不同的土地利用系统对土壤理化性质的影响,大型生物丰度在喀麦隆的潮湿的热带地区

文摘

不同的土地利用系统的影响在一些土壤理化性质和大型生物丰度在潮湿的热带地区的喀麦隆进行了研究。土地利用类型包括次生林(SF)、油棕种植园(PP),香蕉种植园(BP),甘蔗种植园(SP)和橡胶种植园(RP)。土壤粒度分布、体积密度(BD)、pH值、有机质(OM)和大型生物的数量进行评估。结果表明,OM的科幻和大型生物的数量是高于其他土地利用类型。皮尔森相关分析进行确定OM和双相障碍之间的关系表明,OM和BD显著负相关,相关系数0.9653−。它还表现出强烈的BD和蚂蚁群体之间显著负相关(r=−0.8828)之间,土壤pH值和蚯蚓的数量(r=−0.9072)。根据结果,科幻小说产生更多的有机物质和更高的大型生物的数量。然而,其他土地使用的OM并不低;因此,它可能是有益的植物残体重返现场对维持土壤质量。

1。介绍

环境恶化造成的不适当的土地利用是一个全球问题,吸引了关注可持续的农业生产系统(1]。土壤的生产力和可持续性取决于动态平衡在其物理、化学和生物性质(2]。这些属性不断受土地利用的影响。根据迪et al。3)、农业管理实践可以在很大程度上影响土壤的质量进而本质上是与农业生态系统的可持续性的功能和效率。因此,成功的农业需要土壤资源的可持续利用很容易失去其质量和数量在一个短的时间内(4]。土壤健康维护是至关重要的持续粮食生产率、废物的分解,储存的热量,碳封存,气体的交换。自1945年以来,据估计,世界上38%的耕地已经退化。每年,大约240亿吨的表层土。这相当于约960万公顷的土地。因此,土壤退化和/或土壤质量的变化而导致的风和水侵蚀、盐碱化、有机物和营养物质的损失,或土壤压实的关注在世界上每一个农业地区5]。试图扭转这一趋势,土壤质量下降,最近的研究集中在确定合适的土壤管理措施。然而,不能直接测量土壤质量和土壤质量信息通常是推导出从观察到的或模拟土壤物理、化学或生物属性(6,7]。农业生产的上下文中,Karlen et al。8)由于高土壤质量相当于长期高生产力和土壤系统弹性没有显著或环境恶化3]。拉尔森和皮尔斯(9)概述了五个土壤功能,可以作为判断土壤质量标准:持有和释放水,植物,河流,和底土;吸收和释放营养和其他化学物质;促进和维持根系生长;应对管理和抵抗退化;和保持合适的土壤生物的栖息地。

大型生物土壤和水面垃圾中找到已知发挥核心作用在土壤养分循环等过程有机物分解,和改进的物理属性,如聚合、水和孔隙度、渗透(10,11]。这些小生物,昆虫和其他无脊椎动物等发挥了重要作用在生产和维护健康的土壤,因此是关键元素在可持续农业和林业的发展12]。

人类活动频繁造成的土壤退化环境导致动物和植物群落的数量减少,物种能承受压力支配和稀有类群丰度降低或消失13]。连续培养,一般许多土壤的物理性质和生产力下降由于有机质含量和土壤pH值下降(14]。土壤特性的变化引起的种植土壤生产力和管理及其后果已经产生了巨大的研究关注多年(15]。信息的影响,土地管理对土壤理化性质和土壤无脊椎动物社区不同土地利用下系统在潮湿的热带地区的喀麦隆是稀疏的,因此很难推荐或者采取适当的土壤保护和管理实践。因此,本研究的目的是评估土地利用对选定的土壤理化性质和大型生物丰度的影响。

2。材料和方法

2.1。研究网站和土壤

本研究的目的,五个不同的土地利用系统中选择Fako部门喀麦隆以密集的西南地区农业生产。这个地区的特点是两个主要的季节:雨季旱季从3月中旬到11月中旬,从11月中旬到3月中旬16]。它有一个温度介于20°C和28°C和年降雨量3000 - 5000毫米。该地区由起伏的高低与许多石块和碎石土地由于火山喷发。土地利用类型包括次生林(SF)、香蕉种植园(BP),油棕种植园(PP)和甘蔗种植园(SP),所有位于布埃亚细分和橡胶种植园(RP) Muyuka细分。的确切位置和土壤类型展示在表的字段1。英国石油(BP)的土壤,PP、SP和科幻小说属于Mussaka系列和RP Ekona系列。土壤在这些领域是在旧泥石流形成和成熟的粘土层。他们属于同一个连续,逐渐改变的属性(17]。

2.2。土地使用的描述

次生林油棕种植园包围,可可农场,和其他混合种植农场组成的大蕉,木薯,cocoyams。香蕉种植园属于喀麦隆发展公司(CDC),从2004年到2007年成立。几个农艺/农业就业实践,其中包括周期性的农用化学品的应用(确定杀虫剂,杀真菌剂,除莠剂,螺剂和不同种类的化肥和石灰),叶和抽油修剪以及下层木灌溉系统的使用。现场残留物(分之一叶,不成熟的水果,和叶)和采后残渣(penducles)只能在地里腐烂。油棕种植园也由疾病预防控制中心与油棕种植了自1985年以来。现场残留物(收获的叶子和男性花序)只能腐烂在农场。与香蕉种植园,在休闲农场6个月。甘蔗种植园属于小农农民和成立于1986年。农药是从未使用过,修剪叶子是唯一字段残留在农场。由疾控中心橡胶种植园种植,农场成立于1984年。 The only farm residues were litter falls.

2.3。土壤采样、处理和物理化学分析

土壤采样,在所有的站点选择上述作物种植为唯一作物在不同的土地利用系统。考虑的因素在选择这些网站都相同土地利用系统的土壤类型(火山土壤),也有类似的气候条件,在相同的成土因素和操作。

2.3.1。物理化学性质

2016年10月,原状土从每个土地利用收集的样本一式三份,每个领域深度在0 - 5厘米,5 - 10厘米,10 - 15厘米,100厘米,15 - 20厘米³汽缸容积密度的研究。土钻是用来收集研究复合土样的pH值,粒度分布,有机质含量。根据布莱克和崔西。哈吉(体积密度测定18]。0-20厘米土层的值从0 - 5 cm的均值,5 - 10厘米,10 - 15厘米,15 - 20厘米。有机质含量是由损失点火方法和每个样本的土壤粒度分布由吸管法根据啊,波特(19),土壤结构类。土壤pH值(1:2.5 w / v土壤/水比)决心用酸度计。

2.4。大型生物采样和数据收集

潮湿的森林区域有一个庞大而多样化的soil-associated动物群,强烈影响土壤性质和发展。无脊椎动物组成的数据在不同的土地利用系统收集地面和在土壤/垃圾。

2.4.1。地上的数据收集

十个不同位置随机选择在不同的网站,和全面净被用来收集生物(20.)发现低植被下土壤(约0.5米)发现主要的植被。扫净被低植被和生物捕获在网络被折叠阻止逃跑的扫净后立即席卷。捕获的不同种类的生物原位被数根据不同物种和记录字段手里的书。这个过程被重复三次在每个选定的位置。

2.4.2。垃圾/地下抽样和数据收集

这是由不同位置的随机选择不同的土地使用系统。一把砍刀用于到上表面的土壤面积30厘米×30厘米,2厘米的深度。大部分的耕作的土壤(连同窝)收集由手手套,然后放置在标签塑料袋。塑料袋的开口被用一根绳子把密封防止土壤生物逃跑。这个过程被重复十次。包含土壤的塑料袋被运送到了昆虫学的实验室/线虫学研究所的单位农业研究促进发展(IRAD)计数和分类的有机体。大型生物的样品取自同一取样土壤理化分析发生的地方。

2.4.3。计算的地下生物

每个复制的土壤/垃圾样品进行实验室分别提出了在一个塑料托盘。使用一个铁棒和触摸灯,土壤样本传播一个塑料托盘和生物发现被放置在小瓶的标签包含70%的酒精。每组的生物统计,然后分类至少门,类,和秩序,尽管一些家庭或物种水平分类。

2.5。统计分析

单向方差分析(方差分析)是用来比较不同的土地利用系统对土壤理化性质的影响。分离土壤属性的手段都使用了图基HSD测试( )。大型生物丰度之间的相关性和一些选定的土壤理化性质测定皮尔逊相关系数。统计分析,人民币5使用统计软件。

3所示。结果与讨论

3.1。物理化学性质不同的土地使用系统

3.1.1。粒度分布

沙子的内容记录在甘蔗种植园是在0-20 cm层最高,其次为油棕种植园的香蕉种植园,橡胶种植园,和次生林而发现泥沙含量最高的次生林其次是甘蔗种植园,橡胶种植园,香蕉种植园,然后棕榈种植园。一般来说,土壤粒径分布有显著差异在不同的土地利用系统的土壤质地油棕种植园分为粘土土壤,而香蕉种植园和橡胶种植园范围从粘土、粉质粘土土壤和甘蔗种植园和次生林范围从粉砂壤土粉砂质粘壤土土(表2)。

3.1.2。土壤pH值

土壤pH值变化从不同的土地利用系统(表4.90 - -5.682),香蕉种植园具有最高的土壤pH值和油棕最低。这可能归因于高pH值的香蕉种植园的周期性应用石灰(白云岩)。除了油棕种植园,观察无显著差异的土地利用系统。然而,油棕种植pH值在4.3到-6.5之间。有报道称,最合适的土壤质地对油棕种植园砂质粘土和粉质粘土21]。土壤小灵通可以分为强酸性土壤的油棕种植园,强酸性甘蔗种植园和次生林和中度酸性橡胶和香蕉种植园(22]。大多数的热带土壤是酸性的。酸性土壤pH值(< 5.5)普遍存在,尤其是在潮湿的地区;它们覆盖全世界30%的总土地面积和热带地区总面积的60% (23]。酸性土壤的农业解决方案因此石灰实现pH值的应用有利于大多数植物(5.5 - -7.5)。

3.1.3。土壤容重(BD)

的体积密度0-20厘米所有土地使用变化从0.91 - -1.21克/厘米³趋势的次生林<油棕种植园<香蕉种植园<橡胶种植园<甘蔗种植园的平均值0.91,1.06,1.13,1.16,和1.21克/厘米³,分别。结果表明,容重变化显著( )在土地利用系统(图1)之间除了甘蔗种植园和橡胶种植园和香蕉种植园和油棕种植园。最高的体积密度下土壤中发现了甘蔗种植橡胶和香蕉种植园紧随其后。相比之下,体积密度最低的是观察在随后的次生林的棕榈种植园。的高容重农田次生林相比可能由于耕地集约农业实践(24]。这也是符合的结果Oguike和Mbagwu14]。体积密度增加的耕地转换的森林是反映了土壤退化的程度,已被许多研究人员证明25]。高体积密度低的土壤孔隙度和土壤压实的一项指标。它可能导致限制根系生长和糟糕的空气和水的运动通过土壤26]。

3.1.4。土壤有机质(OM)

土壤有机质对所有土地利用类型0-20厘米深度范围从最低的橡胶种植园(14.32%),其次是甘蔗种植园(15.18%)、香蕉种植园(17.45%),和油棕种植园(18.10%)最高次生林(20.37%)。的高OM林地可能由于树叶,茎,叫,鲜花,日志,和水果。此外,微生物、动物和根为OM的增加(27]。有显著差异( )在OM内容之间的土地利用类型除了油棕和香蕉种植园和甘蔗和橡胶种植园(图之间的关系2)。OM含量高也记录在PP和英国石油公司可能会因此得到的丰富的植物残体,哪些是返回到土壤在这些环境中。萨利希et al。28)报道,树木对土壤性质的影响主要是由于发生的增加有机质和养分的释放。虽然土壤的OM内容在RP和SP低于科幻,PP、和英国石油,的值也高,因为这些植物的叶子窝是烂在地里。

3.2。生物分类收集

总数的1579年收集的生物个体的扫网(810人)和土壤/垃圾提取(769人)(图3)、二十一(21)物种识别/机密类或订单水平而三(03)不明(表3)。生物个体的总数是最高的森林和油棕种植园和最低的甘蔗种植园。对于不同的收集方法、数量最多的生物个体从soil-litter提取物在森林中被记录。从扫描网,最多的生物个体捕获来自棕榈种植园(PP)(图3)。这可能是由于植物资源的丰度和多样性的休耕油棕种植园。

物种的总数记录从不同的土地利用系统根据收集方法(图不同4)。从扫描网,最多的物种捕获来自甘蔗种植园(SP)和最低从森林(SF),而从soil-litter提取、最多的物种被从森林和最低甘蔗种植园。罗西和Blanchart11]提到,热带雨林有更高的密度比耕地土壤大型生物。这么高的林地土壤大型生物的数量可能会由于其有机物含量高。这个论点加强大兴安岭的事实有一个更大的多样性和可用性食品基质的土壤动物,受高骑自行车在森林里的叶子和树枝垃圾(29日]。根据中选拔苗子(30.),工厂直接影响土壤生物通过生成输入上面的有机物和地下的生理效应和间接阴影,土壤保护,并通过根吸收水分和养分。在森林里,通常有强烈的自行车在表层细根,而贡献作为土壤动物的营养基质,从而有利于其乘法。罗西和Blanchart11)还表明,大型无脊椎动物社区也应对环境扰动引起的土地使用管理。

3.2.1之上。比例的生物

首先,24种记录来自三个动物门:节肢动物门,环节动物门、软体动物类。大多数这些物种是节肢动物(88%)然后软体动物,环节动物(分别为8%和4%)。节肢动物,大多数(81%)来自昆虫纲,蛛形纲,为9%和5%每个蜈蚣类和倍足纲。识别昆虫从10订单,大部分从类昆虫纲(表3)。Menedez和Cabrera-Davila31日)发现的7000多生长在地面上的生物从两个不同的土地利用系统,收集主要物种主要是昆虫特别是鞘翅类和膜翅类。所有这些显示节肢动物的重要性,尤其是昆虫生物组件等陆地生态系统的研究。一些报告还展示了昆虫的主要丰富的自然和农业生态系统及其生态作用[11,31日- - - - - -33]。

3.2.2。收集到的生物的潜在生态作用

一般来说,所有生物中发现的一个生态系统中生态位包括他们所做的这样的一个系统。在这个研究中,生物记录也与某些生态土地利用系统的交互作用在自己或与其他生态系统的生物和非生物因素。生物的表3,潜在的积极生态作用包括捕食,parasitoidism,改进/维持土壤肥力和授粉而消极作用是一些害虫。这些角色的比例如图5,害虫有最高(41%),其次是捕食和土壤肥力的改善/维护(21%)、授粉和不明身份的角色(各7%)和parasitoidism (3%)。Ponde et al。33)表明,大多数动物和微生物组织负面影响农业集约化。

3.3。关键物种的相对多度

关键物种的选择基于他们的潜在作用环境适合作为害虫,这些包括蚯蚓、蚂蚁、甲虫/象鼻虫,蜗牛,和蜘蛛。对于物种捕获土壤中的垃圾,除了蜗牛(主要的相对丰度Limicolaria物种和蚯蚓最高的香蕉和棕榈种植园,分别的最高数字蚂蚁来自森林(表4)。蜗牛的情况相反,其他生物的总数是最低的香蕉种植园。这可能是由于许多不同的农药(包括1类农药terbufos和氨基乙二酰等),或者经常被应用在这个国家的香蕉种植园(34]。Mongyeh et al。35)和Okolle et al。36]报道的高terbufos对死亡率的影响香蕉钻象鼻虫,蚂蚁和蚯蚓。这些化学物质因此创建一个不利的环境中,排斥和杀死或影响特别是土壤中生物的生殖能力。最近,蜗牛(Limicolaria spp)已经成为严重的问题在香蕉水果种植园的喀麦隆尤其是在雨季。不像soil-litter生物的分布情况下,大量的这些生物从扫网不同不同的土地利用系统(表4)。蚯蚓没有抓到,而蜗牛收集的数量少。最高的甲虫数量和蜘蛛被橡胶种植园。蚂蚁在科幻小说最高和最低的SP蜘蛛在RP最高但BP最低。至于甲虫/象鼻虫,他们最高的RP, BP在果蝇最低最高的英国石油公司。一个有趣的结果是,蚊子(尤其是老虎蚊子)很高的香蕉和橡胶种植园。灌溉用水通常落在香蕉树桩可能鼓励这些老虎蚊子产卵。

3.4。土壤属性和大型生物丰度之间的相关性

10个变量的相关矩阵代表不同的土壤理化性质和微动物区系数量在不同土地利用系统在6显示显著相关变量对55双(表5)。这个结果证实了强烈OM和BD(之间显著负相关r=−0.9653)。的减少土壤有机质(OM)的林地转化为耕地可能导致耕地土壤体积密度越高(37]。Hajabbasi et al。38]报道,森林砍伐和随后的耕作实践导致近体积密度增加20%和50%减少土壤有机质的土壤深度0 30厘米20多年扎格罗斯中部。也有强烈的体积密度和蚂蚁种群之间显著负相关(r=−0.8828)。Cerda先生和Jurgensen39]在蚂蚁的影响他们的工作从一个橙果园水土损失在西班牙东部发现ant-affected土壤,降低土壤容重,增加土壤有机质,土壤大孔隙流比的增加没有蚂蚁的活动。土壤pH值与蚯蚓数量负相关(r=−0.9072),表明在高pH值,蚯蚓数量减少。Karmegam和丹尼尔(获得的类似的负相关40]。

4所示。结论

本研究评估一些选定的土壤理化性质和大型生物丰度(即不同土地利用下系统。,secondary forest and oil palm, banana, rubber, and sugarcane plantations) operating within the same soil forming factors and climatic conditions. Several soil physicochemical properties varied significantly among land uses. The results revealed that organic matter content might be as a result of quantity and type of plant residues that are returned to the soil in these environments. The number and diversity of soil/litter fauna were influenced by the type of soil management practiced in the different land-use systems. Negative significant correlations were observed between pH and number of earthworms and between ants and bulk density. Like the case of the banana plantation, excessive use of pesticides such as organophosphates has detrimental effects on ground dwelling organisms such as coleopterans, ants, and earthworms. Therefore, encouraging farmers to return agricultural residues (farm or processed residues) to rot in their fields could replenish degraded soil quality parameters for sustainable agricultural production and productivity in the study area.

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。然而,通讯作者可以联系如果需要进一步的信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文基于工作开展的土壤、水和大气与Entomology-Nematology单位合作的框架内研究活动的农业研究促进发展研究所(IRAD)由公共投资预算(毕普12)2016年喀麦隆。

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