皆伐对落叶松人工林土壤动物群落结构的影响

王利民

摘 要：该研究通过对落叶松人工林皆伐区与对照区土壤动物进行抽样调查，分析比较皆伐对华北落叶松人工林土壤动物群落的影响。共获得土壤动物4 740头，4纲15目32个类群，通过分析皆伐与未皆伐林分土壤动物的物种组成、群落结构和物种多样性，结果表明，蜱螨目、弹尾纲为皆伐华北落叶松人工林土壤动物的优势类群，共占物种总数的88.36%，且皆伐区土壤动物群落Shannon-Weiner多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson多样性指数和Pielou均度指数有所提高，而优势集中度指数C有所下降。

关键词：土壤动物；皆伐；华北落叶松；群落结构；生物多样性

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）14-0037-03

Abstract：In order to understand the effects of clear cutting on soil fauna，this study investigated the soil animal in clear cutting area and control area of Larix principis-rupprechtii plantation.We collected 4740 individuals belong to 33 groups，14 orders and 4 classes.Statistical analysis of species composition，community structure and biodiversity of soil fauna in control and clear cutting area showed that the dominant groups were Acarina and Collembola which accounted for 88.36% of the total number of species in total. Analysis also shows that Shannon-Weiner biodiversity index，Pielou evenness index and Simpson diversity index were increased in clear cutting area，while the dominant concentration index was decreased.

Key words：Soil animal；Clear cutting；Larix principis-rupprechtii；Community structure；Biodiversity

1 引言

华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）是华北林区营造速生丰产林主要的树种之一，由于大面积营造结构简单、树种单一的同龄华北落叶松纯林，并且受不合理的造林技术以及人为干扰的影响，较多的林分开始出现生长衰退、水源涵养功能降低等现象，导致相当数量的华北落叶松人工林病虫害发生严重[1]。皆伐是指在一个采伐季节内，将伐区上的林木全部伐除的森林主伐方式[2]。由于皆伐改变了林地的光照、地表温度、土壤水分和降水分配方式等特征，从而加快了林地凋落物及采伐剩余物的分解速度，释放出较多的速效养分[3]。土壤动物是指其生活史中有一段时期在土壤中度过，且对土壤有一定影响的动物[4]，其在生态系统物质循环过程中起着中间环节的作用，扮演着分解者和消耗者的双重作用。另外，由于土壤动物生活周期短，对于外部环境的变化能迅速作出反应，土壤动物群落结构的变化能够在一定程度上反应其所在能林分的变化[5]。本文以皆伐区与未皆伐对照区华北落叶松人工林内土壤为研究对象，分析皆伐对其物种多样性的影响，以期为探究皆伐与森林生态系统健康和生物多样性之间关系，优化落叶松人工林经营技术措施提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况 研究区位于河北省木兰围场国有林场管理局（简称木兰林管局）龙头山林场道坝子营林区。地理坐标为N41°35′～42°37′，E116°48′～118°20′；坡向西北，坡度20；海拔1 210m；年降雨量380～560mm，无霜期67～128d；土壤为棕壤。研究对象为1972年营造的华北落叶松人工纯林，平均树高10.5m，平均胸径13.5cm，平均郁闭度0.35，平均密度为850株/hm2。由于研究区受人为干扰较大，林木生长不良，故于2007年对部分林分进行皆伐，同时保留未皆伐区作为对照。林内灌木主要有柔毛绣线菊（Spiraea pubescens）、胡枝子（Lespedeza formosa）等。草本植物主要有苔草（Carex plantaginea）、小红菊（Dendranthema chanetii.）、歪头菜（Vicia unijuga）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）、鹅绒萎陵菜（Potentilla anserina）、长茎飞蓬（Erigeron acer）等。

2.2 土壤动物的采集与鉴定 于2013年7月对华北落叶松人工林皆伐区及未处理对照区的土壤动物进行调查采集，分别在两林地随机选取5点，采集10cm×10cm凋落物层，使用内径5cm环刀采集0～10cm土壤层及10～20cm土壤层内的土壤动物。用封口袋带回实验室采用干漏斗分离，分离得到的土壤动物保存于75%乙醇溶液中，于双目体视显微镜（Olympus，SZX10型）下观察计数和分类鉴定；鉴于成虫和幼虫在土壤中的功能和作用不尽相同，鉴定过程中分开统计其种类与数量。土壤动物的鉴定主要参考《中国土壤动物检索图鉴》、《昆虫分类学》、《幼虫分类学》等[6-16]文献资料，鉴定到亚目或科。

2.3 统计分析 各指标计算公式如下：

Simpson多样性指数：[D=1-i=1sP2i=1-i=1sNiN2]；

群落的Pielou均匀度指数：[Jd=D/（1-1/S）]；

群落优势度指数：[C=pi×pi]；

物种丰富度指数：[d=S/N]。

式中：[pi]为第[i]个物种占得的比例，[S]为物种总数，[N]为群落中所有种的个体总数。

3 结果与分析

3.1 皆伐与对照林分的土壤动物群落组成比较 本次调查共采集土壤动物4 740头，隶属4纲15目32个类群。就平均密度而言（表1），蜱螨目和弹尾纲个体数最多，分别占个体总数的70.16%、18.20%；叶蝉科个体数最少，占个体总个数的0.01%。皆伐区采集土壤动物4纲25类，对照区采集土壤动物3纲20类。两区优势类群均为物种为蜱螨目和弹尾纲，蜱螨目平均密度在皆伐区（16 253ind·m-2）少于对照区的（19 540ind·m-2）；弹尾纲平均密度在皆伐区（5 833ind·m-2）多于对照区（3 452ind·m-2）。

4 结论

本次调查共采集土壤动物4 740头，隶属4纲15目32个类群。皆伐区土壤动物的类群数和平均密度较对照区均有所增加；其中优势类群蜱螨目的平均密度在皆伐区的少于对照区，这可能是由于皆伐后土壤容重增大，持水性能下降，孔隙度减小，通气性变差[17]，不适于蜱螨目的生存，另一优势类群弹尾纲呈相反趋势。华北落叶松人工林皆伐迹地土壤动物与未皆伐区土壤动物相比较，Simpson多样性指数D、Pielou均匀度指数Jd、丰富度d都有所提高，优势度与皆伐华北落叶松人工林外的土壤动物相比较有所下降。皆伐后的华北落叶松人工林的土壤动物的物种数、个体数、丰富度、均匀度和多样性指数都稍高于之前的水平。本研究结果显示，短期皆伐后随着林地光照、地表温湿度的改变，促进了灌草层植被的生长，在一定程度上加快了凋落物及采伐剩余物的分解速度，从而释放出较多的速效养分，为土壤动物提供了更多样的食物种类，提高了其多样性水平。

参考文献

[1]于洋，王海燕，丁国栋.华北落叶松人工林土壤微生物数量特征及其与土壤性质的关系[J].东北林业大学学报，2011，39（3）：76-80.

[2]安静，王文杰，汪洪岩.人工林皆伐对土壤碳及相关理化性质的影响[J].东北林业大学学报，2012，6（40）：57-62，66.

[3]薛立，薛晔，李燕，等.皆伐对杉木林土壤养分的短期影响[J].水土保持通报，2009，10（29）：73-75.

[4]刘长海，廉振民，陈宗礼.土壤动物群落生态学与土壤微生态环境的关系[J].生态环境，2007，16（5）：1564-1569.

[5]朱永恒，赵春雨，王宗英.我国土壤动物群落生态学研究综述[J].生态学杂志，2005，24（12）：1477-1481.

[6]尹文英.中国土壤动物图鉴（上、中、下）[M].北京：科学出版社，1998.

[7]郑乐怡，归鸿.昆虫分类学[M].南京：南京师范大学出版社，1999.

[8]钟觉民.幼虫分类学[M].北京：农业出版社，1990.

[9]张巍巍，李元胜.中国昆虫生态大图鉴[M].重庆：重庆大学出版社，2011.

[10]嵇保中，刘曙雯，张凯.昆虫学基础与常见种类识别[M].北京：科学出版社，2011.

[11]孟庆繁，高文韬.长白山访花甲虫[M].北京：中国林业出版社，2008.

[12]西北农学院植物保护系.陕西经济昆虫图志（鞘翅目：瓢虫）[M].西安：陕西科学技术出版社，1985.

[13]嵇保中，刘曙雯，张凯.昆虫学基础与常见种类识别[M].北京：科学出版社，2011.

[14]吴坚，王常禄.中国蚂蚁[M].北京：中国林业出版社，1995.

[15]赵梅君，李利珍.中国600种昆虫生态图鉴[M].上海：上海科学普及出版社，2004.

[16]吴佳教，梁帆，梁广勤.实蝇类重要害虫鉴定图册[M].广州：广东科技出版社，2009.

[17]张正雄，周新年，高山.皆伐对短轮伐期尾叶桉林地土壤性质的影响[J].福建林学院学报，2014，24（2）：111-113.

（责编：张宏民）