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Open Journal of Natural Science
Vol. 12  No. 02 ( 2024 ), Article ID: 83705 , 9 pages
10.12677/ojns.2024.122046

乌伊岭自然保护区沼泽湿地土壤线虫分布及 影响因子

董小琪

哈尔滨师范大学地理科学学院，黑龙江 哈尔滨

收稿日期：2024年2月18日；录用日期：2024年3月21日；发布日期：2024年3月29日

摘要

半个世纪来大面积排水造田使沼泽湿地面积急剧缩减，乌伊岭自然保护区作为生态屏障具有其特殊地位，因此探讨乌伊岭地区不同沼泽湿地及土壤深度线虫分布特征并分析其影响因子具有重要意义。结果表明：各沼泽湿地共有优势类群为具脊垫刃属(Coslenchus)，各沼泽湿地土壤线虫特有类群较多，而各土壤深度线虫共有类群较多。森林沼泽湿地土壤线虫数量显著高于草甸和灌丛(P < 0.05)，不同土壤深度在数量和类群上有显著差异(P < 0.05)，且呈明显表聚性。土壤深度对线虫多样性、优势度和丰富度指数变化具有极显著影响(P < 0.001)，沼泽湿地类型对植物寄生线虫和食细菌线虫有极显著影响(P < 0.001)。全磷和土壤有机碳是影响土壤线虫属的重要因素。

关键词

沼泽湿地，土壤深度，土壤线虫

Distribution and Influencing Factors of Nematodes in Marsh Wetland of Wuyiling Nature Reserve

Xiaoqi Dong

College of Geographic Sciences, Harbin Normal University, Harbin Heilongjiang

Received: Feb. 18th, 2024; accepted: Mar. 21st, 2024; published: Mar. 29th, 2024

ABSTRACT

In the past half century, the area of marsh wetland has been drastically reduced by large-scale drainage and farmland construction. Wuyiling Nature Reserve has its special status as an ecological barrier. Therefore, it is of great significance to explore the distribution characteristics of nematodes in different marsh wetlands and soil depths in Wuyiling area and analyze their influencing factors. The results showed that Coslenchus was the common dominant group of nematodes in each marsh wetland, and there were more nematodes in each marsh wetland soil, and more nematodes in each soil depth. The number of nematodes in forest marsh soil was significantly higher than that in meadow and shrub (P < 0.05), and there were significant differences in the number and groups of nematodes in different soil depths (P < 0.05), and the nematodes showed obvious super aggregation. Soil depth had significant effects on nematode diversity, dominance and richness index (P < 0.001), and marsh wetland type had significant effects on plant parasitic nematode and bacteria-eating nematode (P < 0.001).

Keywords:Marsh Wetlands, Soil Depth, Soil Nematodes

Copyright © 2024 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

湿地是世界上最具生产力的生态系统之一，被誉为“地球之肾”。沼泽湿地作为地球表层功能独特的生态系统，约占我国湿地的37.8% ‎[1] ‎[2] ，而研究表明我国沼泽湿地正在快速流失和退化，其中以黑龙江沼泽湿地退化程度最为严重 ‎[3] 。乌伊岭自然保护区正地处这一分布区域，所以研究乌伊岭地区沼泽湿地对湿地的生态保护有重要作用。土壤动物作为土壤食物网初级生产者和次级消费者之间的中介，参与湿地生态系统的物质循环 ‎[4] 。而线虫是整个陆地生态系统微型动物中数量最多的组成部分之一。土壤线虫群落可能受到生态环境、物种组成和多样性的影响 ‎[5] 。

近年随着地下生态学发展，与土壤线虫群落相关的线虫属种类、结构组成、分布特征以及演变规律等研究已经在许多不同类型的生态系统中广泛开展，如沙丘 ‎[6] 、农田 ‎[7] 、森林 ‎[8] 、草地 ‎[9] 和湿地 ‎[10] 等，但湿地的研究多集中于沼泽湿地的生物入侵、湿地土壤碳氮含量、湿地微生物群落变化、湿地中的植被在人为干扰下的响应等 ‎[11] ‎[12] ‎[13] ‎[14] ，对湿地土壤线虫的研究则相对较少。其中我国湿地土壤线虫研究在湿地类型上多为内陆湿地、淡水沼泽地和盐沼湿地等，在内容上包括植物入侵、不同湿地植物类型及人为干扰影响 ‎[15] ‎[16] ‎[17] ，而对不同沼泽湿地类型下土壤线虫的影响因素则少有研究，尤其是高寒沼泽湿地土壤线虫研究有限，土壤线虫变化规律尚不清晰 ‎[18] ，而乌伊岭自然保护区位于小兴安岭地区，其上冻土分布广泛，沼泽湿地属高寒沼泽湿地，因此研究乌伊岭地区沼泽湿地土壤线虫分布具有重要价值和科学意义。本研究分析乌伊岭地区典型沼泽湿地和土壤深度下土壤线虫群落的分布及影响因子，研究结果可以提供乌伊岭地区典型湿地土壤线虫多样性方面的基础资料。

2. 研究区概况与研究方法

2.1. 研究区概况

研究区为乌伊岭国家级自然保护区，位于黑龙江省小兴安岭顶部东北段(48˚33'~48˚50'N, 129˚00'~ 129˚28'E)，如图1。该保护区受蒙古–西伯利亚高压控制，四季分明，年平均气温−11.1℃，平均日照总数228718 h。林区沼泽湿地保存完好，河流分属汤旺河、库尔滨河和乌云河水系。保护区丰富的动植物资源及独特的湿地类型与气候特点为土壤线虫的多样性分布提供了良好的营养条件和生态环境。

Figure 1. Distribution of sample plots in the study area

图1. 研究区样点分布图

2.2. 研究方法

Figure 2. Distribution of sample points

图2. 样点分布图

以乌伊岭国家级自然保护区为研究区，土壤线虫为研究对象。依据典型沼泽湿地设置各类型2个100 m × 100 m大样方，五点取样法设置20 m × 20 m样方，随机选取3个样点作为重复(图2)。采样过程去除土壤表面凋落物，装入袋中于4℃恒温冰箱保存。用湿漏斗法分离线虫，根据《长白山森林土壤线虫》 ‎[19] 在光学显微镜下鉴定到属。根据线虫食性划分为植物寄生线虫(Pl)、食细菌线虫(Ba)、食真菌线虫(Fu)和捕食–杂食线虫(Pr)四个营养结构 ‎[20] 。

土壤线虫群落多样性特征公式如下 ‎[21] ‎[22] ：

1) 多样性指数(H') = −ΣPi × (lnPi)

2) 优势度指数(λ) = ΣPi2

3) 均匀度指数(J) = H'/lnS

4) 丰富度指数(SN) = (S−1)/lnN

式中，S为鉴定分类单元的数，Pi为第i个分类单元中物种的个体数所占的比例，N为某个样本鉴定物种的总数。

基于土壤线虫分析使用SPSS25.0的单因素方差(one-way ANOVA)和双因素方差(tow-way ANOVA)。冗余分析(Redundancy Analysis, RDA)研究影响土壤线虫群落的环境因子，绘图使用Excel2010、Origin2022和Canoco 5.0。

3. 研究结果与分析

3.1. 土壤线虫群落组成特征

注：CD：草甸；GC：灌丛；SL：森林。

Figure 3. Composition of soil nematode populations in different marsh wetland types

图3. 不同沼泽湿地土壤线虫数量组成

如图3为研究区不同沼泽湿地类型下土壤线虫在属水平上的数量分布，总体来看，具脊垫刃属(Coslenchus)、拟绕线属(Anaplectus)和类突腔唇属(Tenunemellus)是其中的优势类群，盘旋属(Rotylenchus)和棱咽属(Prismatolaimus)等则为稀有类群。在数量组成上森林 > 灌丛 > 草甸沼泽湿地，而其中草甸与灌丛沼泽湿地具脊垫刃属(Coslenchus)和类突腔唇属(Tenunemellus)为占比最多的优势类群，森林沼泽湿地拟绕线属(Anaplectus)和具脊垫刃属(Coslenchus)占比最多，为优势类群。

在土壤线虫类群组成中，不同沼泽湿地与不同土壤深度下土壤线虫类群的组成如图4，三种沼泽湿地类型中共有类群11属，特有类群在草甸沼泽湿地、灌丛沼泽湿地和森林沼泽湿地中分别为6、5和3；三种土壤深度下共有类群15属，特有类群在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土壤深度下分别为12、1和0。

Figure 4. Composition of soil nematode communities in different marsh wetland types and soil depths

图4. 不同沼泽湿地与土壤深度线虫类群组成韦恩图

3.2. 土壤线虫数量与类群分布差异

注：图中英文字母表示差异达显著性水平；相同字母视为差异不显著，不同字母视为差异显著。

Figure 5. Number of individuals and groups of soil nematodes in different marsh wetland types

图5. 不同沼泽湿地土壤线虫数量与类群数

如图5所示为各沼泽湿地类型下土壤线虫数量和类群的水平分布，不同沼泽湿地类型下土壤线虫数量具有显著差异(P < 0.05)。三种沼泽湿地类型土壤线虫数量依次为森林(1166条) > 灌丛(401条) > 草甸(325条)，其中森林沼泽湿地土壤线虫数量显著高于草甸沼泽湿地、灌丛沼泽湿地土壤线虫数量的2.59倍、1.9倍；线虫类群数依次为草甸(28属) > 森林(27属) > 灌丛(25属)，三种沼泽湿地类型均无显著差异性(P > 0.05)。

如图6所示为各土壤深度下土壤线虫数量和类群的分布，不同沼泽湿地类型下土壤线虫数量具有显著差异(P < 0.01)。三种土壤深度下土壤线虫数量依次为0~10 cm (1281条) > 10~20 cm (446条) > 20~30 cm (165条)，其中0~10 cm土壤线虫数量显著高于10~20 cm、20~30 cm的1.87倍、6.76倍，10~20 cm土壤线虫数量显著高于20~30 cm的1.7倍；线虫类群数依次为0~10 cm (38属) > 10~20 cm (24属) > 20~30 cm (16属)，三种土壤深度类群数均有显著差异性(P < 0.01)。

Figure 6. Number of individuals and groups of soil nematodes in different soil depths

图6. 不同土壤深度土壤线虫数量与类群数

3.3. 沼泽湿地类型与土壤深度对线虫的影响

如表1所示，土壤线虫多样性特征双因素方差显示沼泽湿地类型对土壤线虫多样性、优势度和均匀度指数变化均有显著影响(P < 0.05)；而土壤深度对线虫多样性、优势度和丰富度指数变化具有极显著影响(P < 0.001)，对均匀度指数具有显著影响(P < 0.05)；沼泽湿地类型与土壤深度交互作用对土壤线虫的多样性特征无显著影响。

Table 1. Diversity of soil nematode in different marsh wetland types under different soil depths

表1. 各沼泽湿地不同土壤深度线虫多样性特征

注：H′：多样性指数；λ：优势度指数；SN：丰富度指数；J：均匀度指数；*p < 0.05:；**p < 0.01；***p < 0.001。

如表2所示营养结构特征的双因素方差结果显示，沼泽湿地类型对植物寄生线虫、食细菌线虫均有极显著影响(P < 0.001)；土壤深度对植物寄生线虫、食细菌线虫具有显著影响(P < 0.05)；而沼泽湿地类型与土壤深度交互作用无显著影响。

Table 2. The relative abundance of soil nematode in different marsh wetland types under different soil depths

表2. 各沼泽湿地不同土壤深度线虫营养类群相对多度

3.4. 环境因子对土壤线虫群落的影响

通过冗余分析(RDA)评价研究区土壤理化性质与土壤线虫属的相关性(图7)。RDA分析结果显示，第一轴物种与环境因子的相关性为0.5368，第二轴物种与环境因子的相关性为0.2078。6个环境变量解释了土壤线虫属的22.5%，第一轴解释了土壤线虫属变异的21.2%，第二轴解释了土壤线虫属变异的0.57%。SOC与TN对线虫群落组成变异的解释度分别为16.9% (P < 0.01)、3.4% (P < 0.05)，是影响线虫群落的两个主要环境因子。

Figure 7. Redundancy analysis of soil nematode communities with environmental factors

图7. 土壤线虫群落与环境因子的冗余分析

4. 讨论与结论

土壤线虫作为湿地生态系统土壤动物主要优势类群之一 ‎[23] ，水平与垂直方向的分布均具有差异。本研究发现，三种沼泽湿地优势类群均有具脊垫刃属(Coslenchus)，这与陈玮在对大兴安岭土壤线虫的研究中相类似，他在研究中发现三种植被类型以具脊垫刃属和头叶属为优势属 ‎[24] ，可见具脊垫刃属在兴安岭地区为优势种属。各类型沼泽湿地土壤线虫特有类群较多，而不同深度土壤线虫共有类群较多，除0~10 cm外特有类群较少，呈现出表聚性。不同沼泽湿地类型土壤线虫类群数无显著差异而数量差异显著，主要是因为随着草甸向森林演替进程土壤中资源更加丰富 ‎[25] ，导致线虫数量增多。在土壤线虫数量和类群上，三种土壤深度间均具有显著差异，这是由于土壤深度会影响土壤养分含量，大部分土壤养分都聚集在土壤表层，具有表聚性，随着土层的加深土壤养分降低 ‎[26] ，因此影响了土壤线虫数量和类群。

土壤线虫的多样性特征可以反映土壤线虫群落在环境变化下的影响 ‎[27] 。研究发现土壤深度对线虫多样性、优势度和丰富度指数变化具有极显著影响(P < 0.001)，可能是土壤不同深度环境条件不同，表层土壤结构、理化性质、养分含量等条件更适合中小型土壤动物的生存 ‎[28] ，从而影响线虫多样性。沼泽湿地类型对植物寄生线虫和食细菌线虫有极显著影响(P < 0.001)。可能是不同沼泽湿地植物物种丰富度不同影响根系分泌物，从而提供给微生物的养分不同 ‎[29] 。而土壤有机碳与全氮是影响土壤线虫群落组成的两个主要环境因子。土壤有机碳能为微生物提供适宜的生存条件 ‎[30] ，进而促进食细菌线虫生长。

本研究分析乌伊岭不同沼泽湿地和土壤深度线虫群落分布及影响因子，发现研究区内三种沼泽湿地的共有优势类群为具脊垫刃属(Coslenchus)，演替过程中线虫数量增加，表聚性明显。沼泽湿地类型和土壤深度对多样性特征有不同程度影响，对营养结构中植物寄生线虫和食细菌线虫影响显著。影响土壤线虫群落的主要因素是土壤有机碳和全氮。影响土壤线虫群落的内部机制还有待进一步研究。

文章引用

董小琪. 乌伊岭自然保护区沼泽湿地土壤线虫分布及影响因子
Distribution and Influencing Factors of Nematodes in Marsh Wetland of Wuyiling Nature Reserve[J]. 自然科学, 2024, 12(02): 396-404. https://doi.org/10.12677/ojns.2024.122046

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