吉爾吉斯斯坦比什凱克市不同生境中小型土壤動物群落多樣性

吾瑪爾·阿布力孜等

摘要

[目的]研究城市生態系統不同土地利用類型下中小型土壤動物群落多樣性特征，為開展城市土壤環境質量的生物學評價提供科學依據。[方法] 采用改良的Tullgren分離法對吉爾吉斯斯坦比什凱克市市區人工林、灌木林、草地3種生境下中小型土壤動物群落多樣性特征及其與環境要素的關系進行比較。[結果] 獲得中小型土壤動物個體共5 775只，隸屬4門11綱29種類群，其中甲螨亞目（44.73%）和中氣門亞目（20.42%） 為優勢類群，占總個體數量的65.14%。墊刃目（7.79%）、彈尾目（7.06%）、前氣門亞目（7.06%）、蛭態目（2.55%）、膜翅目（1.25%）、原尾目（1.04%）、無氣門亞目（1.14%）7類為常見類群，占總個體數量的27.89%，優勢類群和常見類群共占總個體數的93.03%，并組成該市區中小型土壤動物的主體。另外，雙翅目幼蟲、鞘翅目幼蟲、鱗翅目幼蟲、蜘蛛目、等翅目等20類為稀有類群，占總個體數的6.97%。不同生境下中小型土壤動物群落多樣性指標間存在顯著差異（P<0.05），而個體數間差異極顯著（P<0.01），其中個體數水平分布表現為人工林>草地>灌木林，類群數依次為灌木林>人工林>草地。在垂直分布上具有明顯的表聚性特征，即0～5 cm>5～10 cm>10～15 cm>15～20 cm。[結論]不同生境的中小型土壤動物群落的組成和多樣性指標之間存在差異，這與植被類型、人為干擾程度、土壤環境因素等有關。

關鍵詞吉爾吉斯斯坦；比什凱克市；生境；中小型土壤動物；群落多樣性

中圖分類號S154.5；Q958.11文獻標

識碼A文章編號0517-6611（2014）06-01716-06

Abstract[Objective] In order to provide scientific basis for the biological evaluation of soil environment quality of urban ecosystem， an investigation was conducted on the community diversity of soil meso and microfauna in different habitat types in Bishkek city， Kyrgyzstan. [Method] The investigation was conducted by used the modified Tullgren method to study on the characteristics of the community diversity of soil meso and microfauna in the artificial forest， shrubbery， and constructed grassland in Bishkek City， Kyrgyzstan in August in 2013. [Result] A total of 5 775 individuals of soil meso and microfauna were collected， belonging to 4 phyla， 11 classes， and 29 groups， respectively. Among which the Oribatida （44.73%）， Mesostigmata （20.42%） were the dominant groups， and they were accounted for 65.14% of the total samples； Tylenchida（7.79%）， Collembola（7.06%%）， Bdelloidea（2.55%）， Prostigmata（7.06%）， Hymenoptera（1.25%）， Protura（1.04%） and Astigmata（1.14%） were common groups， and they were accounted for 27.89% of the total collections， and the other 20 groups were belonged to the rare groups and they were only accounted for 6.97% of the total individuals. The results also indicated that there were significant differences among the different habitats both of the individuals and group numbers of soil meso and microfauna（P<0.05）， the sequences of horizontal spatial distribution of the individuals of soil meso and microfauna were artificial forest>shrubbery>grassland ； the sequences of group number of soil meso and microfauna were shrubbery>artificial forest>grassland ； The vertical distribution both of the individuals and group numbers were mainly lived in the layer of 0-5 cm in the soil profile， and decreased obviously with increasing soil depth， 0-5 cm>5-10 cm>10～15cm>15-20 cm . The order of the Shannon –Wiener diversity index was artificial forest>shrubbery>grassland； The Simpson index was shrubbery>grassland>artificial forest. [Conclusion] The community structure and diversity indices of soil meso and microfauna in different habitats in the Bishkek City were correlated to the vegetation type， the degrees of human interferences and the properties of soil environment.

Key words Kyrgyzstan； Bishkek City； Habitat； Meso and microfauna； Community diversity

隨著城市人口的劇增和城市化進程的逐步加快，生物多樣性保護和城市土壤生態保護等城市的生態環境問題日益成為人們關注的熱點之一[1-3]。作為城市生態系統的重要組成部分，土壤動物在研究和評價城市生態系統物種多樣性及城市生態環境中表現出越來越重要的作用[3-4]。研究發現，受人類干擾的程度不同，土壤動物的種類，數量和分布均有不同的特點。另一方面，由于土壤動物具有類群豐富、數量巨大、對溫度變化反應靈敏以及壽命較短等特點，又可成為反映城市化進程對生態系統影響的指示生物[5]。中小型土壤動物是陸地生態系統中的重要消費者和分解者，在物質循環、能量流動和信息傳遞過程中起到重要的促進作用[5-6]。土壤動物群落易受氣候、土壤、人為干擾、植被等生態因子的影響，隨著溫度、降水及植被等生態因子的變化，不同氣候帶土壤動物的群落組成與結構具有明顯的地帶性特征[7-9]，其群落組成和功能群的變化是生態系統功能的重要驅動因子[10-11]。土壤動物可作為衡量生態環境優劣的一個較為有效的指標，其變化能夠對快速的城市化進程做出靈敏、客觀的反應[12-14]。土地利用變化是城市化進程中的重要特征之一，一些學者已在利用土壤動物種群結構的變化來反映不同土地利用形式的影響以及土壤動物群落對環境因素的響應、土壤動物對土壤生態環境優劣的指示作用等方面開展了許多有益的探索[15-20]。比什凱克市是中亞地區近年來城市化發展較快的城市之一，城市生態環境受不同強度的人類干擾，存在著多種土地利用形式，土壤環境質量差異較大[21-23]。目前，有關該地區在城市化進程中不同土地利用方式對土壤動物群落結構影響的研究較為缺乏，對土壤動物在不同程度人類干擾下的響應和機制也不十分了解。筆者研究該城市3種不同土地利用類型下中小型土壤動物群落多樣性特征及其與環境要素之間的關系，以期為開展城市土壤環境質量的生物學評價提供科學依據，為高速城市化過程中城市生物多樣性保護研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

吉爾吉斯斯坦是位于中亞東部的內陸國，面積19.85 km2，人口520萬（2007年初）。北部同哈薩克斯坦、西部同烏茲別克斯坦、東部同中國新疆、南部同塔吉克斯坦接壤。邊界線全長約4 170 km（其中與我國接壤1 100 km）。境內多山，山地占4/5，低地約占1/5，素有“中亞山國”之稱。全境平均海拔在500 m以上，其中約90%的領土在海拔1 500 m以上，約1/3的地區海拔為3 000～4 000 m。天山山脈和帕米爾—阿萊山脈綿亙于中吉邊境。低地主要分布在西南部的費爾干納盆地和北部塔拉斯河谷地一帶。吉爾吉斯斯坦全國劃分為楚河州、塔拉斯州、奧什州、賈拉拉巴德州、納倫州、伊塞克湖州、巴特肯州7州，首都比什凱克市和南部首都奧什市2市。比什凱克市位于吉爾吉斯阿拉套山北麓、美麗富饒的楚河盆地中央，是吉爾吉斯斯坦首都、楚河州州中心，在歷史上是“絲綢之路”上的一座古城，也是吉爾吉斯斯坦的政治、經濟、文教和科技中心，是該國的主要交通樞紐。比什凱克市是中亞地區的一個重要工業城市，電力、機械、儀器、電器制造是工業主導部門，其地理位置為 42°52′29″ N、74°36′44″ E，城市面積130 km2，綠化面積達43 km2，海拔750～900 m，下設4個區，即五一區、列寧區、十月區和斯維爾德洛夫區。市區橫跨阿拉爾卻河和阿拉密琴河，大楚斯基運河橫貫其北部。東部為新工業區，西部為老工業區和鐵路貨運站，南部有文教、科研機構和工廠，另外市內有公園、果園多處，城市四周有1 200 hm2面積的森林。氣候屬于大陸性氣候，夏季干燥炎熱，冬季（1月）平均氣溫為-7 ℃，7月平均氣溫為27 ℃，7月最高氣溫有時達到40 ℃以上，全年平均氣溫不超過10 ℃。全年降水量350～400 mm，年蒸發量1 150～1 200 mm，無霜期為160 d。該市陽光充足，平均一年中有322個晴天，日照時間將近2 590 h。土壤大多為典型山地灰鈣土，且以黃壤土為主，土壤剖面表現為弱分異剖面（含有大量的碳酸鹽），腐殖質層厚度為50～70 cm，腐殖質含量為1.8%～2.5% ，有時可達3%[24-27]。

1.2樣地設置和采樣方法

在3種生境中人工林的有機質含量較高，中小型土壤動物的組成和種類豐富。容重是影響土壤動物垂直分布的重要因素之一，容重小，土壤疏松，土壤動物類群數和個體數多，在同一樣地的土壤中，隨著土壤深度增加容重增大，土壤動物類群數和個體數都減少。溫度對中小型土壤動物群落組成與個體數量也具有一定的影響，土壤溫度較高（≤27.8 ℃）時，土壤動物群落組成和個體數量減少，而土壤溫度為23～25 ℃時，土壤動物群落組成和個體數量增加。土壤含水率是影響土壤動物種類組成與數量分布的關鍵指標之一，含水量高的土壤環境中土壤動物的群落組成較多，個體數數量巨大，而土壤含水量低時群落組成稀少，個體數量下降，不利于土壤動物的生長和繁殖。土壤pH是土壤動物分布的限制因素，大多數土壤動物適宜在微酸性和中性條件下生存，調查表明pH為6.8的人工林生境的中小型土壤動物群落組成較為豐富，而在pH為7.6的草地生境中小型土壤動物群落組成和數量都較少。

3討論

中小型土壤動物個體數量在研究區人工林生境中最多，在灌木林中最少，而類群數在灌木林生境中最多，在草地生境中最少。在人工林生境中捕獲的中小型土壤動物數量約為灌木林生境的4.12倍，是草地生境的2.94倍，但不同生境的中小型土壤動物類群數相差不大。研究區中小型土壤動物數量對土壤溫濕度的變化比較敏感，在溫濕條件最適宜的人工林生境最多，而在地面溫度較高的草地生境最少。在快速城市化進程地區，中小型土壤動物群落的分布與人類活動、地表植被和土壤環境等有關，人為干擾程度較輕、植被覆蓋度較高、土壤環境條件良好的生境條件更有利于中小型土壤動物的生存。中小型土壤動物的類群數、個體數以及群落多樣性、均勻度和優勢度是反映土壤動物群落結構、生態功能和水平分布差異性的重要指標。該研究結果與我國其他地區研究結果相比優勢類群和常見類群基本一致[30-31]，但群落組成和數量方面都有差異。總體而言，比什凱克市區中小型土壤動物的類群數和個體數均大于我國西北、華中、華北及華南相關區域的研究結果[5-6，11，15，19]。因此，可以推測比什凱克市不同生境中小型土壤動物群落及其功能群組成是比較豐富且獨特的。

不同生境采樣點的類群數和個體數的垂直分布綜合分析表明，該市區中小型土壤動物整體也遵循隨著土壤層次的加深而遞減的趨勢，此現象與大多數研究者的研究結果相類似[32-35]。由于土壤各層內有機質和營養元素的含量、理化特性和水熱條件存在差異，從而導致土壤動物在各層間的差異。其中，0～5 cm層的中小型土壤動物群落和多樣性顯著高于其他層，表明人工林和灌木林生境大多數采樣區凋落物以及土壤有機質層較厚，這可能與采樣區內不同生境植被種類及覆蓋度等因素有關，需要進一步研究。研究表明，土壤動物群落對土壤理化性質具有響應[23-24]，有機質和含氮量等土壤理化性質對土壤動物群落的形成具有一定的影響力[36-37]。影響土壤動物群落結構的因素很多，包括地表植被狀況、土壤理化性質（有機質含量、疏松程度、顆粒大小、土壤酸堿度、含水量等）、人類活動的干擾等。氣候因子和植被類型是影響中小型土壤動物群落組成和多樣性的主要因子，該研究所涉及到的3種生境在水平分布上相距較近，海拔高度處于750～785 m，在區域尺度下的氣候條件基本相同，特別是降水量和溫度差異不大，因此3種生境有共同的優勢類群。但是，常見類群和稀有類群存在較大的差異，其中人工林及灌木林個體數和類群數較高。植物是土壤動物直接或間接的食物來源，植物群落種類、蓋度和凋落物的變化可造成土壤動物的棲息環境和食物來源的差異，從而影響土壤動物群落結構及其多樣性。人工林及灌木林的凋落物現存量高于草地生境，而年凋落物量與地表中小型土壤動物的群落組成、多樣性和均勻性之間呈顯著正相關。此外，植物群落結構組成也能影響中小型土壤動物群落多樣性，植被類型越復雜土壤動物多樣性程度越高[38-39]。該研究表明在3種生境中人工林及灌木林的群落多樣性較高，而草地較低，可能是因為這2種生境的植被群落結構相對復雜多樣、人為干擾相對較少，而草地生境植被群落結構相對單一，并常有割草、踩踏等人為干擾等有關。由此可見，多樣性特征較好地反映了該市區不同生境中小型土壤動物群落多樣性方面的差異。這表明不同生境環境因素對中小型土壤動物群落分布的影響有所不同[40-41]。

土壤螨類/彈尾類比值（A/C值）在一定程度上反映不同地帶中小型土壤動物的分布特征。研究表明，A/C值具有地帶性規律，熱帶和亞熱帶>1，溫帶接近1，寒帶<1，人為干擾強度與土壤螨類/彈尾類比值呈負相關，即干擾越強烈，土壤螨類/彈尾類比值越小[28，42]。在調查期間，比什凱克市區不同生境土壤螨類與彈尾類之比A/C值為10.39，且差異顯著（P<0.05），A/C值不僅存在生境的變異，而且不同生境同一個土層也存在較大的差異，說明A/C值的大小難以反映同一氣候帶土壤動物的分布特征和規律。此調查結果說明該地區中小型土壤動物群落有其自身的特殊性，同時說明中小型土壤動物區系組成及其與環境要素之間的關系還有待進一步研究。

相似性指數是衡量生境與土壤動物關系的重要指標之一。在比什凱克市區選取的3種土生境類型之間的相似性指數基本上屬于中等不相似（0.25～0.50）。土壤動物的生態分布受氣候、植被、土壤等生態因子的影響。隨著溫度、降水量等生態因子的變化，不同氣候帶土壤動物的群落組成與結構具有明顯的地帶性特征，各類土壤動物則以通過復雜的交互作用方式直接或間接影響凋落物分解和營養物質循環過程，其群落組成和功能類群的變化是生態系統功能的重要驅動因子[43-44]。

當土壤環境變化時直接影響著其中生存的土壤動物群落結構，只能生存一些對環境變化不太敏感的類群[34]。研究表明土壤動物群落對土壤理化性質具有響應，植被、溫度、pH、濕度、有機質、容重、空隙、含氮量等土壤理化性質直接影響到土壤動物的生存，對于土壤動物群落的形成具有一定的影響力[45-46]。土壤動物群落結構的差異所顯示土壤狀況是否與地上植被、土壤理化、土壤元素含量等因素所反映的土壤質量狀況相符合，是否可以直接運用生物多樣性的指標反映該地區的土壤環境質量等問題，還需要結合該生態系統的大氣、水質、植被、土壤理化等其他生態要素進行相關分析，有待進一步研究。

4小結

（1）在3種生境類型中共獲得中小型土壤動物5 775只，隸屬于4門11綱29種類群，其中甲螨亞目和中氣門亞目2類為優勢類群，占總個體數量的65.14%。墊刃目 、彈尾目，前氣門亞目，蛭態目，膜翅目、原尾目、無氣門亞目7類為常見類群，占總個體數量的27.89%；優勢類群和常見類群共占總個體數量的93.03%，并組成該市區中小型土壤動物的主體。

（2）在3種不同生境類型下小型中土壤動物的群落組成不同，其個體數量依次為人工林>草地>灌木林；類群數量依次為灌木林>人工林>草地。

（3）在3種不同生境類型下小型中土壤動物群落多樣性指標之間存在顯著差異（P<0.05），其中群落多樣性指數高低順序依次為灌木林>人工林>草地。類群數和個體數的垂直分布具有明顯的表聚性特點，類群數和個體數均在表層土壤最多，其次為中層和下層，而底層最小。

（4）不同生境土壤環境因素對中小型土壤動物有不同的影響，其中在有機質含量和含水量較高的人工林和灌木林生境中動物的類群多，個體數量大，反之其類群組成稀少，個體數量下降。pH值對中小型土壤動物群落生態分布的限制因素，人工林和灌木林生境的酸堿度接近于中性，這有利于眾多土壤動物生存，其多樣性高，而pH較高的草地生境土壤中土壤動物群落多樣性較低，而優勢度明顯增加。

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