重金属污染区土壤动物群落结构特征及其与重金属污染的相关性研究——以山西省临汾钢铁有限公司为例

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土壤动物是土壤生态系统的重要组成部分,在土壤的形成、发育、物理结构、化学性质等方面发挥着重要的作用。土壤动物还是反映环境质量变化的敏感指示物,它在优化土壤结构和检测环境污染等方面也起着重要作用。因此,对土壤动物的研究有着重要的意义和前景。   本文选取临汾市钢铁厂(以下简称“临钢”)周围的农田作为研究区域,进行实验分析,探讨土壤动物群落结构特征及其与土壤重金属污染的相关性研究。全文分为五个部分:   第一部分:主要介绍了土壤动物学的研究概况。包括土壤动物的简介、土壤动物的国内外研究动态、环境污染对土壤动物影响的研究动态,并由此引出开展本实验研究的重要意义。   第二部分:概括介绍了临汾市的自然概况、临钢的企业发展及现状,这是影响临钢周围农田土壤动物分布的重要环境因素。   第三部分:研究方法的介绍,包括野外采样调查方法和室内处理方法,这主要包括土壤动物的采集、分离、鉴定以及室内实验分析方法。   第四部分:数据处理方法的介绍。   第五部分:结果与分析。分为四个小部分:   (1)对土壤动物的生存环境进行调查分析,即土壤理化性质分析和土壤重金属污染状况评价。   (2)通过对土壤动物的鉴定及数量统计,分析研究了土壤动物的类群构成、种类组成和数量,并在此基础上,进一步研究了土壤动物的群落结构指数、生境分布系数,对土壤动物进行聚类及功能团划分。   (3)分析土壤动物与土壤理化性质之间的关系,文中提到的土壤理化性质主要包括土壤PH值、土壤有机质含量和土壤含水量。   (4)对土壤动物与土壤重金属污染之间的相关性进行了研究。主要包括土壤动物水平和垂直分布与土壤重金属污染的关系、土壤动物与土壤重金属含量的相关分析以及部分大型土壤动物对重金属的富集。   第六部分:结论与讨论。   通过实验研究,本文得到以下基本结论:   (1)临钢周围农田土壤呈现微碱性,土壤肥力中等,综合污染指数较大。东北方向农田的土壤均为中度污染。西南和正南方向的农田土壤污染较严重,各个样点基本均为重度污染。   (2)在临钢周围农田所取的28个样点中共获得土壤动物2348个,29类,隶属于4门11纲。优势类群是前气门亚目和等翅目,占总捕获量的49.55%,常见类群占到了45.11%。   临钢周围农田土壤动物的4个群落结构指数之间极显著相关(P<0.01)。多样性指数与均匀度指数、丰富度指数呈正相关,与优势度指数呈负相关。   临钢周围农田中等翅目(Isopt)和前气门亚目(Pro)等属于广性分布型;鞘翅目幼虫(Col幼)、弹尾目(Co)等为中性分布型;狭性分布型种类最多,是该地区土壤动物类群组成的基础。   聚类分析结果表明,东北和西南方向的土壤动物最接近,正南方向与其他三个方向相差最大。   临钢周围农田土壤动物的功能类群中,杂食性土壤动物所占的数量比例最大,其次是腐食性动物,植食性土壤动物的比例最小,只有8.25%。腐食性土壤动物涉及的种类最多,其次为捕食性土壤动物,植食性土壤动物和杂食性土壤动物的种类最少。   (3)临钢周围农田土壤动物的个体总数与土壤PH值、土壤有机质含量呈负相关,与土壤含水量呈正相关;土壤动物类群数与土壤PH值、土壤含水量星正相关,而与土壤有机质含量基本不相关。土壤动物与土壤理化性质的相关性不显著(P>0.05)。   (4)土壤动物个体数量和类群数量都与重金属综合污染指数呈现一定的负相关关系。   临钢周围土壤动物的垂直分布上,表聚性消弱,甚至出现逆分布现象。   土壤动物的个体总数和类群数与土壤中重金属Mn、Ni、Zn、Cu、Pb、Cr含量及综合污染指数的相关性不显著(P>0.05)。   蚯蚓和等足目与土壤中重金属含量及综合污染指数均呈负相关。其中,蚯蚓与土壤中重金属Zn和Cu含量极显著负相关(P<0.01),与Mn含量显著负相关(P<0.05)。等足目与土壤中重金属含量及综合污染指数的相关系数都比较大,但都不显著(P>0.05)。   前气门亚目、弹尾目与土壤中重金属含量及综合污染指数呈正相关。等翅目与土壤中重金属Mn、Zn、Cu含量呈不显著的正相关(P>0.05),而与Ni、Pb、Cr含量及综合污染指数呈负相关。鞘翅目与土壤中重金属Mn、Ni、Zn、Cu、Pb含量及综合污染指数呈不显著的负相关(P>0.05);而蜘蛛目则与之呈不显著的正相关(P>0.05)。   蚯蚓和等足目体内的重金属含量与土壤重金属含量呈极显著的正相关关系(P<0.01)。其中,蚯蚓与Mn和Cu的相关系数较高;等足目与Pb的相关系数最高,与Zn和Cu的相关系数次之。   蚯蚓对Ni富集,能吸收绝大部分的Mn、Cu,而对Pb、Cr、Zn的吸收极弱。等足目对Cu富集,对Mn、Pb、Zn、Ni和Cr吸收但不富集,且吸收较弱。
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