张淑花+周利军+郑丽颖+彭万臣

摘要：为了解除草剂对土壤生态系统的影响，对乙草胺、2，4-D-丁酯和噻吩磺隆3种除草剂推荐用药量影响下的农田生态系统的大型土壤动物进行调查，共获得大型土壤动物310头，隶属于2门4纲10目。群落结构分析显示除草剂影响并未造成大型土壤动物种类、数量和生物量的降低，多样性指数、均匀度指数和优势度指数也未表现出明显的变化;大型土壤动物群个体数和类群数在不同类型除草剂影响下未表现出显著差异，而其在不同月份之间的差异达到显著水平;垂直结构分析显示大型土壤动物在5～10 cm土层最多，表层较少，除草剂的施用没有导致土壤动物垂直结构发生明显的变化;大型土壤动物与环境因子之间的相关性不明显。

关键词：除草剂;低浓度;大型土壤动物;群落结构;农田生态系统

中图分类号：S451.1;S154.5        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）20-4856-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.023

The Impacts of Low Concentration Herbicides on Soil Macro-fauna in Field Ecosystem

ZHANG Shu-hua， ZHOU Li-jun， ZHENG Li-ying， PENG Wan-chen

（College of Agricultural and Hydraulic Engineering， Suihua University， Suihua 152061， Heilongjiang，China）

Abstracts： Structures of soil macro-fauna communities in field ecosystem were analyzed based on the effects of exerting acetochlor， 2，4 drops butyl and thifensulfuron-methyl to study the influence of herbicide on soil ecosystem. A total of 310 soil macro-fauna belonging to 2 phylums， 4 classes and 10 orders were collected. The analysis of community structure showed that the low concentration of herbicide effect didn't lead to the reduce of macro-fauna species ，individual number and biomass. The indices of diversity， evenness and dominance did not show obvious change between the samples under the effect of herbicides and not. One way ANOVA analysis showed there was no significant difference in different herbicide effects on the individuals and groups of macro-fauna while the difference of them in every months was very significant. Vertical structure analysis of macro-fauna showed that it was most in the layer of 5～10 cm and the surface layer was less. It had no obvious changes in vertical structure of soil macro-animals under the effects of herbicide. The correlation between soil macro-fauna and the environment factors was not significant.

Key words： herbicide; low concentration; soil macro-fauna; community structure; field ecosystem

农药施用是现代农业生态系统管理的措施，各种化学农药被广泛地应用到农业生产过程中，对农业生产水平的提高起到了重要的作用。农药的施用在为人类带来巨大利益的同时，也带来了潜在的生态安全和健康风险等问题，包括农药的土壤残留、对食品安全和人类健康的影响、对生物多样性和生态系统的影响等[1]。除草剂是目前使用量最大的农药，其使用量已经相当于其他类型农药（杀虫剂、杀菌剂）的总和，约占化学农药用量的50%左右，而且还有不断上升的趋势。施用的除草剂绝大部分归宿到土壤中，从而对土壤生态系统中的物质转化产生一定的影响[2]。

土壤动物是指一生或生命过程中有一段时间在土壤中度过，而且对土壤产生影响的动物[3]。在陆地生态系统中土壤动物是不可缺少的重要组成部分，是生态系统中重要的消费者和分解者，其生存、取食活动对土壤有机质的形成、土壤结构及土壤理化性质的变化有一定的影响。土壤动物作为土壤有机质层重要的生物活性显示指标，是反映土壤污染状况的敏感指示生物[4]，在土壤生态系统中起着不可替代的特殊作用。在农药对土壤动物影响方面，有学者关注于有机磷农药对土壤动物多样性及生理特征影响[5-8]，近年也有研究者开始关注除草剂对土壤动物群落的影响[9-11]，但多数研究是除草剂大剂量施用的室内模拟，研究对象也大多数集中于中小型土壤动物[12]。本研究选择3种不同类型除草剂进行推荐用量田间喷施，对大型土壤动物进行调查分析，为评价除草剂的安全性及合理使用除草剂提供理论依据。

1  材料方法

1.1  试验材料

除草剂：乙草胺，有效成分含量57%，乳油型，济南天邦化工有限公司生产;2，4-D-丁酯：有效成分含量900 g/L，乳油型，济南天邦化工有限公司生产;噻吩磺隆，有效成分含量15%，可湿性粉剂，江苏富田农化有限公司生产。

土壤情况：取土样回室内进行分析土壤情况，主要有土壤含水量、pH、有机质、全氮、速效磷和速效钾等。土壤样品分析结果见表1。土壤含水量测定采用烘干法;pH测定采用pH计测定;有机质测定采用重铬酸钾-硫酸氧化法;全氮测定采用凯氏定氮法;速效磷测定采用浸提-钼锑抗比色法;速效钾的测定采用NH4OAc浸提-火焰光度法进行分析。

1.2  试验方法

1.2.1  染毒处理  采用野外定点试验方法进行除草剂的喷施试验。分别于2011年5月、7月和9月3次在哈尔滨市松北区试验样地进行了除草剂喷施及土壤动物采集工作，试验样地内正常耕作，作物类型为玉米，在管理过程中不施加试验以外的化学药品。相邻处理样地间留0.5 m空地作为间隔带，除草剂贴地面喷施，选择无风晴天进行，喷施剂量参考说明中的推荐用量。

1.2.2  土壤动物取样  3次取样时间均在喷施除草剂后5 d，每个处理取样方4处，每处取样面积均为50 cm×50 cm，分别对0～5，5～10，10～15 cm土层进行取样，手捡法分离大型土壤动物。将分离出的土壤动物用分析天平测定每种动物的湿重作为生物量，用75%的酒精固定，进行分类鉴定与数量统计，土壤动物分类鉴定参考文献[13]，大多数土壤动物鉴定到科，少数种类鉴定到目。

1.2.3  试验数据分析  对各类群数量等级划分按照傅必谦等[14]的划分标准，即占群落总数量10.0%以上为优势类群，1.0%～10.0%为常见类群，不足1.0%者为稀有类群。对土壤动物群落特征指数进行分析。

Shannon-Wiener多样性指数：H′=-∑PilnPi，式中Pi=ni/N，ni为第i类群的个体数，N为群落中所有类群的个体总数。

Pielou均匀度指数：E=H′/lnS，式中H′为Shannon-Wiener多样性指数，S为类群数。

Simpson优势度指数：C=∑（ni/N）2，式中ni为第i类群的个体数，N为群落中所有类群的个体总数。

相关系数采用Pearson相关分析，使用双尾检验（2-tailed）其相关显著性，数据处理和统计分析主要应用SPSS和Excel软件协助进行。

2  结果与分析

2.1  除草剂对大型土壤动物种类和数量的影响

试验调查共获得大型土壤动物310头，隶属于环节动物门和节肢动物门2门4纲10目（表2）。其中优势类群为蚁科（Formicidae）和线蚓科（Enchytraeidae），分别占总个体数量的45.16%和23.55%，常见类群包括地蜈蚣目（Geophilomorpha）、虎甲科（Cicindelidae）等8个类群，共占总个体数的24.90%，稀有类群包括有蚁甲科（Pselaphidae）、长足虻科（Dolichopodidae）等16个类群，占总个体数的8.39%。

从表2可见，3种除草剂的施用，没有造成大型土壤动物个体数和类群数明显减少，对照样地获得的土壤动物总共80头，乙草胺、2，4-D-丁酯和噻吩磺隆3种除草剂处理的土壤动物个体数量分别为84、92、134头，多于对照样地的个体数量;对照样地的总类群数为12个，而3种除草剂施用样地类群数分别为16、15、17个，与已有的除草剂导致土壤动物种类和数量减少的研究结果不一致[10，11， 15]，可能是除草剂喷施浓度偏低，未对大型动物造成明显影响。相似的试验表明，对于中小型土壤动物的影响要比大型土壤动物明显[12]，可能是因为大型土壤动物对除草剂的耐受性更强，低剂量的除草剂不会对其个体数量和类群数产生影响。对不同除草剂样地同一时间的土壤动物个体数和类群数进行方差分析，结果显示差异性不显著（F=0.495，P=0.696;F=0.239，P=0.867），说明低剂量的不同除草剂对大型土壤动物个体数和类群数影响没有达到显著差异水平。

2.2  除草剂对大型土壤动物群落特征指数的影响

大型土壤动物群落特征分析结果（表3）表明，对照样地与喷施除草剂样地之间群落多样性、均匀度及优势度无显著性差异（F=0.244，P=0.863;F=2.509，P=0.133;F=0.460，P=0.718），这与个体数和类群数在不同处理样地的表现相符。

分析不同取样时间个体数量和类群数特征（表3），各处理方式5月的个体数量和类群数均较高，7月和9月偏低，对不同时间土壤动物群落特征指数进行方差分析，结果表明，不同月份土壤动物个体数和类群数及多样性指数差异显著（F=6.395，P=0.019;F=10.360，P=0.005;F=6.739，P=0.016），这说明季节对于土壤动物个体数和类群数及多样性指数具有明显的影响，而均匀度和优势度指数在不同取样时间差异不显著（F=0.047，P=0.954;F=3.177，P=0.090）。

2.3  除草剂对大型土壤动物生物量的影响

对大型土壤动物生物量进行统计分析，结果见图1。对照样地的大型土壤动物生物量明显比喷施除草剂样地的要高，主要是由于5月在对照样地获得一个体较大的土壤动物导致生物量偏高，去除此因素，方差分析显示不同月份大型土壤动物的生物量差异不显著（F=1.029，P=0.376）。

2.4  除草剂对大型土壤动物垂直分布的影响

对调查的土壤动物个体数量和类群进行土壤垂直分布分析，结果见表4。由表4可见，在对照样地和乙草胺、噻吩磺隆样地，大型土壤动物个体数量表现出5～10 cm层多、0～5 cm少的现象，2，4-D-丁酯样地表层土壤动物数量最多，5～10 cm层少;类群数量在对照样地和2，4-D-丁酯处理样地表层最多，而乙草胺和噻吩磺隆处理样地表层类群数少。

可以看出农田生态系统大型土壤动物在垂直方向上并没有表聚性，这与表层经常受到干扰有一定的关系;除草剂的施用未使土壤动物个体数和类群数的垂直结构发生明显变化，不同除草剂之间也未表现出明显差异性（个体数量F=0.765，P=0.545;类群数F=1.757，P=0.233）。

2.5  大型土壤动物与环境因子关系分析

对不同样地大型土壤动物个体数、类群数及生物量与环境因子进行相关性分析，结果显示个体数与土壤pH和速效磷具有显著相关性（r=0.679，P=0.015;r=0.577，P=0.050），与其他环境因子之间无显著相关性;而类群数仅与速效磷之间具有一定相关性（r=0.666，P=0.018），与其他环境因子的相关性不明显;生物量与所分析的环境因子之间均未表现出具有相关性，这与前人关于土壤动物与环境关系的研究结果有所不同[16]。

3  小结与讨论

选择3种不同类型除草剂以低浓度喷施，调查其对大型土壤动物的影响，调查共获得大型土壤动物310头，隶属于环节动物门和节肢动物门2门4纲10目，其中优势类群为蚁科和线蚓科，分别占总个体数的45.16%和23.55%，常见类群包括地蜈蚣目、虎甲科等8个类群，共占总个体数的24.90%，稀有类群包括有蚁甲科、长足虻科等16个类群，占总个体数的8.39%。

除草剂的施用并未造成大型土壤动物种类、个体和生物量的降低，多样性指数、均匀度指数和优势度指数也未发生明显的变化，方差分析显示大型土壤动物个体数和类群数在不同除草剂影响下差异不显著，而在不同时间之间却存在显著性差异，说明季节是影响大型土壤动物群落的主要因素;垂直结构分析显示不论是对照样地还是除草剂影响样地，个体数和类群数多是在5～10 cm层最多，表层最少，这与一般土壤动物垂直分布呈现的表聚性特征不同[17]，大型土壤动物个体和类群与环境因子之间也未表现出明显的相关特征，原因可能是由于取样时对环境产生了一定的干扰，且取样间隔较短，使得土壤动物对环境的指示作用不明显。

除草剂对土壤动物影响不大，主要是由于本研究采用的除草剂喷施剂量相对较低，而且选择大型土壤动物为调查对象，其对农药的耐受相对较强，使得除草剂的影响不显著，与中小型土壤动物相比，大型土壤动物世代周期较长，更新较慢，这可能也是导致对除草剂不敏感的原因。由于试验样地面积的限制，使得在取样作业时对调查样地土壤环境产生较大干扰，可能会对下次取样时的动物群落造成一定影响，但因为除草剂是在每次取样前进行了喷施，对每个样地的影响也基本相同，因此调查结果能够反映出除草剂对大型土壤动物的影响。对于仅有除草剂而无其他干扰因素影响时大型土壤动物的情况，有待于进一步研究。

参考文献：

[1] 黄顶成，尤民生，侯有明，等.化学除草剂对农田生物群落的影响[J].生态学报.2005，25（6）：1451-1458.

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[3] 尹文英.土壤动物学研究的回顾与展望[J].生物学通报，2001， 36（8）：1-3.

[4] 邬天媛，史玉菲，张雪萍.我国土壤动物污染生态学研究进展[J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报，2011（3）：89-94.

[5] 王振中，张友梅，李忠武，等.有机磷农药对土壤动物毒性的影响研究[J].应用生态学报，2002（12）：1663-1666.

[6] 李忠武，王振中，邢协加，等.有机磷农药污染对金龟子幼虫呼吸强度的影响[J].中国环境科学，1998（4）：77-80.

[7] 李忠武，王振中，邢协加，等.农药污染对土壤动物群落影响的实验研究[J].环境科学研究，1999（1）：52-56.

[8] 孙仕仙，陶  瑞，张庆蛟，等.乐果和杀虫双污染对蚯蚓体内蛋白质含量的影响[J].江西农业大学学报，2012（2）：298-303.

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[10] 翁春宝，郑荣泉，潘晓琰.除草剂盖草能对农田土壤动物多样性的影响[J].浙江农业科学，2007（4），446-449.

[11] 郑荣泉，李迪艳，孔军苗.克无踪除草剂对农田生态系统土壤动物的影响[J].动物学杂志，2005，40（2）：60-65.

[12] 张淑花，高梅香，张雪萍，等.除草剂对农田中小型土壤动物群落结构的影响[J].河南农业科学，2012，41（10）：70-73.

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[16] 王  移，卫  伟，杨兴中，等.我国土壤动物与土壤环境要素相互关系研究进展[J].应用生态学报，2010（9）：2441-2448.

[17] 葛宝明，孔军苗，程宏毅，等.不同利用方式土地秋季大型土壤动物群落结构[J].动物学研究，2005（3）：272-278.

对调查的土壤动物个体数量和类群进行土壤垂直分布分析，结果见表4。由表4可见，在对照样地和乙草胺、噻吩磺隆样地，大型土壤动物个体数量表现出5～10 cm层多、0～5 cm少的现象，2，4-D-丁酯样地表层土壤动物数量最多，5～10 cm层少;类群数量在对照样地和2，4-D-丁酯处理样地表层最多，而乙草胺和噻吩磺隆处理样地表层类群数少。

可以看出农田生态系统大型土壤动物在垂直方向上并没有表聚性，这与表层经常受到干扰有一定的关系;除草剂的施用未使土壤动物个体数和类群数的垂直结构发生明显变化，不同除草剂之间也未表现出明显差异性（个体数量F=0.765，P=0.545;类群数F=1.757，P=0.233）。

2.5  大型土壤动物与环境因子关系分析

对不同样地大型土壤动物个体数、类群数及生物量与环境因子进行相关性分析，结果显示个体数与土壤pH和速效磷具有显著相关性（r=0.679，P=0.015;r=0.577，P=0.050），与其他环境因子之间无显著相关性;而类群数仅与速效磷之间具有一定相关性（r=0.666，P=0.018），与其他环境因子的相关性不明显;生物量与所分析的环境因子之间均未表现出具有相关性，这与前人关于土壤动物与环境关系的研究结果有所不同[16]。

3  小结与讨论

选择3种不同类型除草剂以低浓度喷施，调查其对大型土壤动物的影响，调查共获得大型土壤动物310头，隶属于环节动物门和节肢动物门2门4纲10目，其中优势类群为蚁科和线蚓科，分别占总个体数的45.16%和23.55%，常见类群包括地蜈蚣目、虎甲科等8个类群，共占总个体数的24.90%，稀有类群包括有蚁甲科、长足虻科等16个类群，占总个体数的8.39%。

除草剂的施用并未造成大型土壤动物种类、个体和生物量的降低，多样性指数、均匀度指数和优势度指数也未发生明显的变化，方差分析显示大型土壤动物个体数和类群数在不同除草剂影响下差异不显著，而在不同时间之间却存在显著性差异，说明季节是影响大型土壤动物群落的主要因素;垂直结构分析显示不论是对照样地还是除草剂影响样地，个体数和类群数多是在5～10 cm层最多，表层最少，这与一般土壤动物垂直分布呈现的表聚性特征不同[17]，大型土壤动物个体和类群与环境因子之间也未表现出明显的相关特征，原因可能是由于取样时对环境产生了一定的干扰，且取样间隔较短，使得土壤动物对环境的指示作用不明显。

除草剂对土壤动物影响不大，主要是由于本研究采用的除草剂喷施剂量相对较低，而且选择大型土壤动物为调查对象，其对农药的耐受相对较强，使得除草剂的影响不显著，与中小型土壤动物相比，大型土壤动物世代周期较长，更新较慢，这可能也是导致对除草剂不敏感的原因。由于试验样地面积的限制，使得在取样作业时对调查样地土壤环境产生较大干扰，可能会对下次取样时的动物群落造成一定影响，但因为除草剂是在每次取样前进行了喷施，对每个样地的影响也基本相同，因此调查结果能够反映出除草剂对大型土壤动物的影响。对于仅有除草剂而无其他干扰因素影响时大型土壤动物的情况，有待于进一步研究。

参考文献：

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[7] 李忠武，王振中，邢协加，等.农药污染对土壤动物群落影响的实验研究[J].环境科学研究，1999（1）：52-56.

[8] 孙仕仙，陶  瑞，张庆蛟，等.乐果和杀虫双污染对蚯蚓体内蛋白质含量的影响[J].江西农业大学学报，2012（2）：298-303.

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[10] 翁春宝，郑荣泉，潘晓琰.除草剂盖草能对农田土壤动物多样性的影响[J].浙江农业科学，2007（4），446-449.

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[16] 王  移，卫  伟，杨兴中，等.我国土壤动物与土壤环境要素相互关系研究进展[J].应用生态学报，2010（9）：2441-2448.

[17] 葛宝明，孔军苗，程宏毅，等.不同利用方式土地秋季大型土壤动物群落结构[J].动物学研究，2005（3）：272-278.

对调查的土壤动物个体数量和类群进行土壤垂直分布分析，结果见表4。由表4可见，在对照样地和乙草胺、噻吩磺隆样地，大型土壤动物个体数量表现出5～10 cm层多、0～5 cm少的现象，2，4-D-丁酯样地表层土壤动物数量最多，5～10 cm层少;类群数量在对照样地和2，4-D-丁酯处理样地表层最多，而乙草胺和噻吩磺隆处理样地表层类群数少。

可以看出农田生态系统大型土壤动物在垂直方向上并没有表聚性，这与表层经常受到干扰有一定的关系;除草剂的施用未使土壤动物个体数和类群数的垂直结构发生明显变化，不同除草剂之间也未表现出明显差异性（个体数量F=0.765，P=0.545;类群数F=1.757，P=0.233）。

2.5  大型土壤动物与环境因子关系分析

对不同样地大型土壤动物个体数、类群数及生物量与环境因子进行相关性分析，结果显示个体数与土壤pH和速效磷具有显著相关性（r=0.679，P=0.015;r=0.577，P=0.050），与其他环境因子之间无显著相关性;而类群数仅与速效磷之间具有一定相关性（r=0.666，P=0.018），与其他环境因子的相关性不明显;生物量与所分析的环境因子之间均未表现出具有相关性，这与前人关于土壤动物与环境关系的研究结果有所不同[16]。

3  小结与讨论

选择3种不同类型除草剂以低浓度喷施，调查其对大型土壤动物的影响，调查共获得大型土壤动物310头，隶属于环节动物门和节肢动物门2门4纲10目，其中优势类群为蚁科和线蚓科，分别占总个体数的45.16%和23.55%，常见类群包括地蜈蚣目、虎甲科等8个类群，共占总个体数的24.90%，稀有类群包括有蚁甲科、长足虻科等16个类群，占总个体数的8.39%。

除草剂的施用并未造成大型土壤动物种类、个体和生物量的降低，多样性指数、均匀度指数和优势度指数也未发生明显的变化，方差分析显示大型土壤动物个体数和类群数在不同除草剂影响下差异不显著，而在不同时间之间却存在显著性差异，说明季节是影响大型土壤动物群落的主要因素;垂直结构分析显示不论是对照样地还是除草剂影响样地，个体数和类群数多是在5～10 cm层最多，表层最少，这与一般土壤动物垂直分布呈现的表聚性特征不同[17]，大型土壤动物个体和类群与环境因子之间也未表现出明显的相关特征，原因可能是由于取样时对环境产生了一定的干扰，且取样间隔较短，使得土壤动物对环境的指示作用不明显。

除草剂对土壤动物影响不大，主要是由于本研究采用的除草剂喷施剂量相对较低，而且选择大型土壤动物为调查对象，其对农药的耐受相对较强，使得除草剂的影响不显著，与中小型土壤动物相比，大型土壤动物世代周期较长，更新较慢，这可能也是导致对除草剂不敏感的原因。由于试验样地面积的限制，使得在取样作业时对调查样地土壤环境产生较大干扰，可能会对下次取样时的动物群落造成一定影响，但因为除草剂是在每次取样前进行了喷施，对每个样地的影响也基本相同，因此调查结果能够反映出除草剂对大型土壤动物的影响。对于仅有除草剂而无其他干扰因素影响时大型土壤动物的情况，有待于进一步研究。

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