小興安嶺6種生境土壤動(dòng)物群落多樣性研究

小興安嶺6種生境土壤動(dòng)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(dòng)物群落多樣性的研究報(bào)道很少。我們對(duì)小興安嶺森林土壤動(dòng)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(dòng)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(guó)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℃。≥10℃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(dòng)物的調(diào)查取樣,每個(gè)生境取3個(gè)樣方。大型土壤動(dòng)物的取樣面積為50cm×50cm,中小型土壤動(dòng)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(dòng)物在野外直接采用手撿法,中小型土壤動(dòng)物采用Tullgren法在室內(nèi)分離提取,然后分類鑒定。同時(shí)對(duì)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(shì)藻類和常見藻類在小興安嶺6種生境中,共獲土壤動(dòng)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(dòng)物為39類、2034只,占總個(gè)體數(shù)的23.60%。優(yōu)勢(shì)類群為線蚓,占大型土壤動(dòng)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(dòng)物共獲59類、6582只,占總個(gè)體數(shù)的76.40%。其中優(yōu)勢(shì)類群為甲螨和節(jié)跳蟲,占中小型土壤動(dòng)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(dòng)物的類群及數(shù)量組成與我國(guó)其它地區(qū)相比較,既有相同性,也有相異性。大型土壤動(dòng)物在亞熱帶天目山以多足類為優(yōu)勢(shì)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(shì)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(shì)類群相一致。中小型土壤動(dòng)物,小興安嶺與日本及我國(guó)其它地區(qū)相似,優(yōu)勢(shì)類群為螨類和彈尾類。日本北海道和長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)白山相一致。2.2土壤動(dòng)物的均勻度和多樣性土壤動(dòng)物的豐富度和多樣性是反映土壤動(dòng)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(shì)度密切相關(guān)。本文豐富度指數(shù)采用土壤動(dòng)物類群數(shù)。測(cè)定物種(類群)多樣性指數(shù)的方法很多,但對(duì)土壤動(dòng)物的多樣性研究很少,而且研究者對(duì)多樣性指數(shù)的應(yīng)用又各有所側(cè)重,因此土壤動(dòng)物多樣性的測(cè)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(duì)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(cè)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(shì)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(dòng)物和中小型土壤動(dòng)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(dòng)物的豐富度指數(shù)變化趨勢(shì)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(dòng)物豐富度指數(shù)變化趨勢(shì)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(lái)看(圖2),大型土壤動(dòng)物和中小型土壤動(dòng)物變化規(guī)律一致。大型土壤動(dòng)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(dòng)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(wú)論大型土壤動(dòng)物還是中小型土壤動(dòng)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(dòng)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(rùn),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(dòng)物的棲息。興安落葉松林土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較豐富,因此豐富度和多樣性也較高。從土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)與多樣性指數(shù)的比較來(lái)看,大型土壤動(dòng)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(shì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)物的多樣性較高,多樣性指數(shù)為3.498。中小型土壤動(dòng)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(dòng)物的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和個(gè)體數(shù)關(guān)系分析可以看出,土壤動(dòng)物多樣性與豐富度和均勻度呈正相關(guān),與優(yōu)勢(shì)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(dòng)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(lái)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(dòng)物群落多樣性雖然有差異,但又具相似性。2.4土壤動(dòng)物的多樣性6種生境中土壤動(dòng)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(dòng)物類群多樣性逐漸減少。并且減少的速度越來(lái)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(dòng)物),第一層類群豐富,即多樣性高,大型土壤動(dòng)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(dòng)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(dòng)物多樣性均為表聚性,但隨土層深度增加,中小型土壤動(dòng)物多樣性遞減速率大于大型土壤動(dòng)物的遞減速率,而且遞減率比較均勻,表聚性更明顯。土壤動(dòng)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(dòng)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(yíng)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(dòng)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(rùn),線蚓喜生在濕潤(rùn)的土壤上層,大約8cm土層以內(nèi)。中小型土壤動(dòng)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(dòng)物多樣性的差異性1)小興安嶺大型土壤動(dòng)物以寡毛綱線蚓為優(yōu)勢(shì)類群,與日本北海道相一致,與我國(guó)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(dòng)物與日本及我國(guó)其它地區(qū)相似。優(yōu)勢(shì)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(zhǎng)白山一致。2)在6種生境中,無(wú)論大型土壤動(dòng)物還是中小型土壤動(dòng)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(dòng)物多樣性指數(shù)、豐富度