庐山不同海拔土壤动物群落特征与土壤腐殖质特性研究

王海燕，朱永恒

（安徽师范大学地理与旅游学院/江淮流域地表过程与区域响应安徽省重点实验室，安徽 芜湖 241003）

土壤腐殖质是土壤有机质的主体，是环境条件的完美指标，环境条件取决于生物因素，如植被类型和土壤生物，以及非生物因素，如气候、海拔和基岩等［1］，其结构组成复杂，主要由胡敏酸、富里酸和存在于残渣中的胡敏素组成，其性质、组成和数量可以反映一定的成土条件和过程，在环境保护、土壤肥力等方面都发挥着重要作用［2，3］。海拔梯度的变化对土壤腐殖质的组成、特性和转化产生显著的影响［4-6］。土壤动物在土壤生态系统物质循环和能量流动中扮演着重要角色，通过对凋落物的啃食破碎、挖掘洞穴及排泄粪便等各种生命活动，将地上生态系统与地下生态系统紧密地联系起来，成为一个有机的整体，对土壤腐殖质的合成转化、肥力保持、土壤发育演替和动植物多样性等方面发挥着重要作用［7-9］。有关土壤动物沿垂直梯度变化的研究［10，11］和腐殖质特性［4，12］的研究报道较多，但很少有人研究不同海拔对土壤动物群落组成和土壤腐殖质特性的影响。因此，通过研究庐山不同海拔土壤动物群落特征和土壤腐殖质特性及其变化趋势，为庐山土壤动物研究和环境管理提供科学依据。

1 研究区概况

庐山位于江西省九江市最北部，地处115°52′—116°8′E，29°26′—29°41′N，北邻长江，东倚鄱阳湖，最高汉阳峰海拔1 474 m。垂直自然带变化显著，属亚热带季风气候，四季分明，年均气温11.4 ℃。全年平均降雨量1 929 mm［13］。低海拔主要为常绿林-红壤，中海拔为落叶常绿混交林-山地黄棕壤，高海拔为落叶阔叶林-山地棕壤［14］。

2 研究方法

2.1 样地设置

样地沿海拔梯度、植被类型、土壤类型等，选取了大月山（1 290 m）、回龙路（960 m）、白鹿洞（170 m），根据研究目的和可行性原则，每种样地下随机布3 个样点作为分析样本，每个样点间隔10～20 m（表1）。

表1 样地概况

2.2 样品采集及鉴定

于2019 年9 月下旬对庐山低、中、高海拔样地进行取样，每个样地设置3 个重复。大型土壤动物样方为30 cm×30 cm，采用手检法收集0～5 cm土层中的土壤动物；中小型土壤动物的取样采用100 cm3土壤容重器各随机取4 份，带回实验室后用Tullgren 干漏斗法收集土壤动物。样本均保存在95%乙醇中。将采集的土壤样品带回实验室进行风干和研磨处理，用于土壤理化性质和腐殖质组分的测定。土壤动物鉴定依据是日本青木淳一的大类群分类和《中国土壤动物检索图鉴》［15，16］。

2.3 指标测定与方法

胡敏酸、富里酸的提取参考中华人民共和国林业行业标准 NY/T 1867—2010，E4/E6 和△logK 的腐殖质光学特性参考文献［9，17，18］。其他指标的测定采用常规法［17］（表2）。

表2 不同海拔样地自然环境条件

2.4 数据处理

多样性指数［19，20］：密度-类群指数DG。

式中，g代表各样点的类群数，G代表各样点所包含的类群数，Di为第i样点个体数，Dimax为各样点中第i类群的最大个体数，Ci/C代表相对次数。

采用SPSS.23 软件中的One-way ANOVA 方差分析对样地差异性进行检验；采用Pearson 法分析土壤动物群落与腐殖质组分和环境因子的关系。

3 结果与分析

3.1 不同海拔下土壤动物群落特征

3.1.1 土壤动物群落组成 在庐山不同海拔样地下共捕获土壤动物 1 210 头，属于 2 门 5 纲 20 目 12 科（表3）。其中，前气门亚目、等节跳虫科、甲螨亚目为优势类群，占所有样地个体数78.51%，且3 个类群差距并不是特别大。棘跳虫科、中气门亚目、原尾目、蚁科为常见类群，占所有样地个体数14.47%，其余19 个类群为稀有类群，占所有样地个体数7.02%。优势类群广泛分布于不同海拔样地，构成山地土壤动物的主体，常见类群分布范围次之，而稀有类群只有在少数几个样地才被捕获，虽然稀有类群所占比例较少，但其对凋落物的啃食、挖掘洞穴、排泄粪便等在一定程度上影响了土壤中腐殖质的形成和转化。

表3 土壤动物群落组成

3.1.2 土壤动物群落结构 由表4 可知，随着海拔的升高土壤动物个体数先上升后下降，中海拔（960 m）下的土壤动物个体数是最高的且与低海拔（170 m）和高海拔（1 290 m）差异显著（P＜0.05）。各海拔样地土壤动物类群数差异并不显著（P＞0.05），由低到高土壤动物类群数分别为170 m（18个）=960 m（18 个）＜1 290 m（19 个），表明海拔影响土壤动物的分布。低中高海拔样地土壤动物多样性具有一定的变化趋势（表4）。密度-类群指数（DG）随海拔的升高先上升后下降，各样地之间差异不显著（P＞0.05）。可以看出中海拔（960 m）样地下密度-类群指数最高，而低海拔（170 m）的指数最低且与其他2 个样地的数值差距较大，中海拔（960 m）前气门亚目、等节跳虫科和甲螨亚目的个体数显著高于其他2 个样地，造成该样地土壤动物分布较为不均匀，再加上土壤动物个体数又是最多的，所以该样地指数高于其他样地。

表4 土壤动物群落结构指标

3.2 不同海拔下土壤腐殖质的特性

3.2.1 土壤各组分含量 由表5 可知，不同垂直自然带下腐殖质各组分的含量具有较大差异。土壤腐殖质含量随着海拔下降呈先上升后下降的趋势，中海拔（77.32±23.68 g/kg）腐殖质含量最高，高海拔（63.97±9.66 g/kg）次之，低海拔（39.00±1.62 g/kg）含量最低，中海拔（960 m）显著高于低海拔（170 m）（P＜0.05），高海拔（1 290 m）与其他2 个样地差异不显著（P＞0.05）；腐殖酸随着海拔的上升先上升后下降，其含量由大到小依次为中海拔（53.39±18.59 g/kg）、高海拔（47.58±6.10 g/kg）、低海拔（22.21±0.81 g/kg），且低海拔腐殖酸的含量显著低于中海拔和高海拔（P＜0.05）；随着海拔的增加胡敏酸也呈先上升后下降的趋势，由大到小依次为中海拔（22.12±12.43 g/kg）、高海拔（12.37±2.97 g/kg）、低海拔（8.27±1.59 g/kg），各海拔样地差异不显著（P＞0.05）；富里酸含量随着海拔的上升而上升，由大到小为高海拔（35.21±3.14 g/kg）、中海拔（31.27±6.19 g/kg）、低海拔（13.93±1.33 g/kg），且低海拔的含量显著低于高海拔和中海拔（P＜0.05）；胡敏素含量的变化趋势与胡敏酸一致，且各样地差异不显著（P＞0.05）。

PQ（胡敏酸/腐殖酸）和 HA/FA（胡敏酸/富里酸）常用来反映土壤腐殖化程度和土壤腐殖质的品质，比值越大土壤腐殖质的稳定性就越高，品质就越好［21，22］。由表 5 可以看出，PQ 值都小于 0.5，表明各海拔样地下腐殖酸的含量都大于胡敏酸。随着海拔的升高PQ 比值先变大后变小，中海拔样地比值最高（0.41）；HA/FA 比值与 PQ 比变化趋势一致，中海拔样地比值最高（0.71），表明中海拔样地比低海拔和高海拔样地的腐殖质品质更好、稳定性更高。

表5 土壤腐殖质各组分含量

3.2.2 土壤腐殖质光学特性 腐殖质的光学性质包括色调系数E4/E6 和△logK 值等，它们在一定程度上可以反映腐殖质分子中芳香环的缩合度、芳构化度和分子质量大小等，其值愈大，腐殖酸分子中芳香环的缩合度、芳构化度和分子质量愈小［23］。由图1可知，E4/E6 比值随着海拔的升高而下降，低海拔（170 m）＞中海拔（960 m）＞高海拔（1 290 m），高海拔E4/E6 比值显著低于低海拔和中海拔（P＜0.05）；△logK值随着海拔的升高与E4/E6比值的变化一致，且中海拔△logK 值显著低于低海拔（P＜0.05），随着海拔的升高，土壤腐殖质分子的复杂程度越高，芳香核原子团越多，缩合度愈高，腐殖质化程度越好。

图1 不同海拔下腐殖质的光学性

3.3 不同海拔下土壤动物与腐殖质、环境因子的相关性

由表6 所示，通过分析土壤动物个体数、类群数、优势类群和常见类群与腐殖质及环境因素的关系发现，优势类群中的等节跳虫科与腐殖质、腐殖酸、胡敏酸、有机质极显著性正相关（P＜0.01），与胡敏素和C/N 显著正相关（P＜0.05），说明等节跳虫科显著影响着腐殖质、腐殖酸、胡敏酸、胡敏素、有机质的形成；甲螨亚目与胡敏酸、胡敏素显著正相关（P＜0.05），与土壤容重显著负相关（P＜0.05），与C/N极显著正相关（P＜0.01），说明甲螨亚目也显著影响着胡敏酸、胡敏素的形成；原尾目与土壤含水量显著负相关（P＜0.05）；膜翅目与HA/FA 比值显著正相关（P＜0.05），说明膜翅目在一定程度上影响着胡敏酸和富里酸的形成；土壤动物个体数与腐殖质、胡敏酸、胡敏素、有机质、C/N 显著正相关（P＜0.05），说明土壤动物的个体数也影响着腐殖质、胡敏酸、胡敏素、有机质的形成。

表6 土壤动物与腐殖质、环境因子的相关系数

4 小结与讨论

土壤动物作为联系地上生态系统和地下生态系统的媒介，通过对凋落物的啃食破碎、挖掘洞穴及排泄粪便等各种生命活动，间接影响土壤微生物，从而影响土壤腐殖质的性质［7-9］。本研究结果表明，不同海拔下土壤腐殖质特性存在差异，且土壤动物群落与腐殖质之间相关性较高。

本研究中，各海拔土壤动物个体数差异显著（P＜0.05），类群数和多样性指数差异并不显著（P＞0.05），但存在着一定变化趋势。土壤动物个体数与DG指数随海拔升高先上升后下降，回龙路样地数值最高，土壤动物类群数则随着海拔的升高而增加。中海拔的土壤动物个体数和多样指数均优于低海拔和高海拔样地，这与徐国良等［24］的研究结果基本一致。这可能是由于高、低海拔样地的水热条件都没有中海拔样地优越，且中海拔样地有机质和腐殖质各组分的含量均优于低、高海拔样地，为土壤动物提供了更加适宜的生活环境。

前人对山地腐殖质组分的研究也有不少，其中王晶等［4］对高黎贡山土壤腐殖质的特性研究发现土壤腐殖各组分具有明显地带性分布特点，腐殖酸含量和有机质含量均随着海拔的升高先上升后下降，这与本研究结果相似。本研究中，不同海拔样地土壤腐殖质各组分含量存在差异性。腐殖质、腐殖酸、胡敏酸、胡敏素均随着海拔的升高先上升后下降，富里酸则呈上升趋势，PQ 比值和HA/FA 与腐殖质等的变化趋势一致。中海拔样地土壤各组分含量均优于低、高海拔样地，且腐殖质化程度最高，稳定性好，品质优良。可能是由于中海拔样地水热条件优越，地上植被较为丰富，为样地输入了大量的凋落物，再加上大量土壤动物的活动，为微生物提供了大量的食物等，从而影响了土壤腐殖质的含量。不同海拔样地腐殖质光学性质表明，E4/E6 和△logK 值随着海拔升高而降低，表明其化学稳定性和分子复杂程度越高，显然海拔提高促进了土壤腐殖质化的进程，提高了土壤腐殖的稳定性。土壤动物通过取食、排泄、活动等，影响微生物的多样性，从而促进土壤的腐殖质化进程［25］。研究结果表明，土壤动物与腐殖质各组分的相关系数较高，间接或直接对腐殖质的形成产生了一定的影响。

综上所述，海拔影响了土壤动物群落结构特征和腐殖质的特性，土壤动物也一定程度影响着腐殖质各组分的形成，土壤动物群落一定程度上反映了土壤质量状况。通过对山地土壤动物群落特征和腐殖质特性的研究，有利于山地生态环境保护，为庐山土壤动物研究和环境管理提供科学依据。