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草原动物生态系统的多样性分析

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研究材料与研究方法

1研究区概况

呼伦贝尔草原(115°21′-126°04′E,47°05′-53°20′N)位于内蒙古自治区东部,是欧亚大陆草原的东翼。气候属温带大陆性季风气候,年均温-3-0℃,全年≥10℃积温1600℃-2000℃,自东南向西北递增;年降水250mm-400mm且主要集中于6月-8月,自东南向西北递减;年蒸发量为降水的2倍-7倍,湿润度0.5-0.7。无霜期80d-120d;从东到西植被由草甸草原过渡到典型草原,土壤由黑钙土地带逐渐过渡到栗钙土地带(陈宝瑞,2010)。

2试验设计与采样方法

呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站位于呼伦贝尔草甸草原的中心地带。本文选取大兴安岭西麓3种不同的草甸草原群落开展野外调查(陈宝瑞,2010)。羊草草甸草原围封样地于2005年底围封,围封前为集体打草场,建群种为裂叶蒿(Artemisiatanacetifolia)和羊草(Leymuschinensis),常见种主要有寸草苔苔(Carexduriuscula)、贝加尔针茅(Stipabaicalensis)、细叶白头翁(Pulsatillaturczaninovii)和狭叶青蒿(Artemisiadracunculus)等。贝加尔针茅草甸草原围封样地于2007年底围封,围封前受放牧和打草交替影响,建群种为贝加尔针茅(Stipabaicalensis)和日荫菅(Carexpediformis),常见种有裂叶蒿和细叶白头翁等。线叶菊草甸草原围封样地一直处于自然生长状态,建群种为线叶菊(Filifoliumsibiricum)和贝加尔针茅,常见种为贝加尔针茅、洽草(Koeleriacristata)、裂叶蒿、掌叶白头翁(Pulsatillapatens)和扁蓿豆(Melilotoidesruthenica)等。

2.1土壤动物采集野外调查分别于2010年7月和9月进行。在3种草甸草原群落的6种生境中分别随机设置5个~6个大型土壤动物样方。样方大小为30cm×30cm,先刈割去除地表草本植物和凋落物,再按0cm-10cm、10cm-20cm和20cm30cm层采用手捡法采集大型土壤动物,两个月合计做大型土壤动物样方64个。

2.2土壤动物鉴定与统计带回实验室的大型土壤动物在实体显微镜下鉴定并进行数量统计,一般鉴定到科。由于土壤动物成虫和幼虫在土壤中的作用不同,因此将成虫与幼虫分开统计数量,昆虫蛹和卵不进行数量统计。土壤动物的分类鉴定参照《中国土壤动物检索图鉴》进行(尹文英,1998)。个体数量占总个体数的比例>10%的为优势类群,占1%~10%的为常见类群;占<1%的为稀有类群(Xinetal.,2012)。

3数据分析

采用Excel2003进行土壤动物数量统计,采用SPSS15.0进行单因素方差(ANOVA)分析,采用CanocoforWindows4.5进行对应分析,采用BioDiversityProfessionnal软件计算生物多样性指数。以动物个体密度表示土壤动物多度,采用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(E)、Simpson优势度指数(Ds)和Margalef丰富度指数(D)(Magurran,2004)表征群落生物多样性特征。

结果分析

1大型土壤动物类群与数量组成

对呼伦贝尔草甸草原3种群落6个生境进行调查,共获大型土壤动物29个类群,1128只,隶属于2门4纲9目。优势类群为蚁科(占57.6%)和象甲科幼虫(占24.1%),共占总个体数的81.7%;常见类群为线蚓科、食虫虻科幼虫、地蜈蚣目、露尾甲科幼虫、蜘蛛目、象甲科和叩甲科幼虫7个类群,合计占总个体数的12.5%。优势类群和常见类群共9类,占总个体数的94.2%,构成了呼伦贝尔草甸草原生态系统大型土壤动物数量的主体。稀有类群20类,仅占总个体数的5.8%。稀有类群虽然个体数量少,但是对温性草甸草原生态系统生境变化十分敏感,具有一定的指示作用(表1)。分析发现,不同生境大型土壤动物群落的优势类群基本一致,均为蚁科和象甲科幼虫(贝加尔针茅草甸草原围封样地例外与蚂蚁偏多有关),它们在不同生境所占比例分别为47.46-76.33%和14.29-38.64%(表2)。但各生境中常见类群存在着差异。例如,只有线蚓在全部生境都是常见类群,地蜈蚣虽然在不同的生境里比例差异很大,但需要注意的是在贝加尔针茅草甸草原放牧场消失,而夜蛾科幼虫和缘蝽科仅出现在线叶菊草甸草原围封样地。

2大型土壤动物水平分布特征

从各生境大型土壤动物的密度和类群数的水平分布可以看出(图1),不同生境大型土壤动物密度大小为:羊草草甸草原围封样地>贝加尔针茅草甸草原围封样地>贝加尔针茅草甸草原打草场>羊草草甸草原打草场>线叶菊草甸草原围封样地>贝加尔针茅草甸草原放牧场。密度最大的是羊草草甸草原围封样地(324.2±40.86ind./m2),密度最小的是贝加尔针茅草甸草原放牧场(103.4±13.96ind./m2),前者是后者的3倍。大型土壤动物类群数排列顺序为:羊草草甸草原围封样地>羊草草甸草原打草场>贝加尔针茅草甸草原围封样地=贝加尔针茅草甸草原打草场>线叶菊草甸草原围封样地>贝加尔针茅草甸草原放牧场。大型土壤动物类群数最多的是羊草草甸草原围封样地(6.8类),占全部生境大型土壤动物总类群数的23.45%,最少的是贝加尔针茅放牧样地(4.2类),占总类群数的14.48%。由此可知,同一生态系列的不同植物群落生境下的大型土壤动物的密度和类群数存在着明显的差异。

3大型土壤动物垂直分布特征

从不同生境的大型土壤动物的密度和类群数的垂直分布来看(图2),均具有明显的表聚性,即密度和类群数均是0cm~10cm>10cm~20cm>20cm~30cm,但羊草草甸草原类群数是在10cm~20cm层最多(图2(a)和图(b))。全部生境大型土壤动物在0cm~10cm、10cm~20cm和20cm~30cm层的分布比例平均为54.02%、27.49%和18.479%,但在不同的生境递减速率存在着差异。0cm~10cm层所占比例最高的是线叶菊草甸草原生境,最低的是羊草草甸草原生境。

4大型土壤动物群落多样性特征

各生境大型土壤动物群落生物多样性特征均具有一定差异,但不同多样性指数的变化有所不同(图3)。从三种群落围封样地来分析,方差分析及Tukey多重比较显示,除了贝加尔针茅草甸草原的Simpson优势度指数(Ds)显著高于羊草草甸草原和线叶菊草甸草原(p=0.05)以外,羊草草甸草原、贝加尔针茅草甸草原和线叶菊草甸草原的其它生物多样性指数均无显著性差异。羊草草甸草原打草场与围封样地的各种生物多样性指数均没有显著差异;但贝加尔针茅草甸草原放牧场和打草场的生物多样性指数均发生了不同程度的变化,例如,放牧场的Pielou均匀度指数(E)显著高于围封样地和打草场(p=0.05),放牧场和打草场的Simpson优势度指数(Ds)显著低于围封样地(p=0.05),放牧场的Margalef丰富度指数(D)显著低于围封样地和打草场(p=0.05)。

5大型土壤动物对应分析

采用对应分析(CA)对呼伦贝尔草甸草原不同生境及其主要大型土壤动物类群进行了排序,结果见图4。大型土壤动物CA排序的特征值为0.390,四个排序轴的特征值分别为0.127、0.106、0.069和0.055。排序轴Axis1解释了32.4%的生境和动物物种变化,前两个排序轴解释了59.6%的生境和大型土壤动物物种变化。从图4可以看出,羊草草甸草原围封样地、贝加尔针茅草甸草原围封样地和线叶菊草甸草原围封样地相距均较远,但线叶菊草甸草原围封样地与羊草草甸草原和贝加尔针茅草甸草原的打草场相邻较近。排序轴Axis2将羊草草甸草原和贝加尔针茅草甸草原的围封样地以及羊草草甸草原打草场与其他生境分开,排序轴Axis1又把羊草草甸草原和贝加尔针茅草甸草原的围封样地与羊草草甸草原打草场分开,把贝加尔草甸草原放牧场与线叶菊草甸草原围封样地和贝加尔针茅草甸草原打草场分开。分析各大型土壤动物类群与生境的关系可知,象甲科、金龟子幼虫和鳞翅目幼虫与羊草草甸草原围封样地关系密切,地蜈蚣目、步甲科和拟步甲科幼虫与羊草草甸草原打草场关系也密切,叩甲科幼虫、露尾甲科幼虫和鳞翅目幼虫与贝加尔针茅草甸草原围封样地关系密切,叩甲科幼虫、天牛科幼虫和拟步甲科与贝加尔针茅草甸草原放牧场关系密切,蚁形甲科、步甲科幼虫和剑虻科幼虫与贝加尔针茅草甸草原打草场关系密切。地蜈蚣目、步甲科和拟步甲科幼虫与线叶菊草甸草原围封样地关系密切。ordinationofsoilmacrofaunaandhabitats蚁科Formicidae;地蜈蚣目Geophilomorpha;蜘蛛目Araneida;象甲科Curculionidae;象甲科幼虫Curculionidaelarvae;叩甲科幼虫Elateridaelarvae;蚁形甲科Pselaphidae;步甲科Carabidae;步甲科幼虫Carabidaelarvae;天牛科幼虫Cerambycidaelarvae;拟步甲科Tenebrionidae;拟步甲科幼虫Tenebrionidaelarvae;露尾甲科幼虫Nitidulidaelarvae;剑虻科幼虫Therevidaelarvae;双翅目幼虫Dipteralarvae;食虫虻科幼虫Asilidaelarvae;线蚓科Enchytraeidae;金龟子科幼虫Scarabaeidaelarvae;鳞翅目幼虫Lepidopteralarvae.口:生境Habitat;土壤动物Soilfauna.

结论与讨论

在呼伦贝尔草甸草原6种生境共获得大型土壤动物29个类群,隶属2门4纲9目。优势类群为蚁科和象甲科幼虫,常见类群为线蚓科、食虫虻科幼虫、地蜈蚣目、露尾甲科幼虫、蜘蛛目、象甲科和叩甲科幼虫,优势类群与松嫩草甸草原相似,但常见类群与松嫩草甸草原差异较大(刘莉莉等,2005;刘静,2007)。由此可知,虽然呼伦贝尔草甸草原与松嫩草甸草原同为草甸草原,但植物群落及其土壤环境的差异导致了土壤动物群落结构的不同。

呼伦贝尔草甸草原植物群落及其土壤环境差异明显(陈宝瑞,2010),而生境直接影响着土壤动物群落的生态地理特征(刘继亮等,2010;刘新民和杨稢,2005)。本文所选取的6种生境同为草甸草原,但群落类群和人类干扰程度不同(陈宝瑞,2010)。各生境大型土壤动物群落优势类群基本相同,但优势类群的优势度、常见类群及个体密度和类群数都存在差异;各生境大型土壤动物个体密度和类群数的垂直分布均具有表聚性,但垂直递减速率存在着差异;围封样地间大型土壤动物各种多样性指数均没有显著差异,但放牧导致贝加尔针茅群落大型土壤动物的Pielou均匀度显著升高,Simpson优势度和Margalef丰富度指数显著降低,而刈割仅仅显著降低了Simpson优势度,说明干扰强度对贝加尔针茅草甸草原大型土壤动物的影响是有差异的(吴东辉等,2008)。因此,适度利用草原具有重要的生态学意义。对应分析结果表明,三种植物群落围封样地大型土壤动物群落相似性不大,刈割导致羊草草甸草原和贝加尔针茅草甸草原大型土壤动物群落与线叶菊草甸草原大型土壤动物群落越来越接近,放牧对贝加尔针茅草甸草原土壤动物群落的影响也较明显;不同的大型土壤动物对生境的偏好存在一定的差异。

作者:李金霞刘晓光辛晓平单位:呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站包头师范学院资源与环境学院包头师范学院生物科学与技术学院

草原动物生态系统的多样性分析责任编辑:陈老师    阅读:人次