小兴安岭6种生境土壤动物群落多样性研究

小兴安岭6种生境土壤动物群落多样性研究

生物多样性保护是一个新兴的研究领域，也是世界环境的研究领域之一。关于植物群落多样性的研究已有大量报道,但土壤动物群落多样性的研究报道很少。我们对小兴安岭森林土壤动物群落多样性进行了调查研究,目的在于了解小兴安岭森林土壤动物群落多样性现状及分布,为生物多样性保护及森林可持续发展提供科学依据。1研究区域自然环境的一般概念和研究方法1.1带岭支脉的沿海地区研究区位于黑龙江省凉水国家自然保护区内,地理位置为128°53′20″E、47°10′50″N,地处小兴安岭山脉的南段达里带岭支脉的东坡。本区具有明显的温带大陆性季风气候特征,冬季寒冷干燥、夏季温热多雨,年平均降水680mm左右,年均温-0.3℃,年平均最高气温7.5℃,年平均最低气温-6.6℃。≥10℃的积温为1700℃。地带性土壤为暗棕壤,主要自然植被有阔叶红松林、次生白桦林、云冷杉红松林、云冷杉林、兴安落叶松林和赤杨林。地带性植被是以红松为主的温带针阔混交林(阔叶红松林)。1.2取样方法及取样材料在阔叶红松林、次生白桦林、云冷杉红松林、云冷杉林、兴安落叶松林和赤杨林6种生境中进行土壤动物的调查取样,每个生境取3个样方。大型土壤动物的取样面积为50cm×50cm,中小型土壤动物取样面积为10cm×10cm。每个样方分别取凋落物层、0～10cm、10～20cm和20～30cm土层,共取土样144个。大型土壤动物在野外直接采用手捡法,中小型土壤动物采用Tullgren法在室内分离提取,然后分类鉴定。同时对各生境林冠郁闭度、凋落物厚度等进行了调查,各生境的特征见表1。2结果与分析2.1小兴安岭主要有优良的优势藻类和常见藻类在小兴安岭6种生境中,共获土壤动物77类、8616只,分隶属于4门8纲21目42科。其中的大型土壤动物为39类、2034只,占总个体数的23.60%。优势类群为线蚓,占大型土壤动物总个体数的70.40%;常见类群为6类,占总个体数的21.52%,两者共占总个体数的91.92%(表2)。中小型土壤动物共获59类、6582只,占总个体数的76.40%。其中优势类群为甲螨和节跳虫,占中小型土壤动物总个体数的60.27%;常见类群为10类,占总个体数的33.83%,两者共占94.10%,其它为稀有类群,详见表3。小兴安岭属中温带地区,土壤动物的类群及数量组成与我国其它地区相比较,既有相同性,也有相异性。大型土壤动物在亚热带天目山以多足类为优势类群,个体数占总个体数的24%;衡山以双翅类幼虫为主,占总数的22%;岳麓山以蚂蚁为主,占总数的33%;暖温带小龙山以腹足类为主,占总数25%,而小兴安岭以寡毛纲线蚓为优势类群,占总个体数的70.4%,这与日本北海道林区以寡毛纲为优势类群相一致。中小型土壤动物,小兴安岭与日本及我国其它地区相似,优势类群为螨类和弹尾类。日本北海道和长白山弹尾类占总数的55%～56%,螨类占总数的28%～37%,小龙门及亚热带螨类占总数50%～72%,弹尾类占10%～36%,而小兴安岭螨类占总数50.7%,弹尾类(节跳虫、球角跳虫、鳞跳虫、棘跳虫、绫跳虫、山跳虫、圆跳虫、长角跳虫、短角跳虫、疣跳虫、绢跳虫)占总数34.3%,与日本北海道和长白山相一致。2.2土壤动物的均匀度和多样性土壤动物的丰富度和多样性是反映土壤动物群落水平分布差异的重要指标,而物种(类群)的丰富度、多样性与均匀度、优势度密切相关。本文丰富度指数采用土壤动物类群数。测定物种(类群)多样性指数的方法很多,但对土壤动物的多样性研究很少,而且研究者对多样性指数的应用又各有所侧重,因此土壤动物多样性的测定也没有一个统一的方法。我们通过分析比较,采用多群落比较的多样性指数,即DIC指数,对不同生境群落的多样性进行分析,公式为:DIC=gG∑i=1n[1−(|ximax−xiximax+xi)]CiCDΙC=gG∑i=1n[1-(|ximax-xiximax+xi)]CiC式中,DIC为多样性指数;Ximax为多个生境中第i类群的最大个体数;Xi为要测量的生境中第i类群的个体数;g为生境中的类群数;G为各生境所包含的总类群数;Ci/C为在C个群落中第i个类群出现的比率。采用的均匀度指数公式为:e=(−∑i=1sPilnPi)/lnSe=(-∑i=1sΡilnΡi)/lnS式中,e为均匀度指数,S为所有类群数,Pi为第i类群的个体数比例。优势度采用Simpson指数,公式为:C=∑(Ni/N)2C=∑(Νi/Ν)2式中,Ni为每一类群的个体数;N为总个体数,计算结果见表4。从表4和图1可以看出,随着生境的变化,大型土壤动物和中小型土壤动物丰富度变化规律完全一致,而个体数表现则不一致。大型土壤动物的丰富度指数变化趋势为:阔叶红松林、兴安落叶松林、赤杨林>次生白桦林>云冷杉林>云冷杉红松林,中小型土壤动物丰富度指数变化趋势为:赤杨林>阔叶红松林>兴安落叶松林、云冷杉林>次生白桦林>云冷杉红松林。从DIC多样性指数来看(图2),大型土壤动物和中小型土壤动物变化规律一致。大型土壤动物DIC多样性指数同丰富度数都是在赤杨林、兴安落叶松林和阔叶红松林生境中最高,在云冷杉红松林生境最低。其排列顺序是赤杨林>兴安落叶松林>阔叶红松林>云冷杉林>次生白桦林>云冷杉红松林;中小型土壤动物DIC指数排列顺序是赤杨林>兴安落叶松林>云冷杉林>阔叶红松林>云冷杉红松林>次生白桦林。这种变化规律与丰富度指数变化规律基本一致,即丰富度指数高,则DIC多样性指数也高。反之则相反。DIC多样性指数计算结果与实际调查结果一致。可以看出,无论大型土壤动物还是中小型土壤动物,在阔叶红松林生境的丰富度指数和多样性指数都较高,均匀度指数也较高;在云冷杉红松林生境丰富度指数和多样性指数都较低,均匀度指数也低。这是因为阔叶红松林为本区地带性植被类型,是原始林,群落所处生境的水、热条件较好,群落结构复杂,植物种类丰富,大约每年可生产(3.40～5.78)t/hm2的凋落物,在林地形成较厚的凋落物层,而且养分含量高,因而利于土壤动物的生存。赤杨林生境林冠稀疏,因而光照充足;由于靠近河流,比较湿润,所以草本发育又很好,在这种水热条件好、草本又茂盛的生境,很适合土壤动物的栖息。兴安落叶松林土壤营养物质较丰富,因此丰富度和多样性也较高。从土壤动物个体数与多样性指数的比较来看,大型土壤动物在云冷杉林生境的个体数较多,有465只、17类,但由于生境的优势度最高,仅线蚓就达405只,占总个体数的87.09%,所以云冷杉林生境大型土壤动物多样性较低,多样性指数只有2.448。而在阔叶红松林生境大型土壤动物个体数虽然只有265只、有21类,但由于其均匀度高,所以阔叶红松林大型土壤动物的多样性较高,多样性指数为3.498。中小型土壤动物个体数最多的是兴安落叶松林生境,有1661只、28类,而且均匀度也很高,所以兴安落叶松林生境的多样性也较高。从以上土壤动物的多样性指数、丰富度指数、均匀度指数、优势度指数和个体数关系分析可以看出,土壤动物多样性与丰富度和均匀度呈正相关,与优势度呈负相关,与个体数没有直接相关关系。2.3同生境间的相似性由于不同林型其生境不同,导致土壤动物群落的多样性不同,但又存在一定的相似性,采用Sфrensen的相似性指数来比较不同生境间的相似性,公式为:S=2C/(A+B)S=2C/(A+B)式中,C为两个群落或样地生境共有类群数,A和B分别为生境a和生境b的类群数。计算结果见表5。从表5可以看出,各生境间的相似性指数都较高。最小为0.42,是云冷杉红松林和次生白桦林生境;最大为0.75,是云冷杉林和赤杨林生境,说明了6种生境间土壤动物群落多样性虽然有差异,但又具相似性。2.4土壤动物的多样性6种生境中土壤动物的垂直分布基本符合如下规律:从地表向下,随土层深度的增加,土壤动物类群多样性逐渐减少。并且减少的速度越来越快(图3和图4)。除极个别生境外(云冷杉林生境大型土壤动物),第一层类群丰富,即多样性高,大型土壤动物在第一层类群最多的是阔叶红松林、兴安落叶松林和赤杨林生境(分别为16类),最少的是云冷杉林生境。中小型土壤动物第一层类群最多的也是阔叶红松林、兴安落叶松林和赤杨林(分别为26类、25类和28类)。从图3和图4还可以看出,大型和中小型土壤动物多样性均为表聚性,但随土层深度增加,中小型土壤动物多样性递减速率大于大型土壤动物的递减速率,而且递减率比较均匀,表聚性更明显。土壤动物个体数的垂直分布也是随土层深度增加而减少,大型土壤动物递减规律最明显的是阔叶红松林和次生白桦林生境,原因在于这两种生境都是典型暗棕壤,而且林下凋落物都以阔叶为主并且分解快,分解后的营养元素又由于淋溶作用随土层深度增加逐渐递减。而在云冷杉林、云冷杉红松林和赤杨林生境中,出现了0～10cm土层的土壤动物个体数多于凋落物层的现象,分析其原因主要是线蚓在起作用,如在云冷杉林生境0～10cm土层中的线蚓是凋落物层的5.76倍;云冷杉红松林是凋落物层的9.76倍;赤杨林中则是凋落物层的24.83倍,因为这3种生境0～10cm土层较湿润,线蚓喜生在湿润的土壤上层,大约8cm土层以内。中小型土壤动物个体数的递减速率比较均匀(次生白桦林除外),而且表聚性也很明显。3不同生境中土壤动物多样性的差异性1)小兴安岭大型土壤动物以寡毛纲线蚓为优势类群,与日本北海道相一致,与我国亚热带天目山、衡山、岳麓山及暖温带小龙山不同。中小型土壤动物与日本及我国其它地区相似。优势类群都是螨类和弹尾类。从占总个体数比例上看,与日本北海道和长白山一致。2)在6种生境中,无论大型土壤动物还是中小型土壤动物,在阔叶红松林生境的多样性都较高,表明其生境条件比其它5种生境优越,从土壤动物多样性指数、丰富度