嘎隆拉山鐵杉林土壤線蟲群落結構與多樣性研究*

薛會英，郭文文，屈興樂，羅大慶?

（1. 西藏農牧學院資源與環境學院，西藏林芝 860000；2. 西藏農牧學院高原生態研究所，西藏林芝 860000）

世界植被中，鐵杉（Tsuga）是北美洲北部常綠針葉林的重要成分，而在同緯度的歐亞大陸，鐵杉林僅有限地分布于海洋性氣候所涉及的地域，在中國中緯度地區，鐵杉林成為亞熱帶山地植被垂直帶中的一個顯著類型，尤其是青藏高原東南緣山地（包括川西滇西北），鐵杉林占有十分顯著的地位，成為我國植被的特點之一[1]。鐵杉林是暗針葉林的類型之一，為亞熱帶地區所特有，是亞熱帶山地垂直帶的代表類型[2]。

生長在西藏的暗針葉林主要由云杉屬、冷杉屬和鐵杉屬的樹種組成，是歐亞大陸暗針葉林分布區的西南限界，分布于喜馬拉雅山脈、念青唐古拉山脈以及橫斷山脈的濕潤亞高山地帶。西藏暗針葉林占全自治區森林總面積的48%、總蓄積量的61%，在高海拔森林生態系統中發揮著不可替代的重要作用。

迄今為止，針對西藏暗針葉林的云杉屬和冷杉屬開展的研究較多[2-7]，對鐵杉屬的研究則明顯不足[8]，現有的研究成果主要集中在地上部分的植物群落[2-5]，對地下生態系統所開展的調查研究工作則較少[6-7]，目前尚未見有關西藏鐵杉林土壤線蟲方面的研究報道。

在森林生態系統中，土壤線蟲占據著地下食物網的關鍵點位[9]，是土壤生態系統的重要功能組分。土壤線蟲通過與植物根系以及地下食物網中其他生物的相互作用，影響著生態系統的物質循環和能量流動，同時，地上植物群落也會影響到土壤生態系統物質和能量的輸入，從而驅動土壤線蟲群落的結構和功能發生相應的變化[10]。因此，土壤線蟲群落兼具生物指示和影響生態系統的物質循環和能量流動功能組份等多重作用。

嘎隆拉山地處橫斷山與喜馬拉雅山的交匯地帶，高差顯著，植被具有連續垂直分布的特點。本研究以西藏東南部具有代表性的墨脫嘎隆拉山鐵杉林作為研究對象，目的是了解該地區鐵杉林土壤線蟲群落具有怎樣的結構以及多樣性特征，及其與環境因子之間的關系，同時，也試圖利用土壤線蟲群落的環境指示作用來分析該生態系統的穩定性狀況及演替階段，研究結果對于揭示藏東南地區鐵杉林生態系統土壤線蟲多樣性規律，探討地下與地上過程的相互作用和相互聯系，認識土壤線蟲群落在亞高山/高山森林土壤生態過程中的作用具有重要科學意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

嘎隆拉山位于西藏自治區林芝市波密縣和墨脫縣交界處，是崗日嘎布山脈的西端段（也是橫斷山脈西北端與喜馬拉雅山交匯處），平均海拔4 800 m，年均氣溫10.4 ℃，年均降水量1 358 mm[11]。其南坡下延進入墨脫河谷，雅魯藏布江向南拐彎后流經該河谷。由于雅魯藏布江強烈下切，在短距離內出現巨大高差，因而該區域的垂直氣候特點非常顯著。來自印度洋的暖濕氣流在嘎隆拉南坡與青藏高原低溫氣流交鋒，導致該地氣候多變，常年多雨雪。樣地概況見表1。樣地1 位于山脊，樣地2、3 設在相對平坦的山坡，樣地4 位于河邊灘地，樣地1 為鐵杉（Tsuga dumosa）純林，接近鐵杉林在本區域分布的下限，樣地 2、3 為鐵杉和墨脫冷杉（Abies delavayivar.motuoensis）的混交林，樣地4 接近鐵杉林在本區域分布的上限，為天然更新的幼樹林。

1.2 樣品采集與分析

2017 年9 月，按照植物群落和地形的差異分別設置50 m×20 m、50 m×20 m、87 m×20 m、10 m×10 m樣地4 個，使用內徑7 cm 土鉆在每個樣地內按隨機布點方式多點（至少5 點）分層采集土樣，并按土層深度0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm 分別組成混合樣。采集土壤樣品共20 個。將土樣裝入聚乙烯袋中，貼上標簽后冷藏保存于裝有冰袋的保溫箱中帶回實驗室進行后續測定。

表1 樣地概況Table 1 Basic information of the sample plot relative to location

土壤理化性質測定[12]：土壤含水量、pH 的測定分別采用烘干法、玻璃電極法；有機質測定采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法；全氮測定采用凱氏定氮法；全磷測定采用NaOH 熔融—鉬藍比色法；全鉀測定采用NaOH 熔融—火焰光度法；有效磷測定采用 NaHCO3浸提—鉬藍比色法；堿解氮測定采用擴散法。

1.3 土壤線蟲的分離與鑒定

稱取土壤新鮮樣品 30.0 g，淺盤法室溫分離48 h[13]，用孔徑為0.045 mm 的篩子收集線蟲，用5%甲醛溶液固定線蟲。在解剖鏡下進行計數，制片。利用土壤含水量的測定結果，將線蟲個體數量轉換成條·100 g-1干土。在體視顯微鏡下觀察，將線蟲鑒定到屬。

各屬優勢度的劃分：個體數量占總捕獲量10%以上者，為優勢屬（+++）；個體數量占總捕獲量1%～10%者，為常見屬（++）；個體數量占總捕獲量1%以下者，為稀有屬（+）[14]。根據食性將線蟲分為如下幾個營養類群：食細菌性線蟲（Bacterivores）、食真菌性線蟲（Fungivores）、植食性線蟲（Plant-parasites）和雜食/捕食性線蟲（Omnivores /predators）[14]。

土壤線蟲群落結構分析采用以下指標：

香農-威爾多樣性指數（Shannon-Weiner index）：

Pielou 均勻度指數：

辛普森優勢度指數（Simpson index）：

Margalef 豐富度指數：

成熟度指數（Maturity index，MI，不包括植食性線蟲）[15]：

植物寄生線蟲指數（Plant parasite index，PPI）[15]：

線蟲通路比值（Nematode channel ratio，NCR）：

式中，ni為第i類群的個體數，N為群落所有類群的個體總數；S為類群數；c（i）為非植物寄生性（植物寄生性）土壤線蟲第i類群colonizer-persister值；n為非植物寄生性（植物寄生性）土壤線蟲類群數；pi為土壤線蟲群落非植物寄生性（植物寄生性）土壤線蟲第i類群的個體數占群落總個體數的比例；Ba、Fu 分別代表食細菌性線蟲、食真菌性線蟲的數量。

1.4 數據處理

采用IBM SPSS Statistics22.0 軟件進行單因素ANOVA 分析和線性相關分析，以估測樣地不同深度土層以及土壤理化性質對土壤線蟲群落各參數的影響；用Excel 繪制圖表及計算。土壤理化性質與土壤線蟲群落的關系采用CANOCO 4.5 軟件進行RDA 分析及作圖。

2 結 果

2.1 土壤化學性質

不同樣地的土壤理化性質如表2 所示。位于河邊灘地的樣地4 與其他3 個樣地、尤其是樣地3 之間的差異較明顯，pH、有機質、全氮、全鉀，以及速效養分均達到了顯著（P<0.05）甚至極顯著水平（P<0.01），全磷在4 個樣地間無明顯差異。

2.2 土壤線蟲群落組成及數量

從4 個樣地共獲得土壤線蟲345 條，隸屬于5目29 科34 屬。線蟲個體密度平均278 條·100 g-1干土，介于0～1 231 條·100 g-1干土之間。具體情況見表3。方差分析結果顯示，土壤線蟲個體密度在樣地間的差異不顯著（P=0.249，F=1.563）；0～5 cm 土層與20～25 cm 土層之間差異較大（P=0.030）。總體而言，各樣地的土壤線蟲個體密度在土層間無明顯差異（P=0.109，F=2.390）。土壤線蟲個體數量的空間分布情況如圖1 所示。

2.3 土壤線蟲群落種類結構

樣地1 獲得土壤線蟲21 屬。細齒屬Leptonchus、Ditylenchus、螺旋屬Helicotylenchus、Axonchium為優勢屬，分別占群落線蟲個體數量的 21.68%、20.28%、12.59%、10.49%。食真菌性線蟲占44.76%，植食性線蟲21.68%，雜食/捕食性線蟲20.28%，食細菌性線蟲13.29%。

樣地2 獲得土壤線蟲17 屬。Filenchus、Plectus、矛線屬為優勢屬，分別占群落線蟲個體數量的24.07%、11.11%、11.11%。食真菌性線蟲和雜食/捕食性線蟲分別占35.19%，食細菌性線蟲25.93%，植食性線蟲3.70%。

樣地3 獲得土壤線蟲16 屬。細齒屬Leptonchus、墊咽屬、Xiphinema為優勢屬，分別占群落線蟲個體數量的32.52%、15.45%、13.82%。食真菌性線蟲占57.72%，雜食/捕食性線蟲占30.89%，食細菌性線蟲9.76%，植食性線蟲1.63%。

樣地4 獲得土壤線蟲5 屬。細齒屬Leptonchus、Filenchus、Plectus為優勢屬，分別占群落線蟲個體數量的44.00%、28.00%、16.00%。食真菌性線蟲占72.00%，食細菌性線蟲24.00%，雜食/捕食性線蟲占4.00%，植食性線蟲0.00%。

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總體而言，墊咽屬Tylencholaimus、細齒屬Leptonchus的個體數量分別占到線蟲總數的17.68%和12.17%，是嘎隆拉鐵杉林土壤線蟲群落的優勢屬。食真菌性線蟲是主要營養類群，個體數量占到總數的 49.85%，其次是雜食/捕食性線蟲，占25.80%，植食性線蟲所占比例最低，僅10.14%。

2.4 土壤線蟲群落c-p 類群組成

樣地1 中，c-p1～c-p5 類群在群落中所占的百分比分別為0%、26.57%、31.47%、30.07%、11.89%；樣地2 中各類群所占百分比分別為3.70%、46.30%、11.11%、24.07%、14.81%；樣地3 中分別為0%、16.26%、2.44%、60.16%、21.14%；樣地4 中分別為0%、44.00%、8.00%、48.00%、0%。

c-p1 類群僅在樣地2 出現，數量極少；c-p2 類群在樣地2 和樣地4 幾乎占到1/2，數量較大。c-p3～c-p5類群在不同樣地中均占有較大的比重。將四個樣地作為整體，c-p3～c-p5 類群占到72.17%，為優勢類群。

2.5 土壤線蟲群落生物多樣性

采用多樣性指數H′、均勻度指數J′、優勢度指數λ及豐富度指數SR 來表征鐵杉林不同樣地土壤線蟲群落的生物多樣性（表4）。

多樣性指數H′介于0～2.31 之間，平均1.34；均勻度指數J′與介于0.6～1 之間，平均0.85；優勢度指數λ介于0.13～1 之間，平均0.39；豐富度指數SR 介于0～3.37 之間，平均1.95。

根據LSD 和Duncan 檢驗結果，樣地4 的多樣性指數H′顯著低于樣地1、2、3（P1<0.01，P2、3<0.05），優勢度指數λ有剛好相反的趨勢；均勻度指數J′與樣地1、2、3 之間的差異均達到極顯著水平（P1、2、3<0.01）；豐富度指數SR，樣地4 與樣地1、2 之間有明顯差異（P1<0.01，P2<0.05），與樣地3 則差異不明顯（P3＞0.05）。

表4 土壤線蟲群落生態指數Table 4 Ecological index of soil nematode community

采用成熟度指數MI、植物寄生性線蟲指數PPI、線蟲通道指數NCR 來表征鐵杉林土壤線蟲群落的功能結構特征。

4 個樣地不同土層的MI 值介于2.35～4.00 之間，平均3.59。樣地3 的MI 值最高，其次是樣地1，樣地2 明顯低于樣地1、3（P1<0.05，P3<0.01）。樣地4 僅有3 個土層分離出線蟲，且數量太少，數據不計入統計。

4 個樣地不同土層的PPI 值介于0.00～3.00 之間（注：有9 個樣本未能分離獲得植物寄生性線蟲，PPI=0.00，占樣本總數的50%，另外9 個樣本的PPI值介于2.00～3.00 之間），平均值1.25。樣地1 的PPI 值遠高于其他3 個樣地（P2、3、4<0.01）。

NCR值介于0.00～0.78 之間，平均0.23。除了樣地2 的0～10 cm 層和樣地1 的20～25 cm 層，大多數樣本的NCR值均低于0.5。

2.6 土壤線蟲群落與土壤性質之間關系——RDA分析及相關性分析

采用冗余分析（RDA）進一步探討土壤化學性質對土壤線蟲群落的影響，分析結果見圖2及表5。

RDA 分析表明，土壤化學性質與土壤線蟲數量之間關系密切，9 個環境變量解釋了77.7%的數據總差異，其中第一軸和第二軸的解釋率分別為77.7%和0%，物種—環境因子排序軸的相關系數分別為0.881和0.808，物種-環境關系的累積百分比達100%，說明第1 個排序軸的物種—環境相關系數很高，解釋了物種和環境總方差的100%，排序圖較好地反映了土壤線蟲群落與土壤性質之間的關系（表5）。

如圖2所示，粗箭頭代表土壤性質各因子，小箭頭代表了土壤線蟲群落各指數。粗箭頭越長表示某一土壤性質因子對土壤線蟲群落的影響越大。箭頭連線和排序軸夾角表示某一土壤因子與排序軸相關性大小，夾角越小相關性越高。

速效鉀（AK）、有機質（OM）、全氮（TN）、水解氮（HN）、全磷（TP）、含水量（MC）、有效磷（AP）與土壤線蟲群落的個體密度（ID）、均勻度指數J′、豐富度指數SR，以及植物寄生性線蟲指數PPI 和線蟲通道指數NCR 呈正相關；pH、全鉀（TK）與上述各群落指數均呈負相關，僅與優勢度指數λ和成熟度指數MI 呈正相關關系。

根據箭頭長短，速效鉀（AK）、有機質（OM）、全氮（TN）、全鉀（TK）對土壤線蟲群落的影響較大，是主要影響因子；根據夾角則顯示出，速效鉀（AK）對PPI 的相關性最強，其次是J′和個體密度（ID）；全鉀（TK）與MI 有較好的相關性。

并非每個土壤性質因子對土壤線蟲群落均有顯著影響。如表6 所示，應用線性相關性檢驗分析每個土壤性質因子對線蟲群落影響的顯著性，土壤速效鉀對線蟲群落個體密度、多樣性變化以及功能指數均有顯著影響（P個體密度、PPI<0.01；PH′、λ、SR、MI<0.05）；土壤含水量對線蟲群落個體密度、多樣性，以及MI 有顯著影響（P個體密度、λ、MI<0.05；PH′、SR<0.01）；土壤pH對線蟲群落多樣性及MI 有顯著影響（PH′、SR<0.01；PMI、λ<0.05）；土壤有機質、全氮、水解氮、有效磷對線蟲群落個體密度有顯著影響（P<0.05）；有機質、全氮對SR有顯著影響（P<0.05）；有效磷對H′有顯著影響（P<0.05）；全磷、全鉀、水解氮對MI 有極顯著影響（P<0.01）。

表6 土壤線蟲群落與土壤性質的相關系數Table 6 Correlation coefficient between soil nematode community and soil properties

3 討 論

本實驗所設置的四個樣地代表了嘎隆拉山環境條件基本一致但林分類型有所差異的四種鐵杉林類型。實驗共鑒定到土壤線蟲345 條，隸屬于5 目29科34 屬，個體密度介于0～1231 條·100 g-1干土之間，平均278 條·100 g-1干土。

2008 年10 月，凌斌等[16]在高黎貢山海拔2 878 m處云南鐵杉針闊混交林調查到的土壤線蟲個體密度低于120 條·100 g-1干土，種類大約34 屬（文中未提供準確數據，讀圖獲得大致的數值）。本研究與凌斌等的調查采樣工作均在秋季進行，高黎貢山云南鐵杉針闊混交林土壤線蟲個體密度遠低于嘎隆拉山鐵杉林，而線蟲屬數則大致相同。同屬藏東南亞高山暗針葉林的色季拉山急尖長苞冷杉林，在海拔約3 800 m 處分離獲得土壤線蟲41 屬，個體密度平均406 條·100 g-1干土。嘎隆拉山鐵杉林土壤線蟲無論數量還是種類均低于同地區的色季拉山急尖長苞冷杉林。生態指數H′、SR 也均低于色季拉山急尖長苞冷杉林。根據冗余分析和線性相關性分析結果，線蟲個體密度與土壤含水量之間極顯著正相關，因此，水分分配格局或許是導致上述不同生境土壤線蟲個體密度產生差異的重要原因之一。

此外，嘎隆拉鐵杉林土壤線蟲群落的優勢屬是墊咽屬Tylencholaimus和細齒屬Leptonchus，食真菌性線蟲是最主要的營養類群。這個結果與色季拉山急尖長苞冷杉林土壤線蟲群落以墊咽屬、螺旋屬及繞線屬為優勢屬，植食性線蟲是主要營養類群的結果不同[7]，表現出嘎隆拉鐵杉林土壤線蟲群落種類構成對環境的適應性，以及功能上的變化。

四個樣地中，樣地4 的土壤理化性質與其他樣地差異較大，線蟲群落的個體數量、屬數均低于其他樣地，其種類構成也表現出了一定的不同。這個樣地位于河灘地，接近鐵杉林在本區域分布的上限，為天然更新的幼樹林，草本蓋度遠低于其他三個樣地，pH 明顯升高，有機質含量以及速效氮磷鉀則明顯偏低，土壤化學性質出現明顯不同。生境的貧營養及pH 值的增高導致樣地4 土壤線蟲群落生物多樣性顯著低于其他樣地。樣地4 在線蟲多樣性降低的同時，統計結果顯示其個體密度與其他樣地間并沒有明顯差異，這或許與群落結構中c-p 值為1～2 的r-生存策略者所占比重較大（44%）有關。生境條件的劣化會導致r-生存策略者通過大量繁殖來替代在該環境條件數量下降或缺失的線蟲種類，以維持群落相對穩定。這與Walker[17]所提出的“冗余種”假說一致，表現出該樣地土壤線蟲在生存策略上的特殊性。

c-p3～c-p5 類群為k-生活策略者，它們生活周期長，增殖能力低，對干擾敏感，在生境中穩定而持續地生活的時間較長，當土壤被擾動時，有可能導致其數量的下降或缺失。而作為土壤線蟲典型機會主義者的cp1 類群和機會主義者cp2 類群，生命周期短，增殖能力強，耐受干擾、富營養化和厭氧條件，在有利條件下數量會明顯增加[18]，而當環境變劣時也會通過大量繁殖來應對環境的變化。總體而言，嘎隆拉山鐵杉林土壤線蟲群落以c-p3～c-p5類群為主要線蟲種類，表明嘎隆拉山鐵杉林生態系統受到的干擾較小，處于較為穩定的狀態。該區域所受干擾主要來自于自然因子，例如水熱分配變化、養分水平等，這點在樣地4 得到了體現。成熟度指數MI 平均值為3.59，與同地區色季拉山急尖長苞冷杉林3.65（平均值）的調查結果[7]相近，證明嘎隆拉山鐵杉林生態系統所受干擾較小，處于較為穩定的狀態[15]。

PPI 值則與擾動的頻率呈正相關[19]。嘎隆拉山鐵杉林的PPI 值遠小于色季拉山急尖長苞冷杉林2.66 的調查結果，表明嘎隆拉山鐵杉林被擾動的頻率遠低于色季拉山急尖長苞冷杉林。四個樣地中，樣地1 的PPI 值遠高于其他3 個樣地，由此推測該樣地受到擾動的頻率高于其他樣地。

NCR 值低于0.5 的研究結果顯示，嘎隆拉山鐵杉林的枯落物主要通過真菌降解途徑為主，這與色季拉山急尖長苞冷杉林土壤線蟲的調查結果一致[8]。

冗余分析（RDA）結果說明了土壤性質與土壤線蟲群落之間的關系情況。速效鉀、有機質、全氮、全鉀對土壤線蟲群落的影響較大，是主要影響因子。其中，速效鉀是土壤化學性質中最為重要的影響因子。從測試結果可以看出，嘎隆拉山鐵杉林土壤有機質、速效氮、磷、鉀含量均屬于高肥力水平，在此條件下，速效鉀所表現出的重要性值得關注。相關研究中[20-22]針對碳、氮的成果較多，針對鉀的相對較少，本研究中鉀的重要性與張榮之等[23]在貢嘎山不同垂直氣候帶土壤線蟲群落分布格局的研究結果一致。線性相關分析結果說明速效鉀顯著影響線蟲群落的數量和多樣性，而有機質、全氮、水解氮、有效磷則是通過影響線蟲數量從而影響著群落結構。冗余分析（RDA）結果表明，土壤含水量與土壤線蟲群落的個體密度、均勻度指數J′、豐富度指數SR，以及植物寄生性線蟲指數PPI 和線蟲通道指數NCR 均呈正相關關系，線性相關分析結果也說明了土壤含水量對線蟲群落個體密度、多樣性，以及MI 均有顯著性影響，由此說明環境水分條件對土壤線蟲群落的種類構成及數量有著不可忽視的影響。

4 結 論

嘎隆拉山鐵杉林土壤線蟲隸屬于5 目29 科34屬，個體密度介于0～1 231 條·100 g-1干土之間，平均條·100 g-1干土；墊咽屬Tylencholaimus和細齒屬Leptonchus為優勢屬；食真菌性線蟲是最主要的營養類群；枯落物主要通過真菌途徑進行降解。冗余分析（RDA）及線性相關分析結果表明，土壤速效鉀、有機質、全氮、全鉀是土壤理化性質中對土壤線蟲群落影響較大的幾個因子，其中，速效鉀最為重要；線蟲個體密度與土壤含水量之間極顯著正相關，水分分配格局或許是導致嘎隆拉山鐵杉林不同生境土壤線蟲個體密度產生差異的重要原因之一。嘎隆拉山鐵杉林生態系統受到干擾較小，處于較穩定狀態。