上海市不同土地利用类型春季中小型土壤动物群落结构

1、生态环境 2007, 16(4): 1238-1243http:/Ecology and EnvironmentE-mail: 基金项目：国家自然科学基金项目（30130060） ；宝钢生物多样性调查项目；南汇老港湿地生态监测项目作者简介：王金凤（1979） ，女，博士研究生，研究方向为城市生态学和污染生态学。E-mail: *通讯联系人收稿日期：2006-09-27上海市不同土地利用类型春季中小型土壤动物群落结构研究王金凤1,2,3，由文辉1,2*1. 华东师范大学环境科学系，上海 200062；2. 上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室，上海 200062;3. 山东科技大学化学与环境

2、工程学院, 山东 青岛 266510摘要：城市不同土地利用方式对土壤动物具有一定影响，为了解城市不同土地利用方式中小型土壤动物群落结构，于 2006年春季对包括学校、居住区、公园、工厂、垃圾填埋场和道路等绿地中的中小型土壤动物进行采样研究。研究表明，9 种生境中小型土壤动物平均密度为 62653 只，分别隶属于 3 门 16 个类群，优势类群为线虫纲(Nematoda)、蜱螨目(Acarina)，常见类群为弹尾目(Collembola)、近孔寡毛目(Oligochaeta plesiopora)、涡虫纲(Turbellaria)和轮虫纲(Rotatoria)，它们共占了总捕获量的 98.27%

3、。 不同城市绿地生境中的土壤动物的类群组成以及个体数不同， 群落复杂性指数(Cj)比其它多样性指数更能体现群落的复杂性与多样性。群落聚类以及排序的结果显示，9 种生境中的中小型土壤动物群落可以分为 6 大类：即浦东路旁绿化、工业区乔木及草地类型、植物园草地及废弃地乔木类型、校园乔木及居住区草地类型、校园草地类型、植物园乔木类型。关键词：中小型土壤动物；群落；多样性指数；土地利用类型； 系统聚类中图分类号：S154.5文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）04-1238-06土壤动物在各类土壤中普遍存在，类群和数量丰富，群落生物多样性高，在分解生物残体、改变土壤理化性质、促进土壤

4、物质循环和能量转化过程中起着重要作用，近年来对于土壤动物的研究不断证明其与土壤生境的密切联系。土壤动物作为指示生物在土壤质量评价体系中的地位更是日益显现1-3。 目前对于不同土地利用类型下大型土壤动物研究较多4-6， 同时从分类角度上对于不同土地利用类型下中小型土壤动物单一类群也有研究7-8， 但是对于不同土地利用类型下中小型土壤动物群落结构研究较少9-10。本文通过对上海市6种不同土地利用类型下的9种生境中小型土壤动物群落组成、多样性以及群落聚类和排序等方面进行研究, 以期在不同土地利用类型中小型土壤动物群落结构研究方面取得一定进展。1研究方法1.1研究地概况研究地点主要在上海市区范围内以及

5、位于南汇海边滩涂的老港垃圾填埋场。上海市位于北纬3041至3153，东经12051至12212。地处中国海岸带的中部，面临太平洋，背靠长江流域。上海境内除西南部有少数丘陵山脉外，全为坦荡低平的平原，是长江三角洲冲击平原的一部分，平均海拔高度为4 m左右。上海属北亚热带季风气候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长，年平均气温16 左右。全年无霜期约230 d，年平均降雨量在1200 mm左右。本研究所选取不同用地类型的采样点包括学校：华师大校园绿化区乔木类型，草地类型；居住区：师大一村草地类型；路旁绿化：浦东生态林乔木类型；公园：徐汇上海植物园乔木类型，草地类型；

6、工业区：宝钢乔木类型 ,草地类型；废弃地：南汇老港垃圾填埋场乔木类型（下页表 1） 。1.2取样和鉴定于2006年春季，在每个研究样地中，选取3 个点，由于城市绿化用地的特殊性，面积较小，且多为长方形，因此每个样地沿其长边选采3个点作为混合样。每个点先拣去凋落物，分别用100 cm3和50cm3土壤取样器按05 cm, 510 cm，1015 cm连续分层取样，其中100 cm3的混合土样（共300 mL）用于Tullgren法(干漏斗法)分离干生土壤动物，50 cm3的混合土样取1/3(共50 mL)采用Baermann法(湿漏斗法)，然后用Nikon SMZ800解剖镜进行分类鉴定和数量统

7、计11。1.3数据分析每个样地取 3 个点合计后换算成每 m2中小型土壤动物数量，然后根据以下公式分别计算样地中土壤动物密度类群 DG 指数、多样性指数、均匀度、优势度和丰富度等12。王金凤等：上海市不同土地利用类型春季中小型土壤动物群落结构研究1239密度类群 DG 指数：DG=(g/G)(DiCi/DimaxC)式中：g 为要测度的某群落的实有类群数，G为总类群数，Di为第 i 类群的密度，Dimax为各群落中第 i 类群的最大密度，Ci/C 为第个类群在 C 个群落中出现的比率；Shannon-Wiener 多样性指数：H=-PilnPiPielou 均匀度：Jws= H/lnSSimp

8、son 优势度指数 S=Pi2式中：Pi=ni/N；Margalef 丰富度指数：M=(S1)/lnN。当进行土壤动物群落多样性比较时, 可在 H指数的基础上进行一定改进, 使其能同时体现群落的类群数、各类群在群落中的相对多度以及在群落间的相对丰度 3 个特征。傅必谦等 5 提出一种新的计算土壤动物群落多样性的指数:Cj = H r =/maxH E r其中 Cj 为群落的复杂性指数(complexity indexof community), H 、/maxH、 E 分 别 为 群 落 的Shannon-Wiener多样性指数、 lnS及均匀度指数 （Jws） ;r 为校正系数, 代表群落间

9、相对丰度对群落复杂性的影响。群落欧氏距离(Euclidean distance)：ED=21()sijikixx上述公式中，ni为第i个类群的个体数；N为群落中所有类群的个体总数；S为类群数；Xij和Xik分别为i类群在群落j、k中的密度的4次方根。数据处理在Microsoft Excel以及SPSS10.0上进行，利用群落欧氏距离进行系统聚类。2结果与分析2.1群落组成和数量本研究在 6 种不同用地类型（9 种生境）共设20 个样地，采集土样 20 份，9 种生境每 m2共捕获大型土壤动物为 563876 只，每种生境中小型土壤动物平均密度为 62653 只，分别隶属于 3 门 16 个类群

10、（见表 2） ，9 种不同绿地中小型土壤动物的群落组成和密度见表 3，由表 3 可见：主要类群为线虫纲(Nematoda)、蜱螨目(Acarina)，常见类群为弹尾 目 (Collembola) 、 近 孔 寡 毛 目 (Oligochaeta表 1绿化样地概况及生境代码1)Table 1The situation of greening plots and habitat code样地样地主要植被概况学校：华东师范大学乔木类型，选取 2 个，主要乔木为水杉，灌木层为棕榈、八角金盘草地类型，马尼拉草坪居住区：华东师大一村草地类型：马尼拉草坪路旁绿化：浦东生态林乔木类型：乔木 1，乔木 2 均为

11、青冈及红楠等常绿阔叶林，取平均值公园：上海植物园乔木类型，乔木 1，香榧+银杏；乔木 2，广玉兰，取其平均值草地类型, 细叶沿阶草工业区：宝钢乔木类型，选取 2 个样地，取平均值，主要树种为香樟+广玉兰+加拿大杨+水杉草地类型，马尼拉草坪废弃地：南汇垃圾填埋场乔木类型，十年以下人工恢复林区：加拿大杨葎草+加拿大一枝黄花，十年以上人工林恢复区：加拿大杨葎草+加拿大一枝黄花1） 香樟 Cinnamomum Caphora L.； 广玉兰 Magnolia grandiflora； 加拿大杨 Populus canadensi； 水杉Metasequoia glyptostroboides； 棕榈T

12、rachycarpusfortunei (Hook.f.)； 八角金盘 Fatsia japonica； 马尼拉 Zoysia matrella； 香榧 Torrcya grandis Fortexlindl； 银杏 Ginkgo biloba Linnaeus； 青冈 Cyclobalanopsisglauca；红楠 Machilus thunbergii Siebold & Zucc.；细叶沿阶草 Ophiopogon japonicus；葎草 Humulus scandens ；加拿大一枝黄花 Solidago decurrens表 2本研究采得土壤中小型动物组成Table 2Compo

13、sition of Soil Meso- and Micro-invertebrate Communities in this study门（Phyla）纲（Class）目（Order）扁形动物门(Plathelminthes)涡虫纲(Turbellaria)线形动物门(Nemathelminthes)线虫纲(Nematoda)轮虫动物门(Rotifera phylum)轮虫纲(Rotatoria)环节动物门(Annelida)寡毛纲(Oligachaeta)近孔寡毛目(Oligochaeta plesiopora)节肢动物门(Arthropoda)蛛形纲(Arachnoidea)蜱螨目(Ac

14、arina)唇足纲(Chilopoda)地蜈蚣目(Geophilomorpha)昆虫纲(Insecta)弹尾目(Collembola)半翅目(Hemiptera)鞘翅目(Coleoptera)双翅目(Diptera)膜翅目(Hymenoptera)双尾目(Diplura)同翅目(Homoptera)原尾目(Protura)啮目(Psocoptera)甲壳纲(Crustecea)等足目(Isopoda)1240生态环境第 16 卷第 4 期（2007 年 7 月）plesiopora) 、 涡 虫 纲 (Turbellaria) 和 轮 虫 纲(Rotatoria)，它们共占了总捕获量的 98.

15、27%，构成本研究 9 种城市绿地中小型土壤动物群落的主体。不同生境条件下, 大型土壤动物的群落组成有所差异, 类群数乔木类型为植物园 E(12) =老港I(12)生态林 D(7)= 工业区 G (7) =学校 A(7)，草本类型为植物园 F(10) 学校 B（9）=居住区 C（9）=工业区 H(8)。从土壤动物捕获量上看，植物园草地F工业区乔木 G老港乔木 I工业区草地 H居住区草地 C植物园乔木 E学校草地 B浦东生态林D学校乔木 A。平均来看，乔木类型捕获的中小型土壤动物类群数与草本类型相等，但是草本类型中小型土壤动物类群数量比较稳定，乔木类型类群数则出现峰值和低值。从捕获量上看，草地类

16、型好于乔木，是乔木平均捕获量的 1.42 倍。不同类群在不同生境中密度也不同，其中线虫纲在工业区乔木密度最大，蜱螨目在植物园草地类型密度最大，弹尾目在植物园乔木类型密度最大，而这些与绿化模式之间没有必然联系，主要与环境有关，因此，需要与环境数据结合做进一步分析。2.2群落多样性9 种城市绿地生境中小型土壤动物群落的多样性指数见图 1，其中以 DG 指数最大，其它群落多样性指数相近，同时 DG 指数和 Margalef 丰富度指数排序趋势相近。从图中可以看到，9 种城市绿地的群落 DG 指数排序为植物园乔木 E=老港 I植物园草地 F学校草地 B =居住区草地 C工业区草地H学校乔木 A=工业乔

17、木 G=浦东生态林 D；表 3不同土地利用类型中小型土壤动物的群落组成和密度1)Table 3Composition and density of Soil Meso- and Micro-invertebrate Communities in plots with different land-use types/（indm-2）土壤动物学校居住区浦东生态林植物园工业区老港总计频度多度乔木 A草地 B草地 C乔木 D乔木 E草地 F乔木 G草地 H乔木 I线虫纲8 35524 57442 26614 74418 18440 30184 04166 84037 352336 65759.70%

18、+蜱螨目2 54810 87011 8908 15310 61663 3544 8413 22720 297135 79524.08%+弹尾目2 2085102 5482 20810 2763403401 0199 08728 5355.06%+近孔寡毛目9831 9664 9158 23901 0193 5251 1533 32525 1254.46%+涡虫纲01 966004918 8461 9669833 93218 1843.22%+轮虫纲0009834914 9154919831 9669 8291.74%+双尾目67934084917042567959417003 9070.69%

19、+双翅目2551703400170340005101 7830.32%+鞘翅目00085425170067901 3590.24%+膜翅目009180851700001 1730.21%+原尾目01700085000853400.06%+啮目0017000000852550.05%+地蜈蚣目85017008500003400.06%+同翅目01700085000853400.06%+等足目000000001701700.03%+半翅目0000000085850.02%+类群数79971210781216+总捕获量15 11340 73464 06534 58241 418120 13395 7

20、9975 05476 977563 876100.00%1) +: 优势类群 Dominant groups (10%) ; +: 常见类群 Common groups（1%10%）; +: 稀有类群 Rare groups(1%)王金凤等：上海市不同土地利用类型春季中小型土壤动物群落结构研究1241Shannon-Wiener 多样性指数(H)的顺序为老港 I浦东生态林 D植物园乔木 E学校乔木 A植物园草地 F学校草地 B居住区草地 C工业乔木 G工业区 草 地 H ； 总 体 来 说 ， 乔 木 绿 化 类 型 的Shannon-Wiener 多 样 性指 数 、 Pielou 均 匀

21、度、Margalef 丰富度指数平均高于草地，而其它指数则要低于草地。由于土壤动物分类阶元常常较大, 不同类群的个体数量往往存在巨大的差异, 使群落多样性与均匀度相关而与丰富度关系不密切 （图 2） ， 组成简单、各类群数量均较低的群落可能比组成丰富各类群数量均较高的群落的多样性指数更高。傅必谦（2002）根据大型土壤动物说明群落的复杂性指数Cj 在表现群落丰富性和复杂性方面上比较合理， 在本研究中，根据傅必谦等(2002)提出的利用 r 计算Cj 值的方法，各群落的 r 值分别为 I(1.913) C(1.715) F （ 1.221 ） B(0.925) E(0.860)H(0.676)

22、G (0.577) A(0.561) D（0.552） ，通过计算得到的 Cj 值按大小排序为：有老港 I居住区草地 C 植物园草地 F植物园乔木 E学校草地B 浦东生态林 D 学校乔木 A工业区草地 H 工业区乔木 G。结合中小型土壤动物类群数和密度，Cj 比其它多样性指数在表现群落丰富性和复杂性方面上要合理一些。2.3群落聚类群落生态学研究中常采用聚类分析方法, 本文按照葛宝明（2005）的聚类方法先将密度原始数据4 次开方, 以减少个别优势类群对整个群落影响的权重, 然后利用欧氏距离来进行组间平均聚类的方法7-8, 得到结果如图 2。非度量多维标度的二维分析的结果如图 3，Stress

23、值为 0.13662, 此值 G I H C E BD A， 草地类型土层中小型土壤动物平均捕获量要大于乔木，是乔木平均捕获量的 1.42 倍。不同类群在不同生境中密度也不同，其中线虫纲在工业区乔木密度最大，蜱螨目在植物园草地类型密度最大，弹尾目在植物园乔木类型密度最大，而这些与绿化模式之间没有必然联系，主要与环境有关，影响土壤动物群落结构的可能因素很多，包括气候、土壤理化性质(有机物含量/疏松程度/颗粒大小/污染程度/含水量等)、 植被情况、 人为干扰等，因此，需要与环境数据结合做进一步分析。3.2群落多样性9 种生境的多样性指数排序各异，而且由于土壤动物分类阶元较大，不同类群的个体数量往往

24、存在巨大的差异，尤其是对于中小型土壤动物，使得群落多样性与均匀度相关而与丰富度关系不密切（图 1） ，组成简单、各类群数量均较低的群落可能比组成丰富各类群数量均较高的群落的多样性指数更高。傅必谦根据大型土壤动物提出的复杂性指数 Cj 在表现中小型土壤动物群落丰富性和复杂性方面上也比较合理。3.3群落相似性通过中小型土壤动物群落的聚类和排序结果，可以将 9 种不同生境分为 6 大类型, 即浦东路旁绿化、工业区乔木及草地类型、植物园草地及废弃地乔木类型、校园乔木及居住区草地类型、校园草地类型、植物园乔木类型。且从排序图中可以看到，在纵向上, 越靠近横轴，中小型土壤动物群落生境的植被高度越低，可以近

25、似认为纵轴由下至上是受植被高度的影响。由于中小型土壤动物密度比大型土壤动物还要大，因此，中小型土壤动物排序图在其它方面不如大型土壤排序图结论明显。通过研究可以看出，在不同的土地利用条件下，中小型土壤动物群落的结构以及多样性均有不同的表现，这也反应了中小型土壤动物对土地利用方式的响应，由此可见，将土壤动物研究与土地利用评价相结合，作为合理利用土地的一项参考指标，是很有意义的。结合利用土地的理化特征，可以进一步开展深入的研究，也可以进一步进行季节变化的动态研究。参考文献:1GARDI C,TOMASELLI M, PARISI V. Soil quality indicators andbiodi

26、versity in northern Italian permanent grasslandsJ.EuropeanJournal of Soil Biology, 2002,38:103-110.2McINTYRE N E,RANGO J, FAGAN W F, et al .Ground arthropodcommunitystructureInaheterogeneousurbanenvironmentJ.Landscape and Urban Planning, 2001, 52: 257-274.3梁文举, 葛亭魁, 段玉玺.土壤健康及土壤动物生物指示的研究与应用J. 沈阳农业大学学

27、报, 2001, 32(1): 70-72.LIANG Wenju,GE Tingkui, DUAN Yuxi. Bioindication of Soil Faunato Soil HealthJ. Journal of Shenyang Agricultural University, 2001,32(1): 70-72.4葛宝明, 孔军苗, 程宏毅, 等. 不同利用方式土地秋季大型土壤动物群落结构J. 动物学研究, 2005 (3). 272-278.GE Baoming, KONG Junmiao, CHENG Hongyi,et al. CommunityStructure of S

28、oil Macrofauna in Different Using Types of Soils inAutumnJ. Zoological Research, 2005 (3). 272-278.5傅必谦, 陈卫, 董晓晖, 等. 北京松山四种大型土壤动物群落组成和结构J. 生态学报, 2002, 22(2): 215-223.FU Biqian, CHEN Wei,DONG Xiaohui, et al. The Composition andStructure of the Four Soil Macrofaunas in Songshan Mountain inBeijingJ. Ac

29、ta Ecologica Sinica, 2002, 22(2): 215-223.6葛宝明, 程宏毅, 郑祥, 等. 浙江金华不同城市绿地大型土壤动物群落结构与多样性J. 生物多样性, 2005, 13 (3): 197-203.GE Baoming, CHENG Hongyi, ZHENG Xiang, et al. Communitystructure and diversity of soil macrofauna from different urbangreenbelts in Jinhua CityJ. Biodiversity Science, 2005, 13 (3):197

30、203.7吴东辉, 张柏,卜照义,等.长春市不同土地利用生境土壤螨类群落结构特征J. 生态学报, 2006,26(1):16-25.WU Donghui, ZHANG Bai,BU Zhaoyi,et al. The characteristics ofcommunitystructureofsoilmitesfromdifferenthabitatsinChangchun areaJ. Acta Ecologica Sinica，2006,26(1):16-25.8吴东辉, 张柏, 陈鹏. 长春市不同土地利用生境土壤弹尾虫群落结构特征J. 生态学杂志, 2006, 25(2): 180-18

31、4.WU Donghui, ZHANG Bai,CHEN Peng. Community structure of soilcollembolan under different land uses in ChangchunJ. ChineseJournal of Ecology, 2006, 25(2): 180-184.9邓晓保, 邹寿青, 付先惠, 等. 西双版纳热带雨林不同土地利用方式对土壤动物个体数量的影响J. 生态学报，2003, 23(1): 130-138.DENG XiaoBao, ZOU Shouqing, FU Xianhui, et al. The impacts of

32、landusepracticesonthecommunitiesofsoilfaunaintheXishuangbanna rainforest, Yunnan, ChinaJ. Acta Ecologica Sinica,王金凤等：上海市不同土地利用类型春季中小型土壤动物群落结构研究12432003, 23(1): 130-138.10 杨冬青, 高峻, 肖烈桂, 等. 城市特定生境下土壤动物的生态分布J. 云南环境科学, 2005(1): 22-26.YANGDongqing,GAOJun,XIAOLiegui,etal.EcologicalDistribution of Soil Ani

33、mals under Certain City Habitats J. YunnanEnvironmental Science, 2005(1): 22-26.11 尹文英. 中国土壤动物检索图鉴M. 北京: 科学出版社, 1998.YIN Wenying. Pictorical keys to soil animals of ChinaM. Beijing:Science Press, 1998.12 陈廷贵, 张金屯. 十五个物种多样性指数的比较研究J. 河南科学,1999, 17: 55-57.CHEN Tingui, ZHANG Jintun. A Comparision of fif

34、teen speciesdiversity indicesJ. Henan Science, 1999, 17: 55-57.Community structure of soil meso- and micro- invertebratein different habitats in ShanghaiWANG Jinfeng1,2,3, YOU Wenhui1,21.Department of Environmental Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China;2.Shanghai Key Laboratory on Urbanization and Restoration Ecology, Shanghai 200062,China;3. College of Chemical and Environmental Engi