許 還,殷秀琴,2,*,馬 辰

1 東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,長春 130024 2 吉林省動物資源保護(hù)與利用重點實驗室,長春 130024

長白山地典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)分布特征

許 還1,殷秀琴1,2,*,馬 辰1

1 東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,長春 130024 2 吉林省動物資源保護(hù)與利用重點實驗室,長春 130024

為了解長白山地不同地貌類型典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)及其分布,探討不同地貌類型對土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)和分布及其季節(jié)動態(tài)的影響,于2015年春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)分別對長白山地玄武巖臺地、花崗巖低山、花崗巖丘陵三種地貌類型玉米田土壤跳蟲進(jìn)行了研究。研究表明,3個生境共獲土壤跳蟲881頭,隸屬10科16屬22種。其中,玄武巖臺地土壤跳蟲個體密度是1 760頭/m2,17種；花崗巖低山個體密度是2 206.67頭/m2,13種；花崗巖丘陵個體密度是1 906.67頭/m2,18種。地貌及取樣時間的差異對土壤跳蟲個體密度、物種數(shù)、多樣性指數(shù)均有一定的影響?；◢弾r低山與花崗巖丘陵的個體密度和物種數(shù)大小為秋季>春季>夏季,而玄武巖臺地的個體密度和物種數(shù)表現(xiàn)出隨季節(jié)變化呈遞增的趨勢(P< 0.05)。不同地貌土壤跳蟲多樣性均在秋季達(dá)到最大,夏季玄武巖臺地多樣性指數(shù)顯著高于花崗巖低山和花崗巖丘陵,秋季,玄武巖臺地豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)顯著高于花崗巖低山,玄武巖臺地優(yōu)勢度指數(shù)顯著低于花崗巖低山(P< 0.05)。不同土壤環(huán)境因子對跳蟲的影響不同,土壤溫濕度、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮和全磷與土壤跳蟲的群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)分布有明顯的相關(guān)性。綜上可知,長白山地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)分布因地貌類型不同而存在差異,季節(jié)變化也對其影響明顯。

土壤跳蟲；群落結(jié)構(gòu)；生態(tài)分布；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)；長白山地

長白山地是我國東北地區(qū)最高的山系和歐亞大陸北半部最具代表性的自然綜合體,是中國東北的生態(tài)屏障[1],也是我國土壤動物生態(tài)學(xué)研究的“發(fā)源地”。1979年,在張榮祖研究員、陳鵬教授等倡導(dǎo)下成立了長白山森林生態(tài)系統(tǒng)定位站土壤動物組,在長白山首次開展我國土壤動物生態(tài)地理研究。近年來,學(xué)者們對長白山地土壤動物生態(tài)地理及功能作用研究,取得了豐富的資料和研究成果[2- 5]。

土壤跳蟲是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的消費者和分解者,在土壤生態(tài)系統(tǒng)中分布廣泛,與線蟲、螨蟲共稱為土壤動物三大優(yōu)勢類群,是中小型土壤動物的主要組成部分[6]。土壤跳蟲具有提高土壤肥力[7]、改善土壤理化性質(zhì)的功能,在土壤質(zhì)量評價、環(huán)境污染監(jiān)測、污染土壤的生物修復(fù)等方面起著重要作用[8-9]。跳蟲活動范圍小、遷移能力弱,對環(huán)境變化與人為干擾十分敏感,是良好的環(huán)境指示生物[10]。

國內(nèi)外關(guān)于土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)、分布格局及與環(huán)境要素之間的關(guān)系方面已有很多報道[11-13],但有關(guān)長白山地土壤跳蟲的研究鮮見報道。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類活動最活躍的部分,近年來關(guān)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤動物生態(tài)方面研究受到廣泛的關(guān)注[14],跳蟲群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)分布隨著生態(tài)環(huán)境的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化,可很好的反應(yīng)人類活動對其生存環(huán)境的影響,通過對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲的研究,可更好的評價農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。因此,本文選取土壤跳蟲為研究對象,探討長白山地不同地貌類型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲的群落結(jié)構(gòu)與季節(jié)動態(tài)變化規(guī)律及其與主要環(huán)境因子的關(guān)系,為評價農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量,管理農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù),同時可為長白山地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤動物生態(tài)地理研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

選取長白山地玄武巖臺地的二道白河鎮(zhèn)、花崗巖低山的蛟河市烏林朝鮮族自治鄉(xiāng)以及花崗巖丘陵的左家鎮(zhèn)三地的玉米(Zeamays)田為研究樣地(圖1)。

玄武巖臺地選擇的樣地位于42°25′40″N,128°5′44″E,海拔736 m。所在區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶陨降貧夂?年均溫約3℃,年降水量為750 mm左右,無霜期約為110 d[1]；地帶性土壤為暗棕壤。原始植被為紅松針闊混交林,由于受到人類活動的影響,紅松針闊混交林的面積急劇減少,形成大面積的次生林和農(nóng)田。次生林主要為蒙古櫟(Quercusmongolica)、白樺(Betulaplatyphylla)、山楊(Populusdavidiana),農(nóng)田以種玉米為主。

花崗巖低山選擇的樣地位于43°40′1″N,127°35′21″E,海拔451 m。所在區(qū)域氣候為典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫約3.4℃,年降水量為708 mm左右,無霜期約為124 d[1]；地帶性土壤為暗棕壤。原始植被為紅松針闊混交林,受人類活動的影響,多為次生針闊混交林、次生落葉林,部分地段被開墾為農(nóng)田。次生林主要為蒙古櫟、紫椴(Tiliaamurensis)、花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)等,農(nóng)田以種玉米為主。

花崗巖丘陵選擇的樣地位于44°10′7″N,126°05′22″E,海拔308 m。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均溫約4℃,氣溫年較差較大,年降水量為600 mm左右,無霜期約為125 d[15]；地帶性土壤為暗棕壤。原生植被為紅松針闊葉混交林,現(xiàn)生植被為次生落葉闊葉林,部分地區(qū)開墾為農(nóng)田。次生落葉闊葉混交林主要為蒙古櫟、黑樺(Betuladahurica)、糠椴(Tiliamandshurica)等,農(nóng)田以種玉米為主。不同地貌類型土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 不同地貌土壤理化性質(zhì)

SOM：土壤有機(jī)質(zhì)Soil Organic Matter; TN：全氮Total Nitrogen;TP：全磷Total Phosphorus;TK：全鉀 Total Potassium;Ca：鈣Calcium; N：速效氮Available Nitrogen; P：速效磷 Available Phosphorus;K：速效鉀 Available Potassium; pH: 土壤pH;SM：土壤含水率 Soil Moisture ; ST：土壤溫度 Soil Temperature;Mg：鎂 Magnesium；Mn：錳 Manganese

2 研究方法

2.1 野外取樣方法

2015年春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)分別在長白山地玄武巖臺地的二道白河鎮(zhèn)、花崗巖低山的蛟河市烏林朝鮮族自治鄉(xiāng)以及花崗巖丘陵的左家鎮(zhèn)選取玉米田為研究生境,進(jìn)行土壤跳蟲的研究。玉米田種植采用傳統(tǒng)耕作方式,取樣期間玉米的生長期一致。首先用GPS確定各生境的地理位置與海拔高度,在各生境內(nèi)設(shè)置5 m × 5 m樣地,按對角線法選取5個樣點作為重復(fù)樣,取樣面積為10 cm × 10 cm,按0—5、5—10、10—15 cm層取樣,帶回實驗室內(nèi)分離土壤跳蟲。并在野外使用EM50儀器分別對0—5、5—10、10—15 cm 3層土壤進(jìn)行土壤溫濕度的測定。在采集土壤跳蟲的同時收集每層土壤樣品,帶回實驗室待測土壤理化性質(zhì)。

2.2 室內(nèi)研究方法

跳蟲的鑒定：采用Tullgren法分離土壤跳蟲并保存于75%酒精溶液中。土壤跳蟲在OLYMPUS SZX16體視鏡和OLYMPUS CX41生物學(xué)顯微鏡下進(jìn)行分類鑒定,土壤跳蟲屬種的鑒定參照http//www.collembola.org/index.html等相關(guān)鑒定方法,鑒定到種,并統(tǒng)計個體數(shù)量。

土壤理化性質(zhì)測定：采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量(SOM),使用PHS- 3B酸度計測定土壤pH,采用Smartchem140全自動化學(xué)分析儀測定土壤速效磷(P)、全氮(TN)、全磷(TP)含量,采用堿解擴(kuò)散法測定土壤速效氮(N)含量,采用醋酸銨-原子吸收法測定速效鉀(K)以及采用原子吸收法測定土壤全鉀(TK)、鈣(Ca)、鎂(Mg)和錳(Mn)含量。

2.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

根據(jù)多樣性公式計算各地貌土壤跳蟲的Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(e)、Margalef豐富度指數(shù)(D)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)；用one-way ANOVA分析不同地貌、季節(jié)土壤跳蟲個體密度、物種數(shù)、多樣性特征的差異,在進(jìn)行參數(shù)檢驗前,對土壤跳蟲個體密度、物種數(shù)、多樣性指數(shù)進(jìn)行l(wèi)og(x+1)轉(zhuǎn)換,以滿足數(shù)據(jù)的正態(tài)分布和方差齊次性。若數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后仍不滿足參數(shù)檢驗條件則采用非參數(shù)檢驗,使用SPSS 18.0分析軟件完成；使用冗余分析(RDA)來探討土壤跳蟲群落與主要環(huán)境因子間的關(guān)系,使用數(shù)據(jù)為3個樣地 × 3個季節(jié) × 5個樣方,共45組數(shù)據(jù)。冗余分析采用Canoco 5.0軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲的群落組成

3種地貌共采集土壤跳蟲881頭,隸屬10科16屬22種。其中,Isotomidae、Onychiuridae、Proisotomidae個體密度最大,占總個體密度的76.96%,其中Proisotomidae和Neanuridae均有3屬,Hypogastruridae、Isotomidae有2屬,其余科均有1屬,Desoria、Proisotoma為優(yōu)勢屬。3種地貌優(yōu)勢種有3種,分別為Protaphorurasp.1,Proisotomasp.1,Proisotomasp.2,占總個體密度的56.04%；常見種有Isotomiellasp.1,Ceratophysellasp.1,Parisotomasp.1等11種,占總個體密度的41.59%；優(yōu)勢種和常見種構(gòu)成了長白山地典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲的主體,占總個體密度的97.63%。其余8種為稀有種,僅占總個體密度的2.37%(表2)。

玄武巖臺地共獲取土壤跳蟲17種,264頭,個體密度為1 760頭/m2,3個地貌中個體密度最少。其中,優(yōu)勢種為Desoriasp.1,Protaphorurasp.1,Sminthuridessp.1,占個體密度的56.06%,常見種有10種,占總個體密度的42.42%,稀有種有4種,僅總個體密度的1.52%(表2)。

花崗巖低山共獲取土壤跳蟲13種,331頭,個體密度為2206.67頭/m2,該地貌與其他兩地貌相比,個體密度最大,物種數(shù)最少。Proisotomasp.1,Proisotomasp.2為優(yōu)勢種,占總個體密度的68.88%,常見種有6種,占總個體密度的27.2%,稀有種有5種,占總個體密度的3.92%(表2)。

花崗巖丘陵共獲取土壤跳蟲18種,286頭,個體密度為1906.67頭/m2,該地貌物種數(shù)最多。優(yōu)勢種為Protaphorurasp.1,Proisotomasp.2,Mesaphorurasp.1,占總個體密度的69.58%,常見種有8種,占總個體密度的26.58%；稀有種有7種,占總個體密度的3.84%(表2)。

表2 不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落組成

注：多度等級：個體密度占總個體密度>10%代表優(yōu)勢種,個體密度占總個體密度1%—10%代表常見種,個體密度占總個體密度<1%代表稀有種

3種地貌土壤跳蟲的優(yōu)勢種和常見種存在一定的差異,花崗巖低山與花崗巖丘陵優(yōu)勢種、常見種、稀有種數(shù)所占比重相近,而玄武巖臺地三者的比重較花崗巖低山、花崗巖丘陵相差較大。玄武巖臺地和花崗巖丘陵個體密度和物種數(shù)相近,而花崗巖低山相差較大。Frieseasp.1,Xenyllasp.1,Deutonurasp.1,Paranurasp.1 4物種僅出現(xiàn)在花崗巖丘陵中,Desoriasp.3,Lepidocyrtussp.2 2物種僅出現(xiàn)在玄武巖臺地中,Folsomiasp.1僅出現(xiàn)在花崗巖低山中。

3.2 不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲水平分布特征與季節(jié)動態(tài)

長白山地不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲在整體上看,個體密度為花崗巖低山>玄武巖臺地>花崗巖丘陵,物種數(shù)為花崗巖丘陵>玄武巖臺地>花崗巖低山。同一季節(jié)不同地貌土壤跳蟲的個體密度和物種數(shù)存在差異(圖2)。春季花崗巖低山土壤跳蟲的個體密度顯著高于玄武巖臺地和花崗巖丘陵(P< 0.05),夏季,玄武巖臺地的個體密度和物種數(shù)最大,花崗巖丘陵次之,花崗巖低山最少,但各地貌個體密度和物種數(shù)差異不大(P> 0.05)；秋季,土壤跳蟲的個體密度表現(xiàn)為花崗巖低山>花崗巖丘陵>玄武巖臺地,3個地貌間差異不顯著(P> 0.05)。春季花崗巖低山的物種數(shù)顯著高于玄武巖臺地(P< 0.05),而其他均未達(dá)到顯著性差異(P> 0.05)。

不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落的個體密度與物種數(shù)存在明顯的季節(jié)差異。花崗巖低山與花崗巖丘陵的個體密度大小為秋季>春季>夏季,秋季顯著高于春季和夏季(P< 0.05)；玄武巖臺地的個體密度表現(xiàn)出隨季節(jié)變化遞增的趨勢,秋季顯著高于春季(P< 0.05)。3種地貌土壤跳蟲物種數(shù)的季節(jié)變化規(guī)律與個體密度的季節(jié)變化規(guī)律相一致,玄武巖臺地和花崗巖丘陵秋季物種數(shù)顯著高于春季和夏季,花崗巖低山夏季物種數(shù)顯著低于春季和秋季(P< 0.05)(圖2)。

圖2 不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲個體密度和物種數(shù)季節(jié)動態(tài)(均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.2 Densities and species numbers of soil Collembola of farmland ecosystem from different landforms(Mean±SE)小寫字母代表同一季節(jié)不同地貌的差異顯著性(P < 0.05),大寫字母表示同一地貌不同季節(jié)的差異顯著性(P < 0.05)

3.3 不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲的多樣性特征及其季節(jié)動態(tài)

同一季節(jié)不同地貌土壤跳蟲的多樣性特征各不相同。就物種數(shù)而言：春季,花崗巖低山多樣性最高,夏季,玄武巖臺地最高,秋季,花崗巖丘陵最高。通過對長白山地不同地貌土壤跳蟲多樣性特征進(jìn)行分析,從各項指標(biāo)來看(圖3),春季,玄武巖臺地和花崗巖丘陵的均勻度指數(shù)顯著高于花崗巖低山(P< 0.05),多樣性指數(shù)花崗巖丘陵>花崗巖低山>玄武巖臺地,3個地貌間差異不顯著(P> 0.05)；夏季,玄武巖臺地多樣性最高,顯著高于花崗巖低山和花崗巖丘陵(P< 0.05),其他指數(shù)未達(dá)到顯著差異(P> 0.05)。秋季,玄武巖臺地的均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)顯著高于花崗巖低山和花崗巖丘陵(P< 0.05),而玄武巖臺地的優(yōu)勢度指數(shù)顯著低于花崗巖低山和花崗巖丘陵(P< 0.05)。

同一地貌不同季節(jié)土壤跳蟲的多樣性特征存在差異。從各項指標(biāo)看,秋季多樣性指數(shù)在各地貌中均最大,玄武巖臺地秋季多樣性指數(shù)顯著高于春季(P< 0.05),花崗巖低山與花崗巖丘陵夏季多樣性特征指數(shù)顯著低于春季和秋季(P< 0.05)；花崗巖丘陵夏季均勻度指數(shù)顯著低于春季(P< 0.05),花崗巖丘陵秋季的豐富度指數(shù)顯著高于夏季(P< 0.05),花崗巖低山的豐富度指數(shù)春季顯著高于夏季(P< 0.05)。花崗巖低山的優(yōu)勢度指數(shù)夏季顯著低于春季和秋季(P< 0.05),花崗巖低山春季顯著高于夏季(P< 0.05)。其他均為達(dá)到顯著性差異(P> 0.05)。

3.4 土壤跳蟲群落與環(huán)境因子的關(guān)系

本文選用冗余分析(RDA)探討土壤跳蟲與主要環(huán)境因子之間的關(guān)系。第一排序軸解釋了62%的物種-環(huán)境因子關(guān)系信息,前兩個排序軸解釋了100%的物種-環(huán)境因子關(guān)系。經(jīng)蒙特卡洛檢驗物種和環(huán)境因子的P值均為0.001,說明RDA排序分析可靠。排序軸1主要反映了全磷、鎂、pH對土壤跳蟲分布的影響,排序軸2主要反映了土壤含水率、全氮、速效氮、海拔、有機(jī)質(zhì)、鈣、土壤溫度、速效磷、全鉀、速效鉀對土壤跳蟲分布的影響。從RDA分析圖中可以看出,不同類群受環(huán)境因子的影響程度存在明顯的不同。Protaphorura、Mesaphorura與Mg呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；Desoria與Mn呈正相關(guān)關(guān)系,而對pH呈負(fù)相關(guān)；Parisotoma與土壤濕度成負(fù)相關(guān)關(guān)系；Sminthurides、Lepidocyrtus與N,SOM存在正相關(guān)關(guān)系。不同屬的跳蟲對土壤環(huán)境因子的響應(yīng)不同。

圖4 土壤跳蟲與主要環(huán)境因子的RDA分析Fig.4 RDA analysis between soil Collembola and main soil environmental factorsSOM：土壤有機(jī)質(zhì)Soil Organic Matter; TN：全氮Total Nitrogen;TP：全磷 Total Phosphorus;TK：全鉀Total Potassium;Ca：鈣Calcium; N：速效氮 Available Nitrogen; P：速效磷 Available Phosphorus;K：速效鉀 Available Potassium; pH: 土壤pH;SM：土壤含水率Soil Moisture ; ST：土壤溫度Soil Temperature;Mg：鎂Magnesium;Mn：錳Manganese;H：海拔Height;Ceratophysella：泡角跳蟲屬;Xenylla: 奇跳屬;Desoria：德跳屬;Isotomiella：小等跳屬;Lepidocyrtus：鱗長跳屬; Proisotoma：原等跳屬; Sminthurides：握角圓跳屬; Protaphorura, Superodontella, Parisotoma, Mesaphorura暫無中文命名

4 討論

4.1 不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)特征

土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)分布受到多種因素的影響,比如受地上植被、地形、土壤類型等生態(tài)條件的影響,還與土地利用方式[16]、試驗處理、取樣時間等有關(guān)。大量研究顯示：不同耕作方式、不同人為干擾程度與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤動物的群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)分布存在密切關(guān)系[17-18]。本研究對長白山地典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲進(jìn)行研究,獲得土壤跳蟲僅有10科16屬22種,明顯低于森林生態(tài)系統(tǒng)[19]。這由于本研究選址農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),受人為干擾程度大,土壤環(huán)境惡化,土壤的壓實度增加有關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn),花崗巖低山土壤跳蟲個體密度最大,多樣性最低；玄武巖臺地多樣性較高。這與各地貌土壤溫濕度條件和土壤養(yǎng)分含量密切相關(guān)。花崗巖低山地區(qū)較低的濕度條件,適合Proisotoma的生存繁殖,且Proisotoma抵御人類的干擾能力強(qiáng)[20],Proisotoma個體數(shù)量大量增加,占該地貌總個體密度的68.88%,增大了花崗巖低山土壤跳蟲的個體密度,花崗巖低山的個體密度最大。該地貌人類農(nóng)業(yè)活動比較頻繁,翻耕、施肥、噴灑農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)活動致使土壤跳蟲的生存環(huán)境極不穩(wěn)定；此外該地貌土壤成熟度較低,在采樣過程中發(fā)現(xiàn)土壤中夾雜著未壤化的巖石砂礫,地貌條件及人為干擾導(dǎo)致該地貌土壤跳蟲物種數(shù)減少,多樣性降低。生境間土壤養(yǎng)分含量的差異,導(dǎo)致土壤動物多樣性存在差異[21],玄武巖臺地物種多樣性和豐富度高,這與玄武巖臺地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮等含量高有關(guān)。Cole等[22]的研究表明,溫帶土壤動物群落結(jié)構(gòu)和多樣性與土壤肥力呈明顯的正相關(guān),肥力越高,土壤動物多樣性越豐富,本研究中玄武巖臺地土壤有機(jī)質(zhì)含量高,充足的土壤養(yǎng)分為土壤跳蟲的生存提供了豐富的食物,致使物種豐富度較高。此外,玄武巖臺地地區(qū)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)地形相對平坦,經(jīng)營方式較粗放,人為干擾程度低,土壤環(huán)境相對穩(wěn)定,利于土壤跳蟲的生存繁殖。

4.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落的季節(jié)動態(tài)

土壤跳蟲的季節(jié)變化是其生長、繁殖和世代交替的時間變化過程,因地貌和氣候條件的變化而發(fā)生相應(yīng)的波動,土壤跳蟲的季節(jié)變化體現(xiàn)在個體密度、物種數(shù)及不同生境多樣性指數(shù)的變化上,這種變化體現(xiàn)了不同跳蟲類群對環(huán)境的不同適應(yīng)能力[15]?；◢弾r低山和花崗巖丘陵的個體密度隨季節(jié)的變化均表現(xiàn)為先減后增,而玄武巖臺地表現(xiàn)出遞增趨勢。相關(guān)研究表明,由于春季耕作,農(nóng)機(jī)具對土壤結(jié)構(gòu)的破壞以及頻繁的干-濕循環(huán)致使受到團(tuán)塊保護(hù)的有機(jī)質(zhì)暴露,進(jìn)而加快了有機(jī)質(zhì)的降解[23],致使玄武巖臺地春季土壤有機(jī)質(zhì)含量較少,跳蟲的食物不足,影響了土壤跳蟲的生長。土壤動物數(shù)量與土壤溫濕度、土壤有機(jī)質(zhì)、全氮成正相關(guān)[3]。夏季和秋季,農(nóng)田施肥使得土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量明顯增加,供給跳蟲的養(yǎng)分較多,促進(jìn)了土壤跳蟲的生存繁殖,個體密度增大。花崗巖低山和花崗巖丘陵地區(qū)夏季溫度很高而土壤含水率較低,且施肥等活動對跳蟲干擾較大,因此不利于土壤跳蟲的生存和繁衍,進(jìn)而造成其夏季個體密度最低。土壤濕度是土壤動物分布的限制因子,水分限制又是雙向的,土壤水分缺乏時隨濕度增加而增大,在土壤水分豐沛時則隨濕度增加而降低[24]。玄武巖臺地與花崗巖低山由于秋季土壤較為濕潤且有機(jī)質(zhì)、全氮含量豐富,養(yǎng)分較多,有利于土壤跳蟲的生存[25],從而造成了秋季各地貌個體密度和物種數(shù)均達(dá)最大；除此之外,秋季玉米處于成熟期,人為干擾程度較小,土壤環(huán)境穩(wěn)定,利于跳蟲生存繁殖。

5 結(jié)論

不同地貌農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲的個體密度和物種數(shù)存在一定的差異。個體密度為花崗巖低山>玄武巖臺地>花崗巖丘陵,物種數(shù)表現(xiàn)為花崗巖丘陵>玄武巖臺地>花崗巖低山。不同地貌土壤跳蟲群落隨季節(jié)變化不同。玄武巖臺地個體密度和物種數(shù)表現(xiàn)為隨季節(jié)變化而增加,花崗巖低山和花崗巖丘陵隨季節(jié)變化是先減后增,夏季達(dá)最低。

地貌差異和時間變化對土壤跳蟲多樣性特征有一定的影響。各地貌多樣性指數(shù)均在秋季達(dá)到最大,夏季,玄武巖臺地多樣性指數(shù)顯著高于花崗巖低山和花崗巖丘陵,花崗巖丘陵夏季均勻度指數(shù)顯著低于春季,花崗巖低山夏季多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)顯著低于春季。

不同土壤跳蟲與土壤環(huán)境因子之間相關(guān)性不盡相同。Protaphorura、Mesaphorura與Mg呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；Desoria與Mn呈正相關(guān)關(guān)系,而對pH呈負(fù)相關(guān)；Parisotoma與土壤濕度成負(fù)相關(guān)關(guān)系；Sminthurides、Lepidocyrtus與N,SOM存在正相關(guān)關(guān)系。土壤跳蟲的生態(tài)分布主要受土壤含水率、土壤溫度、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤pH、速效氮、全氮等土壤環(huán)境因子的影響。說明土壤跳蟲與土壤環(huán)境因子之間存在一定的相關(guān)性。不同物種受環(huán)境因子的響應(yīng)程度存在一定的差異性。

[1] 王野喬, 吳正方, 馮江. 長白山地理系統(tǒng)與生態(tài)安全(第四輯). 長春: 東北師范大學(xué)出版社, 2011.

[2] Yin X Q, Song B, Dong W H, Xin W D, Wang Y Q. A review on the eco-geography of soil fauna in China. Journal of Geographical Sciences, 2010, 20(3): 333- 346.

[3] 殷秀琴, 薛文麗, 馬辰. 長白山玄武巖臺地土壤動物多樣性及其生態(tài)地理分布. 地理科學(xué), 2016, 36(7): 1106- 1114.

[4] Jiang Y F, Yin X Q, Wang F B. Composition and spatial distribution of soil mesofauna along an elevation gradient on the north slope of the Changbai Mountains, China. Pedosphere, 2015, 25(6): 811- 824.

[5] Li X Q, Yin X Q, Wang Z H, Fan W H. Interaction between decomposing litter and soil fauna of theBetulaermaniiforest floor of the Changbai Mountains, China. Canadian Journal of Forest Research, 2014, 44(12): 1507- 1514.

[6] Rusek J. Biodiversity of Collembola and their functional role in the ecosystem. Biodiversity and Conservation, 1998, 7(9): 1207- 1219.

[8] Fountain M T, Hopkin S P. Continuous monitoring ofFolsomiacandida(Insecta: Collembola) in a metal exposure test. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2001, 48(3): 275- 286.

[9] 陳建秀, 麻智春, 嚴(yán)海娟, 張峰. 跳蟲在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用. 生物多樣性, 2007, 15(2): 154- 161.

[10] 孫元. 我國不同生態(tài)系統(tǒng)中彈尾蟲研究進(jìn)展. 國土與自然資源研究, 2014, (2): 83- 84.

[11] Alvarez T, Frampton G K, Goulson D. Epigeic Collembola in winter wheat under organic, integrated and conventional farm management regimes. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2001, 83(1- 2): 95- 110.

[12] Larsen T, Ventura M, O′Brien D M, Magid J, Lomstein B A, Larsen J. Contrasting effects of nitrogen limitation and amino acid imbalance on carbon and nitrogen turnover in three species of Collembola. Soil Biology and Biochemistry, 2011, 43(4): 749- 759.

[13] Bandow C, Coors A, Karau N, R?mbke J. Interactive effects of lambda-cyhalothrin, soil moisture, and temperature onFolsomiacandidaandSinellacurviseta(Collembola). Environmental Toxicology and Chemistry, 2014, 33(3): 654- 661.

[14] 楊旭, 林琳, 張雪萍, 張利敏, 沙迪. 松嫩平原典型黑土耕作區(qū)中小型土壤動物時空分布特征. 生態(tài)學(xué)報, 2016, 36(11): 3253- 3260.

[15] 單昱, 蔣云峰, 殷秀琴, 王振海. 左家自然保護(hù)區(qū)采伐跡地土壤動物群落特征. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 2014, 20(3): 508- 515.

[16] Chang L, Wu H T, Wu D H, Sun X. Effect of tillage and farming management on Collembola in marsh soils. Applied Soil Ecology, 2013, 64(64): 112- 117.

[17] 戰(zhàn)麗莉, 許艷麗, 張興義, 潘鳳娟, 裴希超, 劉振宇. 耕作方式對中小型土壤動物多樣性影響. 生態(tài)學(xué)雜志, 2012, 31(9): 2371- 2377.

[18] 王廣力, 王勇, 韓立亮, 張美文, 李波. 洞庭湖區(qū)不同土地利用方式下的土壤動物群落結(jié)構(gòu). 生態(tài)學(xué)報, 2005, 25(10): 2629- 2636.

[19] 王宗英, 朱永恒, 路有成, 聶獻(xiàn)忠, 陳建秀, 孟文新, 黃誠. 九華山土壤跳蟲的生態(tài)分布. 生態(tài)學(xué)報, 2001, 21(7): 1143- 1147.

[20] 吳東輝, 尹文英, 李月芬. 刈割和封育對松嫩草原堿化羊草草地土壤跳蟲群落的影響. 草業(yè)學(xué)報, 2008, 17(5): 117- 123.

[21] 殷秀琴, 蔣云峰, 陶巖, 安靜超, 辛未冬. 長白山紅松闊葉混交林土壤動物生態(tài)分布. 地理科學(xué), 2011, 31(8): 935- 940.

[22] Cole L, Dromph K M, Boaglio V, Bardgett R D. Effect of density and species richness of soil mesofauna on nutrient mineralisation and plant growth. Biology and Fertility of Soils, 2004, 39(5): 337- 343.

[23] 楊景成, 韓興國, 黃建輝, 潘慶民. 土壤有機(jī)質(zhì)對農(nóng)田管理措施的動態(tài)響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報, 2003, 23(4): 787- 796.

[24] Sinka M, Jones T H, Hartley S E. The indirect effect of above-ground herbivory on Collembola populations is not mediated by changes in soil water content. Applied Soil Ecology, 2007, 36(2- 3): 92- 99.

[25] Cassagne N, Gauquelin T, Bal-Serin M C, Gers C. Endemic Collembola, privileged bioindicators of forest management. Pedobiologia, 2006, 50(2): 127- 134.

CommunitystructureandecologicaldistributionofsoilCollembolafromtypicalfarmlandecosystemsintheChangbaiMountains

XU Huan1,YIN Xiuqin1,2,*,MA Chen1

1SchoolofGeographicalScience,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China2JilinKeyLaboratoryofAnimalResourceConservationandUtilization,Changchun130024,China

Soil Collembola are an important part of terrestrial ecosystems and play important roles in enhancing soil fertility and other soil properties. Furthermore, soil Collembola are good indicator species for the soil environment. At present, most studies have been concerned with community structure and ecological distribution of soil Collembola, but little research has addressed soil Collembola in the Changbai Mountains. To investigate the community structure and ecological distribution of soil Collembola from typical farmland ecosystems in the Changbai Mountains, three typical geomorphic types, including basalt platform, granite low-mountain, and granite hills, were chosen from the Changbai Mountains. The study was conducted in spring (May), summer (July), and autumn (September) of 2015. The results could help to provide a scientific basis for maintaining and managing farmland ecosystems in the Changbai Mountains. The plots (5 m × 5 m) were established using permanent signs in each maize field in the three landforms. Within each plot, we randomly selected five subplots, 10 cm × 10 cm, where we made collections from the 0—5 cm, 5—10 cm, and 10—15 cm soil layers. Soil Collembola were extracted from each of the soil sample by using a Tullgren funnel extractor. The effects of landforms and seasonal variation on the individual density and species number of soil Collembola were analyzed using a one-way ANOVA. Indexes of diversity were calculated to describe the characteristics of the soil Collembola community. The influence of soil environmental factors on soil Collembola diversity was examined using redundancy analysis (RDA). We obtained 881 collembolan individuals in the three landforms, belonging to 10 families, 16 genera, and 22 species. Significant differences were observed in individual density and species number of soil Collembola for all three landforms. The order for individual density was as follows: granite low-mountain > granite hills > basalt platform. Furthermore, the order for species number was as follows: granite hills > basalt platform > granite low-mountain. In this study,Protaphorurasp.1,Proisotomasp.1, andProisotomasp.2 were the dominant species, accounting for 56.04%. There were 11 common species, accounting for 41.59%. In addition, eight species were rare, accounting for 2.37%. Landforms and sampling time had a significant effect on individual density, species number, and indexes of diversity of soil Collembola. In granite low-mountain and granite hills, the dynamics of individual density and species number of soil Collembola were autumn > spring > summer. In the basalt platform, the dynamics of species number of soil Collembola was autumn > summer > spring. Regardless of landform, soil Collembola had the highest diversity during autumn. The Shannon-Wiener indexes were significantly different in the three landforms during summer (P< 0.05), and the one-way ANOVA showed that a significantly lower abundance and richness of soil Collembola was evident in the basalt platform compared to that of the other landforms in autumn (P< 0.05). In addition, different environmental factors had various influences on soil Collembola. Redundancy analysis (RDA) showed that the community structure and ecological distribution of soil Collembola had obvious correlations with soil moisture, soil temperature, organic matter, total nitrogen, available nitrogen, and total phosphorus. In this study, geomorphic types and seasonal variations had significant effects on community structure and ecological distribution of soil Collembola.

soil collembola; community structure; ecological distribution; farmland ecosystem; Changbai Mountains

國家自然科學(xué)基金項目(41471211)

2016- 10- 24; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 08- 14

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yinxq773@nenu.edu.cn

10.5846/stxb201610242166

許還,殷秀琴,馬辰.長白山地典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤跳蟲群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)分布特征.生態(tài)學(xué)報,2017,37(23):8005- 8014.

Xu H,Yin X Q,Ma C.Community structure and ecological distribution of soil Collembola from typical farmland ecosystems in the Changbai Mountains.Acta Ecologica Sinica,2017,37(23):8005- 8014.