污灌农田土壤动物及其对重金属污染的响应_以开封市化肥河污灌区为例.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 第29卷 第4期 2010年4月 地 理 研 究 GEOGRAPHICAL RESEARCH Vol129 No14 Apr 2010 收稿日期 2009201214 修订日期 2009205224 基金项目 国家自然科学基金资助项目 40671007 作者简介 杜习乐 19802 男 河南获嘉人 博士研究生 主要从事土地变化与土壤环境等方面的研究 E2mail duxl108b igsnrr1ac1cn 3 通讯作者 马建华 19582 男 教授 博士生导师 主要从事自然地理学和环境土壤学研究 E2mail mjh henu1edu1cn 污灌农田土壤动物及其对重金属污染的响应 以开封市化肥河污灌区为例 杜习乐1 2 3 马建华3 3 吕昌河1 李文军3 1 1 中国科学院地理科学与资源研究所 北京100101 21 中国科学院研究生院 北京100039 31 河南大学资源与环境研究所 开封475004 摘要 开封市化肥河污灌区土壤重金属 Cu Zn Pb Cd Ni 含量明显高于对照区 Cd 含量超标严重 采用内梅罗指数法将污灌区土壤重金属污染分为轻污染 中污染和重污染3 种类型 在此基础上 运用生态分析和统计分析的方法 研究了污灌区不同重金属污染样点 的土壤动物个体与种群特征 结果表明 1 污灌区土壤动物优势种群为线虫和等节跳科 总的个体数量和种群数量春季 分别为3158只和74种 均多于秋季 分别为1963只和57 种 2 3种不同污染级别土壤中 土壤动物种群数量春季均少于秋季 春季样点间的种群 相似性低于秋季 3 土壤动物水平分布受重金属污染的影响较大 污染土壤与对照土壤中 土壤动物数量有显著差异 重金属污染严重的样点 土壤动物的表聚性较低 4 土壤动物 密度 种群指数 DG 秋季大于春季 春秋两季都随重金属综合污染指数的增大而降低 5 土壤动物对重金属污染的响应表现为个体数量较种群数量明显 水平分布较垂直分布明 显 春季较秋季明显 关 键 词 重金属污染 土壤动物 空间分布 多样性 季节差异 文章编号 100020585 2010 0420617212 土壤动物作为生态系统的重要组分 在物质能量转化 生态毒理诊断 污染指示等方 面都具有重要作用 1 2 土壤中某些化学物质 如重金属 农药 除草剂等 的积累与残留 对土壤动物的生活影响很大 可使某些动物的正常代谢受到抑制甚至死亡 所以土壤动物 个体和种群数量是反映土壤污染程度的敏感性指标之一 3 5 污水灌溉在我国城镇近郊比 较普遍 已导致污灌区土壤发生污染 其中重金属污染更为突出 6 7 开展土壤重金属污 染对土壤动物群落结构 分布等影响的研究 对于污染土壤的生物监测与评价 保护土壤 生物多样性 维持土壤生态系统稳定性 以及保持农田可持续利用等都具有重要意义 8 现代土壤动物学研究已进入生物生产力以及对人类和环境影响的研究阶段 土壤污染 的生物净化 环境质量的生物监测与评价等将成为最具实践意义的前沿课题而受到重 视 9 关于重金属污染对土壤动物的影响研究 国内外已有不少报道 10 23 但从总体来 看 国内外的研究主要集中于土壤动物的酶学 行为学 毒理学等方面 关于重金属污染 对土壤动物的影响研究不多 对污水灌溉农田土壤动物的研究鲜见报道 目前 在土壤动 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 618 地 理 研 究29卷 物鉴定方面大多鉴定到目 分辨率较低 而且多局限在一个季节 进行季节对比研究或动 态变化研究很少 鉴于此 本文以开封市化肥河污灌区 以下简称污灌区 为例 开展春 秋两季土壤动物个体和种群数量的时空分布 数量统计及其对土壤重金属污染的响应研 究 在土壤动物的鉴定方面 除个别种群外一般鉴定到科 力图使本研究更加准确地反映 土壤动物对重金属污染的响应 1 研究区概况 111 污灌区概况 污灌区位于开封市东郊 包括15个行政村 面积约400 hm2 图 1 属于暖温带大 陆性季风气候 年平均降水量为72219 mm 年平均气温在1412 10 的活动积温为 3139 全年无霜期为220d 主要农作物有小麦 玉米 棉花 花生 西瓜等 图1 研究区及采样点分布 Fig11 Position of the study area and distribution of sampling sites 化肥河全长约15 km 是开封市东郊工业区排污 排洪及农灌河道 目前 化肥河年 均接纳工业废水2233 104t 河水污染程度严重 开封市环境监测站2001 2005年对化 肥河皮屯断面水质监测数据表明 河水中Cd和Pb的平均含量分别为01015 mg L 01214 mg L 24 远高于我国农田灌溉水质标准 Cd 01005 mg L Pb 011 mg L GB5084 92 污灌区境内机井少 大部分农田使用化肥河的污水进行灌溉 其中东郊乡 的前台 边村等8个村自1962年就开始利用化肥河污水灌溉 据实地调查 研究区大部 分农田至今仍在利用该河水灌溉 每年都有因用污水灌溉造成农作物死亡的事件发生 112 样地的环境特征 春季采样点全部布设在麦田中 秋季则全部布设在玉米地中 两次采样的样点位置相 差不超过5 m 各个采样点的土壤母质均是黄河冲积物 土壤类型为潮土 土壤p H值在 6183 8143之间 平均为7185 有机质含量在913 3614 g kg之间 平均为2516 g kg 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 4期 杜习乐 等 污灌农田土壤动物及其对重金属污染的响应 以开封市化肥河污灌区为例619 按全国土壤养分六级分级标准属2 4级 肥力中等 土壤质地以粉质壤土为主 2 材料与方法 211 样点设置与样品采集 在对研究区域实地调查的基础上 共布设16个采样点 其中No114 No115和 No116为对照样点 图 1 春季土壤动物样品采集于2007年4月22日至5月7日 秋季 采集于2007年9月9日至24日 土壤样品在春季采集 与春季土壤动物样品同时采集 在采样点上 选取20cm 20cm采样单元4个 彼此相隔1m 按距地表0 5 5 10 10 15和15 20 cm分层采集土壤动物样品 其中2个单元用于现场手拣分离大型 土壤动物 另外2个单元用100 cm3环刀在每层平行采样3次 其中2个环刀的土样用于 收集中小型土壤动物 1个环刀的1 4材料用于收集湿生土壤动物 本研究共获得春秋两 季土壤动物材料1024号 同时 分别以4个土壤动物采样单元为中心 在其周围1 m2范 围内随机采集5个表层 0 20cm 土壤子样 然后将4个采样单元采集到的20个子样 充分混合 采用四分法逐级缩分 最后获得1 kg左右的土壤分析样品 212 实验方法 土壤材料中的中小型动物和湿生动物的分离分别用Tullgren法 干漏斗法 和Baer2 mann法 湿漏斗法 25 26 参照 中国土壤动物检索图鉴 27 和 昆虫分类学 28 中的分 类图谱 在双目显微镜 Nikon YS100 下鉴定土壤动物 除线虫 腹足类 轮虫 涡 虫 姬马陆目 地蜈蚣目 唇足纲以外 其他种群鉴定到科 土壤昆虫成虫与幼虫的生态 功能不同 其种群和个体数量均分开统计 土壤样品在室内风干研磨处理后 用电极法测 p H值 重铬酸钾容量法测有机质含量 用吸管法测定物理性黏粒 71 5 使用Excel 2003和SPSS 1110软件进行 统计分析 3 结果与讨论 311 土壤重金属污染评价 从各样点土壤重金属含量及其污染指数 表 1 可以看出 污灌区土壤Cu Zn和Ni 的含量是对照区的2 3倍 Pb Cd的含量是对照区的3 5倍 说明污水灌溉已导致污 灌区土壤发生了重金属富集 污灌区Cd的单项污染指数均大于1 发生了不同程度的污 染 其中重度污染样点3处 中度污染样点2处 其余为轻度污染 其余重金属的单项污 染指数均小于1 没有发生污染 对照区5种重金属单项污染指数均小于1 没有发生污 染 从综合污染指数来看 除3个对照样点属于清洁土壤 P 1 外 污灌区所有样点 都发生了不同程度的污染 其中No13 No112和No113属于重度污染 P 3 No14和 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 620 地 理 研 究29卷 No15属于中度污染 2 P 3 其余各样点属于轻度污染 1 P 2 表1 各样点土壤重金属含量及污染指数 Tab11 Concentrations and pollution indexes of heavy metals in soil samples 采样区污染级别样点号 重金属元素含量 mg kg 及单项污染指数综合污染指数 CuPCuZnPZnPbPPbCdPCdNiPNiP 污灌区 重污染 No1335190 0136 209112 0170 12115 010531103110811701143122 No112 68153 0169 201176 0167 33193 011431143114117801033128 No113 57114 0157 197126 01664155010231623162217401053175 中污染 No1441134 0141 226115 0175 89146 013621052105619901122118 No1545115 0145 210193 0170 35181 011421462146816401142158 轻污染 No1137141 0137 227138 0176 28109 011111001100719801131111 No1230116 0130 202102 0167 15130 010611701170716101131179 No1628197 0129 186134 0162 26175 011111741174712101121183 No1743123 0143 215170 0172 29105 011211001100512001091111 No1856146 0156 214172 0172 30126 011211551155617701111167 No1938120 0138 196153 0166 16134 010711121112217801051121 No110 46171 0147 182128 01618169010311231123716701131133 No111 41166 0142 175152 0159 13157 010511861186719601131196 No114 10168 0111 166140 01554128010201480148216201040160 对照区非污染No115 13148 0113 116183 01391127010101760176311701050181 No116 14182 0115 101167 01346196010301640164215001040168 312 土壤动物数量特征 在春季样品中 共获取土壤动物4123只 隶属6门81个种群 其中污灌区动物 3158只 74个种群 在秋季样品中 共获得土壤动物2525只 隶属4门62个种群 其 中污灌区动物1963只 57个种群 春季土壤动物个体数量和种群数量总数都多于秋季 而优势种群和常见种群数量都少于秋季 污灌区春季和秋季的优势种群均为线虫和等节跳 科 而对照区春季的优势种群为线虫 秋季与污灌区一致 无论在污灌区还是在对照区 仅占种群数很小比例的优势种群和常见种群的个体数量占总捕获量的85 90 其余 大多数稀有种群的个体数量都极少 表 2 样点间种群相似性系数春季小于秋季 春季 样点间中等不相似 秋季样点间中等相似 春季和秋季土壤动物数量的差异可能是多种原因引起的 就土壤动物本身而言 每一 种群都有其特定的生活周期和生命节律 不同种群之间又存在着捕食与被捕食和相互竞争 的关系 所以 不同季节群落的组成和结构是不同的 32 33 春季总的个体数量多而优势 种群和常见种群少于秋季 这可能是因为春季多数种群处于萌发期 麦田表层土温较高 食物丰富 种群之间的竞争也不十分激烈 而秋季玉米田中高温潮湿 一些稀有种群可能 由于环境恶劣和种群竞争而减少或灭亡 使得优势种群和常见种群相对增多 优势种群和 常见种群的个体数量占研究区总捕获量的绝大多数 它们的数量增减必将对整个土壤动物 群落的组成和结构产生较大的影响 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 4期 杜习乐 等 污灌农田土壤动物及其对重金属污染的响应 以开封市化肥河污灌区为例621 表2 土壤动物数量统计 Tab12 Statistics of soil animal quantities 样区 序号 春季秋季 种群个体数 百分比 种群个体数 百分比 污 灌 区 1线虫 Nemata 147346164线虫 Nemata 46623174 2等节跳科 Isotomidae 32310123等节跳科 Isotomidae 23111177 3疣跳科 Neanridae 1635179隐翅甲科 Staphylinidae 1889158 4棘跳科 Onychiuridae 1414146线蚓科 Enchytraeidae 1276147 5隐翅甲科 Staphylinidae 1193177全罗甲螨科 Perlohmanniidae 804108 6线蚓科 Enchytraeidae 1173170球角跳科 Hypogastruridae 683146 7副铗扒科 Parajapyx 993113副铗扒科 Parajapyx 603106 8切叶蚁亚科 Myrmicinae 983110切叶蚁亚科 Myrmicinae 552180 9链胃蚓科 Moniligastridae 551174苔甲科 Scydmaenidae 542175 10球蛛科 Theridiidae 471149上罗甲螨科 Epilohmanniidae 522165 11苔甲科 Scydmaenidae 381120蚁甲科 Pseiaphidae 472139 12矮蒲螨科 Pygmephoridea 351111狼蛛科 L ycosidae 462134 13狼蛛科 L ycosidae 341108猛蚁亚科 Poneranae 391199 14球角跳科 Hypogastruridae 341108小蕈甲科 Mycetoptophagidae 331168 15 棘跳科 Onychiuridae 321163 16 园蛛科 A raneidae 261132 17 幺蚰科 Scutigerellidae 241122 18 长足虻科 Dolichopodidae 201122 优势种群和常见种群14种277687190优势种群和常见种群18种171287121 稀有种群60种38212110稀有种群39种25112179 小计74种315810057种1963100 对 照 区 1线虫 Nemata 49050178线虫 Nemata 13824156 2疣跳科 Neanridae 959184等节跳科 Isotomidae 10518168 3等节跳科 Isotomidae 478150蚁甲科 Pseiaphidae 508190 4棘跳科 Onychiuridae 555170隐翅甲科 Staphylinidae 346105 5球角跳科 Hypogastruridae 484197球角跳科 Hypogastruridae 305134 6线蚓科 Enchytraeidae 434146棘跳科 Onychiuridae 203156 7隐翅甲科 Staphylinidae 232138全罗甲螨科 Perlohmanniidae 203156 8链胃蚓科 Moniligastridae 181187苔甲科 Scydmaenidae 183120 9奥甲螨科 Oppiidae 171176副铗扒科 Parajapyx 173102 10切叶蚁亚科 Myrmicinae 121124链胃蚓科 Moniligastridae 162185 11狼蛛科 L ycosidae 121124狼蛛科 L ycosidae 132131 12 线蚓科 Enchytraeidae 101178 13 隐翅虫科 Staphylinidae 91160 14 球蛛科 Theridiidae 71125 15 幺蚰科 Scutigerellidae 61107 优势种群和常见种群11种86089112优势种群和常见种群15种51391128 稀有种群25种10510188稀有种群22种498172 小计36种96510037种562100 样区总计81种412362种2525 注 表中只列出优势种群和常见种群 优势种群为占该类样区总个体数量10 以上的种群 常见种群为占该类样 区总个体数量1 10 的种群 稀有种群为占该类样区总个体数量小于1 的种群 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 622 地 理 研 究29卷 313 土壤动物与土壤环境因子的关系 研究发现 在未受污染的自然土壤中 土壤动物与土壤水分含量 p H值 肥力 质 地等理化性质有密切的关系 33 36 本研究选择污灌区各样点土壤p H值 有机质含量和 物理性黏粒含量 表 3 以及土壤重金属污染指数 表 1 为主要因子 计算了各样点土 表3 土壤的主要理化性质 Tab13 Main physiochemical properties of soil samples 样区 样点 序号 p H值 有机质含量 g kg 0101 mm物理性 黏粒含量 样区 样点 序号 pH值 有机质含量 g kg 0101 mm物理性 黏粒含量 No118143361424169No198135231622131 No128121251625155No1107153261419169 No138139231123145No1118115241719195 污No14719335196169No1127178191715172 灌No157199261923134No1136199251918148 区No16810291343174对No1147144221422171 No177145291918123照No1157154251019171 No186183261025187区No1167154221713131 表4 土壤动物数量与土壤环境因子的相关系数 Tab14 Correlation coefficients between soil animal quantities and soil environmental factors 土壤环境因子 个体数量种群数量 春季秋季春季秋季 p H值 01117 011350128501355 有机质含量 01379 01053 0111601432 物理性黏粒含量011310106001090 01220 综合污染指数 016213 018473 0133601254 注 3P 0105 双侧检验 壤动物与这些因子的相关系数 表4 发现土壤动物个体数量 和种群数量与土壤p H值 有机 质和物理性黏粒含量等理化性质 均不相关 而土壤动物个体数量 与土壤重金属污染程度具有较强 的负相关关系 可能是土壤动物 受到重金属污染的干扰和毒害较 大 掩盖了土壤理化性质对土壤 动物的影响 这与一些学者在其 他污灌区研究的结果相一致 17 37 314 土壤动物分布及其与土壤重金属污染的关系 31411 土壤动物水平分布及其与土壤重金属污染的关系 将各样点土壤按照重金属综合 污染指数 表 1 分为重污染类 中污染类 轻污染类和非污染类 然后分别计算各类污 染土壤中春秋两季土壤动物个体数量 种群数量和优势种群的平均数量 表 5 可以看 出 污灌区各类样点的土壤动物个体数量均比对照区低 并随重金属污染程度的增加而明 显减少 春季的种群数量随重金属污染程度的增加也有减少的趋势 而秋季基本无变化 表5 不同污染级别土壤的动物数量 Tab15 Soil animal quantities on different pollution levels 污染级别 个体数量种群数量优势种群比例 春季秋季春季秋季春季秋季 重污染20112018256339 中污染21613324244536 轻污染26516720245830 对照区非污染32218722245143 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 4期 杜习乐 等 污灌农田土壤动物及其对重金属污染的响应 以开封市化肥河污灌区为例623 表6 土壤动物数量的单因素方差分析 F值 Tab16 One2Way ANOVA of soil animal quantities Fvalues 因素 个体数量种群数量 春季秋季春季秋季 重金属污染6171531719583 331614301542 注 3 3P 0101 3P 0105 优势种群的比例都随重金属污染 程度的增加而增加 对不同重金属污染水平下土 壤动物数量进行单因素方差分析 表 6 表明 重金属污染对土壤 动物的水平分布具有显著影响 春季土壤动物个体数量具有显著差异 秋季的差异达到极显著水平 均值多重比较 表 7 进一步表明 春季重污染土壤中动物个体数量与轻污染和非污染 对照 土壤之间 中污染与非污染之间有显著差异 重污染土壤中动物个体数量与中污染之间 中污染和轻 污染之间 以及轻污染与非污染之间无明显差异 可以看出 在春季除相邻土壤污染级别 之间的动物个体数量没有明显差异外 其他污染级别之间均有明显差异 秋季各污染级别 之间的动物个体数量差别比春季更为明显 除重污染与中污染土壤动物个体数量之间无显 著差别外 其他污染级别之间都存在明显差别 各污染级别土壤动物种群数量的均值比较 表明 春季重污染土壤中动物种群数量与中污染和非污染土壤之间有显著差异 其余污染 级别之间无明显差异 秋季各污染土壤之间均无显著差异 表7 土壤动物数量多重比较 Tab17 Multiple comparisons of soil animal quantities 污染级别重污染中污染轻污染对照区非污染 重污染 418333 1100021333 11000313333 11000 中污染141667 131167 21500 0100111500 01001 轻污染6319163 4615423491250 3313753 11000 01001 对照区非污染12013333 671000310516663 5318333561416 2014583 注 左下部 前后分别为春季和秋季个体数量均值的比较结果 右上部 前后分别为春季和秋季 种群数量均值的比较结果 3 均值在0105水平上有显著差异 表8 土壤剖面中土壤动物数量的双因素方差分析 F值 Tab18 Two2Way ANOVA of soil animal quantities in soil profiles F values 因素 个体数量种群数量 春季秋季春季秋季 重金属污染程度214885110531121611099 不同土壤层次2416963 38015373 31312383 311316833 3 注 3 3P 0101 3P 0105 以上分析表明 土壤 重金属污染对土壤动物具 有明显影响 对动物个体 数量的影响超过对种群数 量的影响 秋季对土壤动 物个体数量的影响超过春 季 这与其他学者的研究 结果相一致 19 38 39 土壤 动物数量的季节变化除自身的生殖特性外 还同时受环境因素的影响 如降水 光照 土 壤类型 p H值 有机质含量 机械组成和土壤温湿度等因素的影响 40 41 但是 从前述 313的结果分析发现 污灌区土壤动物数量与土壤主要理化性质的关系并不密切 这就进 一步说明污灌区土壤动物数量的季节变化是多种因素共同作用的结果 而重金属污染是主 要的限制性因素 31412 土壤动物垂直分布及其与土壤重金属污染的关系 以重金属污染和土壤层次为因 素变量 以各层次动物数量为因变量 进行了双因素方差分析 表 8 可以看出 重金 属污染只对秋季个体数量的垂直分布有显著性影响 而不同的土壤层次对土壤动物的垂直 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 624 地 理 研 究29卷 图2 土壤动物的垂直分布 Fig12 Vertical distribution of soil animals 分布具有极显著的影响 再对不同层次土壤动物数 量作均值多重比较分析 表9 发现春秋两季动 物个体数量在第1层 0 5 cm 与其他3层之间 都具有显著差异 第2层 5 10 cm 与第4层 15 20 cm 之间具有显 著差异 而第2层与第3 层 10 15 cm 和第4 层之间的差异相对较小 春秋两季的动物种群数量 在第1层与其他3层之间 也都具有显著差异 春季 除第2层与第3层之间 第3层和第4层之间没有 显著差异外 其他各层之 间均具有明显差异 秋季 不同层次间的种群数量均 具有显著差异 结合土壤 动物数量的垂直分布图 图 2 来看 个体数量 和种群数量都具有明显的表聚性分布规律 这与自然土壤中土壤动物的垂直分布规律相 同 42 但是与污染土壤相比 对照土壤中土壤动物的表聚性更强 土壤动物的垂直递减 幅度也较大 土壤动物在污染土壤和对照土壤中的这种差别 可能是因为在受重金属污染 的土壤剖面中 由于重金属的难于移动性 主要在土壤表层 0 40 cm 积累 43 使得土 壤动物受到的干扰和毒害表现得最明显 表9 不同土壤层次土壤动物数量多重比较 Tab19 Multiple comparisons of soil animal quantities in different horizons 土层深度0 5 cm5 10 cm10 15 cm15 20 cm 0 5cm 513753 810003614373 1111253811253 1411253 5 10cm7010003 5411873 11062 311253217503 611253 10 15cm8916253 6419373191625 101750 11687 310003 15 20cm10015623 75181233015623 2116253101937 1018753 注 左下部 前后分别为春 秋季个体数量均值的比较结果 右上部 前后分别为春 秋季种群 数量均值的比较结果 3P非污染类 轻污染类 重污 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 4期 杜习乐 等 污灌农田土壤动物及其对重金属污染的响应 以开封市化肥河污灌区为例625 染类 H 指数排序为 中污染类 轻污染类 非污染类 重污染类 秋季DG指数排序 为 非污染类 轻污染类 中污染类 重污染类 H 指数排序为 重污染类 中污染类 轻污染类 非污染类 两种指数出现明显不一致的原因 是因为测定群落多样性指数的方法很多 44 H 指 数较为常用 但它适合于范围不大 生态功能比较接近的群落 只宜于说明群落本身多样 性可能达到什么程度 而不能作群落间的比较 45 DG指数避开群落内各物种丰度的比较 而采用对同一物种在不同群落中的比较 把群落中各物种 种群 都视为有同等的独立性 这种假设对复杂土壤动物群落来说更为适合 46 47 本研究将土壤动物鉴定到科 种群总 数较多 达81个 所以选用DG指数来表征污灌区土壤动物的群落多样性更为适宜 表10 不同污染级别土壤中动物多样性指数 Tab110 Diversity indexes of soil animals on different pollution levels 污染级别 春季秋季 DGH DGH 重污染0177213211903170 中污染1149313911973167 轻污染1124217421193162 对照区非污染1126216921223154 表11 DG指数多重比较 Tab111 Multiple comparisons ofDGindexes 污染级别重污染中污染轻污染对照区非污染 重污染 0106501291301323 中污染017163 0122601258 轻污染01467301248 01032 对照区非污染0148330123301015 注 左下部为春季均值的比较结果 右上部为秋季均值的 比较结果 3P 0105 通过对不同污染水平土壤中土壤动物DG指数做方差分析 春季F 31149 秋季F 21763 P 01 1 表明 重金属污染在011水平下对土壤动物多样性具有显著影响 多 重比较 表 11 表明 春季重污染土壤的DG指数与其他污染级别土壤之间均有显著差 异 除此之外各污染级别之间均无显著差异 秋季只有重污染和轻污染土壤的DG指数存 在显著差异 研究表明 土壤污染程度越高 土壤动物种群结构和功能受到的影响越严重 主要表 现为稀有种群和敏感种群数量的减少或消失 但是耐受种的数量有增加现象 48 污灌区 线虫和等节跳科两优势种群的个体数量在春秋两季都占总捕获量的30 65 表2和 表5 且在重污染土壤中比例更高 这与我国其他受重金属污染的地区非常相近 17 49 所以我们认为线虫和等节跳科为重金属污染土壤中的耐受种 优势种群个体数量的比例春 季远大于秋季 如重污染土壤中春季为65 秋季为39 表5 这一方面可以解释为 什么春季的DG指数比秋季的低 另一方面也反映了优势种群的季节变化对整个群落的影 响较大 综合春秋两季的结果来看 DG指数在非污染类土壤中最高 其次是轻污染类土 壤 再次是中污染类土壤 在重污染类土壤中最低 DG指数随重金属污染水平的增加而 降低 说明重金属污染越严重的地方 土壤动物受干扰和毒害越大 群落的多样性越低 4 结论与讨论 1 本研究在污灌区春季获得土壤动物个体数量共计3158只 74种 秋季获得土 壤动物共计1963只 57种 春季和秋季的优势种群均为线虫和等节跳科 春季常见种群 12种 秋季常见种群16种 春秋两季土壤动物数量差异主要是优势种群个体数量和稀有 种群种数的变化造成的 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 626 地 理 研 究29卷 2 各类污染级别土壤中 土壤动物个体数量春季均多于秋季 而种群数量春季均 少于秋季 春季样点间的种群相似性低于秋季 不同污染级别土壤中个体数量在春秋两季 都具有显著差异 而种群数量在两个季节差异均不显著 3 污灌区土壤PH值 有机质含量和物理性黏粒含量对土壤动物均没有明显影响 而土壤动物个体数量和种群数量都随重金属污染程度的增加而递减 垂直方向上土壤动物 的表聚性较强 但在重金属污染土壤中表聚性有所下降 4 重金属污染越严重的地方 土壤动物受到的干扰和毒害作用越大 DG指数越 低 秋季的DG指数大于春季 群落结构较春季稳定 5 土壤动物对重金属污染的响应表现为个体数量较种群数量明显 水平分布较垂 直分布明显 春季较秋季明显 本研究对土壤动物进行了分层采集 而没有测定每一土层的重金属含量 这在一定程 度上影响了重金属含量与土壤动物垂直分布关系的深入探讨 农田土壤污染还包括农药 化肥 除草剂的污染 这些污染与重金属污染的相互作用关系 以及他们对土壤动物的复 合影响等尚待进一步研究 参考文献 1 尹文英1 土壤动物学的研究近况1 生命科学 1993 5 3 1 41 2 尹文英1 中国土壤动物学研究10年进展1 中国科学基金 1997 11 1 48 501 3 向昌国 杨世俊 聂琴1 土壤动物对土壤环境的生物指示作用1 中国农学通报 2007 23 4 364 3671 4 宋雪英 宋玉芳 孙铁珩 等1 土壤原生动物对环境污染的生物指示作用1 应用生态学报 2004 15 10 1979 19821 5 张薇 宋玉芳 孙铁珩 等1 土壤线虫对环境污染的指示作用1 应用生态学报 2004 15 10 1973 19781 6 陈牧霞 地里拜尔 苏力坦 王吉德1 污水灌溉重金属污染研究进展1 干旱地区农业研究 2006 24 2 200 2041 7 张慧文 马剑英 陈发虎 等1 污水灌溉的研究进展1 环境污染与防治 2007 29 8 622 6271 8 蒋海东 杨青 吕宪国1 土壤动物在农业生态系统中的研究进展1 土壤通报 2006 37 4 805 8081 9 王振中 张友梅 邢协加1 土壤环境变化对土壤动物群落影响的研究1 土壤学报 2002 39 6 892 8971 10 Lock K Janssens F Janssen C R1Effects of metal contamination on the activity and diversity of springtails in an ancient Pb2Zn miningarea at Plombi res Belgium1European Journal of Soil Biology 2003 39 1 25 291 11 Filser J Hoelscher G1Experimental studies on the reactions of Collembola to copper contamination Pedobiologia 1997 41 123 173 1781 12 Cortet J Vauflery A G D Poinsot2Balaguer N et al1The use of invertebrate soil fauna in monitoring pollutant effects Eur1Soil Biol 1999 35 3 115 1341 13 Lukkari T Taavitsainen M Soimasuo M et al1Biomarker responses of the earthworm Aporrectodea tuberculata to copper and zinc exposure differences between populations with and without earlier metal exposure1Environ2 mental Pollution 2004 129 3 377 3861 14 Dai J Becquer T Henri Rouiller J et al1Heavy metal accumulation by two earthworm species and its relation2 ship to total and DTPA2extractable metals in soils1Soil Biology 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China 3 Institute of Natural Resources and Environmental Science Henan University Kaifeng 475004 Henan China Abstract The sewage irrigated area of Huafei River is located in the eastern suburbs of Kaifeng City Henan Province Soil animals were collected twice in spring and autumn of 2007 Soil macrofauna were collected by hand2sorting method small and medium2sized soil animals were collected by Tullgren funnel method and humidogene soil animals were col2 lected by Baermann funnel method Soil samples 0220 cm were collected in spring of 2007 and five heavy metals Cu Zn Pb Cd and Ni and main soil properti