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Distribution characteristics of soil nematodes in reclaimed  land of copperminetailings in different plant associations.

不同植物群丛下铜尾矿复垦地土壤线虫的分布特征


对铜陵市凤凰山铜尾矿复垦地禾本科(矛叶荩草AL、白茅IC)和豆科(野豌豆GS)等3类典型植物群丛及外围对照禾本科(毛马唐)植物群丛下的土壤线虫群落进行调查.共分离得到1277 条土壤线虫,隶属于51属,平均密度590条·100 g-1干土.采用多样性指数和土壤食物网结构指数等分析铜尾矿复垦地土壤线虫群落的分布特征.结果表明: 铜尾矿复垦地3类植物群丛下土壤线虫群落的类群总数和Shannon〖KG-*4〗多样性指数明显小于毛马唐对照组.对比铜尾矿复垦地和邻近自然栖息地不同植物群丛下的土壤线虫群落生态指数,发现野豌豆群丛下土壤食物网结构较成熟,土壤有机质分解以细菌分解通道为主;生态系统较不稳定,低度干扰;表明该豆科植物群丛下的土壤食物网具有较大的发展潜力,从而提高铜尾矿复垦地的生态稳定性.白茅与矛叶荩草群丛下土壤食物网处于结构化状态,土壤有机质分解以真菌分解通道为主;生态系统较稳定,无干扰;表明禾本科植物群丛下的土壤食物网处于较低层次的发展状态.
 

A survey was carried out to investigate soil nematode communities in the plant associations of gramineae (Arthraxon lanceolatus, AL; Imperata cylindrica, IC) and leguminosae (Glycine soja, GS) in  reclaimed land of copperminetailings and in the plant associations of gramineae (Digitaria chrysoblephara, DC-CK) of peripheral control in Fenghuang Mountain, Tongling City. A total of 1277 nematodes were extracted and sorted into 51 genera. The average individual density of the nematodes was 590 individuals·100 g-1 dry soil. In order to analyze the distribution characteristics of soil nematode communities in reclaimed land of copperminetailings, Shannon community diversity index and soil food web structure indices were applied in the research. The results showed that the total number of nematode genus and the Shannon community diversity index of soil nematode in the three plant associations of AL, IC and GS were less than that in the plant associations of DC-CK. Compared with the ecological indices of soil nematode communities among the different plant associations in reclaimed land of copperminetailings and peripheral natural habitat, we found that the structure of soil food web in the plant associations of GS was more mature, with bacterial decomposition being dominant in the soil organic matter decomposition, and that the soil ecosystem in the plant associations of GS was not stable with low interference. This indicated that the soil food web in the plant associations of leguminosae had a greater development potential to improve the ecological stability of the reclaimed land of copperminetailings. On the other hand, the structure of soil food web in the plant associations of AL and IC were relatively stable in a structured state with fungal decomposition being dominant in the decomposition of soil organic matter. This indicated that the soil food web in the plant associations of gramineae was at a  poor development level.


全 文 :不同植物群丛下铜尾矿复垦地土壤线虫的分布特征∗
朱永恒1,2∗∗  李克中1  张  衡1  韩  斐1  周举花1  高婷婷1
( 1安徽师范大学国土资源与旅游学院, 安徽芜湖 241003; 2安徽自然灾害过程与防控研究省级实验室, 安徽芜湖 241003)
摘  要  对铜陵市凤凰山铜尾矿复垦地禾本科(矛叶荩草 AL、白茅 IC)和豆科(野豌豆 GS)
等 3类典型植物群丛及外围对照禾本科(毛马唐)植物群丛下的土壤线虫群落进行调查.共分
离得到 1277 条土壤线虫,隶属于 51属,平均密度 590 条·100 g-1干土.采用多样性指数和土
壤食物网结构指数等分析铜尾矿复垦地土壤线虫群落的分布特征.结果表明: 铜尾矿复垦地
3类植物群丛下土壤线虫群落的类群总数和 Shannon多样性指数明显小于毛马唐对照组.对比
铜尾矿复垦地和邻近自然栖息地不同植物群丛下的土壤线虫群落生态指数,发现野豌豆群丛
下土壤食物网结构较成熟,土壤有机质分解以细菌分解通道为主;生态系统较不稳定,低度干
扰;表明该豆科植物群丛下的土壤食物网具有较大的发展潜力,从而提高铜尾矿复垦地的生
态稳定性.白茅与矛叶荩草群丛下土壤食物网处于结构化状态,土壤有机质分解以真菌分解
通道为主;生态系统较稳定,无干扰;表明禾本科植物群丛下的土壤食物网处于较低层次的发
展状态.
关键词  铜尾矿复垦地; 植被类型; 土壤食物网; 营养类群; 生态恢复
∗国家自然科学基金项目(41001031)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: yhzhu876@ mail.ahnu.edu.cn
2014⁃06⁃08收稿,2014⁃11⁃12接受.
文章编号  1001-9332(2015)02-0570-09  中图分类号  S154.5  文献标识码  A
Distribution characteristics of soil nematodes in reclaimed land of copper⁃mine⁃tailings in dif⁃
ferent plant associations. ZHU Yong⁃heng1,2, LI Ke⁃zhong1, ZHANG Heng1, HAN Fei1, ZHOU
Ju⁃hua1, GAO Ting⁃ting1 ( 1College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University,
Wuhu 241003, Anhui, China; 2Anhui Key Laboratory of Natural Disasters Process and Prevention,
Wuhu 241003, Anhui, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(2): 570-578.
Abstract: A survey was carried out to investigate soil nematode communities in the plant associa⁃
tions of gramineae (Arthraxon lanceolatus, AL; Imperata cylindrica, IC) and leguminosae (Glycine
soja, GS) in reclaimed land of copper⁃mine⁃tailings and in the plant associations of gramineae
(Digitaria chrysoblephara, DC⁃CK) of peripheral control in Fenghuang Mountain, Tongling City. A
total of 1277 nematodes were extracted and sorted into 51 genera. The average individual density of
the nematodes was 590 individuals·100 g-1 dry soil. In order to analyze the distribution character⁃
istics of soil nematode communities in reclaimed land of copper⁃mine⁃tailings, Shannon community
diversity index and soil food web structure indices were applied in the research. The results showed
that the total number of nematode genus and the Shannon community diversity index of soil nema⁃
tode in the three plant associations of AL, IC and GS were less than that in the plant associations of
DC⁃CK. Compared with the ecological indices of soil nematode communities among the different
plant associations in reclaimed land of copper⁃mine⁃tailings and peripheral natural habitat, we found
that the structure of soil food web in the plant associations of GS was more mature, with bacterial
decomposition being dominant in the soil organic matter decomposition, and that the soil ecosystem
in the plant associations of GS was not stable with low interference. This indicated that the soil food
web in the plant associations of leguminosae had a greater development potential to improve the eco⁃
logical stability of the reclaimed land of copper⁃mine⁃tailings. On the other hand, the structure of
soil food web in the plant associations of AL and IC were relatively stable in a structured state with
fungal decomposition being dominant in the decomposition of soil organic matter. This indicated that
the soil food web in the plant associations of gramineae was at a poor development level.
Key words: reclaimed land of copper⁃mine⁃tailings; vegetation type; soil food web; trophic group;
ecological restoration.
应 用 生 态 学 报  2015年 2月  第 26卷  第 2期                                                           
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2015, 26(2): 570-578
    矿业废弃地是指因采矿活动及其废弃物排放所
破坏和占用的废弃土地,主要包括排土场、尾矿库、
废石堆、采空区和塌陷区等,其对土地的侵占和造成
的环境污染已成为区域性社会经济发展的制约因
素,对其生态恢复的研究已成为焦点[1] .目前,大多
数研究都集中在植被恢复建设技术上,很少注意地
下土壤生物的生态恢复[2] .面对不断提高的生态可
持续发展需求,矿业废弃地修复目标已从简单的造
林到更全面的生态重建[3],需要创建一个自我维持
的生态系统,而土壤动物不同类群的发展是其关
键[4] .因为在很多情况下,提高种群数量或增加其他
物种有可能加快生态演替,确保本地土壤动物重新
定殖,促进生态系统功能的恢复[5] .
土壤线虫作为土壤中最为丰富的小型土壤动
物,与其他土壤生物形成复杂的食物网,并占有多个
营养级,在土壤有机质分解和矿化、物质循环和控制
能量流动方面起着重要的作用,直接或间接地影响
植物群落演替过程和群落结构组成[6-7],而且土壤
线虫丰富度和群落结构已被证明是土壤污染和生态
扰动的敏感指标,对土壤质量或生态系统变化具有
良好的指示作用[8-9],所以土壤线虫的恢复能够揭
示生态系统恢复重建和生物多样性保护的状况[10] .
在退化生态系统中,植被恢复深刻影响着土壤线虫
的恢复[11],但矿业废弃地土壤线虫恢复研究较少,
并集中在煤矿区[12-15]和铅锌尾矿区[9] .在煤矿区,
落叶林(软叶且易分解)造林区线虫群落多样性和
成熟度比针叶林(硬叶且不易分解)造林区高[14];在
铅锌尾矿区,具有较多生物量和更快生长速度的先
锋植物攀倒甑(Patrinia villosa)比宝山堇菜(Viola
baoshanensis)更有利于微生物和线虫群落的发展[9] .
由于地表植被深刻影响有机凋落物的数量与质量及
腐殖质类型,以及植被对重金属的累积作用,因此,
矿业废弃地的造林树种影响土壤线虫的组成、营养
结构和功能群,是地下食物网形成的关键因素.然
而,基于矿业废弃地土壤动物恢复的最佳程度应与
邻近自然生态系统相类似[16],若能与邻近自然生态
系统相同植物条件下的土壤线虫群落进行比较,可
以确定矿业废弃地土壤线虫群落的分布程度及其发
展潜力.本文拟在不同禾本科和豆科自然植被条件
下,探讨铜尾矿复垦地土壤线虫的分布,并对比尾矿
复垦地和邻近自然禾本科植物群丛下土壤线虫群落
结构与多样性指标,进一步分析不同植物群丛下土
壤食物网的分布程度及其发展潜力,有助于筛选铜
尾矿复垦地的重植种类,加快铜尾矿复垦地的生态
恢复进程.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
铜陵市(30°56′42″ N,117°43′28″ E)位于安徽
省中南部,是长江中下游南岸一座重要的工矿和工
贸港口城市.属亚热带湿润季风气候,年均温 16.2
℃,降水量 1390 mm,平均湿度 75%~80%.地带性植
被为亚热带常绿阔叶林和落叶阔叶混交林,土壤为
黄棕壤.境内断续分布较多低山丘陵和岗地,海拔一
般为 100~200 m,少数山峰可达 600 m左右.
铜陵市作为全国的铜都,有五公里、黑沙河、铜
官山、凤凰山、狮子山等大型铜尾矿废弃地.为了探
讨铜尾矿复垦地土壤线虫的分布及其恢复效果,选
择铜陵市凤凰山林冲尾矿区(包括铜尾矿复垦地和
外围自然灌草地)作为土壤线虫调查区.其中,铜尾
矿复垦地三面环山,一面修建石坝(长 200 m,高 40
m),海拔 105 m,面积 31万 m2,总库容 120万 m3,现
存量 110 万 m3,使用期为 1970 年 12 月至 1979 年
12月,停用后当地农民覆土种植药用植物牡丹,并
辅种大豆等豆科植物;2009 年铲除牡丹,弃置不用,
人为干扰少,自然生长茂密的杂草,优势种为矛叶荩
草(Arthraxon lanceolatus)、白茅( Imperata cylindrica)
和野豌豆 ( Glycine soja),混有少量芒 (Miscanthus
sinensis)、狗尾草( Setaira viridis)和小飞蓬(Conyza
canadensis)等.
1􀆰 2  线虫采样与鉴定
2012年 9月底,在林冲铜尾矿复垦地中选择自
然生长的禾本科(矛叶荩草 Arthraxon lanceolatus,
AL;白茅 Imperata cylindrica,IC)和豆科(野豌豆 Gly⁃
cine soja,GS)等 3类植物群丛作为研究样地,在尾矿
库外围自然灌草地中选择禾本科(毛马唐 Digitaria
chrysoblephara,DC)植物群丛作为对照(CK),共计 4
类样地.每类样地设置 3个采样点,间距>10 m,使用
直径为 2.6 cm 的土钻在每个样点中采用 5 点法取
样,混合后装入样袋中,取样深度为 0 ~ 20 cm,共计
12个混合样品,每个样品取 110 g 土(鲜样)用于土
壤线虫分离,其余用作土壤理化性质测定.
土壤线虫的分离提取采用浅盘法.60 ℃温热杀
死后,用 4%福尔马林固定,线虫总数通过解剖镜直
接确定,然后按测得的土壤水分,折算成 100 g 干土
中土壤线虫的数量.从每个样品中随机抽 100 条线
虫(不足 100条的全部鉴定),在光学显微镜下进行
科属鉴定.根据线虫的取食习性和食道特征可将其
1752期                      朱永恒等: 不同植物群丛下铜尾矿复垦地土壤线虫的分布特征         
表 1  铜尾矿区 4类样地组的土壤理化性质
Table 1  Soil physical⁃chemical properties of four sites in the copper mine tailing area (mean±SE, n=3)
项目
Item
AL IC GS DC⁃CK F值
F value
pH 7.48±0.31a 7.58±0.12a 7.53±0.21a 6.45±0.11b 20.97
土壤有机质 Soil organic matter (%) 2.86±0.55a 2.21±0.75a 2.42±0.51a 2.56±1.09a 0.39
全磷 Total P (%) 0.03±0.01a 0.05±0.01a 0.04±0.01a 0.04±0.01a 1.09
全氮 Total N (%) 0.44±0.09b 0.42±0.06b 0.48±0.10b 0.99±0.27a 9.45
全钾 Total K (%) 1.99±0.23b 1.74±0.37b 1.82±0.26b 2.92±0.17a 12.48
全铜 Total Cu (mg·kg-1) 133.11±41.91a 78.26±1.73ab 96.12±41.71ab 11.60±1.80b 8.86
土壤含水量 Soil moisture (%) 51.73±8.89a 53.50±4.79a 49.80±8.11a 24.63±6.90b 10.30
土壤容重 Soil bulk density (g·cm-3) 1.30±0.02a 1.25±0.02ab 1.19±0.06b 1.22±0.05b 4.52
AL: 矛叶荩草 Arthraxon lanceolatus; IC:白茅 Imperata cylindrica; GS:野豌豆 Glycine soja; DC⁃CK:毛马唐 Digitaria chrysoblephara. 同行不同字母
表示差异显著(P<0.05)Different letters in the same row meant significant difference at 0.05 level. 下同 The same below.
划分为 4个营养类群:食细菌线虫、食真菌线虫、植
物寄生线虫和捕食 /杂食线虫[17] .线虫 c⁃p类群及功
能团的划分依据 Bongers等[18-19] .
1􀆰 3  土壤性质分析
土壤 pH 测定采用水土比为 2.5 ∶ 1 酸度计法,
土壤有机质采用重铬酸钾容量法,全磷采用酸溶⁃钼
锑抗比色法,全氮采用开氏消煮法,全钾采用氢氧化
钠熔融法 /火焰光度计法,全铜采用氢氟酸⁃硝酸⁃高
氯酸消煮 ICP 法,土壤容重采用环刀法,土壤含水量
采用土壤水分速测仪在野外现场测定(表 1).
1􀆰 4  数据处理
土壤线虫群落 Shannon多样性指数 H[20]:
H =-∑P i lnP i
式中:P i =ni / N;ni 为每一采样点土壤线虫群落中每
一类群的个体数;N 为每一采样点土壤线虫群落个
体总数.
富集指数 EI、结构指数 SI、通道指数 CI[21]:
EI= 100×[e / (e+b)]
SI= 100×[ s / (b+s)]
CI= 100×0.8Fu2 / (3.2Ba1+0.8Fu2)
式中:b( basal)代表食物网中的基础成分,主要指
Ba2 和 Fu2 这两个类群;e( enrichment)代表食物网
中的富集成分,主要指 Ba1 和 Fu2 这两个类群; s
(structure)代表食物网中的结构成分,包括 Ba3⁃
Ba5、Fu3⁃Fu5、OP 3⁃OP 5 类群;b、e 和 s 对应的值分别
为∑kb·nb、∑ke·ne和∑ks·ns ,其中,kb、ke和
ks为各类群所对应的加权数(其值为 0.8 ~ 5.0),nb、
ne和 ns为各类群的相对多度.
1􀆰 5  数据处理
数据统计采用 Excel 2003 和 SPSS 16.0 软件,
以 α= 0.05作为差异显著水平.土壤线虫群落指数采
用单因子方差分析(one⁃way ANOVA),土壤线虫群
落指标与土壤理化性质指标的相关系数采用双变量
相关分析方法,土壤线虫群落相似性分类采用样地
组的系统聚类法.采用加权线虫区系分析方法
(weighted faunal analysis),将各类样地土壤线虫群
落定位于 4个象限中,以表征各群落的土壤养分状
况和扰动条件下土壤食物网的稳定程度[21] .
2  结果与分析
2􀆰 1  不同植物群丛下土壤线虫群落的多度与组成
共捕获土壤线虫 51 属,1277 个(表 2),平均密
度为 590 ind·100 g-1干土.其中,矛叶荩草组共捕获
土壤线虫 29 属 322 个,密度为 563 ind·100 g-1干
土,优势类群为丝尾垫刃属 ( Filenchus)、滑刃属
(Aphelenchoides)和垫咽属(Tylencholaimus),个体数
占总捕获个体数量的 48. 8%,常见类群 16 属,占
45􀆰 7%.白茅组共捕获土壤线虫 31属 314个,密度为
523 ind·100 g-1干土,优势类群为垫咽属(Tylen⁃
cholaimus)和丝尾垫刃属(Filenchus),个体数占总捕
获个体数量的 66.2%,常见类群 8属,占 22.9%.野豌
豆组共捕获土壤线虫 32 属 336 个,密度为 1053
ind·100 g-1干土,优势类群为盆咽属(Panagrolai⁃
mus)、滑刃属、绕线属(Plectus)和小秆属(Rhabdi⁃
tis),个体数占总捕获个体数量的 45.5%,常见类群
13属,占 47.3%.毛马唐对照组共捕获土壤线虫 35
属 305个,密度为 220 ind·100 g-1干土,优势类群
为滑刃属、棱咽属(Prismatolaimus)和异头叶属(Het⁃
erocephalobus),个体数占总捕获个体数量的 38.4%,
常见类群 15属,占 51.5%.
个体总数(N)在各样地组间没有显著差异,而
类群总数(S)存在一定的差异性,其中,毛马唐组显
著高于矛叶荩草组和白茅组,野豌豆组居中.
2􀆰 2  不同植物群丛下土壤线虫群落生态指数
2􀆰 2􀆰 1 群落多样性   铜尾矿区4类样地组Shannon
275                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 2  不同植物群丛下土壤线虫群落的组成、营养类群与多度
Table 2  Composition, trophic group and abundance of soil nematodes community in the different plant associations
类群
Group
营养类群与
c⁃p值
Trophic group and
c⁃p value
AL
个体数
Number of
individuals
多度
Abundance
IC
个体数
Number of
individuals
多度
Abundance
GS
个体数
Number of
individuals
多度
Abundance
DC⁃CK
个体数
Number of
individuals
多度
Abundance
小秆属 Rhabditis Ba1 1.3±1.5b ++ 11.3±3.2a +++ 0.7±0.0b +
盆咽属 Panagrolaimus Ba1 0.3±0.0b + 14.0±0.0a +++ 2.7±2.1ab ++
瓣唇属 Panagrobelus Ba1 0.3±0.0a + 2.0±2.8a ++ 1.7±0.7a ++
拟丽突属 Acrobeloides Ba2 6.7±5.7a ++ 1.3±1.4a ++ 4.0±3.0a ++ 8.3±7.0a ++
似绕线属 Anaplectus Ba2 0.7±0.0a +
头叶属 Cephalobus Ba2 2.3±2.1a ++ 1.0±0.7a + 1.7±0.0a ++ 1.3±0.0a ++
真头叶属 Eucephalobus Ba2 6.7±5.7a ++ 3.3±0.6a ++ 6.0±1.0a ++ 3.3±0.6a ++
板唇属 Chiloplacus Ba2 0.3±0.0a + 0.7±0.0a +
异头叶属 Heterocephalobus Ba2 3.7±4.6a ++ 1.0±0.0a + 8.3±6.7a ++ 12.3±9.5a +++
绕线属 Plectus Ba2 5.0±5.3b ++ 0.7±0.0b + 12.7±3.8a +++ 1.3±0.6b ++
异色矛属 Achromadora Ba3 2.3±0.0a ++ 0.3±0.0a + 1.7±0.0a ++
棱咽属 Prismatolaimus Ba3 2.0±0.0ab ++ 0.3±0.0b + 0.7±0.0b + 12.7±11.5a +++
杆线虫属 Rhabdolaimus Ba3 1.7±0.7a ++
畸头属 Teratocephalus Ba3 0.3±0.0b + 1.7±0.6a ++
无咽属 Alaimus Ba4 1.0±0.0a +
Paramphidelus Ba4 0.3±0.0a +
滑刃属 Aphelenchoides Fu2 15.7±3.8a +++ 4.0±5.2b ++ 13.0±4.0ab +++ 14.0±6.0a +++
真滑刃属 Aphelenchus Fu2 1.0±0.0a + 1.0.±0.0a + 0.3±0.0a +
茎线虫属 Ditylenchus Fu2 1.3±0.0a ++ 4.3±4.9a ++
丝尾垫刃属 Filenchus Fu2 24.0±3.5a +++ 11.3±9.7b +++ 5.3±2.1b ++ 8.7±2.5b ++
拟滑刃属 Paraphelenchus Fu2 1.0±0.0a ++ 7.7±0.0a ++ 1.0±0.0a +
膜皮属 Diphtherophora Fu3 1.0±0.0a + 1.0±0.0a +
矛线属 Dorylaimoides Fu4 1.3±0.0b + 5.6±1.5a ++ 1.3±0.0b ++ 2.0±1.0b ++
垫咽属 Tylencholaimus Fu4 12.7±6.4b +++ 58.0±23.5a +++ 7.7±0.6b ++ 5.7±2.5b ++
长尾线虫属 Seinura OP2 0.3±0.0a +
Trischistoma OP3 1.7±0.5a ++ 1.0±0.7a + 2.7±1.4a ++ 1.7±0.0a ++
克拉克属 Clarkus OP4 0.3±0.0a + 0.7±0.0a +
上矛属 Epidorylaimus OP4 2.7±4.2a ++ 2.3±2.1a ++ 0.7±0.0a +
真矛线属 Eudorylaimus OP4 0.3±0.0a + 4.0±2.7a ++ 0.3±0.0a +
Dorydorella OP4 0.3±0.0a +
矬齿属 Mylonchulus OP4 2.0±0.0a ++
托那斯属 Thonus OP4 0.3±0.0a +
无孔小咽属 Aporcelaimellus OP5 0.7±0.0a + 0.3±0.0a + 0.7±0.0a + 0.7±0.0a +
长针属 Longidorus OP5 0.3±0.0a +
中矛线属 Mesodorylaimus OP5 0.3±0.0a + 0.3±0.0a + 0.3±0.0a + 5.7±9.2a ++
Dorylaimellus OP5 0.7±0.0a + 1.3±0.0a ++
前矛线属 Prodorylaimus OP5 0.3±0.0a + 0.3±0.0a +
巴兹尔属 Basiria PP2 2.0±0.0a ++ 0.7±0.0a + 0.7±0.0a + 2.7±1.4a ++
投囊属 Boleodorus PP2 2.3±0.7a ++ 0.7±0.0a + 0.7±0.0a +
裸矛属 Psilenchus PP2 5.3±0.0a ++ 0.7±0.0a + 3.3±3.2a ++ 0.7±0.0a +
剑尾垫刃属 Malenchus PP2 0.3±0.0a +
垫刃属 Tylenchus PP2 2.0±1.4a ++ 0.7±0.0a +
轮线虫属 Criconemoides PP3 0.3±0.0a + 0.7±0.0a +
螺旋属 Helicotylenchus PP3 1.0±0.0a + 0.3±0.0a + 0.3±0.0a +
针属 Paratylenchus PP2 0.3±0.0a +
肾形线虫属 Rotylenchulus PP3 0.3±0.0a +
默林属 Merlinius PP3 0.3±0.0a +
Pratylencus PP3 0.7±0.0a + 1.0±0.7a + 1.0±0.7a +
肾形属 Rotylenchulus PP3 0.3±0.0a +
盘旋属 Rotylenchus PP3 0.3±0.0a +
拟毛刺属 Paratrichodorus PP4 0.3±0.0a +
个体总数 N 107.3±2.3a 104.7±5.5a 112.0±9.9a 101.7±3.1a
类群总数 S 17.3±4.0b 17.0±1.7b 19.0±1.0ab 23.3±2.3a
Ba: 食细菌类群 Bacterivores; Fu: 食真菌类群 Fungivores; OP: 捕食 /杂食类群 Predators / Omnivores; PP: 植物寄生类群 Plant parasites. +++: 优
势类群 Dominant genus; ++: 常见类群 Common genus; +: 稀有类群 Rare genus. N: Total number of individuals; S: Total number of groups.
3752期                      朱永恒等: 不同植物群丛下铜尾矿复垦地土壤线虫的分布特征         
多样性指数存在显著差异,其中,外围毛马唐组的
Shannon多样性指数(2.84±0.20)显著高于白茅组
(1.58±0.59),且高于野豌豆组(2.60±0.24)和矛叶
荩草组(2.22±0.36).在铜尾矿复垦地 3 类样地组之
间,野豌豆组的 Shannon 多样性指数大于其他 2 类
样地组,但差异不显著(图 1).
2􀆰 2􀆰 2营养类群及分解通道  不同植物群丛下的土
壤线虫营养类群多度表明(图 2),铜尾矿区 4 类样
地组之间的捕食 /杂食线虫和植物寄生线虫的多度
均无显著差异,但食细菌线虫和食真菌线虫的多度
存在显著差异,其中,食细菌线虫多度的排序为:毛
马唐对照组≈野豌豆组>矛叶荩草组>白茅组,食真
菌线虫多度的排序为:白茅组>矛叶荩草组≥野豌
豆组≥毛马唐对照组.
图 1  不同植物群丛下土壤线虫群落多样性
Fig.1  Diversity of soil nematode communities in the different
plant associations.
AL:矛叶荩草 Arthraxon lanceolatus; IC:白茅 Imperata cylindrica; GS:
野豌豆 Glycine soja; DC⁃CK: 毛马唐 Digitaria chrysoblephara. 不同字
母表示差异显著(P<0.05)Different letters meant significant difference
at 0.05 level. 下同 The same below.
图 2  不同植物群丛下土壤线虫群落营养类群的多度
Fig.2  Abundance of four trophic groups of soil nematode com⁃
munities in the different plant associations.
Ba:食细菌线虫 Bacterivores; Fu:食真菌线虫 Fungivores; OP:捕食 /
杂食线虫 Predators / Omnivores; PP: 植物寄生线虫 Plant parasites.
    不同植物群丛下土壤线虫群落通道指数(CI)
的排序为:矛叶荩草组 ( 100. 00 ± 0. 00) >白茅组
(64􀆰 38±13.38) >毛马唐对照组(59.25±17.37) >野
豌豆组(25.17±19.86).这表明,矛叶荩草组 CI 指数
最高,真菌分解通道在土壤有机质分解中占绝对优
势;其次为白茅组,也以真菌分解通道为主;毛马唐
对照组居中,以平衡分解通道为主;野豌豆组 CI 指
数最低,以细菌分解通道为主.
2􀆰 2􀆰 3区系分析  不同植物群丛下的加权线虫区系
分析系统图表明(图 3),野豌豆组土壤线虫群落富
集指数(EI = 67.46±16.48)和结构指数(SI = 52.21±
2.31)均高于 50,位于象限 B,表明野豌豆组具有低
度干扰和较成熟的土壤食物网状况;而矛叶荩草组
(EI= 38.50±1.94,SI = 60.76±12.11)、白茅组(EI =
49.80±2.48,SI = 91.92±6.98)和毛马唐对照组(EI =
46.00±1.35,SI= 63.84±25.56)土壤线虫群落富集指
数(EI)均小于 50、结构指数(SI)均大于 50,位于象
限 C,表明该 3 类样地组具有未受干扰和结构化的
食物网状况.
2􀆰 3  不同植物群丛下土壤线虫群落聚类分析
由图 4 可以看出,铜尾矿复垦地 3 类样地组之
间土壤线虫群落相似性较高,自成一个集群,其中,
矛叶荩草组(AL)土壤线虫群落与野豌豆组(GS)最
相似.毛马唐对照组(DC⁃CK)独自构成一个集群.
图 3  不同植物群丛下土壤线虫区系分析
Fig.3  Faunal analysis of nematode communities in the different
plant associations.
EI: Enrichment index; SI: Structure index.
图 4  铜尾矿区不同样地组土壤线虫群落的聚类分析
Fig.4   Cluster analysis of nematode communities in different
sample groups in the copper mine tailing area.
475                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 3  铜尾矿区土壤线虫群落指标与土壤理化性质指标的相关系数
Table 3  Correction coefficients between nematode community indices and soil physical⁃chemical properties in the copper
mine tailing area
pH 土壤有机质
Soil organic
matter
全磷
Total P
全氮
Total N
全钾
Total K
全铜
Total Cu
土壤含水量
Soil
moisture
土壤容重
Soil bulk
density
个体数 Number of individuals (N) 0.523 0.039 -0.281 -0.469 -0.415 0.475 0.167 -0.195
类群数 Number of groups (S) -0.491 0.346 -0.035 0.743∗∗ 0.565 -0.489 -0.522 -0.193
Shannon 多样性指数 Shannon diversity
index (H)
-0.450 0.017 -0.027 0.509 0.573 -0.300 -0.429 -0.293
食细菌线虫相对多度 Relative abun⁃
dance of bacterivores (NBa)
0.146 -0.127 -0.106 -0.181 -0.290 0.159 0.091 -0.523
食真菌线虫相对多度 Relative abun⁃
dance of fungivores (NFu)
0.334 -0.052 -0.178 -0.545 -0.616∗ 0.325 0.254 -0.060
捕食 /杂食线虫相对多度 Relative abun⁃
dance of predators / omnivores (NOP)
0.152 -0.216 -0.131 -0.252 -0.338 0.149 0.263 -0.277
植物寄生线虫相对多度 Relative abun⁃
dance of plant parasites (NPP)
0.462 0.542 -0.301 -0.251 -0.637∗ 0.299 0.392 -0.206
自由生活线虫成熟度指数 Maturity
index (MI)
0.119 -0.049 0.079 -0.188 -0.208 -0.102 0.223 0.349
植物寄生线虫成熟度指数 Plant para⁃
site index (PPI)
0.048 0.203 0.314 0.286 -0.156 -0.489 0.029 -0.544
富集指数 Enrichment index (EI) 0.189 -0.107 0.191 -0.085 -0.131 0.071 0.126 -0.471
结构指数 Structure index (SI) 0.162 0.077 0.015 -0.149 -0.179 -0.055 0.278 0.362
通道指数 Channel index (CI) 0.066 -0.054 -0.164 -0.236 0.058 0.239 0.164 0.648∗
∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
2􀆰 4  土壤线虫与土壤理化性质的相关分析
表 3 可以看出,土壤线虫类群数与土壤全氮含
量呈显著正相关,食真菌线虫和植物寄生线虫数量
与土壤全钾含量呈显著负相关,通道指数 CI 与土壤
容重呈显著正相关.表明铜尾矿区土壤线虫群落与
土壤理化性质存在一定的相关关系.
3  讨    论
3􀆰 1  不同植物群丛对铜尾矿复垦地土壤线虫群落
结构的影响
对比铜尾矿复垦地 3类样地组的土壤线虫群落
结构特征,虽然各样地组间的 Shannon 多样性指数
差异不显著,但营养类群组成中的食细菌线虫和食
真菌线虫相对多度差异显著(野豌豆组食细菌线虫
多度显著大于矛叶荩草组,白茅组食真菌线虫多度
显著大于矛叶荩草组和野豌豆组),这与森林、农田
生态系统中植物寄生线虫和捕食 /杂食线虫相对多
度[22-23]存在明显的不同.由于铜尾矿复垦地 3 类样
地组的土壤基质条件除了土壤容重的显著差异外,
其他土壤性质无显著差异(表 1),但土壤容重主要
影响土壤线虫的丰富度[22],植物凋落物(数量与质
量)为土壤线虫提供食物源,植物根际分泌物调节
土壤微生物,为土壤线虫提供食物资源并刺激土壤
线虫的繁殖.而植物对土壤重金属的累积作用,也能
够改善土壤线虫栖息地的基质条件[24],所以铜尾矿
复垦地土壤线虫营养类群的差异性主要受到植物群
丛的影响:1)在野豌豆组(GS)群丛下,根系发达,根
瘤菌发育快,且地上生物量大,凋落物归还土壤数量
多,纤维细,分解速度快,因此豆科植物(野豌豆)不
仅改善土壤性质,而且为细菌提供一个良好的生存
环境,但不利于真菌的生长[25],食细菌线虫明显增
多(如 Rhabditis、Panagrolaimus和 Plectus).2)在白茅
组(IC)群丛下,根细长不发达,地上生物量小,凋落
物归还土壤的数量较少,纤维粗,分解速度慢,不利
于改良土壤基质和调节微生物活动,尤其是细菌活
动[26],食细菌线虫明显减少.但白茅是菌根依赖性
强的植物,菌根真菌能够与白茅形成良好的共生关
系,在宿主植物皮层细胞中有大量的菌根真菌菌丝、
孢子和泡囊[27],提供土壤线虫以丰富的食物资源,
食真菌线虫多度明显增加 (如 Tylencholaimus 和
Filenchus).3)在矛叶荩草组(AL)群丛下,根系浅且
高度发达,定殖着大量的菌根真菌[28],地上生物量
较大,凋落物归还土壤数量较多,纤维较细,分解较
快,且矛叶荩草对土壤铜元素具有较强的富集能
力[29],在根际土壤中具有较多的细菌和耐铜细菌[30],
食细菌线虫和食真菌线虫都较丰富,且后者更多(如
Filenchus、Aphelenchoides和 Tylencholaimus).
5752期                      朱永恒等: 不同植物群丛下铜尾矿复垦地土壤线虫的分布特征         
表 4  不同废弃时间铜尾矿复垦地土壤基质与土壤线虫密度
Table 4  Soil matrix condition and soil nematode density in abandoned land of copper⁃mine⁃tailings under different aban⁃
doned years
              1995[38]               2011[35-36] 2012
废弃年数 Abandoned years 25 31 32
土壤有机质
Soil organic matter (%)
1.70(由土壤腐殖质碳指数乘以转换系数
2􀆰 0得来 The data was derived from the humus
carbon index multiplied by the conversion coef⁃
ficient 2.0)
2.22±0.18 2.50±0.60
全氮 Total N (%) 0.08 0.60±0.08 0.45±0.08
全铜
Total Cu (mg·kg-1)
5748(由有效铜指数除以转换系数 0.1 得来
The data was derived from the available Cu in⁃
dex divided by the conversion coefficient 0.1)
943.66±293.10 102.50±38.23
土壤线虫密度
Soil nematode density
( ind·100 g-1 dry soil)
0.50(来源于文献,由个体数除以土壤容重
得来 The data was derived from the literature
and transformed from the number of individual
index divided by the bulk density of soils)
70.91±23.44(来源于文献,由个体数
除以土壤容重得来 The data was de⁃
rived from the literature and transformed
from the number of individual index di⁃
vided by the bulk density of soils)
590.00±396.13
3􀆰 2  土壤基质条件对铜尾矿区土壤线虫群落结构
的影响
矿业废弃地生态环境的不断改善有利于土壤动
物的发展和演替,随着恢复年限的增加,土壤动物与
外围自然栖息地相似度逐渐增大[31] .从不同年份凤
凰山铜尾矿复垦地土壤线虫调查结果来看,土壤基
质条件不断改善,土壤线虫密度也呈增大趋势(表
4).铜尾矿复垦地 3类样地组的土壤 pH、含水量、全
铜含量显著高于外围毛马唐组(表 1),而影响土壤
线虫群落结构和功能的主要是土壤养分和土壤容重
(表 3),这在相关研究中已经得到证实[15,32] .但金属
尾矿废弃地的主要生态学问题是土壤重金属污
染[33],导致土壤线虫群落多样性的下降和 c⁃p 值较
高营养类群的缺失[9,34] .铜尾矿复垦地主要是铜污
染[35-36],本次在植物根部的取样检验表明,土壤铜
污染较低,对土壤线虫影响较小,甚至可能促使线虫
卵的孵化[37],所以该地土壤全铜含量与土壤线虫群
落结构和功能指标的关系不密切(表 3).相对于邻
近自然栖息地,铜尾矿复垦地具有较差的土壤基质
条件(土壤养分贫瘠和轻微铜污染),土壤线虫群落
受到抑制,其类群总数( S)和 Shannon 多样性指数
(H)显著小于邻近的毛马唐样地.
3􀆰 3  铜尾矿复垦地土壤线虫群落的分布程度及其
发展潜力
毛马唐对照组坐落在尾矿复垦地外围坡地上,
存在一定的水土流失和土壤沙化现象,凋落物较少,
尤其是水分不足,对土壤线虫的定殖产生负面影
响[39] .但毛马唐对照组自然生长着茂密的毛马唐禾
本科植物,根系较发达,土壤基质良好.所以,相对于
铜尾矿复垦地,毛马唐对照组土壤线虫类群总数最
多,Shannon多样性指数最大,各营养类群的相对比
例合理(食细菌类>食真菌类>捕食 /杂食类或植物
寄生类),以平衡分解通道为主,可以作为铜尾矿复
垦地土壤线虫分布程度及其发展潜力的比较对象.
分别比较铜尾矿复垦地 3类样地组与毛马唐对
照组的土壤食物网生态指数(EI、SI和 CI)和区系分
布,结果表明:1)野豌豆组(GS)植物群丛下土壤食
物网结构成熟,以细菌分解通道为主,分解速度较
快,生态系统较不稳定,低度干扰.与邻近自然栖息
地(毛马唐)在多样性指数、营养类群结构和分解通
道等方面最为相似.表明该豆科植物群丛下的土壤
食物网已发展到较高的层次[40],但呈不稳定状态.
若增加土壤养分或减少干扰(如刈割、牲畜啃食、践
踏等),可进一步提高铜尾矿复垦地生态系统的稳
定性.2)白茅组(IC)与矛叶荩草组(AL)植物群丛下
土壤食物网处于结构化状态,以真菌分解通道为主,
分解速度较慢,生态系统较稳定,未受干扰.相对于
邻近自然栖息地,禾本科植物群丛下土壤食物网处
于较低层次的稳定状态.本文选取了 4 块代表性样
地,在每个样地中选取了 3个重复采样点,属于大样
地的对比研究,可能存在统计上的假重复,然而不会
影响 meta⁃分析[41] .
致谢  中国科学院沈阳应用生态研究所梁文举研究员帮助
鉴定了土壤线虫,在此谨表谢忱.
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(in Chinese)
作者简介  朱永恒,男,博士,教授.主要从事土壤动物区系
地理研究. E⁃mail: yhzhu876@ mail.ahnu.edu.cn
责任编辑  肖  红
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