西藏东南部林牧交错带林地与湿地的土壤动物群落比较

2017-11-29 03:34臧建成
西北农业学报 2017年11期
关键词:类群相似性林地

臧建成,孙 涛

(1.西藏农牧学院 植物科学学院,西藏林芝 860000; 2.淮北师范大学 生命科学学院,安徽淮北 235000;3.西藏高原资源昆虫与应用昆虫实验室,西藏林芝 860000)

西藏东南部林牧交错带林地与湿地的土壤动物群落比较

臧建成1,3,孙 涛2

(1.西藏农牧学院 植物科学学院,西藏林芝 860000; 2.淮北师范大学 生命科学学院,安徽淮北 235000;3.西藏高原资源昆虫与应用昆虫实验室,西藏林芝 860000)

比较研究西藏东南部典型林牧交错地带林地与湿地的土壤动物群落特征,为西藏东南部林地、湿地土壤动物群落研究提供科学数据。采用土钻法随机取样,Tullgren干漏斗法分离,参考土壤动物检索图鉴及大类别分类方法进行鉴定,并以DG多样性、Jaccard相似性系数q和Gower系数Sg分析该地区林地和湿地的土壤动物群落结构。结果表明,样地内(林地和湿地)共捕获土壤动物393头,属3门6纲18类,其中林地优势类群为弹尾目,湿地优势类群为弹尾目与前气门亚目。2 种生态类型土壤动物群落的DG差异不显著,群落类群个体数相似性不高,但林牧交错地带林地与湿地土壤动物个体数的异质性比类群数高。西藏东南部林地与湿地土壤动物密度、类群以及群落多样性均不同。土壤含水量明显影响土壤动物群落结构与数量,土壤动物群落结构的类群与总个体数相似性均不高。

西藏东南部;林地与湿地;土壤动物群落组成;DG指数;群落相似性

土壤生物可以加速有机物质的分解和转化,对土壤的形成和变化具有显著影响,是生态系统结构和功能的重要组成部分。已有研究[1]表明,土壤生物在土壤有机物质矿化、腐殖质形成与分解、植物营养元素转化等过程中具有重要意义。土壤动物通过取食、破碎、消化落叶、枯萎的根及动物残骸、代谢物等凋落物以及食用一部分微生物来刺激土壤微生物[2-3]。而后土壤微生物等分解者将通过分解使凋落物中的营养物质释放,而这些营养元素也会反过来维持土壤生物活动所需要的养分和能量[4]。同时,土壤动物还可以通过在土壤不同层次的移动,疏松土壤,改变土壤结构[5]。土壤动物排泄物因养分丰富且易分解,可以促进土壤微生物繁殖,从而改善土壤的理化性质[6]。已有研究表明,土壤的理化性质对于植被恢复也产生重要影响[7]。且土壤生物多样性直接影响生态系统的稳定性[8]。同时,植被类型与土壤动物的垂直变化密不可分,植被群落季相变化对土壤动物群落的组成具有一定影响[9]。俨然,土壤生态系统及土壤生物的研究已经成为国内外热点。

西藏东南部属半湿润区与湿润区的过渡地带,是中国保存最为完好的原始林区,该区域具有植物区系特殊、结构复杂,生物多样性丰富和林地生产力高等特点,为国内外学者关注的焦点,研究主要集中在森林不同植被类型、果园型土壤动物群落特征、不同土地利用方式、趋光性昆虫时序动态、湿地土壤动物多样性、林隙土壤线虫群落特征、采伐迹地土壤线虫群落特征、急尖长苞冷杉林土壤线虫群落特征以及昆虫区系等方面[10-16]。林牧交错、农牧交错带的土壤动物研究尚未见报道。本文主要研究西藏林芝地区林牧交错地带的川滇高山栎(Quercusaquifolioides)林地与湿地土壤动物群落结构及相似性,了解土壤动物群落多样性及西藏东南部林牧湿地过渡带土壤动物群落结构的变化趋势,为阐明土壤动物在不同生态系统中的作用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于西藏农牧学院后,属西藏自治区林芝县,系念青唐古拉山向南延伸的余脉,与喜马拉雅山东部向北发展的山系相连。26°52′~30°40′N, 92°09′~98°47′E,平均海拔3 000 m左右,受印度洋暖湿季风影响,冬春干燥,夏秋多雨。年降水量600~1 000 mm,年均温8~10 ℃,≥0 ℃积温为3 000~3 500 ℃·d,≥10 ℃的时间约180 d,属半湿润区与湿润区的过渡地带[17-19],生物资源丰富,为农牧林过渡地带,林区植被主要为川滇高山栎,湿地主要植被为禾本科植物。

1.2 研究调查方法

于2015年8-10月,在川滇高山栎林地和张麦村湿地进行采样。每一样地随机选取3个样方(10 m×10 m),每个样方内取3个样点,每样点间隔3 m,分别在各样点挖土壤剖面,按0~10 cm(Ⅰ)、10~20 cm(Ⅱ)和20~30 cm(Ⅲ)3 层,用直径(D)10 cm×高(H)10 cm土钻进行取样,所取土样放入带有标签的PE封口袋中,手捡大型土壤动物,放入装有φ=75%乙醇的指型管中,一同带回实验室。中小型土壤动物采用Tullgren干漏斗法分离,收集于指形管内,用φ=75%酒精保存。在尼康中级体视显微镜SMZ800+D5100下分类鉴定。采用大类别分类法进行分类[20]。土壤动物分类依据中国土壤动物检索[21]。

1.3 数据处理

1.3.1 多样性指数 采用密度——类群指数DG进行群落多样性的比较,其公式为:

式中,Di为第i类群的密度,Dimax为各类群中第i类群的最大密度,g为群落中的类群数,G为各群落所包含的总类群数,Ci/C为相对次数,即在C个群落中第i类群出现的比率。

1.3.2 群落相似性 选用Jaccard相似性系数q和Gower系数Sg度量群落间的相似程度。计算公式如下:

Jaccard相似性系数:

式中a为A样地全部类群数,b为B样地全部类群数,c为A、B两地共有的类群数;q=0.75~1.00为极相似,0.50~0.74为中等相似,0.25~0.49为中等不相似,0.00~0.24为极不相似

Gower系数:

演变成可以在多个群落间互相比较的指数。令

Xj-Xik=Ximax-Xi

Ri=-Ximax+Xi

式中n为群落相比较的类群数,Xi为第i类群的个体数,j和k代表两个不同的群落。Ri是第i类群在j和k群落的总个体数。系数最大值为1,最小值为0。

1.3.3 数据分析 采用Excel软件对林地和湿地土壤动物多样性指数DG进行单因素方差分析。在数据分析前,对个体密度和DG进行lg(x+1)转换,使之符合正态分布。

2 结果与分析

2.1 土壤动物群落组成

由表1可知,川滇高山栎林地和张麦村湿地共捕获中型土壤动物393头。优势类群为弹尾目Collembola、前气门亚目Prostigmata,占总捕获量的76.59%;常见类群为鞘翅目幼虫 Coleoptera larvae、膜翅目Hymenoptera、中气门亚目Mesostigmate、双翅目Diptera、啮虫目Psocoptera、甲螨亚目Orilatida 7类,共计占19.34%;双翅目幼虫Diptera larvae、线虫动物门Nemata、鞘翅目Coleoptera、同翅目Homoptera、同翅目幼虫 Homoptera larvae、原尾纲Protura、半翅目Hemiptera、等翅目幼虫Isptera larvae、缓步动物门Tardigrada 9类为稀有类群,总个体数仅占 5.07%。

张麦村湿地土壤动物优势类群是弹尾目Collembola和前气门亚目Prostigmata,常见类群为盲蛛目Odiliones、膜翅目Hymenoptera、双翅目Diptera、双翅目幼虫 Diptera larvae 4类,优势类群数与常见类群数共占湿地总类群数的42.86%,稀有类群为鞘翅目幼虫 Coleoptera larvae、啮虫目Psocoptera、线虫动物门Nemata、鞘翅目Coleoptera、同翅目Homoptera、同翅目幼虫 Homoptera larvae、原尾纲Protura、半翅目Hemiptera;川滇高山栎林地土壤动物优势类群仅为弹尾目Collembola,常见类群为前气门亚目Prostigmata、盲蛛目Odiliones、鞘翅目幼虫 Coleoptera larvae、中气门亚目 Mesostigmate、双翅目Diptera、啮虫目Psocoptera、甲螨亚目Orilatida 7类,优势类群数与常见类群数共占林地总类群数的72.73%,稀有类群为原尾纲Protura、等翅目幼虫Isptera larvae、缓步动物门Tardigrada 3类。

从表1能明显看出,湿地土壤动物类群数及个体数明显高于川滇高山栎林地,而林地的土壤动物种类稍多于湿地。

表1 不同土地类型土壤动物群落类群与数量组成Table 1 Soil fauna community composition and composition in different land types

注:+++代表优势种群,占总个体数10%以上,++代表常见类群,占总个体数1%~10%,+代表稀有类群,占总个体数1%以下;括号外为每个土壤动物类群捕获的个体数;括号内为每个土壤动物类群捕获的个体数占捕获量的百分比。

Note:Abundance refers to the number of some kind of soil animals percentage of total,which can be divided to:+ + +. Abundance gt;10%,as the dominant groups; + +. Abundance 1%-10%,as the common groups; +. Abundance 0.1%-1%,as the rare groups.Data in parenthesis are the number of individuals captured per soil fauna group,and data outside parentheses are the percentage of individuals captured per soil fauna group as a percentage of capture.

2.2 土壤动物群落多样性

由表2可知,通过DG指数方差分析,在林地与湿地8、9、10这3个月中,林地与湿地的土壤动物群落多样性均差异不显著。

由图1可看出,湿地8、9、10月份DG指数分别为2.01、4.01和3.33,其中9月份最高,8月份最低;而林地8、9、10月份DG指数分别为:1.96、2.61、3.76,其中10月份最高,8月份最低。表明,在不同时间段内,两种不同生态类型土壤动物的群落多样性不同。

2.3 土壤动物群落相似性

为了比较湿地、林地土壤动物群落的相似性,计算Jaccard相似性系数q及Gower系数Sg,两者分别反映群落类群的相似性,以及群落类群个体数上的相似性。

表2 川滇高山栎林地与湿地土壤群落多样性对比Table 2 Comparison of soil community diversity of Quercus aquifolioides woodland and wetland

注:同行不同小写字母表示差异显著(Plt;0.05)。

Note:Values with different lower case letters show significant differences in the same line atPlt;0.05.

图1 不同土地类型土壤动物群落的DG指数时序动态Fig.1 DG dynamics of soil fauna in different land types

经计算,q约为0.388 9(0.25~0.49),表明张麦村湿地与川滇高山栎林地间土壤动物群落类群为中等不相似;而Sg为0.275 5,表明土壤动物群落类群个体数的相似性也不高。表明林地与湿地土壤动物群落共有类群不多,且两生态类型土壤动物群落类群个体数相差较大。同时可看出,Gower系数明显低于Jaccard系数,表明林牧交错地带林地与湿地土壤动物个体数的异质性比类群数高。

3 讨 论

本研究区位于西藏林芝地区,属高原季风半湿润气候,6-9月为雨季。已有研究证明,降雨会影响地表土壤动物的扩散,土壤含水量也会强烈影响地下土居动物取食、多度等[22-23]。本研究调查时间为8-10月,8月雨水充沛,土壤含水量很高。9月初,降水逐渐减少,林地土壤含水量仍较高[24],而湿地含水量基本正常。雨季过后,进入干季,10月林地含水量再次逐渐下降。从林地与湿地土壤动物多样性数据分析显示,两地DG系数在8月份均最低,9月份湿地DG系数最高,而10月份林地最高。西藏林芝降水主要集中在6-9月份,8、9月雨水较充足为湿季,10月降水减少为干季。由此可见,降水影响土壤动物的多度。有研究证明,增加土壤含水量可以提高土壤生物活性[25],但因为8月份的长期降雨使土壤湿度过高,从而影响土壤的通气状况、pH及温度,使其超过土壤动物活动的适应范围,从而降低土壤动物的活动能力。

本研究中,西藏东南部林牧交错地带湿地土壤动物群落类群及个体数均高于林地,湿地与林地土壤动物类群主要差异在于大型土壤动物,湿地明显高于林地。表明土壤含水量变化对大型土壤动物影响大于中小型土壤动物[26-27],同时,研究区湿地处于居民区,有很多牛、羊、猪等,为当地居民家畜散养区,多有牲畜粪便等物质,为土壤动物提供充足的营养,土壤pH、土壤理化性质等都会受到一定干扰,也会影响研究结果。

研究表明,不同植被类型对土壤动物的群落物种组成及其丰富度、优势类群数量有影响[26]。西藏东南部林地与湿地土壤动物通过Jaccard系数和Gower系比较,均表明林地与湿地土壤动物群落相似性不高,且土壤动物群落类群的个体数较类群数相差更大,可能是土壤含水量、降水量、地表植被状况、土壤理化性质等因素影响的结果。

4 结 论

本研究共捕获土壤动物393头,优势类群为弹尾目和前气门亚目,占总捕获量的76.59%;常见类群为盲蛛目、鞘翅目幼虫、膜翅目、中气门亚目、双翅目、啮虫目、甲螨亚目,共计占19.34%;剩余9类为稀有类群,总个体数仅占5.07%。西藏东南部林地与湿地土壤动物群落类群个体数的相似性不高,林牧交错地带林地与湿地两种生态类型土壤动物个体数的异质性比类群数高。在不同时间段内,西藏东南部林地与湿地两种不同生态类型土壤动物密度—类群多样性指数差异不显著。

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CorrespondingauthorSUN Tao,male,Ph.D,associate professor. Research area:pest control,insect ecology and soil animal research and functional components.E-mail:sunt231@126.com

(责任编辑:顾玉兰Responsibleeditor:GUYulan)

ComparisonofSoilAnimalCommunitiesbetweenWoodlandandWetlandintheForestandAnimalHusbandryZoneofSoutheasterninTibet

ZANG Jiancheng1,3and SUN Tao2

(1. Department of Plant Technology,XiZang Agricultural and Animal Husbandry College, Linzhi Tibiet 860000,China;2. College of Life Science,Huaibei Normal University,Huaibei Anhui 235000,China;3. Lab of Resource and Applied Insect in the Tibet Plateau,Linzhi Tibiet 860000,China)

Based on the comparison of soil animal communities between woodland and wetland in the typical forest and animal husbandry zone in southeastern Tibet,this research was to understand the characteristics of soil animal community in different ecosystems and to provide scientific data for the research of soil animal community in woodland and wetland in this region. The soil samples were collected with soil drilling method in random and was separated by Tullgren dry-funnel method. Soil animals were identified with reference to soil animal retrieval and large categories of classification methods,andDGdiversity,Jaccard similarity coefficientqand Gower coefficientSgwere used to analyze the community structure of soil animal in woodland and wetland in the area. The results showed that there were 393 soil animals,belonging to three phylum,six classes and eighteen groups,in the sampled woodland and wetland. The predominant class in the woodland was Collembola and the predominant groups in the wetland were Collembola and Prostigmata. There was no significant difference inDGdiversity index between two ecological types of soil animal community,but the heterogeneity of soil animal population between woodland and wetland was higher than the number of groups. Density,group and community diversity of soil animal were different between woodland and wetland in southeastern Tibet. Soil water content significantly affected soil animal community structure and quantity. The similarities of group and the total number was not high in the soil animal community structure.

Southeastern Tibet; Woodland and wetland; Soil animal community composition; DG index; Community similarity

2016-12-05

2017-03-14

The National Natural Science Foundation of China(No.41561054); the Introduction of Flexible Talents of XiZang Agriculture and Animal Husbandry College(No.RXR201603).

ZANG Jiancheng,male,associate professor. Research area:pest control,insect ecology and soil animal research and functional components.E-mail:zangjc2008@163.com

日期:2017-11-17

网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20171117.1101.040.html

2016-12-05

2017-03-14

国家自然科学基金(41561054);西藏农牧学院柔性人才引进项目(RXR201603)。

臧建成,男,副教授,研究方向为农林害虫防治、昆虫生态学及土壤动物。E-mail:zangjc2008@163.com

孙 涛,男,博士,副教授,研究方向为农林害虫防治、昆虫生态学及土壤动物。E-mail:sunt231@126.com

Q958.1

A

1004-1389(2017)11-1721-06

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