渭南蘋果園春季土壤動(dòng)物多樣性研究

丁昌萍,申 健,楊美霞

(陜西省動(dòng)物研究所,陜西 西安 710000)

土壤是各種生物、不同地質(zhì)與氣候互相影響的產(chǎn)物，是所有陸生生物的載體，也是人們進(jìn)行活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤動(dòng)物是在土壤中度過一段時(shí)間并在一定程度上對土壤產(chǎn)生影響的動(dòng)物。可以作為生態(tài)監(jiān)測指標(biāo)，在分解有機(jī)物、改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力，利用土壤動(dòng)物多樣性反映生態(tài)系統(tǒng)健康狀況方面發(fā)揮重要作用。土壤動(dòng)物包括許多不同的群體，它們的體形和大小不同，可分為：大型土壤動(dòng)物，體長2～20 mm，如甲蟲、蚯蚓等；中小型土壤動(dòng)物，體長0.2～2 mm，如偽蝎、跳蟲等；微型土壤動(dòng)物，體長小于0.2 mm，如線蟲[1]。

蘋果已在中國種植了二千多年。19世紀(jì)中葉，歐洲蘋果進(jìn)入中國，首先在山東煙臺(tái)栽植，而后引進(jìn)青島、遼寧和大連，逐漸發(fā)展為國民經(jīng)濟(jì)種植，逐步取代中國品種[2]。蘋果可以適應(yīng)大部分氣候，南北緯35°～50°是蘋果生長的最佳選擇。陜西省渭南市白水縣氣候、土壤和地理位置與生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蘋果的生態(tài)環(huán)境完全一致，被列為陜西和中國蘋果生產(chǎn)基地，有著“中國蘋果之鄉(xiāng)”的美稱，“白水”蘋果已被確定為陜西省馳名品牌[3]。

近年來許多學(xué)者對蘋果園區(qū)的土壤動(dòng)物進(jìn)行了研究。如劉長海等[4]對洛川蘋果園春季大型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與多樣性分析進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)蘋果園土壤動(dòng)物數(shù)量整體遵循隨土壤層加深而遞減的趨勢，契合土壤動(dòng)物的分布規(guī)律。劉長海等[5]又以山地蘋果園大型土壤動(dòng)物與土壤因子為對象,分析了土壤動(dòng)物對土壤因子的響應(yīng)特征。結(jié)果表明土壤動(dòng)物與土壤因子的關(guān)系具有明顯的季節(jié)變化特征，大型土壤動(dòng)物的數(shù)量與土壤含水量呈正比例關(guān)系,而與pH呈反比例關(guān)系的結(jié)論。劉佩杭[6]通過對不同樹齡蘋果根際土壤線蟲與微生物多樣性的研究，得出隨著蘋果樹齡的增加，土壤微生物總量呈下降趨勢的結(jié)論。

目前渭南市蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但對渭南地區(qū)蘋果園土壤動(dòng)物多樣性研究較少，筆者研究試圖對渭南市春季蘋果園土壤動(dòng)物多樣性進(jìn)行調(diào)查研究，研究結(jié)果可為了解渭南地區(qū)蘋果園土壤動(dòng)物提供第一手資料。

1 研究區(qū)概況

渭南市位于陜西省東部、沿隴海鐵路，東至黃河，西臨西安，南臨秦嶺，它與北部的延安相鄰，中部是秦川最廣闊的地區(qū)，是中華民族發(fā)源地之一。素有“三秦路，八省通衢”之稱[7]。渭南氣候適宜、光照充足、土壤肥沃，其天然的地理位置與生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蘋果的生態(tài)環(huán)境一致。此次調(diào)查是在渭南市臨渭區(qū)三張鎮(zhèn)韓家村的果園來進(jìn)行土壤動(dòng)物多樣性的標(biāo)本采集。韓家村地處渭南市臨渭區(qū)的南塬上，距離渭南市中心10 km，位于北緯34°26′，東經(jīng)109°28′。

2 研究方法

2.1 樣品采集

樣地設(shè)置于渭南市臨渭區(qū)三張鎮(zhèn)韓家村的一片蘋果園內(nèi)，選擇4月中旬天氣晴朗的一天進(jìn)行土壤樣品和土壤動(dòng)物采集。

2.1.1 大型土壤動(dòng)物的采集——手撿法 手檢法主要是采集蜈蚣、蚯蚓、螞蟻、鼠婦、蝸牛、馬陸、蜘蛛及某些昆蟲。采集方法如下。

在三個(gè)50 cm*50 cm的樣方中，利用鏟子依次挖出0～5 cm深、5～10 cm深、10～15 cm深的土壤，用鑷子揀出其中的土壤動(dòng)物。揀出肉眼可見的土壤動(dòng)物，將其放入對應(yīng)的收集瓶中，標(biāo)簽標(biāo)識。除蚯蚓外，其他動(dòng)物用75%乙醇溶液保存，帶回實(shí)驗(yàn)室待鑒定。

2.1.2 中小型土壤動(dòng)物的采集 采用室內(nèi)干漏斗(Tullgren)主要采集螞蟻、螨類、跳蟲、線蟲、小型蜘蛛、線蚓、小型多足類等。

在取樣區(qū)隨機(jī)選取采樣點(diǎn)，揀去采樣點(diǎn)上面的枯葉，在三個(gè)樣方的土壤垂直剖面上打入圓形土壤取樣器,自上而下分0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm共三層依次取樣。逐個(gè)挖出取樣器，將每個(gè)取樣器內(nèi)的土壤分別裝入對應(yīng)的采集袋內(nèi)，做好相應(yīng)標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室待鑒定。

2.2 環(huán)境參數(shù)的測定

2.2.1 土壤溫度 采用地溫計(jì)來進(jìn)行測定。將3支長度不同的地溫計(jì)插進(jìn)土壤里面,長度分別為5 cm、10 cm和15 cm。1支水平放置在樣方附近，間隔30 min，讀取并記錄顯示的溫度數(shù)字。

表1 蘋果園土壤溫度

2.2.2 土壤含水量 土壤含水量采用烘干法測定。將采集袋中的0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm的土樣盛放在己知鋁盤中，分別放進(jìn)電熱恒溫烘箱中，烘土?xí)r間為1 h，每隔20 min拿鑷子翻攪一下，1 h后觀察土的顏色，直至烘干取出，放置實(shí)驗(yàn)臺(tái)冷卻10 min，分別稱重，并記錄下數(shù)據(jù)，測定結(jié)果見表2。

表2 土壤含水量

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析蘋果園土壤含水率大約為18.81%。了解渭南市春季蘋果園土壤的實(shí)際含水狀況，以便適時(shí)進(jìn)行果園灌溉、排水，以確保蘋果的正常生長。

2.2.3 土壤pH的測定 用烘干機(jī)將土壤烘干以后，進(jìn)行土壤pH值的測定。將不同土壤層的土樣分別放入已知質(zhì)量的鋁盤中，在觸摸屏電子天平上稱取5 g，量取12.5 mL的蒸餾水，依照比例配置，攪拌至乳狀，放置澄清后，pH試紙進(jìn)行測定，pH顏色圖則用于確定土壤pH值并記錄數(shù)據(jù)。

表3 不同土壤層的pH

蘋果生長最適pH為7～8，該研究樣地土壤酸堿度適宜蘋果生長。研究土壤的pH值可以了解蘋果園的土壤營養(yǎng)狀況，并做出合理的改善，實(shí)現(xiàn)蘋果的高產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)。

2.3 樣品室內(nèi)鑒定

對照參考尹文英[8]的《中國土壤動(dòng)物檢索圖鑒》，并記錄統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理及分析方法

采用Pielou均勻性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)對土壤動(dòng)物進(jìn)行多樣性分析[9]：

(1)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

Pi=ni/N，ni為該區(qū)內(nèi)第i個(gè)類群的個(gè)體數(shù)量；N為該樣區(qū)內(nèi)所有類群的個(gè)體總量。

(2)Pielou均勻度指數(shù)：E=H/ln S

S為樣區(qū)內(nèi)類群數(shù)

λ為Simpson優(yōu)勢度指數(shù)。

3 結(jié)果及分析

3.1 渭南蘋果園大型土壤動(dòng)物的種類及數(shù)量

蘋果園樣地大型土壤動(dòng)物共捕獲36只，占土壤動(dòng)物全捕量的45%，分屬于3門(節(jié)肢動(dòng)物門、環(huán)節(jié)動(dòng)物門和軟體動(dòng)物門)6綱(腹足綱、昆蟲綱、倍足綱、唇足綱、環(huán)帶綱、蛛形綱)7目(等足目、蜘蛛目、單向蚓目、鞘翅目、蜈蚣目、柄眼目、膜翅目)。在垂直分布上，大型土壤動(dòng)物的數(shù)量及種類隨著土層的加深發(fā)生變化見表4。

由表4可知，隨著土壤層次的不斷加深，大型土壤動(dòng)物的數(shù)目和類型大幅度減少。在0～5cm土層中大型土壤動(dòng)物共18只，分屬于6目；5～10cm土層中，大型土壤動(dòng)物數(shù)目為11只，分屬于3目；10～15cm土層中，大型土壤動(dòng)物有7只，動(dòng)物類群的數(shù)目最少，僅有2目。

表4 渭南市蘋果園大型土壤動(dòng)物垂直分布

由圖1可知，大型土壤動(dòng)物優(yōu)勢群為單向蚓目，占大型土壤動(dòng)物總捕獲量的30.56%；蜈蚣目和蜘蛛目數(shù)量最少，都只占大型土壤動(dòng)物總捕獲量的2.78%。

3.2 渭南蘋果園中小型土壤動(dòng)物的種類及數(shù)量

蘋果園樣地中小型土壤動(dòng)物共獲44只，占土壤動(dòng)物總捕獲量的55%，屬于3門(線蟲動(dòng)物門、環(huán)節(jié)動(dòng)物門、節(jié)肢動(dòng)物門)6綱(寡毛綱、昆蟲綱、線蟲綱、蛛形綱、內(nèi)口綱、蛛形綱)9目(蜘蛛目、鞘翅目、半翅目、尾感器目、彈尾目、膜翅目、擬蝎目、雙翅目、蜱螨目)。在垂直分布上，中小型土壤動(dòng)物的數(shù)量及種類隨著土層的加深發(fā)生變化見表5。

表5 渭南市蘋果園中小型土壤動(dòng)物垂直分布類別

由表5可知，0～5cm土層中小型土壤動(dòng)物共捕獲28只，分屬于8目；5～10 cm土層中，中小型土壤動(dòng)物數(shù)目為14只，分屬于5目；10～15 cm土層中，中小型土壤動(dòng)物有2只，動(dòng)物類群的數(shù)目最少，僅有1類蜘蛛目。隨著土壤層次的不斷加深，中小型土壤動(dòng)物的數(shù)目及種類也大幅度地減少。

由圖2可知，中小型土壤動(dòng)物的優(yōu)勢類群為蜱螨類，占中小型土壤動(dòng)物總量的20.54%。姬蚯蚓目、蜘蛛目數(shù)目最少，都僅占分離出的中小型土壤動(dòng)物總量的4.54%。

3.3 蘋果園土壤動(dòng)物多樣性和均勻度指數(shù)

分別統(tǒng)計(jì)了大型土壤動(dòng)物和中小型土壤動(dòng)物的類群數(shù)和個(gè)體數(shù)，并對其多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見表6。

表6 渭南蘋果園土壤動(dòng)物的多樣性和均勻度指數(shù)

由表6可知，兩種類型土壤動(dòng)物的各項(xiàng)指數(shù)存在著明顯差異。中小型土壤動(dòng)物比大型土壤動(dòng)物擁有更多的群體和個(gè)體；大型土壤動(dòng)物群落的多樣性、均勻度指數(shù)均低于中小型土壤動(dòng)物，而大型土壤動(dòng)物的優(yōu)勢度指數(shù)大于中小型土壤動(dòng)物。大型土壤動(dòng)物的優(yōu)勢類群為單向蚓目，中小型土壤動(dòng)物中蜱螨目是優(yōu)勢類群。

3.4 蘋果園土壤動(dòng)物垂直分布

對蘋果園土壤動(dòng)物的垂直分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖3和表7。

由圖3和表7可知，不同土壤層次中土壤動(dòng)物的數(shù)量存在很大差異，即隨著土層的不斷深入，土壤動(dòng)物數(shù)量在大幅地減少。土壤的含水率也在不斷地降低，但土壤pH值在逐步地增高。

表7 蘋果園土壤動(dòng)物垂直分布

4 結(jié)論與討論

根據(jù)對環(huán)境參數(shù)的測定可知，筆者實(shí)驗(yàn)中蘋果園0～15 cm的土壤之間溫度為14～26℃，符合蘋果樹對于土壤溫度的要求；蘋果園土壤含水率大約為18.81%，土壤pH值在7～7.5之間，適宜蘋果樹生長。春季渭南市蘋果園樣地大型、中小型土壤動(dòng)物皆呈現(xiàn)垂直分布，樣地中0～5 cm土層的土壤動(dòng)物最多(46只)，占土壤動(dòng)物總量的57.5%；其次為5～10 cm土層的土壤動(dòng)物(25只)，占據(jù)土壤中總動(dòng)物個(gè)體數(shù)的31.25%；10～15 cm的土壤中土壤動(dòng)物分布最少(9只),僅占土壤動(dòng)物總數(shù)的11.25%，具有明顯的表層聚集特征。土壤的溫度、pH值和土壤含水量以及養(yǎng)分含量變化等因素可能是土壤動(dòng)物垂直分布的主要原因。在一定的空間內(nèi)，土壤溫度升高，有利于動(dòng)物的生存和繁殖。土壤孔隙度減少，土壤含水量降低，土壤動(dòng)物棲息密度降低，不利于土壤動(dòng)物的生命繁殖。因此，深層土壤動(dòng)物數(shù)量低于土壤表面的數(shù)量。

據(jù)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，樣地中兩種類型土壤動(dòng)物多樣指數(shù)差異明顯。大型土壤動(dòng)物群落的多樣性和均勻度指數(shù)均低于中小型土壤動(dòng)物群落，土壤動(dòng)物多樣性指數(shù)與其均勻度指數(shù)成正比例關(guān)系，這表明該蘋果園定期翻新土壤，大型土壤動(dòng)物類群結(jié)構(gòu)受到破壞；而大型土壤動(dòng)物的優(yōu)勢度指數(shù)大于中小型土壤動(dòng)物的，土壤動(dòng)物群落的多樣性指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)成反比例關(guān)系，這表明該蘋果園土壤疏松，肥力高，有利于蘋果樹的生長。

土壤動(dòng)物在土壤中生長，它在一定程度上反映出土壤的養(yǎng)分狀況。大型土壤動(dòng)物的主要群體是蚯蚓類，占大型土壤動(dòng)物捕捉量的30.56%。蚯蚓在土壤中以動(dòng)植物殘骸為食，常在地里鉆洞，可使土壤疏松，使水分和肥料容易進(jìn)入，提高土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。它被稱為“生態(tài)系統(tǒng)的工程師”，它通過挖洞、取食、分泌粘液和排泄蚯蚓糞來調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中微生物的數(shù)量和活性[10]。因此只有充分掌握土壤的含水率、pH值、保護(hù)土壤動(dòng)物的多樣性，才能提高蘋果的產(chǎn)量和質(zhì)量。