土壤动物类群特征及其对重金属污染的响应——以开封市化肥河污灌区为例

摘要

土壤动物是指栖息在土壤中的动物，即生命活动的全部过程或有一段时间定期在土壤中度过，生活上依赖于土壤环境，并对土壤有一定影响的动物。土壤动物学的主要研究领域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领域。现代土壤动物学研究己进入生物生产力和对人类与环境关系的研究阶段，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学科而受到重视。 本文以开封市化肥河污灌区为研究区，沿化肥河两岸共设置16个样点。于2007年4月和9月分别采集了土壤动物样品。以所获得的土壤动物类群数据和土壤环境分析数据为基础，运用土壤动物学和生态学的理论与计量方法，分析了由于污水灌溉而受到重金属污染的农田中土壤动物类群特征，以及土壤动物对土壤重金属污染的响应。 本文共分五个部分： 第一部分：主要介绍和分析了土壤动物学研究的历程、现状、存在问题和未来的热点研究领域，指出开展污灌区土壤动物类群特征及其对土壤重金属污染响应研究的重要意义。 第二部分：概括介绍了污灌区的自然概况和化肥河水质状况，这是影响污灌区土壤动物组成、数量和类群特征的重要环境因素。 第三部分：主要对本项研究所涉及的土壤动物调查方法、土壤动物鉴定方法、室内实验分析方法和数据处理方法进行了介绍。 第四部分：通过对各样点土壤动物类群的鉴定及数量统计，分析研究了各采样点土壤动物的数量特征、水平和垂直分布情况、类群特征指数、各类群间的相似性、大型土壤动物——蚯蚓对土壤重金属的富集。并在此基础上，结合污灌区相应土壤理化性质以及土壤重金属含量数据，探讨了土壤动物与土壤环境之间的相互关系，总结了土壤动物对土壤重金属污染的响应。第五部分：系统总结了本项研究得出的主要结论。 通过对污灌区土壤动物类群特征及其与土壤理化性质、重金属污染的相应研究，得到以下基本结论： (1)春季共获取土壤动物4123只，隶属6门81个类群。秋季共获得土壤动物2525只，隶属4门62个类群。春季土壤动物类群中，线虫为优势类群；常见类群有等节跳科、疣跳科、棘跳科、线蚓科等12个类群；秋季土壤动物类群中，线虫和等节跳科为优势类群，常见类群有隐翅甲科、线蚓科、全罗甲螨科、球角跳科等17个类群。 (2)污灌区土壤动物与土壤pH值、有机质和土壤质地等主要理化性质的关系不明显。由于长期的污水灌溉造成了土壤重金属污染，所以土壤理化性质对土壤动物的影响已处于次要地位。 (3)春季的土壤动物个体数量明显多于秋季，各样点间春秋两季土壤动物数量的对比关系比较一致，但春季各样点闻数量差异更为明显。大多数样点的土壤动物类群数秋季多于春季，且各样点间类群数差别较春季小。春秋两季土壤动物个体数量和类群数都与重金属综合污染指数有一定的负相关关系，说明重金属污染是引起个体数量和类群数量减少的重要因素。 (4)土壤动物在垂直分布上受重金属污染扰动强烈，但个体数与类群数的响应不一致。在重污染区，土壤动物个体数在垂直分布上表聚性都较弱，表现出明显的逆分布的现象；而春季类群数垂直逆分布现象明显，秋季则表现出垂直递减的规律。 (5)春秋两季密度-类群指数DG和多样性指数H′、丰富度指数E都表现出一致的变化趋势，多样性越大丰富度越高。均匀度指数e和优势度指数C变化趋势恰恰相反，均匀性高则优势度低。秋季的密度-类群指数、多样性指数、均匀度指数和丰富度指数都比春季高，且变化范围小；优势度指数比春季的低，且变化范围小。各样点间Sorenson相似性系数C<,s>>Motyka相似性系数S<,m>>Jaccard相似性系数q，但三者的数值都较低，样点间类群相似性程度较低，以中等相似和中等不相似为主。 (6)蚯蚓体内的重金属元素富集量和土壤中的富集量呈显著正相关关系。各元素在蚓体内的富集系数K值排序为：Ni>Cd>Cu>Pb>Zn，其中Ni和Cd的富集系数大于1，表现为强烈富集。土壤动物是一种良好的土壤重金属污染指示生物。土壤动物的分布和类群特征都可以作为污染评价的指标，但在进行污染监测时，最适合在春季进行，并最好选择优势类群——线虫作为主要指标。蚯蚓体内的重金属含量可以作为重金属污染程度的主要指标。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1土壤动物研究概况

1.1研究历程

1.2国外研究现状

1.2.1全球变化的土壤动物响应研究

1.2.2重金属污染对土壤动物的影响研究

1.2.3土壤动物生态功能研究

1.2.4土壤动物之间及土壤动物与其它生物的关系研究

1.3国内研究现状

1.3.1完成三大气候带土壤动物区系的本底调查

1.3.2土壤动物多样性研究

1.3.3土壤动物群落结构的研究

1.3.4土壤污染对土壤动物的影响研究

1.3.5土壤动物在生态系统物质循环和能量流动中的作用研究

1.4发展趋势及本文的立论依据

1.4.1发展趋势

1.4.2本文的选题依据及意义

2研究区域概况

2.1自然条件

2.2化肥河概况

2.3污灌历史及主要污染事件

3研究方法

3.1样地设置与采样方法

3.1.1样地设置

3.1.2采样方法

3.2土壤动物分离与鉴定方法

3.3土壤理化性质及重金属含量分析方法

3.4土壤动物体内重金属元素含量分析方法

3.5数据处理方法

3.5.1土壤动物数量的统计方法

3.5.2土壤动物类群特征分析方法

3.5.3土壤重金属污染评价方法

3.5.4动物体内污染物富集系数的计算方法

4结果与讨论

4.1土壤动物生存环境状况分析

4.1.1土壤主要理化性质分析

4.1.2土壤重金属污染现状评价

4.2土壤动物类群和数量特征

4.3土壤动物与土壤理化性质的关系

4.3.1土壤动物与土壤pH值的关系

4.3.2土壤动物与土壤有机质含量的关系

4.3.3土壤动物与土壤质地的关系

4.4土壤动物分布及其与土壤重金属污染的关系

4.4.1土壤动物的水平分布

4.4.2土壤动物的垂直分布

4.5土壤动物类群结构特征

4.5.1土壤动物类群特征指数分析

4.5.2土壤动物类群的相似性分析

4.6土壤动物类群特征指数与土壤重金属污染的相关分析

4.6.1类群特征指数与土壤重金属综合污染指数的关系

4.6.2类群特征指数与重金属含量的关系

4.7蚯蚓体内重金属含量与土壤重金属含量的关系

5结论与展望

参考文献

附表

致谢