低濃度除草劑對農田大型土壤動物群落結構的影響

張淑花+周利軍+鄭麗穎+彭萬臣

摘要：為了解除草劑對土壤生態系統的影響，對乙草胺、2，4-D-丁酯和噻吩磺隆3種除草劑推薦用藥量影響下的農田生態系統的大型土壤動物進行調查，共獲得大型土壤動物310頭，隸屬于2門4綱10目。群落結構分析顯示除草劑影響并未造成大型土壤動物種類、數量和生物量的降低，多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數也未表現出明顯的變化;大型土壤動物群個體數和類群數在不同類型除草劑影響下未表現出顯著差異，而其在不同月份之間的差異達到顯著水平;垂直結構分析顯示大型土壤動物在5～10 cm土層最多，表層較少，除草劑的施用沒有導致土壤動物垂直結構發生明顯的變化;大型土壤動物與環境因子之間的相關性不明顯。

關鍵詞：除草劑;低濃度;大型土壤動物;群落結構;農田生態系統

中圖分類號：S451.1;S154.5 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）20-4856-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.023

The Impacts of Low Concentration Herbicides on Soil Macro-fauna in Field Ecosystem

ZHANG Shu-hua， ZHOU Li-jun， ZHENG Li-ying， PENG Wan-chen

（College of Agricultural and Hydraulic Engineering， Suihua University， Suihua 152061， Heilongjiang，China）

Abstracts： Structures of soil macro-fauna communities in field ecosystem were analyzed based on the effects of exerting acetochlor， 2，4 drops butyl and thifensulfuron-methyl to study the influence of herbicide on soil ecosystem. A total of 310 soil macro-fauna belonging to 2 phylums， 4 classes and 10 orders were collected. The analysis of community structure showed that the low concentration of herbicide effect didn't lead to the reduce of macro-fauna species ，individual number and biomass. The indices of diversity， evenness and dominance did not show obvious change between the samples under the effect of herbicides and not. One way ANOVA analysis showed there was no significant difference in different herbicide effects on the individuals and groups of macro-fauna while the difference of them in every months was very significant. Vertical structure analysis of macro-fauna showed that it was most in the layer of 5～10 cm and the surface layer was less. It had no obvious changes in vertical structure of soil macro-animals under the effects of herbicide. The correlation between soil macro-fauna and the environment factors was not significant.

Key words： herbicide; low concentration; soil macro-fauna; community structure; field ecosystem

農藥施用是現代農業生態系統管理的措施，各種化學農藥被廣泛地應用到農業生產過程中，對農業生產水平的提高起到了重要的作用。農藥的施用在為人類帶來巨大利益的同時，也帶來了潛在的生態安全和健康風險等問題，包括農藥的土壤殘留、對食品安全和人類健康的影響、對生物多樣性和生態系統的影響等[1]。除草劑是目前使用量最大的農藥，其使用量已經相當于其他類型農藥（殺蟲劑、殺菌劑）的總和，約占化學農藥用量的50%左右，而且還有不斷上升的趨勢。施用的除草劑絕大部分歸宿到土壤中，從而對土壤生態系統中的物質轉化產生一定的影響[2]。

土壤動物是指一生或生命過程中有一段時間在土壤中度過，而且對土壤產生影響的動物[3]。在陸地生態系統中土壤動物是不可缺少的重要組成部分，是生態系統中重要的消費者和分解者，其生存、取食活動對土壤有機質的形成、土壤結構及土壤理化性質的變化有一定的影響。土壤動物作為土壤有機質層重要的生物活性顯示指標，是反映土壤污染狀況的敏感指示生物[4]，在土壤生態系統中起著不可替代的特殊作用。在農藥對土壤動物影響方面，有學者關注于有機磷農藥對土壤動物多樣性及生理特征影響[5-8]，近年也有研究者開始關注除草劑對土壤動物群落的影響[9-11]，但多數研究是除草劑大劑量施用的室內模擬，研究對象也大多數集中于中小型土壤動物[12]。本研究選擇3種不同類型除草劑進行推薦用量田間噴施，對大型土壤動物進行調查分析，為評價除草劑的安全性及合理使用除草劑提供理論依據。

1 ?材料方法

1.1 ?試驗材料

除草劑：乙草胺，有效成分含量57%，乳油型，濟南天邦化工有限公司生產;2，4-D-丁酯：有效成分含量900 g/L，乳油型，濟南天邦化工有限公司生產;噻吩磺隆，有效成分含量15%，可濕性粉劑，江蘇富田農化有限公司生產。

土壤情況：取土樣回室內進行分析土壤情況，主要有土壤含水量、pH、有機質、全氮、速效磷和速效鉀等。土壤樣品分析結果見表1。土壤含水量測定采用烘干法;pH測定采用pH計測定;有機質測定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法;全氮測定采用凱氏定氮法;速效磷測定采用浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀的測定采用NH4OAc浸提-火焰光度法進行分析。

1.2 ?試驗方法

1.2.1 ?染毒處理 ?采用野外定點試驗方法進行除草劑的噴施試驗。分別于2011年5月、7月和9月3次在哈爾濱市松北區試驗樣地進行了除草劑噴施及土壤動物采集工作，試驗樣地內正常耕作，作物類型為玉米，在管理過程中不施加試驗以外的化學藥品。相鄰處理樣地間留0.5 m空地作為間隔帶，除草劑貼地面噴施，選擇無風晴天進行，噴施劑量參考說明中的推薦用量。

1.2.2 ?土壤動物取樣 ?3次取樣時間均在噴施除草劑后5 d，每個處理取樣方4處，每處取樣面積均為50 cm×50 cm，分別對0～5，5～10，10～15 cm土層進行取樣，手撿法分離大型土壤動物。將分離出的土壤動物用分析天平測定每種動物的濕重作為生物量，用75%的酒精固定，進行分類鑒定與數量統計，土壤動物分類鑒定參考文獻[13]，大多數土壤動物鑒定到科，少數種類鑒定到目。

1.2.3 ?試驗數據分析 ?對各類群數量等級劃分按照傅必謙等[14]的劃分標準，即占群落總數量10.0%以上為優勢類群，1.0%～10.0%為常見類群，不足1.0%者為稀有類群。對土壤動物群落特征指數進行分析。

Shannon-Wiener多樣性指數：H′=-∑PilnPi，式中Pi=ni/N，ni為第i類群的個體數，N為群落中所有類群的個體總數。

Pielou均勻度指數：E=H′/lnS，式中H′為Shannon-Wiener多樣性指數，S為類群數。

Simpson優勢度指數：C=∑（ni/N）2，式中ni為第i類群的個體數，N為群落中所有類群的個體總數。

相關系數采用Pearson相關分析，使用雙尾檢驗（2-tailed）其相關顯著性，數據處理和統計分析主要應用SPSS和Excel軟件協助進行。

2 ?結果與分析

2.1 ?除草劑對大型土壤動物種類和數量的影響

試驗調查共獲得大型土壤動物310頭，隸屬于環節動物門和節肢動物門2門4綱10目（表2）。其中優勢類群為蟻科（Formicidae）和線蚓科（Enchytraeidae），分別占總個體數量的45.16%和23.55%，常見類群包括地蜈蚣目（Geophilomorpha）、虎甲科（Cicindelidae）等8個類群，共占總個體數的24.90%，稀有類群包括有蟻甲科（Pselaphidae）、長足虻科（Dolichopodidae）等16個類群，占總個體數的8.39%。

從表2可見，3種除草劑的施用，沒有造成大型土壤動物個體數和類群數明顯減少，對照樣地獲得的土壤動物總共80頭，乙草胺、2，4-D-丁酯和噻吩磺隆3種除草劑處理的土壤動物個體數量分別為84、92、134頭，多于對照樣地的個體數量;對照樣地的總類群數為12個，而3種除草劑施用樣地類群數分別為16、15、17個，與已有的除草劑導致土壤動物種類和數量減少的研究結果不一致[10，11， 15]，可能是除草劑噴施濃度偏低，未對大型動物造成明顯影響。相似的試驗表明，對于中小型土壤動物的影響要比大型土壤動物明顯[12]，可能是因為大型土壤動物對除草劑的耐受性更強，低劑量的除草劑不會對其個體數量和類群數產生影響。對不同除草劑樣地同一時間的土壤動物個體數和類群數進行方差分析，結果顯示差異性不顯著（F=0.495，P=0.696;F=0.239，P=0.867），說明低劑量的不同除草劑對大型土壤動物個體數和類群數影響沒有達到顯著差異水平。

2.2 ?除草劑對大型土壤動物群落特征指數的影響

大型土壤動物群落特征分析結果（表3）表明，對照樣地與噴施除草劑樣地之間群落多樣性、均勻度及優勢度無顯著性差異（F=0.244，P=0.863;F=2.509，P=0.133;F=0.460，P=0.718），這與個體數和類群數在不同處理樣地的表現相符。

分析不同取樣時間個體數量和類群數特征（表3），各處理方式5月的個體數量和類群數均較高，7月和9月偏低，對不同時間土壤動物群落特征指數進行方差分析，結果表明，不同月份土壤動物個體數和類群數及多樣性指數差異顯著（F=6.395，P=0.019;F=10.360，P=0.005;F=6.739，P=0.016），這說明季節對于土壤動物個體數和類群數及多樣性指數具有明顯的影響，而均勻度和優勢度指數在不同取樣時間差異不顯著（F=0.047，P=0.954;F=3.177，P=0.090）。

2.3 ?除草劑對大型土壤動物生物量的影響

對大型土壤動物生物量進行統計分析，結果見圖1。對照樣地的大型土壤動物生物量明顯比噴施除草劑樣地的要高，主要是由于5月在對照樣地獲得一個體較大的土壤動物導致生物量偏高，去除此因素，方差分析顯示不同月份大型土壤動物的生物量差異不顯著（F=1.029，P=0.376）。

2.4 ?除草劑對大型土壤動物垂直分布的影響

對調查的土壤動物個體數量和類群進行土壤垂直分布分析，結果見表4。由表4可見，在對照樣地和乙草胺、噻吩磺隆樣地，大型土壤動物個體數量表現出5～10 cm層多、0～5 cm少的現象，2，4-D-丁酯樣地表層土壤動物數量最多，5～10 cm層少;類群數量在對照樣地和2，4-D-丁酯處理樣地表層最多，而乙草胺和噻吩磺隆處理樣地表層類群數少。

可以看出農田生態系統大型土壤動物在垂直方向上并沒有表聚性，這與表層經常受到干擾有一定的關系;除草劑的施用未使土壤動物個體數和類群數的垂直結構發生明顯變化，不同除草劑之間也未表現出明顯差異性（個體數量F=0.765，P=0.545;類群數F=1.757，P=0.233）。

2.5 ?大型土壤動物與環境因子關系分析

對不同樣地大型土壤動物個體數、類群數及生物量與環境因子進行相關性分析，結果顯示個體數與土壤pH和速效磷具有顯著相關性（r=0.679，P=0.015;r=0.577，P=0.050），與其他環境因子之間無顯著相關性;而類群數僅與速效磷之間具有一定相關性（r=0.666，P=0.018），與其他環境因子的相關性不明顯;生物量與所分析的環境因子之間均未表現出具有相關性，這與前人關于土壤動物與環境關系的研究結果有所不同[16]。

3 ?小結與討論

選擇3種不同類型除草劑以低濃度噴施，調查其對大型土壤動物的影響，調查共獲得大型土壤動物310頭，隸屬于環節動物門和節肢動物門2門4綱10目，其中優勢類群為蟻科和線蚓科，分別占總個體數的45.16%和23.55%，常見類群包括地蜈蚣目、虎甲科等8個類群，共占總個體數的24.90%，稀有類群包括有蟻甲科、長足虻科等16個類群，占總個體數的8.39%。

除草劑的施用并未造成大型土壤動物種類、個體和生物量的降低，多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數也未發生明顯的變化，方差分析顯示大型土壤動物個體數和類群數在不同除草劑影響下差異不顯著，而在不同時間之間卻存在顯著性差異，說明季節是影響大型土壤動物群落的主要因素;垂直結構分析顯示不論是對照樣地還是除草劑影響樣地，個體數和類群數多是在5～10 cm層最多，表層最少，這與一般土壤動物垂直分布呈現的表聚性特征不同[17]，大型土壤動物個體和類群與環境因子之間也未表現出明顯的相關特征，原因可能是由于取樣時對環境產生了一定的干擾，且取樣間隔較短，使得土壤動物對環境的指示作用不明顯。

除草劑對土壤動物影響不大，主要是由于本研究采用的除草劑噴施劑量相對較低，而且選擇大型土壤動物為調查對象，其對農藥的耐受相對較強，使得除草劑的影響不顯著，與中小型土壤動物相比，大型土壤動物世代周期較長，更新較慢，這可能也是導致對除草劑不敏感的原因。由于試驗樣地面積的限制，使得在取樣作業時對調查樣地土壤環境產生較大干擾，可能會對下次取樣時的動物群落造成一定影響，但因為除草劑是在每次取樣前進行了噴施，對每個樣地的影響也基本相同，因此調查結果能夠反映出除草劑對大型土壤動物的影響。對于僅有除草劑而無其他干擾因素影響時大型土壤動物的情況，有待于進一步研究。

參考文獻：

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對調查的土壤動物個體數量和類群進行土壤垂直分布分析，結果見表4。由表4可見，在對照樣地和乙草胺、噻吩磺隆樣地，大型土壤動物個體數量表現出5～10 cm層多、0～5 cm少的現象，2，4-D-丁酯樣地表層土壤動物數量最多，5～10 cm層少;類群數量在對照樣地和2，4-D-丁酯處理樣地表層最多，而乙草胺和噻吩磺隆處理樣地表層類群數少。

可以看出農田生態系統大型土壤動物在垂直方向上并沒有表聚性，這與表層經常受到干擾有一定的關系;除草劑的施用未使土壤動物個體數和類群數的垂直結構發生明顯變化，不同除草劑之間也未表現出明顯差異性（個體數量F=0.765，P=0.545;類群數F=1.757，P=0.233）。

2.5 ?大型土壤動物與環境因子關系分析

對不同樣地大型土壤動物個體數、類群數及生物量與環境因子進行相關性分析，結果顯示個體數與土壤pH和速效磷具有顯著相關性（r=0.679，P=0.015;r=0.577，P=0.050），與其他環境因子之間無顯著相關性;而類群數僅與速效磷之間具有一定相關性（r=0.666，P=0.018），與其他環境因子的相關性不明顯;生物量與所分析的環境因子之間均未表現出具有相關性，這與前人關于土壤動物與環境關系的研究結果有所不同[16]。

3 ?小結與討論

選擇3種不同類型除草劑以低濃度噴施，調查其對大型土壤動物的影響，調查共獲得大型土壤動物310頭，隸屬于環節動物門和節肢動物門2門4綱10目，其中優勢類群為蟻科和線蚓科，分別占總個體數的45.16%和23.55%，常見類群包括地蜈蚣目、虎甲科等8個類群，共占總個體數的24.90%，稀有類群包括有蟻甲科、長足虻科等16個類群，占總個體數的8.39%。

除草劑的施用并未造成大型土壤動物種類、個體和生物量的降低，多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數也未發生明顯的變化，方差分析顯示大型土壤動物個體數和類群數在不同除草劑影響下差異不顯著，而在不同時間之間卻存在顯著性差異，說明季節是影響大型土壤動物群落的主要因素;垂直結構分析顯示不論是對照樣地還是除草劑影響樣地，個體數和類群數多是在5～10 cm層最多，表層最少，這與一般土壤動物垂直分布呈現的表聚性特征不同[17]，大型土壤動物個體和類群與環境因子之間也未表現出明顯的相關特征，原因可能是由于取樣時對環境產生了一定的干擾，且取樣間隔較短，使得土壤動物對環境的指示作用不明顯。

除草劑對土壤動物影響不大，主要是由于本研究采用的除草劑噴施劑量相對較低，而且選擇大型土壤動物為調查對象，其對農藥的耐受相對較強，使得除草劑的影響不顯著，與中小型土壤動物相比，大型土壤動物世代周期較長，更新較慢，這可能也是導致對除草劑不敏感的原因。由于試驗樣地面積的限制，使得在取樣作業時對調查樣地土壤環境產生較大干擾，可能會對下次取樣時的動物群落造成一定影響，但因為除草劑是在每次取樣前進行了噴施，對每個樣地的影響也基本相同，因此調查結果能夠反映出除草劑對大型土壤動物的影響。對于僅有除草劑而無其他干擾因素影響時大型土壤動物的情況，有待于進一步研究。

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[17] 葛寶明，孔軍苗，程宏毅，等.不同利用方式土地秋季大型土壤動物群落結構[J].動物學研究，2005（3）：272-278.

對調查的土壤動物個體數量和類群進行土壤垂直分布分析，結果見表4。由表4可見，在對照樣地和乙草胺、噻吩磺隆樣地，大型土壤動物個體數量表現出5～10 cm層多、0～5 cm少的現象，2，4-D-丁酯樣地表層土壤動物數量最多，5～10 cm層少;類群數量在對照樣地和2，4-D-丁酯處理樣地表層最多，而乙草胺和噻吩磺隆處理樣地表層類群數少。

可以看出農田生態系統大型土壤動物在垂直方向上并沒有表聚性，這與表層經常受到干擾有一定的關系;除草劑的施用未使土壤動物個體數和類群數的垂直結構發生明顯變化，不同除草劑之間也未表現出明顯差異性（個體數量F=0.765，P=0.545;類群數F=1.757，P=0.233）。

2.5 ?大型土壤動物與環境因子關系分析

對不同樣地大型土壤動物個體數、類群數及生物量與環境因子進行相關性分析，結果顯示個體數與土壤pH和速效磷具有顯著相關性（r=0.679，P=0.015;r=0.577，P=0.050），與其他環境因子之間無顯著相關性;而類群數僅與速效磷之間具有一定相關性（r=0.666，P=0.018），與其他環境因子的相關性不明顯;生物量與所分析的環境因子之間均未表現出具有相關性，這與前人關于土壤動物與環境關系的研究結果有所不同[16]。

3 ?小結與討論

選擇3種不同類型除草劑以低濃度噴施，調查其對大型土壤動物的影響，調查共獲得大型土壤動物310頭，隸屬于環節動物門和節肢動物門2門4綱10目，其中優勢類群為蟻科和線蚓科，分別占總個體數的45.16%和23.55%，常見類群包括地蜈蚣目、虎甲科等8個類群，共占總個體數的24.90%，稀有類群包括有蟻甲科、長足虻科等16個類群，占總個體數的8.39%。

除草劑的施用并未造成大型土壤動物種類、個體和生物量的降低，多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數也未發生明顯的變化，方差分析顯示大型土壤動物個體數和類群數在不同除草劑影響下差異不顯著，而在不同時間之間卻存在顯著性差異，說明季節是影響大型土壤動物群落的主要因素;垂直結構分析顯示不論是對照樣地還是除草劑影響樣地，個體數和類群數多是在5～10 cm層最多，表層最少，這與一般土壤動物垂直分布呈現的表聚性特征不同[17]，大型土壤動物個體和類群與環境因子之間也未表現出明顯的相關特征，原因可能是由于取樣時對環境產生了一定的干擾，且取樣間隔較短，使得土壤動物對環境的指示作用不明顯。

除草劑對土壤動物影響不大，主要是由于本研究采用的除草劑噴施劑量相對較低，而且選擇大型土壤動物為調查對象，其對農藥的耐受相對較強，使得除草劑的影響不顯著，與中小型土壤動物相比，大型土壤動物世代周期較長，更新較慢，這可能也是導致對除草劑不敏感的原因。由于試驗樣地面積的限制，使得在取樣作業時對調查樣地土壤環境產生較大干擾，可能會對下次取樣時的動物群落造成一定影響，但因為除草劑是在每次取樣前進行了噴施，對每個樣地的影響也基本相同，因此調查結果能夠反映出除草劑對大型土壤動物的影響。對于僅有除草劑而無其他干擾因素影響時大型土壤動物的情況，有待于進一步研究。

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