延吉城市綠地節肢動物群落特征及其環境影響因子研究

淮露梅，欒 濤，裴洪淑

(延邊大學 地理與海洋科學學院，吉林 延吉 133002)

城市綠地作為城市生態系統生物多樣性的重要載體，具有多種綠地類型和較強的空間異質性[1-3]，在城市景觀中占據重要位置，具有市內水質凈化、調節生物多樣性及改善城市小氣候等作用[4-5]。節肢動物作為城市綠地生態系統的重要組成部分，在維持綠地生態系統功能、改變土壤理化性質以及物質循環和能量流動中發揮著重要作用。節肢動物作為土壤動物中最大的組成成分，是最活躍和物種最豐富的類群，它們依賴地表植被和土壤作為生長發育的食物資源和棲息、躲避天敵的理想場所，對外界的任何擾動極為敏感[6]。

近年來，有關城市綠地中節肢動物群落多樣性的報道較多，有研究表明，隨著城市化進程的加快，城市及郊區土地利用類型發生改變，導致節肢動物生境及其群落發生變化[7-9]，同時，也導致了節肢動物繁殖環境和食物來源改變，并嚴重影響了它的種類、數量和分布[10]，因此，研究并掌握城市綠地節肢動物群落的動態變化特征已是當務之急。高磊等[11]研究上海市4種不同綠地類型節肢動物的群落時發現，害蟲亞群落的多樣性低于天敵亞群落，姜文虎等的研究表明，植物類型、人為干擾極易影響城市公園綠地節肢動物群落穩定性[12]，還有其他學者表明，與森林、草原等生態系統相比，城市綠地生態系統中節肢動物更容易受人為因素的影響[13-14]。作為正處于城市化進程發展關鍵時期的延吉市，隨著土地利用方式的改變，城市綠地植被面積不斷擴大[15]，為使城市化進程能更高效的發展，該文以延吉市為研究對象，調查了延吉市4種不同植被類型人工綠地、3種不同植被類型天然綠地，分析不同類型綠地節肢動物物種、功能團組成、群落多樣性差異以及土壤理化性質的影響，深入了解節肢動物對綠地環境因子的響應機制，以期掌握城市綠地中節肢動物的動態變化規律，為進一步研究害蟲防治與城市綠地建設提供科學參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

延吉市是延邊朝鮮族自治州首府(129°01′～129°48′E，42°50′～43°23′N)，是吉林省東部最大的工業中心和商貿中心，是中等規模的城市。隨著城市化的發展，從1980—2018年，延吉市城區面積由15.00 km2增加到40.66 km2，城區人口數由13.27萬人增加到46.65萬人，人口密度增加了54.54%。據統計，綠地面積也由2000年的8.90 km2增加至2018年的13.87 km2[16]。

延吉市由于受日本海的影響較大，該地區屬于中溫帶大陸性季風氣候，氣候溫和、降水充沛，年平均氣溫為5.6 ℃，最熱的8月平均氣溫為25.9 ℃，最冷的1月平均氣溫為-17.4 ℃，無霜期為126～156 d。該地區降雨量在時間和空間上分布不均勻，降雨主要集中在夏季，可達全年總降水量的一半以上，并且由東南到西北逐漸減少，冬季降雨量最少，春季與秋季年均降雨量相差不大[17]，年均降水量為400～800 mm。

1.2 樣地選取及樣品采集

該研究于2018年6-10月在延吉市具有代表性的人工綠地及天然綠地中進行采樣，每7 d采集1次。

1) 人工綠地選?。翰荼揪G地，草本+灌叢綠地，草本+灌叢+喬木綠地，草本+喬木綠地4種植被組合類型；天然綠地在未被修整或移植過的綠地中選擇草本綠地，草本+灌叢+喬木綠地，草本+喬木綠地3種植被組合類型，樣地間隔≥50 m，每種類型綠地選取3組重復樣地。

2) 樣品采集：每一樣地設置4個2 m×2 m的樣方，樣方四角放置采樣杯，采用巴氏罐誘法，用重量比為2∶1∶1∶20的醋、糖、酒精和水混合為引誘劑，倒入塑料杯中(每個塑料杯中的引誘劑為40～60 mL)，誘捕地表節肢動物。將采到的節肢動物放入濃度≥78%的酒精中保存，附上采集標簽，帶回實驗室清理，按照《中國土壤動物檢索圖鑒》[18]、《昆蟲分類檢索》[19]等資料進行辨認，一般鑒定到科，對于物種名不明確的物種，該文命名為不明科sp.。

對于土壤樣品收集方法，該研究采用環刀法取容重，測定土壤含水量，取每個樣方的四角和樣方對角線交叉點的土壤，并保證各采樣點相同深度(0～5 cm)和質量(100 g)，混合均勻取500 g左右，經陰干、研磨、過篩后，測定土壤pH值、有機質、總氮、總磷、總鉀、速效氮、速效磷、速效鉀。

1.3 數據處理與分析

該研究采用以下幾個常見公式描述地表節肢動物多樣性[20-22]：

1) Berger-Parker優勢度

D=Nmax/N

2) 物種豐富度指數

S=H1

3) 多樣性指數，選用Shannon-Wiener指數

4) 均勻度指數(Pielou均勻度指數)

J=H/lnS

5) 優勢度指數(Simpson生態優勢度指數)

式中,Ni為群落中某物種個體數，Nmax為群落中數量最優勢的個體數量，N為收集到動物總個體數，Pi為Ni/N,H1為群落中的總物種數。

運用Canoco5.0軟件，分析土壤環境因子與地表節肢動物群落結構及多樣性的顯著關系；并運用SPSS18.0軟件，對各樣地節肢動物多樣性進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同類型綠地地表節肢動物群落組成

該研究共收集地表節肢動物36 234個，隸屬3綱22目73科(表1)。

表1 地表節肢動物群落組成及總個體數Table 1 Community composition and total number of arthropods on the surface

續表1 地表節肢動物群落組成及總個體數 Continue to table 1 Community composition and total number of arthropods on the surface

總體上，數量較多的為彈尾目(Collembola)(45.67%)、膜翅目(Hymenoptera)(26.00%)以及雙翅目(Diptera)(14.75%)。從綠地植被類型來看，采集到的地表節肢動物個體數最多的是草+喬木型人工綠地和同組合型天然綠地，采集到的地表節肢動物個體數最少的是草+灌+喬木型人工綠地和同組合型天然綠地。

從天然綠地采集到的地表節肢動物分屬58科，依據優勢度指數分析，長角跳蟲科(60.63%)、蟻科(12.44%)、果蠅科(10.02%)等為主要類群，逍遙蛛科、鍬甲科、天?？?、蠟蟬科、瓢蟲科、雙尾蟲科、擬平腹蛛科、金龜甲科僅在天然綠地植被群落中被收集到。

從人工綠地采集到的地表節肢動物分屬65科，其中，蟻科(35.45%)、長角跳蟲科(34.79%)等為優勢類群，獵蝽科、球螋科、盜蛛科、長腳蛛科、逸蛛科、虻科、蟻蛉科、葉蜂科、泥蜂科、毛蚊科、虎甲科等，僅在人工綠地中被收集。

在各樣地采集到的地表節肢動物的科數統計結果如圖1所示。1) 從人工綠地與天然綠地看，同一植被類型綠地中節肢動物的科數，人工綠地基本上多于天然綠地;2) 從植被組合類型來看，地表節肢動物的科數呈現出草本綠地>草+喬綠地>草+灌+喬綠地>草+灌綠地的結果，且有灌叢的綠地中節肢動物科數最少。

2.2 不同類型綠地地表節肢動物群落指數特征

通過方差分析得出，7種綠地類型內的節肢動物群落間存在顯著差異(F=3.364,P=0.005)。依據α多樣性，計算了各樣地地表節肢動物群落的物種數S、物種多樣性指數H、均勻度指數J、優勢度指數D(表2)。從植被類型差異來看，草本綠地中節肢動物的豐富度指數S、多樣性指數H、優勢度指數D均高于草+喬綠地和草+灌+喬綠地；從人工綠地與天然綠地的指數特征來看，人工草本綠地與草+喬綠地中節肢動物豐富度指數S、優勢度指數D均高于天然綠地，在草+灌+喬綠地中地表節肢動物群落的S、H、J、D均呈現出天然>人工這一結果。此外，草+灌+喬植被類型、草+灌植被類型的節肢動物多樣性指數H均低于其他植被類型綠地。

表2 不同類型綠地地表節肢動物α多樣性Table 2 Diversity of surface arthropods α in different types of green land

2.3 不同類型綠地節肢動物功能團特征

該研究依據食性將節肢動物分為害蟲、天敵、中性3個功能團，統計結果顯示，人工綠地中，害蟲類功能團24科，天敵類功能團29科，中性類功能團12科。天然綠地中，害蟲類功能團26科，天敵類功能團24科，中性類功能團8科。

統計各功能團節肢動物科數，結果如圖2所示。從功能團的科數來看：1) 人工和天然草本綠地及人工草+喬綠地的害蟲科數都高于天敵科數；2) 人工草+灌綠地中天敵科數高于害蟲科數；3) 天然草+喬綠地、草+灌+喬綠地中害蟲科數與天敵科數大致相同，表明群落結構較穩定，這與節肢動物多樣性結果相同；4) 草本綠地的害蟲科數高于其他類型的綠地。

統計功能團的物種個體數,結果如圖3所示。由圖3可知：1) 地表節肢動物個體數最多的中性功能團為草+喬類型綠地；2) 各天然綠地和人工草+喬綠地中的害蟲個數均高于天敵個數，這與天然綠地物種科數差異相同；3) 人工草本綠地中害蟲少于天敵，人工草+灌+喬綠地害蟲數比天敵數多。

2.4 城市綠地地表節肢動物物種組成及群落多樣性與土壤因子關系

由于節肢動物對周圍環境具有較高的敏感性，且土地利用類型或植被類型的變化可以改變土壤理化性質。因此，該文運用Canoco 5.0生態環境分析軟件，通過冗余分析(RDA)土壤因子對地表節肢動物種類響應并進行排序，結果如圖4所示。由圖4可知，第1排序軸66.89%，第2排序軸29.43%，由圖中得出，排除無關變量(土壤全磷、速效磷、有機質、碳氮比、氮磷比)后，pH值、速效氮、全鉀、全氮、速效鉀、有機碳影響地表節肢動物群落組成，其中，土壤速效氮對不同樣地地表節肢動物種類解釋度達43.1%，經蒙特卡洛檢驗(P<0.01)，土壤速效氮與不同類型植被綠地的地表節肢動物群落結構顯著相關。

利用RDA分析土壤因子對節肢動物群落多樣性的響應關系并進行排序(圖5)，第1排序軸99.16%，第2排序軸0.83%，從排序結果圖得出，軟件去除無關變量后，地表節肢動物的物種α多樣性與全鉀、速效鉀、速效氮、全磷、速效磷、碳氮比具有相關性，其中，土壤全鉀和土壤速效鉀對群落α多樣性的解釋度分別為39.3%和31.1%，通過蒙特卡洛檢驗(P<0.01)，說明土壤全鉀和土壤速效鉀與不同類型植被綠地的地表節肢動物群落多樣性顯著相關，由圖分析可知，群落豐富度指數與全鉀呈負相關，與速效鉀呈正相關，而多樣性指數、均勻度指數、優勢度與全鉀正相關，與速效鉀負相關。

3 討論與結論

隨著城市化進程的加快，城市范圍不斷擴張，不同類型綠地植被和土壤理化性質的變化對地表節肢動物群落的組成和多樣性特征產生明顯影響，這與以往研究結果一致[8,23-25]。該研究在不同綠地類型中所采集到的地表節肢動物的主要群落依次是彈尾目、膜翅目、雙翅目、甲螨目、蜘蛛目、鞘翅目、同翅目、直翅目、半翅目。主要害蟲有果蠅科、甲瞞科、蚜蟲科等；主要天敵有平腹蛛科、食蚜蠅科、寄蠅科、步甲科等。延吉市城市綠地害蟲主要屬于刺吸類害蟲，其實際危害程度遠不及蛀干和食葉害蟲,但有研究表明，此類害蟲排泄物及分泌物經常導致植物霉污病的發生,嚴重影響葉片呼吸及植物生長[26-27],所以今后還需注重對刺吸類害蟲的預防及管理。

從植被類型上看，不同類型綠地地表節肢動物群落的科數不同，草本綠地多于喬木綠地、有灌叢的綠地最少，且有灌叢的植被組合類型最為穩定，是由于草本綠地與喬木綠地相比，草本植被較矮且密集，為地表節肢動物提供棲息地及食物來源，而灌叢抑制草本植物生長，也為地表節肢動物的捕食者提供隱蔽體?？傮w而言，植被分布類型不同和植被物種不同都會對地表節肢動物產生一定的影響[28]，因為節肢動物群落生活在植被群落中，而植被群落的組成不僅對植物物種產生影響，也在一定程度上改變了地表節肢動物群落的生活環境[29]，所以地表節肢動物群落的多樣性指數受植被分布類型影響較大。該研究還發現，草+喬綠地中害蟲和中性功能團的科數、個體數多于草本綠地和有灌叢的綠地，但在相同植被類型下，天然綠地與人工綠地差異不大，說明植被組合類型和人為活動都對節肢動物群落的影響較大[14]。其中，人工草本綠地的長角跳蟲科數量明顯低于其他綠地，這可能與人工綠地下人們的定期管理有關，且同一植被類型下，天然綠地長角跳蟲科的數量顯著高于人工綠地，多樣化的地表植被有利于提高土壤跳蟲的多樣性，這與何振等[30]的研究結果一致。此外，調查發現，8月有灌木植被的綠地，長角跳蟲科個體數驟增，存在單一物種爆發的潛力。

從影響城市綠地節肢動物群落結構的土壤因子來看，通過冗余分析發現，土壤速效氮為主要影響因子(P<0.01)，土壤節肢動物群落多樣性指數與土壤總鉀、速效鉀相關(P<0.01)。因此，可通過調整城市綠地植被類型，增減綠地中土壤速效氮、總氮、速效鉀等含量，從而調節節肢動物的生存環境，減少病蟲害的爆發[31]。

綜上所述，不同城市綠地類型地表節肢動物在物種組成、多樣性特征方面有明顯不同，但關于節肢動物對綠地環境因子的響應還有許多空白。在今后的研究中，還需要加強對節肢動物與城市綠地環境相關性的研究，深入了解節肢動物與城市綠地環境的互相反饋機制，掌握其發展動態規律，解決綠地蟲害問題，為城市生態系統的管理以及可持續發展提供科學依據。