期土壤螨類群落的恢復表現為個體數量和多樣性增加,石 漠化生態環境仍處于初期恢復階段。土壤含水量和 pH 值對土壤螨類有顯著影響,而其他環境因子影響 較小。土壤螨類與環境因子間的關系具有復雜性,其內在聯系還有待深入研究。
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作者:楊乙未1,2,3,4 ,肖華1,2,3,4 ,陳滸1,2,3,4 ,肖聶佳1,2,3,4 , 黃菊1,2,3,4 ,魏強1,2,3,4 ,王鈺璽1,2,3,4