（环境科学专业论文）铁路旁土壤动物类群结构及其对土壤重金属污染的响应.pdf

定及其数量统计，分析研究了各样区主要的土壤动物优势类群、分布情况、类 群多样性特征、以及类群之间的相似性。在此基础上，结合不同采样点大型 壤动物( 蚯蚓) 体内和相应土壤本身的重金属含量以及土壤理化性质资料，进 一步探讨了土壤动物与环境关系之间的相互关系，总结了土壤动物对土壤环境 污染的响应规律。 第五部分：系统总结了本项研究得出的一些主要结论。 第六部分：指出了研究的不足之处以及尚需进一步研究的地方。 通过研究，得出如下几点基本结论： ( 1 ) 两研究断面共获取土壤动物2 6 类、3 7 0 8 个。其中优势类群是弹尾目、 蜘蛛目、小蚓类、鞘翅目等4 个类群，占总捕获量的7 9 1 9 ；常见类群是前气 门亚目、大蚓类、双翅目、膜翅目、等足目、线虫等6 类，占总捕获量的1 5 0 3 ； 其余1 6 类为稀有类群，仅占总捕获量的5 1 8 。 ( 2 ) 铁路旁土壤重金属污染是影响土壤动物类群组成及其分布的主导因 素。在水平方向上，随离铁路路基距离的增加，重金属污染减轻，土壤动物种 类和数量有增加的趋势，优势种越来越不明显：在垂直方向上，地表聚性消弱， 甚至出现逆分布现象。 ( 3 ) 土壤动物类群结构受土壤重金属污染影响明显。随着污染程度的加重， 土壤动物类群多样性指数趋向于减少，优势度指数趋向于增加。 ( 4 ) 在土壤重金属污染较严重的区域( 距铁路路基3 0m 范围内) ，土壤p h 值、有机质含量与土壤动物密度、类群数量的关系不密切。 ( 5 ) 蚯蚓对重金属元素具有很强的富集能力，且随土壤污染程度增加而增 加。蚯蚓体内的c u 、z n 、p b 和c d 含量与土壤中的c u 、z n 、p b 和c d 含量呈 明显的正相关关系。 ( 6 ) 土壤动物对土壤环境质量的变化非常敏感，其类群数量和结构可以作 为土壤污染监测、土壤环境质量评价的重要生物学指标。 关键词：铁路旁土壤；土壤动物；重金属污染；污染响应：陇海铁路 n a b s t r a c t s o i la n i m a l sa r et h ea n i m a l sw h i c hl i v ei nt h es o i l t h e yh a v ear e g u l a rp e r i o dt o p a s si nt h es o i l ，o re v e nl i v ei nt h es o i la l lo v e rt h e i rl i v e s t h e i rl i v e sr e l yo nt h es o i l e n v ! r o n m e n t ，a n da l s ot h e yh a v ec e r t a i ni n f l u e n c et ot h es o i l t h em a i nr e s e a r c ha r e a o fs o i l z o o l o g yi n c l u d i n gs o i l a n i m a lt a x o n o m y r e s e a r c h ，t y p ed i s t r i b u t i o na n d q u a n t i t ys t a t i s t i c sr e s e a r c h ，i n d i v i d u a ls p e c i e se c o l o g yr e s e a r c h ，t h er e c i p r o c i t yo fs o i l a n i m a la n de d a p h o nr e s e a r c h ，t h ef u n c t i o no fs o i la n i m a li nt h ef l o wb e t w e e nm a t t e r a n de n e r g yo fe c o s y s t e mr e s e a r c h ，t h ei n s t r u c t i o no fs o i la n i m a lt os o i l p o l l u t i o n r e s e a r c h ，a sw e l la st h ea p p l i c a t i o no fs o i la n i m a li na 鲥c u l t u r a lp r o d u c t i o nd o m a i n r e s e a r c h ，a n ds oo n a tp r e s e n t ，t h es o i lz o o l o g yr e s e a r c ho fo u rc o u n t r ya l r e a d yh a s c a r r i e do nt h em a s s i v es o i l sc l a s s i f i c a t i o no fa n i m a l s ，t h ed i s t r i b u t i o nr e s e a r c ho fs o i l a n i m a lq u a n t i t ya n dc o m m u n i t ys t r u c t u r ei nt y p i c a lr e g i o n s ，b u tt h er e s e a r c hw h i c h r e l a t e st ob e t w e e nt h es o i la n i m a la n dt h ee n v i r o n m e n ta l s oi sa tt h ee x p l o r a t i o ns t a g e t h el o n g h a lr a i l r o a dc o n s t r u c t e di n1 9 0 5 ，w a so n eo fo l d e s tr a i l r o a ds k e l e t o nl i n e i no u rc o u n t r ya n di t s t r a n s p o r t a t i o n w a s v e r yb u s y h o w e v e r , t h er a i l r o a d c o n s t r u c t i o nw h i c hb r i n g st h et r a n s p o r t a t i o nc o n v e n i e n c et ot h ep e o p l e ，c a l la l s oh a v e t h ei n f l u e n c eo nt h ee n v i r o n m e n t ，b ei m p o r t a n to nt h eo n eh a n di st h es o i l h e a v y m e t a lc o n t a m i n a t i o n t h e r e f o r et h er e s e a r c h o fr a i l r o a ds o i l a n i m a l s t y p ea n d q u a n t i t ya n dt h e i rr e s p o n s et os o i lh e a v ym e t a lp o l l u t i o nh a v et h ei m p o r t a n tt h e o r y a n dt h ep r a c t i c es i g n i f i c a n c e t h i sa r t i c l es e l e c t e dz h e n g z h o u - k a i f e n gs e c t i o no ft h el o n g - h a ir a i l r o a da st h e r e s e a r c ho b j e c t ，i nt h ef o u n d a t i o no ft h eo p e nc o u n t r yi n v e s t i g a t i o na n dt h er o o m a n a l y z e s ，t h ea u t h o rd i s c u s s e dt h e s o i l a n i m a l s c o m m u n i t ys t r u c t u r ea n dt h e i r r e s p o n s et os o i lh e a v ym e t a lp o l l u t i o no ft h er a i l r o a d t h e r ea r es i xp a r t si nt h i st e s t ： i p a r tit h i sp a r tm a i n l yi n t r o d u c e da n da n m y z e dt h es o i lz o o l o g yr e s e a r c hp r o c e s s ， t h ep r e s e n ts i t u a t i o n ，t h ee x i s t e n c eq u e s t i o na n dt h ef u t u r em a i nr e s e a r c ha r e a , p o i n t e d o u tt h ev i t a ls i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c ho fr a i l r o a ds o i la n i m a l sa n dt h e i rr e s p o n s et o t h es o i lp o l l u t i o n p a r ti it h i sp a r tg e n e r a l l yi n t r o d u c e dt h en a t u r a ls u r v e yo ft h er e s e a t c ha r e a s ，m l s w a st h ei m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lf a c t o rw h i c ha f f e c t st h ec o m m u n i t ys t r u c t u r ea n d q u a n t i t yo fr a i l r o a ds o i la n i m a l s p a r t l l lt h i sp a r tm a i n l yi n t r o d u c e dt h es o i la n i m a li n v e s t i g a t i o na n da p p r a i s a l m e t h o d s ，t h er o o mt e s t sa n da n a l y s i sm e t h o d s ，a n dt h ed a t ap r o c e s s i n gm e t h o d s p a r t l va c c o r d i n gt ot h ed i s t a n c ea w a yf r o mr a i l w a yb e d0 m ，1 0 m ，2 0 m ，3 0 m ， 5 0 m ，1 0 0 m ，2 0 0 m ，3 0 0 ma n d l 0 0 0 m ，w eb u i l tn i n es a m p l i n gs p o t s t h f o n g he a c h s a m p l i n gs p o ts o i la n i m a l sc o m m u n i t y sa p p r a i s a la n dt h e i rq u a n t i t ys t a t i s t i c s ，t h e a n a l y s i ss t u d i e dt h es o i la n i m a l s m a i ns u p e r i o r i t yg r o u p s ，t h ed i s t r i b u t i o ns i t u a t i o n ， t h ec o m m u n i t i e s m u l t i p l ec h a r a c t e r i s t i c ，a sw e l la st h es i m i l a r i t ya m o n gc o m m u n i t i e s o fa l la r e a s b a s e do nt h i s ，c o m b i n i n gw i t hd a t ao fp h y s i c sa n dc h e m i s t r ym a t e r i a l f r o mt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a li nb i g s o i l a n i m a l ( e a r t h w o r m ) a n d i nt h e c o r r e s p o n d i n g ( m o t h e rs o i l ) s o i l ，t h i sa r t i c l ef u r t h e ra d d r e s s e dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e n s o i la n i m a la n dt h ee n v i r o n m e n t ，s u m m a r i z e dt h es o i la n i m a l s r e s p o n s er u l eo ft h e s o i le n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n p a r t vi nt h i sp a r t ，t h em a i nc o n c l u s i o n sf r o mt h i sr e s e a r c hw e r ed r a w n p a r t v ii nt h i sp a r t ，t h ea u t h o rp o i n t e do u ts o m ed e f i c i e n c ya sw e l la ss o m ef u r t h e r s t u d yp l a c e so ft h i sr e s e a r c h t h r o u g ht h es t u d y , w eh a v ed r a w nt h ef o l l o w i n g b a s i cc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) f r o mt h et w or e s e a r c hs e c t i o n s ，w ea l t o g e t h e rg a i n e d3 7 0 8s o i la n i m a l s ，d i v i d e d i n t o2 6k i n d s t h es u p e r i o r i t yc o m m u n i t i e sw e r ec o l l e m b o l a ，a r a n e a e ，m i c r o d r i l e o l i g o c h a e t e s ，c o l e o p t e r a ，a c c o u n t f o r7 9 1 9 o ft h et o t a lc a t c h c o m m o n c o m m u n i t i e sw e r e p r o s t i g m a t a ，m e g a d r i l eo l i g o c h a e t e s ，d i p t e r al a r v a e ，h y m e n o p t e r a ， i s o p o d a ，n e m a t a ，a c c o u n tf o r1 5 0 3 o ft h et o t a lc a t c h o t h e r1 6k i n d sw e r er a r e c o m m u n i t i e s ，o n l ya c c o u n t sf o r5 1 8 o f t h et o t a lc a t c h ( 2 ) h e a v ym e t a lp o l l u t i o no fs o i la l o n gw i t ht h er a i l r o a dw a st h em a i nf a c t o rw h i c h a f f e r e dt h ec o m p o s i t i o no fs o i la n i m a l sc o m m u n i t ya n dt h e i rd i s t r i b u t i o n a l o n gw i t h t h ei n c r e a s eo ft h ed i s t a n c ea w a yf r o mt h er a i l r o a db e d ，t h ep o l l u t i o no fh e a v ym e t a l r e d u c e d ，t h en u m b e r so fs o i la n i m a l sa n dt h e i rc o m m u n i t i e sh a dt h ei n c r e a s i n gt e n d ，a n d t h es u p e r i o r i t ys p e c i e sw a sn o to b v i o u sa n ym o r ei nt h eh o r i z o n t a ld i r e c t i o n a tt h es a m e t i m e ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fs u r f a c e - g a t h e rw a ss l a c k e n e di nt h ev e r t i c a ld i r e c t i o n ，a n d e v e nc a u s e dt h ec o u n t e rd i s t r i b u t e dp h e n o m e n o na p p e a r a n c e ( 3 ) t h es o i la n i m a lc o m m u n i t y s t r u c t u r ew a sb e e no b v i o u s l yi n f l u e n c e db yt h es o i l h e a v ym e t a lp o l l u t i o n a l o n gw i t hp o l l u t i o nd e g r e ea g g r a v a t i n g , t h es o i la n i m a l c o m m u n i t yb i o d i v e r s i yi n d e x e st e n dt or e d u c e ，b u tt h es u p e r i o r i t yi n d e xt e n dt o i n c r e a s e ( 4 ) i i l3 0ms c o p ea w a yf r o mr a i l r o a db e d ，t h es o i lh e a v ym e t a lp o l l u t i o nw a s h e a v i e r t h es o i lp hv a l u ea n do r g a n i cc o n t e n tw e r en o tc l o s e l yr e l a t e dt ot h es o i l a n i m a l s d e n s i t ya n ds p e c i e sq u a n t i t y ( 5 ) t h ee a r t h w o r mh a dav e r ys t r o n ga b i l i t yt oc o n c e n t r a t et h eh e a v ym e t a le l e m e n t ， ! a n dt h ea b i l i t yi n c r e a s e da l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fs o i lm e t a lp o l l u t i o n t h e r ew a sa n o b v i o u sc o r r e l a t i o n a le x i s tb e t w e e nt h ec o n t e n to fc u ，z n ，p b ，c di nt h ee a r t h w o r m a n dt h ec o n t e n ti nt h ec o r r e s p o n d i n gs o i l ( 6 ) t h es o i la n i m a l sw e r ee x t r e m es e n s i t i v et ot h ee n v i r o n m e n tq u a l i t yc h a n g e ， e s p e c i a l l ya b o u ts o i le n v i r o n m e n tq u a l i t yc h a n g e s ot h en u m b e r so fs o i la n i m a l sa n d , t h e i rc o m m u n i t i e sc o u l db ea c o m p r e h e n s i v eb i o l o g yi n d e xs i g nf o rt h es o i lp o l l u t i o n m o n i t o r i n ga n de n v i r o n m e n te v a l u a t i o n k e yw o r d s ：r a i l r o a d s i d es o i l ；s o i la n i m a l s ；h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ；r e s p o n do f v p o l l u t i o n ；l o n g x i - h a i z h o u r a i l r o a d v i 关于学位论文独立完成和内客创新的著瞩 末，、向河南六学提出硕士学垃率请。车、誊重声呗：所呈吏盱学位论五差 蠢人岳导师的耗导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据栽髟知瞵 五啐特别加瞄说明、标注和致谢的地方外，论_ 芰车不b 括其他人已经发表或攒 蔫辽的研究成果也不包括丢他人为获得任何教盲、科研机桐酌学位盛证韦而 段保存、汇编掌i 三论芰j ：甄质王禾和屯子五友：。 ( 涉及保奢肉各的掌住论文在锌藿卮适用五嫒板书) 学住袤得考( 学位论工作者j 釜名 掌住论文档导教师墨名 0 前言 土壤中生活着多种生物，它们对土壤的形成、发育、物理结构、化学性质等 起着重要的作用。土壤连同它的生物类群被看成是一类特殊的生态系统土 壤生态系统，土壤动物是其不可缺少的重要组成部分。近些年来，随着人们对 土壤研究的深入，土壤动物在土壤生态系统物质、能量转换过程中的作用，越 来越多地受到土壤学、动物学、生态学、环境保护学等各方面专家学者们的广 泛重视。 在土壤环境污染研究中，单纯依靠化学方法进行土壤污染诊断，不能鉴定 土壤中污染物潜在的和长期的毒性效应，不可能测定出污染物的复合污染效应， 因而不能全面、科学地表征土壤的整体质量特征，而需要其他方法做出补充。 研究表明，土壤动物不仅是土壤熟化程度的指示动物，也是土壤污染的指示生 物，能敏感地反应土壤污染程度、时间变化和最终生态学效应，可以作为土壤 污染诊断的可靠指俐。 土壤动物学研究内容丰富，主要包括土壤动物分类学研究，种类分布、数 量统计的研究，个体生态学研究，土壤动物与土壤微生物相互关系的研究，土 壤动物在生态系统物质与能流中的作用研究，土壤动物对土壤污染的指示研究， 以及土壤动物在农业生产中的应用研究等【5 。目前，我国的土壤动物学研究得 到了蓬勃发展，在进行大量的分类学、典型区域土壤动物数量及类群分布研究 的基础上，对土壤动物生态学方面的研究给予了广泛的关注网。然而，由于土壤 动物学研究起步较晚，部分研究尤其是有关土壤动物与环境之间关系的研究尚 处于探索阶段。 铁路的建设在给人们带来交通便利的同时，也会对两侧的环境构成影响， 其中重要的一方面就是土壤重金属污染问题。陇海铁路始建于1 9 0 5 年，是我国 运营时间最长的铁路干线之一，交通运输十分繁忙，两侧土壤已不同程度遭受 重金属污染。本文选取陇海铁路郑州( 郑) 开封( 汴) 段( 以下简称郑汴段) 南侧为研究区域，通过对两个断面上土壤动物类群结构的比较分析，旨在探讨 土壤动物与土壤重金属污染的关系，并进一步讨论其对土壤重金属污染的响应， 以增加该方面的研究实例，为开展交通干线两侧土壤环境的生物监测和建立、 健全铁路两侧土壤环境质量综合评价指标体系提供研究基础。 1 国内外研究综述 1 1 土壤动物的概念和类别 土壤动物，顾名思义就是“栖息在土壤中的动物”，然而实际情况并不这么 简单。例如在土壤掘洞存身的狐狸，在海崖掘洞筑巢的海鸟，虽与土壤接触， 但都不能归入土壤动物的范围，而冬季潜入地下的蛙类和蛇类则被认为是土壤 动物。一般来说，大多数动物是与土壤有联系的，但只有对土壤有一定影响的 才属于土壤动物。另一方面，狭义的土壤动物只限于一生都在壤中生活的种 类，例如蚯蚓。然而这样就把蝉及金龟甲等土壤中的主要动物排除了，因其成 虫爬到土壤上才能生活。所以，要其生活史全部时间在土壤中生活的动物才作 为土壤动物，是与实际情况不相符的。因此，根据各类动物的生活习性及其土 壤中生活时间的长短不一，采取折中的说法，通常把土壤动物定义为：有一段 时间定期在土壤中度过，而对土壤有一定影响的动物【1 i 从不同的角度可以把土壤动物分成不同的类别。根据在土壤中滞留的时间， 可分为全期土壤动物、周期土壤动物、交替土壤动物、暂时土壤动物、过渡土 壤动物和部分土壤动物等6 类；根据在土壤中栖息的层次，可分为真土居、半 土居、地表土居和上方土居动物等4 类；根据食性又可分为根食者、枯食者、 尸食者、粪食者、菌食者、捕食者和杂食者等7 类。 由于各类动物体形大小悬殊，活动方式也互有差异，因而采集调查的方法也 有不同。为了研究工作的方便起见，可将土壤动物按形体和习性分为以下4 类【l 】： ( 1 ) 微小土壤动物须借助显微镜观察才可见的微小士壤动物，一般体长 2 在0 2 m m 以下，如原生土壤动物、轮虫和熊虫等。 ( 2 ) 小型湿生土壤动物此类动物生活在湿润环境中，肉眼采集比较困难， 常用b a e r m a n n 湿漏斗法收集，如线虫、线蚓、涡虫、桡足类等。 ( 3 ) 中小型节肢动物常见于土壤的缝隙中，大部分体形较小，用t u l l g r c n 干漏斗法收集，其中螨和跳虫的数量可占本类型的8 0 以上，还有其它小型昆 虫、蜘蛛类和多足类等。 ( 4 ) 大型土壤动物生活在浅层土壤中，在野外调查时，肉眼可见，用筛 网和手拣法收集，如蚯蚓、蜈蚣、马陆、甲虫等。 1 2 研究简史 早在3 0 0 0 多年前的殷墟甲骨文中，我国便有对土壤动物的记载。公元前2 世纪前后成书的尔雅中，记载了多种昆虫，其中涉及土壤昆虫的有蝼蛄、 蝉、蚁和蛴螬等，书中还附有精美的图画。但在以后的很长一段时间内，对土 壤动物的研究都只停留在描述和记载的水平上。 一般认为，把土壤动物作为科学研究的对象，始于达尔文的壤土的形成 ( o n t h e f o r m a t i o n o f m o u l d ) - - 3 【9 j 。之后他又出版了蚯蚓对壤土形成的作用 c 1 1 1 ef o r m a t i o no fv e g e t a b l em o u l dt h r o u g ht h ea c t i o no fw o r m s ) - - 书，对土壤动 物研究的发展起到了积极的推动作用。但是真正将土壤动物作为一门学科进行 系统研究则始于2 0 世纪初。 2 0 世纪初，意大利的b c r l e s 1 9 0 5 ) 发明了烘虫漏斗【1 0 l ，而后t u l l g r e n ( 1 9 1 7 ) 改良了该漏斗【1 1 】，从而提高了中小型土壤动物的采集效果，扩大了土壤动物的 概念范围，推动了土壤动物的种类描述以及土壤动物区系的综合研究。 在第二次世界大战期间，由于对粮食的需求，许多学者开始对土壤进行研 究，并且在研究中逐渐发现了土壤无脊椎动物对于土壤有机物的分解所起的重 要作用，从而引发了研究土壤动物的热潮。当时美国的p e a r s e ( 1 9 4 6 ) 、英国的 f e n t o n ( 1 9 4 7 ) 和前苏联的g i l y a r o v ( 1 9 4 7 ) 等人都做出了重要的贡献l l 厶川。因此，在 3 战后土壤动物研究就发展成为一门动物学分支学科土壤动物学。 从2 0 世纪5 0 年代开始，不少专门研究土壤动物的国际组织相继成立。1 9 5 5 年4 月1 曰至7 日，在英国诺丁汉n i n g h a m ) 大学召开了第一届国际土壤动物 学术讨论会。1 9 5 6 年国际土壤学会在巴黎成立了土壤动物学术委员会，每四年 举行一次学术会议。随后，关于土壤动物学的专门期刊土壤动物学报 ( p e x i o b i o l o g i a ) 和土壤生态学与生物学通报( r e v u ed e c o l o g i ee td el ab i o l o g i e d us 0 1 ) 也先后创刊。在这一时期，有关不同地区的各种土壤动物主要类群的专著， 如蚯蚓、白蚁、线虫、跳虫、螨类等，以及土壤生物学、土壤生态学等方面的 学术著作也相继问世。这都大大丰富了土壤动物学的研究内容，被认为是土壤 动物种类记述和系统研究的重要时期。 2 0 世纪6 0 年代以来，在国际学术联合会的倡导下，许多国家都在土壤动物 研究中投入了相当数量的人力和物力，相继成立了不少专门机构，出版了专门 性的期刊和专著。在1 9 6 5 - 1 9 7 4 年间组织实施了国际生物学计划( i n t e r n a t i o n a l b i o l o g i c a lp r o g r a m ) ，土壤动物的研究成为其中的一个重要方面，美、法、德、 加和日本等国的学者做了大量工作，并取得了可喜的进展。日本青木淳一出版 了土壤动物学( 1 9 8 0 ) 及日本产土壤动物检索图说( 1 9 9 1 ) 两本著作【堋，对 世界各国的土壤动物研究起了很重要的推动作用，促使土壤动物学的研究发展 到了一个崭新阶段，即从简单描述阶段发展到了类群生态学的研究阶段，进而 发展到了生物生产力及其与人类和环境关系的研究阶段。 1 3 国内外研究进展 1 3 1 国外研究进展 国外土壤动物学的研究不论从学科的发展、实际应用和资料的积累等方面， 都有长足的进展【1 6 1 。国外研究主要涉及不同的土地利用及管理方式对特定生态 系统中土壤动物类群数量、栖息环境的影响【1 7 0 2 1 ，土壤动物与环境变化关系研 究 2 2 - 2 4 1 ，土壤动物的种群生态学及土壤动物在生态系统物质循环中的作甩【吲， 4 等等。一些外国学者还将土壤动物的研究范围拓展到了城市生态系统，其中有 两项成果影响较大。 其一是，d a v i dj s p u r g e o n 和s t e p h e np h o p k i n ( 1 9 9 6 ) 在英国西南部的一 个冶炼厂周围，分析了土壤重金属污染对土壤动物的种类组成和多样性的影响 【2 6 】。研究发现，土壤动物的多样性与土壤污染程度具有显著的负相关性。在蚯 蚓种群数量与土壤重金属污染的关系分析中，发现蚯蚓的数量随距离污染源的 增大而增多。在冶炼厂1l 锄范围内，所有的蚯蚓种类都消失；在距冶炼厂2 l 范围内，蚯蚓的种类和数量也显著较少，其中敏感的种类如a p o r r e c t o d e ar o s e a 、 a p o r r e c t o d e ac a l i g i n o s a 和a l l o l o b o p h o r ac h l o r o t i c a 在该区域都没有分布，但是 耐受种如l u m b r i c u sr u b e l l u s 、l u m b r i c u sc a s t a n e u s 和l u m b r i c u st e r r e s t r i s 还能被 发现。而且蚯蚓体内重金属元素c u 、z n 、p b 、c d 含量与土壤中相应元素的含 量呈线性负相关。 其二是，n e m c i n t y r e 和j r a n g o ( 2 0 0 1 ) 等学者对城市化进程中的亚利桑 那州凤凰城节肢动物的研刭2 7 1 。他们认为，利用节肢动物来研究城市生态系统 对周围环境的影响的优点表现在三个方面：第一，土壤动物的数量是巨大的， 可以得到足够多的样本进行数理统计分析；第二，大部分土壤动物的寿命相对 较短，能对快速的城市化进程做出灵敏的反映；第三，城市化是导致节肢动物 多样性和丰度下降的主要原因之一。他们将凤凰城的土地利用类型分为农业用 地、住宅用地、工业用地和荒地四种类型。根据不同生境结构特点( 如本地树 种、外来树种、水泥路面或砂砾层等所占的比例) ，每一种土地利用类型又划分 为四个样区。在每个样区，每月采样土壤动物样品一次。经过一年的研究，他 们得出以下几个结论：第一，不同的生境结构特点导致了节肢动物种群结构的 变化，而不是土地利用类型本身的影响；第二，气候原因特别是温度因素也导 致节肢动物种群结构变化，而降水因素的影响可能由于测量的准确性稍差而表 现不明显；第三，有1 4 种节肢动物可以指示城市化中土地利用的变化，甚至是 在城市发展还不很明显的时候即有所反映；第四，在四种土地利用方式的不同 5 地区，即便是捕获的土壤动物总数量相近，其种群的组成也会不同，这是因为 不同土地利用方式下，土壤动物所起的作用是不同的。 1 3 2 国内研究进展 国内对土壤动物进行系统性的研究工作始于1 9 8 1 年。在张荣祖、陈鹏和崔 振东等先生积极倡导下，土壤动物学研究才真正开始起步。1 9 8 1 年由复旦大学 生物系、华东师范大学生物系和中国科学院上海昆虫研究所等单位发起，在上 海动物学会设立了土壤动物学组。1 9 8 2 年3 月，召开了全国第一届土壤动物学 术讨论会。张荣祖先生在“生态系统中土壤动物国外研究动态”( 1 9 8 1 ) 一文中， 对我国土壤动物学今后的研究工作提出了一些看法，其中包括基础性工作( 标 本收集、分类学研究) 、种类分布、数量统计研究、个体生态学研究、土壤动物 与土壤微生物相互关系研究、土壤动物在生态系统中物质与能流中的作用研究、 根圈研究、土壤动物对土壤形成影响的研究和模拟模式研究等，为我国土壤动 物学研究开辟了方向【2 8 】。经过我国土壤动物研究工作者2 0 余年的不懈努力，不 但在上述各研究方面，而且开辟和发展了其它研究方向，并取得了丰硕的成果。 例如，陈鹏等( 1 9 8 1 1 9 9 0 ) 在长春净月谭地区、长白山地区、图们江流域等 地区开展了大规模的土壤动物调查研究，并编辑成动物生态地理研究专著【2 9 1 。 尹文英院士( 1 9 9 2 ) 在国家自然科学基金重点项目“亚热带森林土壤动物区系 及其在森林生态平衡中的作用”的支持下，重点对天目山、衡山和岳麓山进行 了深入的研究，并编辑出版了中国亚热带土壤动物、中国土壤动物和中 国土壤动物检索图鉴等土壤动物学大型专著 3 0 - 3 z 。另外，王宗英、王振中、 傅荣恕和殷秀琴等对九华山、衡山、伏牛山和羊草草原等地的土壤动物类群进 行全面深入的研究，推动了我国土壤动物学的蓬勃发展| 3 3 - 1 粥| 。特别是土壤生态 学的提出有力地推动了土壤动物学的研究，土壤生物区系、土壤生物多样性、 全球变化对土壤生物的影响等己成为土壤生态学研究的前沿领域。 从研究的内容看，国内大多数研究集中在森林农田及草原生态系统中，除 了对特定种进行种群生态学研究外【3 删，还对某一区域开展了土壤动物类群调 6 查、数量统计工作 4 0 - 4 s l ，并在此基础上研究其与土壤理化性质，生境类型及微 生物菌群的关系4 7 1 ，总结了该地区土壤动物的分布特点及规律。也有学者尝 试对城市生态系统中土壤动物的分布进行探索。王振中、张友梅曾对重金属污 染的稻田土壤中的动物类群进行研究【删，为其它学者继续开展土壤动物与土壤 环境关系研究提供了指导。另外，随着各种先进仪器和分析方法的出现和完善， 还有学者把对土壤动物的研究与环境科学相联系，研究土壤动物类群对环境因 子变化的晌应1 4 9 - 5 s l ，以及利用土壤动物个体的病理学特征监测环境质量的变化 【5 9 侧，将土壤动物的研究提升到了一个新的高度。 在土壤动物与土壤环境之间的关系研究上，陈国定等( 1 9 9 7 ) 对江苏常州 地区汞、镉、铜和有机氯污染土壤与未污染土壤中甲螨种群数量进行观察【卯】。 结果显示，各类污染区与未污染区甲螨的种类和数量均有显著的变化，在采获 的9 4 属甲螨中，有9 个属分别对某些污染物较为敏感。王振中等( 1 9 8 6 ) 连续 多年研究了土壤污染对土壤动物类群结构的影响。结果表明，接近污染源和污 染物富集的地区，土壤动物的种类和数量都较少，尤以污染物富集的土壤表层 最显著 4 8 】。邓继福等( 1 9 9 6 ) 对污染区土壤内蚯蚓、蜘蛛和蜈蚣体内的重金属 含量进行了分析，发现蚯蚓对重金属元素有很强的富集能力，其体内c d 、p b 、 a s 、z n 与土壤中相应元素含量呈明显的正相关，对蜘蛛体内重金属含量的分析 结果也表现出同样的趋势，而蜈蚣对重金属元素的富集明显减弱【5 2 1 。这些研究 表明，土壤动物是土壤污染比较敏感的生物指标。 1 4 存在问题与研究趋势 ( 1 ) 加强土壤动物学基础研究。土壤动物学研究离不开土壤动物学的基础 研究，包括区系研究、分类学研究、个体生态学和种群生态学研究。没有弄清 土壤中到底有多少土壤动物，没有弄清土壤中有哪些土壤动物以及它们的生理、 生活习性如何等，就谈不上土壤动物类群学研究和它们在陆地生态系统中的作 用，更谈不上对它们的保护。基础研究己成为土壤动物研究工作中的瓶颈，只 7 有突破这个瓶颈，才能推动土壤动物研究的繁荣，才能引起人们对土壤动物多 样性的关注。 ( 2 ) 进一步开展土壤动物对全球变化的响应研究。随着全球变化日益成为 学术研究的热点，开展土壤生物对全球变化的响应研究变的尤为重要。国外许 多土壤生态学家在此领域已经展开了较系统的研究，并取得了初步的结果。捷 克土壤生态学家r u s e k ( 1 9 9 8 ) 研究表明，全球气候变化导致了t a t r a 国家公园 高山生态系统中弹尾目昆虫山林种的增加，而这些物种在1 9 9 7 年以前未在该地 区生活【凹l 。据新西兰土壤生态学家y e a t e s ( 1 9 9 9 ) 在进行土壤线虫动物区系对 c 0 2 浓度增加的响应研究发现，随着大气c 0 2 浓度的增加，土壤线虫丰富度和 多样性有所降低，而食细菌线虫的优势度和比例有所增加【7 0 l 。今后要进一步开 展此领域的研究，以便探明土壤生态系统对全球变化的响应。 ( 3 ) 加强土地利用土地覆被变化对土壤动物的影响研究。随着人类活动的 广度和深度的扩大和加深以及全球变化研究的深入，土地利用仕地覆被变化研 究成为当今地理学研究的热点。土地利用仕地覆被变化改变了自然环境，也改 变了土壤动物的生活环境，势必对土壤动物生理、生态产生一定的影响。目前， 这方面的研究还很薄弱。加强土地利用5 ：地覆被变化对土壤动物类群的影响研 究，有助于土壤动物生物多样性的保护，为合理利用土地提供科学依据。 ( 4 ) 加强生态系统中土壤动物作用的研究。土壤动物作为生态系统的组成 部分，其数量是巨大的，而且土壤动物寿命短，有能力对土壤性质的变化做出 快速的反应【明。然而，对于生态系统中土壤动物的组成、数量、种群分布的研 究却很有限，对于土壤动物在生态系统物质转化中所起的作用，目前的研究大 部分还局限于定性描述土壤动物所处的营养级，而对于生态系统物质转化中土 壤动物作用的研究还很少，因此加强这方面的研究，并建立相应的模型，将有 助于对特定生态系统的理解。 ( 5 ) 推动新技术在土壤动物研究中的应用。g i s ( 地理信息系统) 是计算 机和信息系统发展的必然产物，它以其特有的地图制图、空间分析和数据库管 8 理功能在生态系统等问题的研究中得到了广泛的应用。特别是和r s ( 遥感) 、 g p s ( 全球定位系统) 等技术的联合使用，更是大大拓宽了它的应用范围。土壤 动物作为生态系统的重要组成部分之一，通过食物链与地面上的各种植物、动 物进行联系，直接或间接地影响着生态系统功能的发挥【7 l 】。因此，利用“3 s ” 技术建立相应的关于土壤动物的空间数据库，并与图形文件结合，进行叠合分 析，对研究生态系统的空间异质性，是一种很有效的方法。但是这需要大量准 确、详实的资料，而目前正缺少这样的资料。因此，空间数据库的建立，迫切 要求与土壤动物基础性工作的研究相结合。 ( 6 ) 积极开展特