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(四川民族學(xué)院橫斷山區(qū)生態(tài)修復(fù)與特色產(chǎn)業(yè)培育研究中心/川藏滇青林草撫育和利用研究中心，四川 康定 626001)

甘孜州位于我國(guó)西南部、青藏高原東南部，占據(jù)了中國(guó)牧區(qū)的很大一部分，也是我國(guó)在四川省內(nèi)發(fā)展高原畜牧業(yè)的重要基地，是西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)的根本[1]。然而近年來(lái)，受人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化的共同影響，甘孜州草原生態(tài)功能下降，草原生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重。為改善生態(tài)環(huán)境并且基于甘孜州的生態(tài)條件，選擇的草種應(yīng)該極耐干旱、耐高溫、耐貧瘠，具有根系發(fā)達(dá)、有一定土壤改良效果的特點(diǎn)，且以可供畜牧業(yè)青飼料、青貯飼料、顆粒加工飼料等用途的牧草最佳[2]，如巨菌草(Pennisetum giganteum)、綠洲一號(hào)(Oasis No.1)、高冰草(Agropyron elongatum)等，巨菌草種植過(guò)程較簡(jiǎn)便并且生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。綠洲一號(hào)是一種能改善鹽堿地，使鹽堿土壤自身的土壤肥力得到有效恢復(fù)的菌草[3]，有較高的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。高冰草適應(yīng)能力強(qiáng)，產(chǎn)量高，經(jīng)濟(jì)效益顯著[4]。

土壤生物群落包括土壤微生物與土壤微型動(dòng)物，土壤動(dòng)物是生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的一部分，與土壤環(huán)境因素密切相關(guān)，土壤動(dòng)物還能促進(jìn)凋落物和有機(jī)質(zhì)分解，提高了生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的速度，改變土壤結(jié)構(gòu)等，在平衡生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能和生態(tài)服務(wù)功能等方面起著至關(guān)重要的作用[5]。目前，國(guó)內(nèi)研究主要集中于不同生境之間[6]、不同耕作模式之間[7]、不同植被類(lèi)型間[8]土壤動(dòng)物的差異性，對(duì)于甘孜州干旱河谷地區(qū)以及牧草的研究較少，為了解甘孜州干旱河谷地區(qū)不同牧草間土壤動(dòng)物差異，以四川民族學(xué)院黑日村試驗(yàn)地巨菌草、高冰草、綠洲一號(hào)為材料，研究3種牧草之間土壤動(dòng)物數(shù)量、生態(tài)指數(shù)等的差異。

土壤動(dòng)物是土壤中不可缺少的部分，是參考土壤環(huán)境狀況的一個(gè)重要因素，其變化也和生態(tài)系統(tǒng)中的各種變化分不開(kāi)[9]。甘孜州是我國(guó)西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)的重要基地。近年來(lái)，受到多方面因素的影響，導(dǎo)致甘孜州生態(tài)功能下降。本試實(shí)驗(yàn)對(duì)3種不同牧草根際土壤中土壤動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，旨在了解不同牧草根際土壤中土壤動(dòng)物組成，并根據(jù)土壤動(dòng)物的生態(tài)指數(shù)，為甘孜州的生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘孜州地處四川省西部川西高原(E97°22′～102°29′，N27°58′～34°20′)，位于青藏高原向四川盆地過(guò)渡的地帶，是我國(guó)第2大藏區(qū)。根據(jù)緯度來(lái)劃分，甘孜州屬于亞熱帶地區(qū)，但由于甘孜州特殊的地形，形成了典型的高原大陸型氣候，干、雨兩季分明[10]。川西高原冬季寒冷，夏季涼爽，在冬季時(shí)氣溫相比于同緯度的低海拔區(qū)低8～10℃；夏季比較溫涼，氣溫一般在8～18℃，年降水量為600～800mm[11]，甘孜州境內(nèi)有多條河流，如金沙江、大渡河等。

1.2 樣地設(shè)置

本試驗(yàn)在四川民族學(xué)院黑日村試驗(yàn)地進(jìn)行。選取高冰草、綠洲一號(hào)、巨菌草3種牧草根際土作為研究對(duì)象。每種牧草選擇3個(gè)樣方，大小為1m×1.5m。在每塊樣地的對(duì)角線上進(jìn)行3點(diǎn)取樣法。每處理3個(gè)重復(fù)。

1.3 土壤樣品采集和土壤生物分離及鑒定

每個(gè)樣地選取3個(gè)取樣點(diǎn)，在每個(gè)取樣點(diǎn)內(nèi)分別取0～10cm的根際土作為復(fù)合樣，裝進(jìn)土壤動(dòng)物收集袋內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步分類(lèi)鑒定。本試驗(yàn)主要采用干漏斗分類(lèi)法，將土樣倒入口徑為10cm的篩網(wǎng)中，下接裝有濃度為75%酒精的培養(yǎng)皿，收集的所有土壤動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)室解刨鏡下進(jìn)行鑒定計(jì)數(shù)，分類(lèi)鑒定主要參照《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》。

1.4 土壤理化性質(zhì)分析

土壤含水率的測(cè)定采用烘干法：將土壤樣品在分析天平上稱(chēng)重記數(shù)后放入烘箱內(nèi)，烘干至恒重，取出于干燥箱再次稱(chēng)重；土壤pH的測(cè)定采用電位測(cè)定法：將土壤樣品研磨后，過(guò)60目篩網(wǎng)后，稱(chēng)取20g土樣加入蒸餾水20mL，攪拌后靜止，使其澄清，然后將pH復(fù)合玻璃電極插入上部清液中，輕輕搖動(dòng)，取最后穩(wěn)定的pH值(pH玻璃電極棒測(cè)定前應(yīng)先用緩沖液進(jìn)行校正)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

在科的水平上，計(jì)算土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計(jì)算公式：

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)計(jì)算公式：

式中，pi=ni/N,ni為第i個(gè)分類(lèi)單元的個(gè)體數(shù)；N為樣品中所有動(dòng)物的個(gè)體總數(shù)；S為類(lèi)群數(shù)；pi為第i個(gè)分類(lèi)單元的個(gè)體數(shù)占總數(shù)的比例[12]。

Pielou均勻度指數(shù)計(jì)算公式：

E=H/lns

式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；S為類(lèi)群數(shù)[9]。

Margalef豐富度指數(shù)計(jì)算公式：

DMG=S-1/lnN

式中，S為類(lèi)群數(shù)；N為樣品中所有動(dòng)物的個(gè)體總數(shù)[5]。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Microsoft Excel 2016和SPSS 23軟件，為研究不同牧草對(duì)土壤動(dòng)物群落的影響，對(duì)不同品種牧草土壤動(dòng)物數(shù)量、類(lèi)群、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)采用單因素方差分析(One-way ANOVA)進(jìn)行分析。作圖采用Origin 2018軟件。

2 結(jié)果

2.1 土壤動(dòng)物數(shù)量和群落組成

本試驗(yàn)中調(diào)查到的土壤動(dòng)物共有137只，隸屬于3門(mén)7綱15目21科。在目水平上，窄咽目和裂盾目為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，分別占總數(shù)量的39%和21%；半翅目、膜翅目等7目為常見(jiàn)類(lèi)群，共占總數(shù)目的33%；古蚖目、離爪目等6目為稀有類(lèi)群，共占總數(shù)的6%；在不同的牧草品種中的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群均為窄咽目，見(jiàn)表1。

表1 土壤動(dòng)物群落組成

由圖1a可得，3種牧草中巨菌草中的土壤動(dòng)物數(shù)量表現(xiàn)為巨菌草>高冰草>綠洲一號(hào)，并且巨菌草樣地中的土壤動(dòng)物數(shù)量顯著多于高冰草樣地和綠洲一號(hào)樣地；土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)在3種不同牧草之間的差異不明顯，但土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)在巨菌草樣地中最高，在綠洲一號(hào)樣地中最低，見(jiàn)圖1b。

圖1 不同品種牧草的土壤動(dòng)物數(shù)量和土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

2.2 土壤動(dòng)物多樣性

物種的豐富度和均勻度可以用多樣性指數(shù)相關(guān)聯(lián)，多樣性指數(shù)的大小也反映土壤的生物多樣性。目前，應(yīng)用的最多的是辛普森指數(shù)(Simpson)和香農(nóng)-維納(Shannon-Wiener)多樣性指數(shù)[9]。結(jié)果分析表明，3種牧草之間的多樣性指數(shù)無(wú)顯著差異(P>0.05)，表現(xiàn)為巨菌草>高冰草>綠洲一號(hào)，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則相反，表現(xiàn)為巨菌草<高冰草<綠洲一號(hào)。多樣性指數(shù)最高的是巨菌草樣地，最低是綠洲一號(hào)樣地，見(jiàn)圖2a；而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)在巨菌草樣地最低，綠洲一號(hào)樣地最高，見(jiàn)圖2b。

土壤動(dòng)物豐富度指數(shù)反映了土壤動(dòng)物在該樣地的土壤動(dòng)物多樣性，研究表明，雖然3種牧草之間的土壤動(dòng)物豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)均無(wú)顯著差異(P>0.05)，但高冰草樣地中的豐富度指數(shù)最高，巨菌草樣地和綠洲一號(hào)樣地的豐富度指數(shù)沒(méi)有明顯差異，見(jiàn)圖2c，均勻度指數(shù)表現(xiàn)為巨菌草>高冰草>綠洲一號(hào)，見(jiàn)圖2d。

圖2 不同牧草品種土壤動(dòng)物多樣性、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、土壤動(dòng)物豐富度以及均勻度指數(shù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

2.3 土壤環(huán)境因子

由圖3可知，不同牧草根際土壤pH有顯著差異(P>0.05)，其中高冰草土壤pH顯著高于綠州一號(hào)和巨菌草，見(jiàn)圖3a。土壤含水率在3個(gè)樣地間差異顯著(P<0.05)，綠州一號(hào)樣地的土壤含水率最高，其次是高冰草，巨菌草最低，見(jiàn)圖3b。

圖3 不同牧草品種中的土壤pH值、含水率(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

2.4 相關(guān)性分析

由表2可知，在巨菌草樣地，多樣性指數(shù)隨著類(lèi)群數(shù)、均勻度指數(shù)的增加而增加，而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則隨著多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的減少而增加，豐富度隨著類(lèi)群數(shù)增加而增大。由表3可知，高冰草樣地中，個(gè)體數(shù)隨著類(lèi)群數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)的增加而增加，但隨著優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的增多而減少。多樣性指數(shù)隨著豐富度指數(shù)的增加而增加，相反隨著優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的增加而減少。由表4可知，在綠洲一號(hào)樣地中，多樣性指數(shù)隨著類(lèi)群數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)的增加而增加，而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)隨著多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)的增加而減少。

表2 巨菌草、高冰草和綠洲一號(hào)樣地相關(guān)性分析

3 討論

土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)、個(gè)體數(shù)和多樣性指數(shù)是衡量土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)、功能和水平分布差異性的重要指標(biāo)[5]。多樣性越高的群落，群落結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，抗壓能力也越強(qiáng)。研究結(jié)果表明，多樣性指數(shù)與類(lèi)群數(shù)均為巨菌草>高冰草>綠洲一號(hào)，土壤動(dòng)物數(shù)量、類(lèi)群數(shù)和多樣指數(shù)在巨菌草樣地中最高，綠洲一號(hào)最低，見(jiàn)圖1、圖2，可見(jiàn)與高冰草和綠州一號(hào)相比，種植巨菌草可提高土壤動(dòng)物群落的類(lèi)群、數(shù)量及多樣性。土壤動(dòng)物是土壤中的有機(jī)活體，可用于衡量土壤肥力狀況，從而被認(rèn)為是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[13,14]，土壤動(dòng)物還對(duì)土壤的理化性狀有一定的改善作用[15]。巨菌草屬于C4植物，其太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率比闊葉植物高3～4倍，其根系復(fù)雜，具有減少表層土壤養(yǎng)分流失的作用，同時(shí)龐大的根系通過(guò)穿透作用以及土壤微生物的分解作用，使得種植巨菌草地區(qū)土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生明顯增幅效果[16]。較高的土壤養(yǎng)分含量使得巨菌草樣地土壤動(dòng)物群落、數(shù)量及多樣性指數(shù)最高。

在3種牧草樣地中，多樣性指數(shù)與優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，均勻度指數(shù)與優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則呈負(fù)相關(guān)，這與劉姣[5]等得出相同的結(jié)論。并且在3種牧草樣地中，豐富度指數(shù)與優(yōu)勢(shì)度指數(shù)呈現(xiàn)的是負(fù)相關(guān)。也有研究表明，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與豐富度指數(shù)呈現(xiàn)的是負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是由于豐富度越大類(lèi)群數(shù)也越多，個(gè)體就會(huì)分散到更多不同的類(lèi)群中，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)也會(huì)降低[17]?？傮w來(lái)看，在3個(gè)不同牧草品種中，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)以綠洲1號(hào)樣地最高，表示在綠洲1號(hào)樣地中，有著較高的群落穩(wěn)定性，土壤動(dòng)物更為集中的分布在種群中，而巨菌草樣地的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最低，表示巨菌草樣地的土壤動(dòng)物在種群中是較為分散的；豐富度指數(shù)在高冰草樣地中明顯高于其他樣地，表示在高冰草樣地中土壤動(dòng)物類(lèi)群多，多樣性較高。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，在不同的牧草根際土壤動(dòng)物的多樣性、類(lèi)群數(shù)、數(shù)量以及理化性質(zhì)等也發(fā)生相應(yīng)的變化。相對(duì)于綠洲一號(hào)，巨菌草、高冰草在甘孜州的種植對(duì)土壤中的土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)有更好的效果。土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與植物之間的影響是錯(cuò)綜復(fù)雜的，后期還需要進(jìn)一步研究其他因素對(duì)土壤動(dòng)物多樣性的影響。