不同改良措施下盐碱苜蓿地土壤节肢动物群落特征与土壤因子的关系

摘要：为揭示盐碱地恢复过程中土壤节肢动物与土壤环境要素的相互关系，采用野外调查和实验室检测相结合的方法，对宁夏银北盐碱苜蓿地6种不同改良措施的盐碱地土壤全氮、速效磷、速效钾、有机质、pH、全盐、碱化度值、土壤温度和土壤水分含量，以及土壤节肢动物群落结构等进行了比较研究。共获得节肢动物10 194头，计31个类群，3纲11目27科，优势类群为前气门亚目和棘跳科，其个体数分别占群落个体总数的75.52%和10.77%；甲螨亚目和等节跳科为常见类群，其个体数占群落个体总数的7.66%和4.29%。不同改良措施对土壤节肢动物类群丰富度没有显著影响，而明显影响土壤节肢动物聚集程度。在土层垂直分布上，呈现表聚性现象。不同改良措施对盐碱苜蓿地土壤节肢动物群落类群丰富度和密度垂直分布影响不显著。灰色关联分析表明，土壤pH、碱化度和全盐对土壤节肢动物的影响最大。多元回归分析表明，影响土壤节肢动物垂直分布的关键土壤因子有差异，在0～5 cm土层，土壤全盐和全氮影响土壤节肢动物类群丰富度，土壤全氮和速效钾影响土壤节肢动物群落的多样性指数。在5～10 cm土层，土壤全盐影响土壤节肢动物类群丰富度，土壤碱化度决定土壤节肢动物群落的多样性指数。

关键词：盐碱地；土壤节肢动物群落；垂直分布；改良措施

中图分类号：S154.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）11-2785-07

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.018

盐碱土是气候干旱、蒸发量强等情况下形成的一类特殊土壤，其形成的实质主要是各种易溶性盐类在地面的重新分配，致使盐分在集盐地区的土壤表层逐渐积聚起来[1]。用脱硫废弃物改良盐碱地是将工业废物的再利用和农业土壤改良相结合的一种改良方式，具有深远的现实意义[2]。盐碱化恢复过程是由物理、化学、生物等多个不同属性过程组成。其中，生物过程尤为重要，土壤节肢动物是土壤生态系统中不可缺少的重要组成部分，在土壤物质循环和能量转化过程中起着重要的作用，同时，土壤生态因子也决定了土壤节肢动物的生存与活动[3-5]。土壤节肢动物群落组成与结构对环境变化或干扰的反应极为敏感，可作为土壤环境监测的敏感因子[6]。土壤线虫[7]、原生动物[8]、蚯蚓[9]、甲螨[10，11]等类群已被应用于作为反映土壤质量的主要指标。土壤盐渍化对土壤节肢动物群落演变过程的生态驱动机制逐步受到关注，土壤节肢动物的种群分布、密度及生物量与土壤理化性状、土壤酶活性、有机物含量及肥力结构密切相关。中国北方干旱区盐碱化生境如黑河流域[12，13]、吉林羊草草原盐碱生境[14]、宁夏银川北部盐碱改良地试验区[15，16]、新疆尼勒克农田[17]，湿地盐碱化生境如崇明瀛东[18]、扎龙湿地[19]、豫东黄河[20]等不同盐碱化生境中陆续开展的一系列土壤节肢动物生态学研究表明，土壤pH、可溶性盐、碱化度、有机质等是影响土壤节肢动物的主要因子，而且受气候因子（温度和降水）的季节变化影响，不同盐碱化生境的优势类群差异很大。土地利用、覆被变化和生态系统管理措施对黑河流域土壤盐渍化及土壤节肢动物群落演变特征的耦合可显著改变土壤节肢动物群落结构[12，21]。

土壤盐碱化是目前制约宁夏农业增产的土壤因素之一，用脱硫废弃物改良盐碱地正逐步深入，并成为盐碱化生态恢复的有效途径。研究盐碱化恢复过程中土壤节肢动物群落和土壤环境的演变特征，为进一步解析盐碱化生态系统的生物过程演变机制奠定基础。为此，本研究通过调查不同改良措施下盐碱苜蓿地土壤节肢动物群落的结构，分析土壤节肢动物群落与环境因子间的关系，旨在揭示土壤节肢动物对盐碱化恢复的响应，为深入揭示盐碱化恢复的生物过程机理和制定有效的恢复措施提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区自然概况

研究地位于宁夏平罗西大滩试验基地（E106°22′50″，N38°48′18″，海拔1 095 m），地处河套平原西南部，地势平缓低洼，境内分布有中国乃至世界特有的龟裂碱土。该地属典型的北温带大陆性气候，年平均气温8.50 ℃，年平均降水量180 mm，主要集中在7～9月，平均海拔1 100 m。地下水埋深约1.50 m，盐分类型主要有NaCl、Na2SO4、Na2CO3，土壤质地黏重，透水性差。土壤碱化度为15%～60%，pH 8.00～10.40，全盐含量0.25%～0.65%。

1.2 样地设置与土壤节肢动物采集鉴定

样地设在6×6拉丁方设计（36个小区）的苜蓿（Medicago sativa）试验田（已种植2年，每年夏季和秋季各刈割1次），小区面积5 m×10 m，总面积1 800 m2，苜蓿株（丛）距10 cm，行距30 cm。共设6个处理，处理1（MXA）不用任何改良技术；处理2（MXB）施脱硫石膏1.5 t/667 m2；处理3（MXC）施改良剂0.5 t/667 m2+有机肥2.0 t/667 m2；处理4（MXD）洗盐灌水定额270 m3/667 m2；处理5（MXE）施脱硫石膏1.5 t/667 m2+灌排措施（同处理4）；处理6（MXF）施脱硫石膏1.5 t/667 m2+有机肥2.0 t/667 m2+改良剂0.5 t/667 m2+灌排措施（同处理4）。采样于2014年6～10月进行，每20 d采集1次，共采集7次，同一处理选择3个小区，并在3个小区上各设3个重复。每一样方以200 cm3环刀法分0～5、5～10、10～15 cm三层取土样，带回实验室分别用Tullgren法（干漏斗法）进行分离提取土壤节肢动物[22]。

对采集的土壤节肢动物标本进行鉴定[22-24]，因土壤节肢动物成虫和幼虫的生活习性差异较大，所以将成虫和幼虫分开统计数量。

1.3 土壤理化因子分析

在每个样方内，用环刀法按照0～5、5～10、10～15 cm分层取土样，装入袋中，带回实验室，测定土壤全氮、速效磷、速效钾、有机质、pH、全盐和碱化度值[25]。土壤温度和水分含量分别用TP-ST-1和TP-SR-1在样地野外测定。

1.4 数据分析

各类群数量等级划分：个体数量占全部捕获量10%以上为优势类群，介于1%～10%之间为常见类群，介于0.1%～1%之间为稀有类群，0.1%以下的为极稀有类群。以土壤节肢动物密度（D）反映不同样地土壤节肢动物的数量，其含义为100 cm3捕获的土壤节肢动物个体数。土壤节肢动物类群多样性（H）分析采用Shannon-Wiener多样性指数，计算公式为H′=-∑PilnPi，其中Pi=Ni/N，Pi是第i种个体数占总个体数的比率，Ni是第i种的个体数，N是总个体数[26]。

土壤因子对土壤节肢动物群落结构的影响，采用灰色关联的方法分析[27]。关联系数：rij（k）=（Δmin+PΔmax）/Δij（k）+PΔmax，式中，Δmin、Δmax分别为所比较数列的绝对差中的最小值和最大值，P为分辨系数，一般取值在0.1～0.5，本研究取值0.5。

通过SPSS16.0统计软件，采用单因素方差分析（One-way ANOVA）法分析不同样地土壤理化性质、土壤节肢动物群落之间的差异。采用Correlate相关分析中的Pearson指数分析土壤节肢动物密度、类群丰富度与土壤因子的相关性。采用多元线性逐步回归（Stepwise）分析检验土壤节肢动物群落与土壤因子之间的关系。

2 结果与分析

2.1 不同改良措施下土壤节肢动物群落组成

在研究样地共获得土壤节肢动物10 194头，31个土壤节肢动物类群，隶属于3纲11目27科（表1）。依据个体数量划分，土壤节肢动物群落的优势类群为前气门亚目和棘跳科，其个体数分别占群落个体总数的75.52%和10.77%；甲螨亚目和等节跳科为常见类群，其个体数占群落个体总数的7.66%和4.29%；稀有类群为6个类群，其个体数占群落个体总数的1.04%；极稀有类群为21个类群，其个体数占群落个体总数的0.72%。不同样地主要类群略有差异，其中MXA样地优势类群为前气门亚目（77.21%）和棘跳科（10.26%），常见类群为甲螨亚目（9.36%）和等节跳科（1.16%），特有类群为疣跳科、啮科；MXB样地优势类群为前气门亚目（83.80%），常见类群为甲螨亚目（3.42%）、棘跳科（8.48%）和等节跳科（3.61%），特有类群为叩甲科；MXC样地优势类群为前气门亚目（74.90%）和棘跳科（10.61%），常见类群为甲螨亚目（5.83%）、等节跳科（5.51%）和地蛛科（1.13%），特有类群为康（虫八）科；MXD样地优势类群为前气门亚目（76.88%）和棘跳科（11.99%），常见类群为甲螨亚目（6.18%）和等节跳科（3.93%），特有类群为苔甲科；MXE样地优势类群为前气门亚目（60.81%）、甲螨亚目（14.52%）和棘跳科（10.86%），常见类群为等节跳科（8.66%）；其中MXF样地优势类群为前气门亚目（73.13%）和棘跳科（14.22%），常见类群为甲螨亚目（7.90%）和等节跳科（2.02%）。

优势类群前气门亚目种群密度在不同样地间差异显著（F=24.472，P0.05）。不同改良措施对稀有和极稀有类群数目没有明显影响，但MXA样地最多，MXE样地次之，MXC样地和MXF较少，说明在人工干扰条件下，稀有类群数目有减少的趋势。稀有和极稀有类群数目受土壤水分量的影响显著（r=0.932，P

由图1可知，不同改良措施对盐碱苜蓿地土壤节肢动物群落类群丰富度（F=1.083，P>0.05）没有显著影响，MXA样地类群丰富度最高，说明农艺措施干扰会降低土壤节肢动物类群丰富度。不同改良措施明显影响盐碱苜蓿地土壤节肢动物聚集程度，MXB样地土壤节肢动物密度显著高于其他样地（F=0.389，P

2.2 土壤节肢动物的垂直分布

本次调查研究中，0～5、5～10、10～15 cm土层总类群数分别为24、22、18个，个体数量分别占调查总体数量的40.26%、41.32%和18.42%。不同土壤层次的土壤节肢动物类群丰富度存在差异，0～5 cm层与10～15 cm层之间存在显著差异（F=6.566，P

不同改良措施对盐碱苜蓿地土壤节肢动物群落类群丰富度和密度随土层而变化的规律的影响略有不同（图3）。0～5 cm层MXA样地的类群丰富度显著高于MXB样地，不同样地间类群丰富度差异不显著（F=1.386，P>0.05）。5～10 cm层MXB样地的类群丰富度显著高于MXE样地，而其他不同样地间类群丰富度差异不显著（F=1.432，P>0.05）。不同改良措施对不同土层的土壤节肢动物密度分布没有显著影响，MXB样地土壤节肢动物密度在3层中均为最高，在0～5 cm层MXF样地最低，5～10 cm层MXC样地和MXD样地最低，10～15 cm层MXC样地最低。

2.3 土壤节肢动物群落与土壤理化因子间的关系

不同样地0～15 cm土层土壤理化因子的测定结果见表2。从表2可知，不同改良措施下，样地间的土壤全氮、有机质、pH、全盐和碱化度有所不同。MXA样地pH、全盐和碱化度显著高于其他样地，5种改良措施下的土壤全盐差异不显著，MXB样地的pH分别与MXD和MXE样地差异显著（P

微地域内土壤节肢动物与土壤环境因子关系十分复杂，利用灰色关联分析方法，选择土壤节肢动物优势类群前气门亚目和棘跳科密度、常见类群甲螨亚目和等节跳密度、稀有类群密度、类群丰富度、总密度、群落多样性指数作为母数列（y），并依次定义为前气门亚目（y1）、甲螨亚目（y2）、棘跳科（y3）、等节跳科（y4）、稀有类群密度（y5）、类群丰富度（y6）、群落密度（y7）、群落多样性（y8）为母数列，对土壤的理化因子（表3）作单因素方差分析，选择差异明显（P

在所有的系数（表3）中，r65最大，r65=r（y6，x5）=0.829 0，表明土壤碱化度对土壤节肢动物群落类群丰富度影响最大。从土壤节肢动物的5个类群来看，在r1j中，即r1j=（y1，xj），r13和r11较大，r14偏小，表明前气门亚目受pH（0.782 6）和全氮（0.761 1）影响较大，受全盐（0.666 6）影响最小；在r2j中，即r2j=（y2，xj），r24和r25较大，r12偏小，表明甲螨亚目受土壤全盐（0.828 5）和碱化度（0.818 7）影响较大，受有机质（0.596 5）影响最小；以此类推，棘跳科受土壤pH（0.743 1）影响最大，受有机质（0.679 2）影响最小；等节跳科有机质（0.682 1）影响最大，受全盐（0.662 5）影响最小；稀有类群受全盐（0.776 5）和碱化度（0.769 0）影响较大，受有机质（0.549 1）的影响最小；类群丰富度受土壤碱化度（0.829 0）影响最大，受全盐（0.810 3）较大，受有机质（0.526 8）影响最小；群落密度受全氮（0.812 1）影响最大，pH（0.796 9）次之，受全盐（0.627 8）影响最小；群落多样性受pH（0.819 4）影响最大，全盐（0.786 5）和碱化度（0.775 8）次之，受有机质（0.549 5）影响最小。

土壤理化因子关联度均值由大到小依次为pH（0.736 7）、碱化度（0.734 5）、全盐（0.734 3）、全氮（0.713 7）、有机质（0.619 4）。土壤节肢动物群落关联度均值由大到小依次为类群丰富度（0.730 6）、群落多样性（0.730 4）、甲螨亚目（0.729 9）、群落密度（0.713 7）、棘跳科（0.713 4）、前气门亚目（0.712 6）、等节跳科（0.671 5）、稀有类群密度（0.659 6）。灰色关联度越大，说明子序列对母序列的影响越大[27]。可以看出，土壤pH、碱化度和全盐与土壤节肢动物的关系密切。群落丰富度和群落多样性与选取的环境因子最为密切，优势类群、常见类群和稀有类群密切程度略低。回归分析表明，土壤节肢动物类群丰富度分别与土壤pH（y=-24.117+3.667x，r2=0.629，F=6.788，P=0.048）、碱化度（y=0.860-0.174x，r2=0.825，F=18.793，P=0.012）和全盐（y=3.702+0.640x，r2=0.618，F=6.472，P=0.044）呈显著的线性关系，说明不同改良措施导致的土壤pH、碱化度和全盐的变化会明显影响土壤节肢动物类群的分布。

对0～5、5～10、10～15 cm土层土壤节肢动物类群丰富度、群落密度和多样性指数（H）与表2的土壤理化因子进行多元回归检验，结果见表4。从表4可见，在0～5 cm土层，土壤全盐和全氮是影响土壤节肢动物类群丰富度（r2=0.951，F=29.253，P=0.011）的决定因素；土壤全氮和速效钾影响土壤节肢动物群落的Shannon-Wiener指数（H）（r2=0.884，F=11.472，P=0.039）。在5～10 cm土层，土壤全盐决定土壤节肢动物类群丰富度（r2=0.813，F=17.386，P=0.014），土壤碱化度决定土壤节肢动物群落的Shannon-Wiener指数（H）（r2=0.690，F=8.910，P=0.041）。在10～15 cm土层，土壤节肢动物类群丰富度、群落密度和多样性指数（H）与土壤因子没有明显的回归关系。

3 小结与讨论

本研究调查共获取土壤节肢动物10 194个，计31个类群，优势类群和常见类群为前气门亚目、甲螨亚目和弹尾目的棘跳科、等节跳科，构成了银北盐碱地土壤节肢动物的主体，对土壤节肢动物群落特征起着决定性作用，其余为稀有类群和极稀有类群，这与相似生境的研究基本一致，由于盐碱地改良的作物不同，次优势类群略有差异[15，16]。半干旱盐渍化生境下以耐干旱的鞘翅目类群、蚁科及蜘蛛类为优势类群[12，13，21]，螨类和弹尾目是羊毛盐碱草原的优势类群[14]，湿地盐碱生境中优势类群最丰富[18-20]，因此，盐碱化生境下由于植被覆盖和气候等诸多因素的影响，优势类群差异明显。本研究中不同改良措施下的土壤节肢动物类群丰富度虽然没有明显区别，但MXA样地最高，说明农艺措施和人类干扰改变了天然盐碱地的土壤节肢动物类群组成，由于改良年限较短，土壤理化因子虽然有了明显变化，但不同土壤节肢动物类群的入侵和定居存在迟滞效应，造成不同改良措施下土壤节肢动物群落结构差异不明显[21]。不同改良措施明显影响土壤节肢动物群落密度和优势类群前气门亚目的密度，其对土壤生态系统恢复程度有一定的指示作用[28]。

5种改良措施下土壤节肢动物的类群数和密度垂直分布具有明显的表聚性，与多种盐碱化生境下土壤节肢动物垂直分布特征一致[14，19，29]。不同处理也基本呈现表聚性特征，但同层不同改良措施的土壤节肢动物的类群数和密度差异不显著。本研究表明，影响土壤节肢动物垂直分布的关键土壤因子也不尽相同，在0～5 cm土层，土壤全盐和全氮影响土壤节肢动物类群丰富度，土壤全氮和速效钾影响土壤节肢动物群落的多样性指数。在5～10 cm土层，土壤全盐影响土壤节肢动物类群丰富度，土壤碱化度决定土壤节肢动物群落的多样性。因此，土壤节肢动物的表聚现象与土壤理化特性、水热条件以及营养状况的垂直分布有密切关系。