（自然地理学专业论文）蛟河公路边坡植被恢复后土壤动物群落特征研究.pdf

摘要 土壤动物是陆地生态系统的主要成分之一，在生态系统的物质循环和能量流 动等方面起着重要的作用。对于土壤动物生态地理研究主要侧重于自然植被方 面，对于筑路人工植草后的边坡很少见报道。研究被破坏公路边坡人工植草后土 壤动物的群落特征及其分布，对促进边坡生态系统恢复可提供土壤动物学的依 据。 研究区位于长白山区蛟河高速公路路段人工植草后的边坡。地理位置为4 3 。4 0 5 9 ”n ，1 2 7 。3 6 3 9 ”e 。边坡上面铺设5 c m 左右的泥炭，种植老芒麦、 紫花苜蓿等植物。2 0 0 7 年7 月、9 月和2 0 0 8 年5 月在研究区两植草边坡的上部、 下部以及周围的天然红松阔叶混交林取样，分别取3 个1 0 e m xl o c m 样方，每个 样方按( o 一5 、5 l o c m ) 2 层取样，带回室内用t u l l g r e n 法分离提取土壤动物并 鉴定。同时分别采集( 0 - 5 、5 - - 1 0 c m ) 2 层土壤样品带回室内测定土壤p h 及有 机质和土壤营养元素含量。 研究表明，研究区共获得中小型土壤动物3 2 类，4 8 0 7 只，隶属于1 门、5 纲、1 5 目、2 0 科。其中优势类群3 类，分别为辐螨( a c t i n e d i d a ) 、节跳虫 ( i s o t o m i d a e ) 、革螨( g a m a s i d a ) ；常见类群共三类，分别为甲螨( o r i b a t i d a ) 、 球角跳虫( h y p o g a s t r u r i d a e ) 、绫跳虫( e n t o m o b r y i d a e ) ，优势类群和常见类 群一共占总个体数的9 5 4 1 ，其余为稀有类群，它们构成了本区公路边坡人工 植被恢复后路域中小型土壤动物的基本成分。 土壤动物在不同坡向的分布，从个体数量上为阴坡 阳坡；从类群上为阳坡 阴坡。两坡上层共获得2 5 类，2 5 9 7 只土壤动物，下层获得1 9 类，8 9 2 只土壤 动物，土壤动物的垂直分布具有明显的表聚性。阴坡的土壤动物丰富度低于阳坡， 阴坡和阳坡的优势度差异不太明显，阳坡稍微低于阴坡，均匀度阳坡因而稍大于 阴坡，相对来说，阳坡的土壤动物类群分布较均匀，多样性较阴坡要高。在群落 动态方面，阴坡的土壤动物个体数量7 月份最多，9 月份最少，5 月份又趋于回 升，类群数却是7 月 阳坡下 阳坡 上 阴坡上，类群数：阳坡下 林下、阳坡上 阴坡上 阴坡下。中小型土壤动物 的类群数和个体数的垂直分布随着土层深度的增加而有规律性的变化，呈递减的 趋势。林下土壤动物个体数量的月份动态变化与阴坡和阳坡两个边坡的特征不太 一致，而类群的变化趋势则都是显示增长趋势，体现了针阔混交林和公路边坡的 地域微域性的差异。在土壤动物多样性特征方面，林下的土壤动物群落优势度比 较低，均匀度高，说明了群落的稳定性要高于阴坡和阳坡。多样性指数也要高于 阴坡和阳坡的任何不同坡位，说明了林下的土壤动物群落还是很丰富的。 通过土壤动物与环境要素的相关分析表明，蛟河路域生态系统中土壤动物的 个体数量与土壤中n 、p 、k 含量、土壤含水率、p h 的不相关，而与土壤有机质 的含量呈显著的正相关，与类群数呈极其显著的正相关。土壤动物的类群与p h 和全p 含量不相关；土壤动物类群与土壤有机质、全n 含量和土壤含水率，与 土壤中k 相关系数有显著负相关关系。 关键词：土壤动物；群落特征；公路边坡；植被恢复；长白山区 a b s t r a c t s o i lf a u n aa st h em a i nc o m p o n e n to ft h et e r r e s t r i a le c o s y s t e m ，p l a ya l li m p o r t a n t r o l ei nt h em a t e r i a lc i r c u l a t i o na n de n e r g yf l o w , e t c t h ee c o g e o g r a p h i c a ls t u d yo f s o i la n i m a l sm a i n l yf o c u so nt h en a t u r a lv e g e t a t i o n ，t h es t u d yo fa f t e ra r t i f i c i a lg r a s s f o rt h ec o n s t r u c t i o ns l o p ei sr a r e s t u d y i n go nt h es o i lf a u n ac o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c s a n dd i s t r i b u t i o ni nt h ed e s t r u c t e ds l o p ea f t e rp l a n t i n gg r a s s ，c a np r o v i d eb a s i st ot h e p r o m o t i o no fs l o p ee c o s y s t e mr e s t o r a t i o nf r o mt h ep e r s p e c t i v eo f s o i lz o o l o g y t h es t u d ya r e ai sl o c a t e di nt h ea r t i f i c i a lg r a s sh i g h w a ys l o p eo fj i a o h ei n c h a n g b a im o u n t a i n ，w h e r el o c a t i o ni s4 3 o4 0 5 9 t n ，1 2 7o 3 6 3 9 ”e w es e t5 c m p e a ti n t h es l o p e ，p l a n te l y m u ss i b i r i c u s ，a l f a l f aa n do t h e rp l a n t s i nj u l ya n d s e p t e m b e r2 0 0 7a n di nm a y2 0 0 8i nt h eu p p e rp a r ta n dl o w e rp a r to ft h et w og r a s s s l o p ea n dt h en a t u r a lk o r e a np i n eb r o a d - l e a v e dm i x e df o r e s to ft h es t u d ya r e a ， s a m p l i n gr e s p e c t i v e l yt h r e e1 0 c m 1 0 c mq u a d r a t ，e a c hq u a d r a tb y ( 0 5 , 5 1 0 c m ) 2 l a y e r , t a k ei n d o o re x t r a c t e ds o i lf a u n aw i t ht u l l g r e ns e p a r a t i o na n di d e n t i f i c a t i o n t h e m a tt h es a l t l et i m ec o l l e c tf o 5 , 5 10 c m ) 2 - s t o r e ys o i ls a m p l e sb a c kt oi n d o o r m e a s u r es o i lp ha n do r g a n i cm a t t e ra n ds o i ln u t r i e n tc o n t e n t s t u d i e sh a v es h o w nt h a tt h es t u d ya r e ar e c e i v e ds o i la n i n l a l s i ns m a l la n d m e d i u m - s i z e d3 2c a t e g o r i e s ，i nt o t a lo f4 8 0 7 ，s u b j e c tt o1p h y l u m ，5c l a s s e s ，15 o r d e r s ，2 0f a m i l i e s 3a d v a n t a g eg r o u p s ，r e s p e c t i v e l yc o n v e r g e n c em i t e s ，s p r i n g t a i l s s e c t i o n ，g a m a s i n a ；3t y p e so fc o r q m o ng r o u p s ，n a m e l yam i t e s ，s p r i n g t a i l sb a l la n g l e ， a y as p r i n g t a i l s t h ei n d i v i d u a ln u m b e ro fd o m i n a n ta n dc o m m o ng r o u p si s 9 5 4 1 o ft h et o t a l ，t h er e m a i n i n gg r o u p sa r er a r eg r o u p s ，t h e yc o n s t i t u t eb a s i cc o m p o n e n t so f s o i la n i m a l si nr o a ds l o p ea f t e ra r t i f i c i a lv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n d i s t r i b u t i o no fs o i la n i m a l si nd i f f e r e n ta s p e c t ，t h ei n d i v i d u a ln u m b e ro fs o i l f a u n a ：s h a d ys l o p e s u n n ys l o p e ；g r o u p ：s u n n ys l o p e s h a d ys l o p e u p p e rl a y e r so f t w os l o p e sw eg e t2 5c a t e g o r i e s ，2 5 9 7s o i la n i m a l ，t h el o w e ra c c e s st o19c a t e g o r i e s ， 8 9 2i n d i v i d u a l ，t h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o no fs o i la n i m a l si nt h et a b l ew i t hac l e a r c o h e s i o n s o i lf a u n ar i c h n e s si nt h es h a d ys l o p el o w e rt h a ns u n n ys l o p e ，b u t d o m i n a n c ea n dd i f f e r e n c ei sn o tt o oc l e a r , s u n n ys l o p es l i g h t l yb e l o w , e v e n n e s so ft h e s u n n ys l o p et h u ss l i g h t l yl a r g e r r e l a t i v e l ys p e a k i n g ，s u n n ys o i lf a u n a sd i s t r i b u t i o n a r em o r ee v e nt h a ns h a d ys l o p e ，a n dd i v e r s i t yi sh i g h e r i ns o i lf a u n ac o m m u n i t y d y n a m i c s ，t h es h a d ys l o p ei nj u l yh a v et h el a g e s t i n d i v i d u a ln u m b e r , l e a s ti n s e p t e m b e r , t e n dt or i s ei nm a y ；g r o u p sa r ei nj u l y l o w e rp a r to fs u n n y s l o p e u p p e rp a r to fs u n n ys l o p e u p p e rp a r to fs h a d ys l o p e ，t h eg r o u pn u m b e r ： l o w e rp a r to fs u n n ys l o p e f o r e s t 、u p p e rp a r to fs u n n ys l o p e u p p e rp a r to fs h a d y s l o p e l o w e rp a r to fs h a d ys l o p s m a l la n dm e d i u m s i z e dg r o u p so fs o i la n i m a l si n t h eu p p e rl a y e ri sl a g e rt h a nl o w e rl a y e ro fs o i l d y n a m i co ff o r e s ts o i lf a u n a i n d i v i d u s li sn o ts oc o n s i s t e n tw i t hc h a r a c t e r i s t i c so ft h et w os l o p e s ，b u tc h a n g e si n g r o u p ss h o wg r o w t ht r e n d s ，e m b o d i y st h em i c r o - r e g i o n a ld i f f e r e n c e s a b o u ta n i m a l d i v e r s i t yc h a r a c t e r i s t i c s ，f o r e s t s o i la n i m a lc o m m u n i t i e sh a v e r e l a t i v e l y l o w d o m i n a n c ea n dh i g h - u n i f o r m i t y ，s h o w st h a tt h es t a b i l i t yo fc o m m u n i t i e si sh i g h e rt h a n t w os l o p e s d i v e r s i t yi n d e xs h o u l db eh i g h e rt h a na n yd i f f e r e n tp o s i t i o no ft h es u n n y s l o p ea n ds h a d ys l o p e ，f r o mt h a tt h ef o r e s t s o i lf a u n a i sv e r yr i c h 。 f r o mt h ec o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e ns o i lf a u n aa n dt h ee n v i r o n m e n ti nj i a o h e r o a de c o s y s t e m ，t h e r ei sn oc o r r e l a t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei n d i v i d u a ln u m b e ro f s o i lf a u n aa n ds o i ln ，p ，ke l e m e n t s ，s o i lm o i s t u r e ，p h ，b u tp o s i t i v ec o r r e l a t e dw i t h s o i lo r g a n i cm a t t e ra n dc o r r e l a t e dw i t hg r o u p so fa n i m a l s s o i lf a u n ag r o u pi sn o t c o r r e l a t e dw i t ht h es o i lp ha n dt h ee n t i r epe l e m e n tc o n t e n t b u th a so b v i o u sr e l e v a n c e w i t hs o i lo r g a n i cm a t t e r , t o t a lne l e m e n t sa n dt h es o i lm o i s t u r ec o n t e n t n e g a t i v e c o r r e l a t i o nw i t l lt o t a lk k e yw o r d s ：s o i lf a u n a ；c o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c s ；r o a ds l o p e ；v e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n ； c h a n g b a im o u n t a i n i v 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得 的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了 明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：丞碰 日期：型2 ： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、 汇编本学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库 ( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技 术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：芝区逖指导教师签名： 日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 日 期： 电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 1 引言 土壤动物是指经常或暂时栖息在包括大型植物残体在内的土壤环境中，并在那里进 行某些活动，对土壤有一定影响的动物群n 。土壤动物有狭义和广义之分。狭义土壤动物 是指生活史全部时间都在土壤中生活的动物；广义土壤动物指凡是生活史中的一个时期 ( 或季节中某一时期) 接触土壤表面或者在土壤中生活的动物均称为土壤动物瞳3 1 。大多 数土壤动物身体微小，通常不引人注意，然而它们的数量惊人、生物量巨大，是陆地生 态系统的组成部分之一，土壤动物作为分解者亚系统的主要成分，既是消费者，又是分 解者。土壤动物的类群主要包括：原生动物门( p r t o z o a ) 、扁形动物门 ( p l a t y h e l m i n t h e s ) 、线形动物门( n e m a t h e l m i n t h e s ) 、软体动物门( m o l l u s c a ) 、环节动 物门( a n n e l i d a ) 、节肢动物门( a r t h r o p o d a ) 、脊椎动物门( v e r t e b r a t a ) 等，有时甚至把 部分两栖动物( a m p h i b i a n ) 、爬行动物( r e p t i li a ) 和哺乳动物( m a m m a l ) 中的食虫目 ( i n s e c t i v o r a ) 和啮齿目( r o d e n t i a ) 也包括进来4 1 。比较常见的如：蚯蚓、跳虫、蚂蚁、 螺、蜘蛛、蜱螨、马陆、蜈蚣、伪蝎、鼠妇、变形虫、涡虫、线虫等。它们的生存、取 食、活动对土壤有机质的形成、土壤结构及理化性质的变化都有一定的影响；它们还可 以作为土壤有机质层的生物活性显示指标；研究土壤动物与环境要素的关系，可以为维 持生态系统平衡，防止土壤退化，提供参考依据口。7 3 。 1 1 土壤动物研究历史 土壤动物的研究已有百余年的历史，其研究内容大体上可以划分为4 个阶段阳9 ： 1 ) “蚯蚓时代”：1 8 4 0 年达尔文发表了关于土壤的形成一文n 甜，被公认为土壤 动物科学研究的开始，并引发诸多学者对蚯蚓生物学的研究，纷纷发表论文，主要以研 究蚯蚓作用为主，同时还注意到热带的白蚁及土壤原生动物。 2 ) 种类记述时代：进入2 0 世纪以后，b e r l e s e ( 1 9 0 5 ) 发明了烘虫漏斗 ，t u l l g r e n ( 1 9 1 7 ) 对其作了改良n 刳，大大提高了土壤动物的采集效果，推动了种类的发现和描述， 以及土壤动物区系研究的开展。随着土壤动物种类的增多，增加了与分类学相关的工作， 进入了采集、归类、记载时期。 3 ) 系统研究时期：第二次世界大战期间，交战双方都急需生产大量食品，学者们 把增产的目光集中到了土壤上，发现了土壤无脊椎动物对于土壤有机物的分解起着极为 重要的作用，并开始对不同类群进行了系统的研究，发表了不少专著，使土壤动物的研 究发展成- - f l 独立的分支学科土壤动物学，1 9 5 5 年在英国召开了首次国际学术讨 论会。随后，关于土壤动物的专门期刊土壤动物学报和土壤生态学与生物学通报 相继问世。 4 ) 生物生产力研究时期：2 0 世纪后半叶，当人们认识到土壤生物是巨大的、潜在 东北师范大学硕士学位论文 的、可以持续利用的自然资源，将对提高生产力起到重要作用时，由国际学术联合会 ( i c s u ) 组织了为期1 0 年的国际生物学计划项目( i n t e r n a t i o n a lb i o l o g i c a l p r o g r a m ) ，其中土壤动物学的研究就是一个重要方面，进一步推动了土壤动物学的发展。 进入9 0 年代，生物技术和高新技术迅猛发展推动了土壤动物学研究。地下微生态系统、 土壤动物的解剖学、分类学、生理生化、个体生态学和群体生态学等相关学科研究日臻 完善。近年来随着生物科学技术的飞速发展，土壤动物在土壤形成和能量转换等机理的 研究使土壤动物开始进入了实用性的阶段。 1 2 土壤动物研究现状 进入2 1 世纪，相邻学科技术发展带动了土壤动物学科的研究。土壤动物研究的领 域遍布各种不同利用方式生态系统，研究内容从分布、动态变化、与环境因子关系到物 质分解、养分循环和对环境的指示作用。近些年来，国内土壤动物生态学方面的研究受 到了学者们前所未有的关注，国家也加大了对土壤动物研究资助的力度。很多重点研究 项目都涉及了土壤动物的研究。很多学者纷纷将研究重心转向土壤动物学，促使土壤动 物生态学的研究迅猛发展。 有关土壤动物生态学研究主要集中于以下几方面： 1 2 1 土壤动物对环境的指示意义 土壤是构成陆地生态系统的主要组成部分，以往的研究中只将土壤理化性质、有机 质、土壤微生物量等作为反映和评价土壤优劣的重要指标加以研究。土壤动物群落和类 群的结构受到各种环境因子的制约，可以利用土壤动物群落和类群来对环境特征进行生 物指示。 目前，无论是国内还是国外，研究螨类对环境的指示意义的学者颇多。陈国定等于 1 9 9 7 年对江苏常州地区汞、镉、铜和有机氯污染土壤中甲螨( o r i b a t i dm i t e s ) 种群 研究中发现，9 个螨类的优势属对汞、镉、铜和有机氯污染较为敏感，可以作为指示生 物n 如。r u f 通过试验研究认为革螨的成熟度指数( m i ) 可以作为森林土壤污染因子的生 物指示指标n 钔。还可以利用蚯蚓来辨别不同的土壤类型。吴纪华做过土壤线虫群落对土 壤影响的相关研究“射。宋雪英等提出了土壤原生动物和土壤线虫对污染环境的生物指示 作用，并作为有效的生态毒理诊断指标具有良好的发展前景n 引。 王振中等研究发现土壤动物群落结构的变化与c d 处理浓度的大小密切相关。在高 浓度( 9 9 4 8 r a g k g - 1 ) 组时，土壤动物种类、个本数量、多样性指数、均匀性指数 及动物密度均较低；而随浓度降低，各项指标逐渐增加。种类与个体数量和c d 处理浓 度的自然对数呈明显负相关n 刀。殷秀琴、董炜华等对内蒙古卓资县境内的高速公路路域 土壤动物群落研究表明，对公路边坡进行植被恢复后，不同恢复时期的土壤动物群落特 征具有明显的不同，用土壤动物群落的综合指标，如土壤动物群落的结构( 类群数和个 体数) 、频度、多样性指数和与土壤环境因子间的关系等几项指标来衡量为宜n 钔。吴东 辉等的研究表明大型土壤动物群落生物多样性能够指示退化草地生态系统恢复与重建 2 东北师范大学硕士学位论文 过程n 引。这是因为不同的草地类型，甚至是同一草地类型不同程度退化状态下，草地土 壤动物具有不同的群落结构、密度、优势类群和生物量等生态特征，因此，在某种意义 上可以通过草地土壤动物在种群组成、个体数量、空间分布以及优势类群的变化上来系 统监测草原的退化状态，从而指导草地系统的恢复与重建工作。弹尾目的物种组成、丰 富度和个体数量可以作为土壤重金属污染强度的生物学指标啪3 。 近年来，国外许多土壤生态学家在弄清土壤动物对全球变化的响应领域展开了较系 统的研究，并取得了丰硕的研究成果乜卜翱。大气c 0 2 浓度的升高可能会对生态系统中 的土壤动物产生一系列的影响，这依赖于各种影响因素中占主导地位的因素。大气氮沉 降可能导致某些土壤动物类群的急剧减少。氮沉降对土壤动物的多样性及其在生态系统 中的功能也构成了极大的威胁啪啦3 。随着人类经济活动的扩大，土地覆被和土地利用研 究成为当今地理学研究的热点。土地覆被和土地利用口州1 1 的变化改变了人类生存的自然 环境，同时也改变了土壤动物的栖息生境，对土壤动物生态分布、种群结构产生一定的 影响。 土壤动物中敏感类群存在与否对土壤重金属污染程度具有有效指示意义啪3 。不同的 土壤动物种类对环境具有显著的指示意义，利用敏感的土壤动物种类进行环境指示时需 要较为细致的土壤动物鉴定。但是土壤动物类群复杂、数量众多，且存在大量的未知种 类，利用敏感性物种指示环境状况不很现实。因此，探讨土壤动物群落特征对环境的指 示意义仍然需要开展更多的研究。 1 2 2 土壤动物多样性及其功能作用 生物多样性是指所有来源的形形色色的生物体所构成的生态综合体，它包括物种内 部的遗传多样性，物种之间的多样性和生态系统多样性r 钌。生物群落多样性的测度方法 有很多种，最常见的是多样性指数和多度分布格局h 羽。如果说多样性指数是群落结构的 数量化表征，那么群落多度格局分析就是对群落性质的进一步阐释，二者相辅相成。理 论上讲，多度格局能更全面地反映群落特征，但实际研究中多样性指数为更多学者所关 注。目前对土壤动物群落多样性的研究主要集中于运用多样性指数来衡量不同生态系统 或景观区域中土壤动物群落的多样性差异，而对土壤动物物种一多度格局的研究较少 4 4 】 o 众多学者对我国北起长自山、南至海南岛广大区域内森林和草原等地带的土壤动物 群落多样性进行了系统的研究n 堋3 。大量研究表明，不同气候带的土壤动物群落其类群 数、种类组成及个体数量存在明显差异。在同一气候带不同植被类型下，土壤动物类群 数及组成与个体数量均有差异临，一般为森林 草原，混交林 纯林，阔叶林 针叶林， 林地 农田，天然林 人工林，次生林 原生林畸钔。几乎所有的研究都表明：土壤动物在 土壤中的分布具有明显的表聚性，即随着土层深度的增加，土壤动物的种类和数量呈递 减之势，且速度越来越快，在土壤表层1 2 c m 以内，土壤动物最丰富，2 0 c m 以下土壤 动物非常稀少，甚至没有。 土壤动物数量众多、种类繁杂，很多种类至今仍没有得到定名和研究。尽管对土壤 3 东北师范大学硕士学位论文 动物的多样性了解较多，但它们对生态系统主要过程( 如凋落物分解等) 的重要功能和 作用却不是很明确的。目前对土壤动物多样性的功能作用研究多停留在定性描述或定量 与定性相结合水平。 通过控制性实验研究土壤动物功能群在生态系统中的功能作用还处于起步阶段。当 前最主要的手段是土壤动物类群的“排除 ( r e m o v a l ) 和“添加( a d d i t i o n ) 特定的土 壤动物类群进行试验研究。m o o r e 等通过模型模拟发现，土壤食物网中高层捕食者的丧 失对低层土壤动物类群影响很大旧1 。从功能群的角度模拟了土壤动物多样性的丧失对生 态系统功能的影响，结果表明某些土壤动物功能群的消失对生态系统功能的影响并不显 著，但真菌和细菌的消失则可能导致整个土壤食物网的崩溃，从而影响生态系统的健康 嘲嘟1 。虽然在这方面的研究也曾陆续有过一些报道，但还没有形成一定的规模，所以我 们对土壤动物类群及其多样性的功能认识还很有限。 未来土壤动物多样性及其功能研究，人类活动干扰对土壤动物多样性和功能的影 响等方面都是今后研究的重点和热点领域。 1 2 3 土壤动物在物质分解方面的作用 土壤动物是土壤生物群落的重要组成部分，也是土壤养分的制造者。土壤动物将落 在地面上的枯枝落叶和埋藏在地下的植物根茎、以及各类动物的尸体和排出的粪便等进 行粉碎，然后与微生物共同将各类碎片进一步分解，成为能够利用的营养物质，与土壤 混合后形成肥沃的腐殖质。土壤动物的存在和活动，还可以使矿质元素如n a 、m g 、c a 、 m n 、m o 等在植物生长季节内缓慢释放，影响植物的养分状况。营养物质循环是调节土 壤肥力最基本的过程之一，就是把植物体中来自土壤中可被利用的营养物质，经过腐败、 分解又被释放出来，亦即通过细菌、真菌和土壤动物的共同作用，使营养物质再循环的 过程刚。 凋落物分解是养分归还土壤的一种重要形式，是生态系统物质循环的重要环节。凋 落物分解是一个非常复杂的过程，是生物因素和非生物因素共同作用的结果，其中生物 因素的作用十分重要。国内外关于土壤动物在生态系统物质循环中作用的研究绝大部分 集中在森林生态系统，对草地生态系统研究相对较少。 国外研究中对土壤动物在物质循环中的功能作用呈现出两个前沿和热点领域。其一 是土壤动物组成和多样性对凋落物分解和养分释放等过程是否具有增强作用，一般采用 控制参与作用的土壤动物种类室内试验研究方法和采用凋落物袋法并与其他手段结合 控制参与分解类群的室外试验研究方法；其二是土壤动物通过对凋落物分解、养分循环 的作用而对地上部分生态过程的影响以及地上植物群落的变化和大型植食性动物的活 动对地下土壤动物的结构及功能的影响。这些方面在已有研究中相对较少，且在某些问 题上的认识并不一致，因此仍需要更多的研究推动壤生态学的发展嘲1 。 国内对土壤动物在生态系统物质循环中的作用也开展了一定的研究。陈鹏等嘞1 依据 长白山森林生态系统土壤动物的生物富集量说明土壤动物在物质循环中的作用。认为土 壤动物在其生命活动过程中，通过食物链( 植物残体、微生物、腐殖质和水等) 不断地 4 东北师范大学硕士学位论文 从环境中吸收并富集必须的营养和矿质元素，转化为自身的组成成分；同时也不断地排 出异化作用后的废弃物。随着土壤动物生命的终结，其遗体在微生物活动和物理化学的 分解作用下，使组成土壤动物的化学元素变成土壤中的有效成份，并终将为绿色植物所 吸收。这就构成了以土壤动物为中间环节的物质循环模式3 。殷秀琴等以针阔混交林及 落叶阔叶林为例的研究结果表明，森林凋落物中的大型土壤动物个体数因林型、凋落物 厚度、凋落物量不同而异；并且凋落物的分解程度影响大型土壤动物的种类、数量分布， 其中以半分解层中的大型土壤动物密度最大1 。廖崇惠等对小良人工林土壤动物群落 分解作用的研究中，发现白蚁对枯枝落叶的年消耗率达1 5 4 1 。因此，枯枝落叶的 前期分解主要由大、中型土壤动物来完成。殷秀琴等采用不同网孔分解袋，排除不同类 型的土壤动物对小兴安岭地区1 2 种落叶分解过程的作用研究结果表明，大型、中小型 土壤动物和微生物的共同作用 中小型土壤动物和微生物的共同作用 仅微生物的作用， 其中土壤动物对分解的贡献在高峰期达到1 5 强。森林凋落物的分解过程中，凋落物与 土壤动物体内化学元素含量具有密切的相关性。研究发现凋落物中大量元素含量与大型 土壤动物体内含量显著相关，而微量元素含量则明显不相关m ，6 2 1 。张雪萍、董炜华等还 对马陆、蚯蚓等大型土壤动物对凋落物的分解作用进行了室内试验研究呻3 朋，。 1 3 路域土壤动物生态学研究现状 土壤动物的研究直接关系到国计民生。随着我国经济快速发展和改革力度的深入， 环境污染和生态破坏已成为阻碍社会可持续发展的主要问题之一。对于公路建设来说， 工程建设会引发自然生态系统的退化。公路边坡中的土壤动物是路域生态系统的重要组 成部分，其组成与分布很大程度上影响路域生态系统的稳定程度和发展方向。所以，研 究公路路域生态系统中的土壤动物可以为合理的揭示公路陆域生态系统与土壤生物的 相互关系提供理论依据，并为公路边坡路域生态系统的生态恢复、保护、管理与重建积 累基础资料，有利于对生态系统退化的控制和生态系统的恢复，此项研究具有重要的现 实意义。 目前，国内外对森林生态系统中土壤动物的生态研究比较深人，很多学者已开始关 注土壤动物在养分循环和能量流动中功能和作用的研究草原土壤动物的研究起步较 晚，尚处于初级阶段，研究的深度和广度也不及森林生态系统。而对于路域生态系统土 壤动物的研究才刚刚开始。 殷秀琴教授等自2 0 0 3 年起在内蒙古中部开展了对我国高速公路边坡生态系统土壤 动物的研究，得到了路域生态系统恢复过程中各阶段的土壤动物的组成、分布、群落结 构特征、群落多样性等相关方面的一系列的成果n 8 6 鲫。 土壤动物通过影响土壤微生物的类群组成、空间分布、季节变化来影响整个路域生 态系统。不同的植被类型，甚至是同一植被类型不同程度退化状态下，路域土壤动物具有 不同的群落结构、密度、优势类群和生物量等生态特征，因此土壤动物作为生物指示的 研究成为现在研究的新领域和热点。土壤动物作为生物指示，其生物多样性的变化可以 用来监测路域生态系统的变动，进一步完善路域生态系统生态恢复总体评价体系就可以 5 东北师范大学硕士学位论文 通过土壤动物变异情况促进生物多样性的保护，为路域生态系统的可持续发展做出贡 献。 目前土壤动物在路域生态系统中的研究工作还不成熟，很多方面还存有空白，因而 在某种意义上制约着我国在土壤动物领域的进_ 步发展。应该加大这些方面的研究力度， 从而获得详细的土壤动物数据资料，为我国建立土壤动物数据库和信息系统，以及开展 各方面工作提供科学依据。 1 4 研究意义 由于公路建设，大量林业和农业土壤被公路建设占用。路域的土壤受人为活动长期 扰动，多次施工翻动和侵入体的无序侵入，扰乱了原来土壤的发育层次和土体构型，破 坏了原有土壤结构、质地等土壤属性，形成了一类独特的路域土壤。土壤质量由原始未 受干扰的自然状态土壤向路域土壤演变的过程中，出现了明显的退化现象。与原始土壤 相比，表现为土壤坡面结构混乱、无层次、无规律、结构差、外来物质多、养分匮乏等 特性，使原有的自然土壤产生时间和空间上的变异，土壤理化性质也发生实质性的变化， 引发自然生态系统的退化。 公路边坡中的土壤动物是路域生态系统的重要组成部分，栖息在土壤环境中土壤生 物区系的组成也要因为筑路引起的变化而随之发生变化。其组成与分布很大程度上也影 响路域生态系统的稳定程度和发展方向。所以，研究公路路域生态系统中的土壤动物可 以为合理的揭示公路陆域生态系统与土壤生物的相互关系提供理论依据，并为公路边坡 路域生态系统的生态恢复、保护、管理与重建积累基础资料，有利于对生态系统退化的 控制和生态系统的恢复，此项研究具有重要的现实意义。 土壤动物在路域生态系统中的研究工作还不成熟，很多方面还存有空白，因而在某 种意义上制约着我国在土壤动物领域的进一步发展。应该加大这些方面的研究力度，从 而获得详细的土壤动物数据资料，为我国建立土壤动物数据库和信息系统，以及开展各 方面工作提供科学依据。 本文是交通部交通建设科技项目“长白山区公路建设生态恢复技术研究 的一部分， 并得到东北师范大学分析测试基金资助。 6 东北师范大学硕士学位论文 2 研究区概况 21 研究区的自然概况 研究区为吉林省东部的蛟河市( 图1 ) ，地理坐标为1 2 6 。4 5 e - 1 2 7 。5 6 e ，4 3 。1 2 n 一“。g 7 n 。蛟河市在长白山西麓，东与敦化市相邻，南与桦甸市接壤，西隔松花湖 与吉林市、承吉县相望，北与舒兰市、黑龙江省五常市毗连。 圈1 研究犀地理位置 f i g1l o c a t i o ko fs t u d ya r e a 该研究区地处东北腹地长白山脉西麓，在大地构造上属吉林准褶皱带，受依兰伊 通断裂带和辉发河一敦化断裂带控制，山脉和ij 间盆谷地多呈北东向延伸。在中生代燕 山运动中形成盆一山地形结构的基础，后经第三纪夷平作用在新构造运动中有差异性 抬升，并形成几个地堑式沉降区。地貌以低山丘陵为主，山间各地宽阔，低山丘陵海拔 多在4 0 0 5 0 0 m ，相对高度1 0 0 3 0 0 m 。 该区属于温带大陆性季风气候，四季分明。春季少雨干燥，夏季温热多雨，秋季凉 爽多晴，冬季漫长而寒冷。年平均气温34 ，一月份平均气温最低，一般在零下 1 8 c2 0 c ，七月平均气温最高，一般在2 l 2 3 ，极端嘏岛气温3 66 。年最低气 温降水量7 0 88 m m ，由于地形原因，全年气候湿润，无霜期1 2 01 3 0 d 。 蛟河市大多数河流属松花江水系少数河流为牡丹江水系。境内松花湖湖岸线长 2 5 0 k m ，面积4 5 0 k m ：。全市共有河流8 9 条，资源总量为195 1 亿m 1 ，其叶 地下水资源 总量为19 9 亿m 。主要河流有拉法河、蛟河、南河、漂河、威虎河、团山子河、忙牛 河等，水量充足。 东北师范大学硕士学位论文 典型植被为红松阔叶混交林，群落结构较为复杂，植物种类极为丰富。乔木主要有 榆树( u l m u sp u m i l a ) 、山杨( p o p u l u sd a v i d i a n a ) 、紫椴( t i l i aa m u r e n s i s ) 、花曲 柳( f r a x i n u sr h y n c h o p h y l l a ) 、蒙古栎( o u e r c u sm o n g o l i c u s ) 、色木槭( a c e rm o n o ) 、 糠椴( 仃妇m a n d s h u r i c a ) 、胡桃楸( j u g l a n sm a n d s h u r i c a ) 、白桦( b e t u l a p l a t y p h y l l a ) 、沙松( a b i e sh o l o p h y l l a ) 、红松( p i n u sk o r a i e n s i s ) 、千金鹅尔枥 ( c a r p i n u sc u r c z a n i n o w i i ) 、水曲柳( f r a x i n u sm a n d s h u r i c a ) 、；灌木主要有接骨木 ( s a m b u c u s i l l a 晒s i i ) 、托盘( r u b u ss r a t a e g i f o l i u s ) 、绣线菊( s p i r a e as a l i c i f o l i a ) 、 胡枝子( l e s p e d e z ab i c o l o r ) 、忍冬( s p i r a e as a l i c i f o l i a ) 、东北山梅花( p h i l a d e l p h u s s c h r e n k i i ) 、刺五加( r a d i xa c a n t h o p a n a c i s ) 、花楷槭( a c e ru k u r u n d u e n s e ) 、五味 子( f r u c t u s s c h i s a n d r a e ) 、山葡萄( 切p e l o p s i sb r e i p e d u n c u l a t a ) 、软枣子( a c t i n i d i a a r g u t a ) 等；草本主要是轮叶百合( j 脚d i s t i c h u m ) 、山茄子 ( l o n i c e r ac a e r u e al v a r oe n u l i s ) 、蕨( 尸t e r i d i 蚴a q u i l i n u mv a t l at i u s c u l u m ) 、 透骨革( p h r y m a e p t o s t a c h y a ) 、铁线莲( c l e m a t i sf l o r i d a ) 、苔草( c a r e x