小興安嶺6種生境土壤動物群落多樣性研究

小興安嶺6種生境土壤動物群落多樣性研究

生物多樣性保護(hù)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，也是世界環(huán)境的研究領(lǐng)域之一。關(guān)于植物群落多樣性的研究已有大量報(bào)道,但土壤動物群落多樣性的研究報(bào)道很少。我們對小興安嶺森林土壤動物群落多樣性進(jìn)行了調(diào)查研究,目的在于了解小興安嶺森林土壤動物群落多樣性現(xiàn)狀及分布,為生物多樣性保護(hù)及森林可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1研究區(qū)域自然環(huán)境的一般概念和研究方法1.1帶嶺支脈的沿海地區(qū)研究區(qū)位于黑龍江省涼水國家自然保護(hù)區(qū)內(nèi),地理位置為128°53′20″E、47°10′50″N,地處小興安嶺山脈的南段達(dá)里帶嶺支脈的東坡。本區(qū)具有明顯的溫帶大陸性季風(fēng)氣候特征,冬季寒冷干燥、夏季溫?zé)岫嘤?年平均降水680mm左右,年均溫-0.3℃,年平均最高氣溫7.5℃,年平均最低氣溫-6.6℃?！?0℃的積溫為1700℃。地帶性土壤為暗棕壤,主要自然植被有闊葉紅松林、次生白樺林、云冷杉紅松林、云冷杉林、興安落葉松林和赤楊林。地帶性植被是以紅松為主的溫帶針闊混交林(闊葉紅松林)。1.2取樣方法及取樣材料在闊葉紅松林、次生白樺林、云冷杉紅松林、云冷杉林、興安落葉松林和赤楊林6種生境中進(jìn)行土壤動物的調(diào)查取樣,每個(gè)生境取3個(gè)樣方。大型土壤動物的取樣面積為50cm×50cm,中小型土壤動物取樣面積為10cm×10cm。每個(gè)樣方分別取凋落物層、0～10cm、10～20cm和20～30cm土層,共取土樣144個(gè)。大型土壤動物在野外直接采用手撿法,中小型土壤動物采用Tullgren法在室內(nèi)分離提取,然后分類鑒定。同時(shí)對各生境林冠郁閉度、凋落物厚度等進(jìn)行了調(diào)查,各生境的特征見表1。2結(jié)果與分析2.1小興安嶺主要有優(yōu)良的優(yōu)勢藻類和常見藻類在小興安嶺6種生境中,共獲土壤動物77類、8616只,分隸屬于4門8綱21目42科。其中的大型土壤動物為39類、2034只,占總個(gè)體數(shù)的23.60%。優(yōu)勢類群為線蚓,占大型土壤動物總個(gè)體數(shù)的70.40%;常見類群為6類,占總個(gè)體數(shù)的21.52%,兩者共占總個(gè)體數(shù)的91.92%(表2)。中小型土壤動物共獲59類、6582只,占總個(gè)體數(shù)的76.40%。其中優(yōu)勢類群為甲螨和節(jié)跳蟲,占中小型土壤動物總個(gè)體數(shù)的60.27%;常見類群為10類,占總個(gè)體數(shù)的33.83%,兩者共占94.10%,其它為稀有類群,詳見表3。小興安嶺屬中溫帶地區(qū),土壤動物的類群及數(shù)量組成與我國其它地區(qū)相比較,既有相同性,也有相異性。大型土壤動物在亞熱帶天目山以多足類為優(yōu)勢類群,個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的24%;衡山以雙翅類幼蟲為主,占總數(shù)的22%;岳麓山以螞蟻為主,占總數(shù)的33%;暖溫帶小龍山以腹足類為主,占總數(shù)25%,而小興安嶺以寡毛綱線蚓為優(yōu)勢類群,占總個(gè)體數(shù)的70.4%,這與日本北海道林區(qū)以寡毛綱為優(yōu)勢類群相一致。中小型土壤動物,小興安嶺與日本及我國其它地區(qū)相似,優(yōu)勢類群為螨類和彈尾類。日本北海道和長白山彈尾類占總數(shù)的55%～56%,螨類占總數(shù)的28%～37%,小龍門及亞熱帶螨類占總數(shù)50%～72%,彈尾類占10%～36%,而小興安嶺螨類占總數(shù)50.7%,彈尾類(節(jié)跳蟲、球角跳蟲、鱗跳蟲、棘跳蟲、綾跳蟲、山跳蟲、圓跳蟲、長角跳蟲、短角跳蟲、疣跳蟲、絹跳蟲)占總數(shù)34.3%,與日本北海道和長白山相一致。2.2土壤動物的均勻度和多樣性土壤動物的豐富度和多樣性是反映土壤動物群落水平分布差異的重要指標(biāo),而物種(類群)的豐富度、多樣性與均勻度、優(yōu)勢度密切相關(guān)。本文豐富度指數(shù)采用土壤動物類群數(shù)。測定物種(類群)多樣性指數(shù)的方法很多,但對土壤動物的多樣性研究很少,而且研究者對多樣性指數(shù)的應(yīng)用又各有所側(cè)重,因此土壤動物多樣性的測定也沒有一個(gè)統(tǒng)一的方法。我們通過分析比較,采用多群落比較的多樣性指數(shù),即DIC指數(shù),對不同生境群落的多樣性進(jìn)行分析,公式為:DIC=gG∑i=1n[1?(|ximax?xiximax+xi)]CiCDΙC=gG∑i=1n[1-(|ximax-xiximax+xi)]CiC式中,DIC為多樣性指數(shù);Ximax為多個(gè)生境中第i類群的最大個(gè)體數(shù);Xi為要測量的生境中第i類群的個(gè)體數(shù);g為生境中的類群數(shù);G為各生境所包含的總類群數(shù);Ci/C為在C個(gè)群落中第i個(gè)類群出現(xiàn)的比率。采用的均勻度指數(shù)公式為:e=(?∑i=1sPilnPi)/lnSe=(-∑i=1sΡilnΡi)/lnS式中,e為均勻度指數(shù),S為所有類群數(shù),Pi為第i類群的個(gè)體數(shù)比例。優(yōu)勢度采用Simpson指數(shù),公式為:C=∑(Ni/N)2C=∑(Νi/Ν)2式中,Ni為每一類群的個(gè)體數(shù);N為總個(gè)體數(shù),計(jì)算結(jié)果見表4。從表4和圖1可以看出,隨著生境的變化,大型土壤動物和中小型土壤動物豐富度變化規(guī)律完全一致,而個(gè)體數(shù)表現(xiàn)則不一致。大型土壤動物的豐富度指數(shù)變化趨勢為:闊葉紅松林、興安落葉松林、赤楊林>次生白樺林>云冷杉林>云冷杉紅松林,中小型土壤動物豐富度指數(shù)變化趨勢為:赤楊林>闊葉紅松林>興安落葉松林、云冷杉林>次生白樺林>云冷杉紅松林。從DIC多樣性指數(shù)來看(圖2),大型土壤動物和中小型土壤動物變化規(guī)律一致。大型土壤動物DIC多樣性指數(shù)同豐富度數(shù)都是在赤楊林、興安落葉松林和闊葉紅松林生境中最高,在云冷杉紅松林生境最低。其排列順序是赤楊林>興安落葉松林>闊葉紅松林>云冷杉林>次生白樺林>云冷杉紅松林;中小型土壤動物DIC指數(shù)排列順序是赤楊林>興安落葉松林>云冷杉林>闊葉紅松林>云冷杉紅松林>次生白樺林。這種變化規(guī)律與豐富度指數(shù)變化規(guī)律基本一致,即豐富度指數(shù)高,則DIC多樣性指數(shù)也高。反之則相反。DIC多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果一致?？梢钥闯?無論大型土壤動物還是中小型土壤動物,在闊葉紅松林生境的豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)都較高,均勻度指數(shù)也較高;在云冷杉紅松林生境豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)都較低,均勻度指數(shù)也低。這是因?yàn)殚熑~紅松林為本區(qū)地帶性植被類型,是原始林,群落所處生境的水、熱條件較好,群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜,植物種類豐富,大約每年可生產(chǎn)(3.40～5.78)t/hm2的凋落物,在林地形成較厚的凋落物層,而且養(yǎng)分含量高,因而利于土壤動物的生存。赤楊林生境林冠稀疏,因而光照充足;由于靠近河流,比較濕潤,所以草本發(fā)育又很好,在這種水熱條件好、草本又茂盛的生境,很適合土壤動物的棲息。興安落葉松林土壤營養(yǎng)物質(zhì)較豐富,因此豐富度和多樣性也較高。從土壤動物個(gè)體數(shù)與多樣性指數(shù)的比較來看,大型土壤動物在云冷杉林生境的個(gè)體數(shù)較多,有465只、17類,但由于生境的優(yōu)勢度最高,僅線蚓就達(dá)405只,占總個(gè)體數(shù)的87.09%,所以云冷杉林生境大型土壤動物多樣性較低,多樣性指數(shù)只有2.448。而在闊葉紅松林生境大型土壤動物個(gè)體數(shù)雖然只有265只、有21類,但由于其均勻度高,所以闊葉紅松林大型土壤動物的多樣性較高,多樣性指數(shù)為3.498。中小型土壤動物個(gè)體數(shù)最多的是興安落葉松林生境,有1661只、28類,而且均勻度也很高,所以興安落葉松林生境的多樣性也較高。從以上土壤動物的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和個(gè)體數(shù)關(guān)系分析可以看出,土壤動物多樣性與豐富度和均勻度呈正相關(guān),與優(yōu)勢度呈負(fù)相關(guān),與個(gè)體數(shù)沒有直接相關(guān)關(guān)系。2.3同生境間的相似性由于不同林型其生境不同,導(dǎo)致土壤動物群落的多樣性不同,但又存在一定的相似性,采用Sфrensen的相似性指數(shù)來比較不同生境間的相似性,公式為:S=2C/(A+B)S=2C/(A+B)式中,C為兩個(gè)群落或樣地生境共有類群數(shù),A和B分別為生境a和生境b的類群數(shù)。計(jì)算結(jié)果見表5。從表5可以看出,各生境間的相似性指數(shù)都較高。最小為0.42,是云冷杉紅松林和次生白樺林生境;最大為0.75,是云冷杉林和赤楊林生境,說明了6種生境間土壤動物群落多樣性雖然有差異,但又具相似性。2.4土壤動物的多樣性6種生境中土壤動物的垂直分布基本符合如下規(guī)律:從地表向下,隨土層深度的增加,土壤動物類群多樣性逐漸減少。并且減少的速度越來越快(圖3和圖4)。除極個(gè)別生境外(云冷杉林生境大型土壤動物),第一層類群豐富,即多樣性高,大型土壤動物在第一層類群最多的是闊葉紅松林、興安落葉松林和赤楊林生境(分別為16類),最少的是云冷杉林生境。中小型土壤動物第一層類群最多的也是闊葉紅松林、興安落葉松林和赤楊林(分別為26類、25類和28類)。從圖3和圖4還可以看出,大型和中小型土壤動物多樣性均為表聚性,但隨土層深度增加,中小型土壤動物多樣性遞減速率大于大型土壤動物的遞減速率,而且遞減率比較均勻,表聚性更明顯。土壤動物個(gè)體數(shù)的垂直分布也是隨土層深度增加而減少,大型土壤動物遞減規(guī)律最明顯的是闊葉紅松林和次生白樺林生境,原因在于這兩種生境都是典型暗棕壤,而且林下凋落物都以闊葉為主并且分解快,分解后的營養(yǎng)元素又由于淋溶作用隨土層深度增加逐漸遞減。而在云冷杉林、云冷杉紅松林和赤楊林生境中,出現(xiàn)了0～10cm土層的土壤動物個(gè)體數(shù)多于凋落物層的現(xiàn)象,分析其原因主要是線蚓在起作用,如在云冷杉林生境0～10cm土層中的線蚓是凋落物層的5.76倍;云冷杉紅松林是凋落物層的9.76倍;赤楊林中則是凋落物層的24.83倍,因?yàn)檫@3種生境0～10cm土層較濕潤,線蚓喜生在濕潤的土壤上層,大約8cm土層以內(nèi)。中小型土壤動物個(gè)體數(shù)的遞減速率比較均勻(次生白樺林除外),而且表聚性也很明顯。3不同生境中土壤動物多樣性的差異性1)小興安嶺大型土壤動物以寡毛綱線蚓為優(yōu)勢類群,與日本北海道相一致,與我國亞熱帶天目山、衡山、岳麓山及暖溫帶小龍山不同。中小型土壤動物與日本及我國其它地區(qū)相似。優(yōu)勢類群都是螨類和彈尾類。從占總個(gè)體數(shù)比例上看,與日本北海道和長白山一致。2)在6種生境中,無論大型土壤動物還是中小型土壤動物,在闊葉紅松林生境的多樣性都較高,表明其生境條件比其它5種生境優(yōu)越,從土壤動物多樣性指數(shù)、豐富度