经营措施对华北落叶松人工林土壤动物群落的影响

摘要

华北落叶松人工林是华北地区重要的森林生态系统类型，在水源涵养、生物多样性保护及林区生态系统维护中发挥着不可替代的作用。但由于长期营造结构简单、树种单一的纯林，导致人工林出现地力衰退、生态系统稳定性降低等现象。合理的经营措施不仅能够提高林地生产力和林分稳定性，改善地表凋落物的组成和性质;同时有利于维护土壤质量和生物多样性的提高。土壤动物是森林生态系统的重要组成部分，是生态系统物质循环与能量流动正常运行的关键环节，是森林环境变化的重要生物指示者。经营后林分结构与植被类型的改变会产生与其相适应的土壤动物群落。研究不同经营措施对冀北山地华北落叶松人工林土壤动物群落结构、多样性及功能群的影响，旨在为落叶松人工林土壤生态系统恢复、人工林可持续经营管理提供理论依据与基础资料。
　　本研究以冀北山地华北落叶松人工林不同经营措施（EC:围封、M1:落叶松与白桦幼龄同龄株间混交林、M2:落叶松与白桦异龄带状混交林、M3:群团状择伐林、UC:未经营）下的土壤动物群落为研究对象，采用手拣法与Tullgren漏斗分离法调查不同经营措施林分土壤动物物种组成及数量分布，并依据土壤动物主要食性，对其进行功能群划分;应用SPSS18.0、forstat和CANOCO5.0等软件，分析不同经营措施对土壤动物群落组成与结构、多样性、功能群及季节动态特征的影响差异，并结合各经营措施林分内对土壤与凋落物理化性质的调查，探究经营措施对土壤动物群落结构与多样性的影响及原因。主要研究结果如下:
　　(1)共获得土壤动物45933头，隶属3门7纲19目86个类群。大型土壤动物1995头，68个类群，优势类群为蚁科、象甲科幼虫、长角亚目幼虫与正蚓科;中小型土壤动物43938头，57个类群，蜱螨目与弹尾目占绝对优势(94.93％)。从垂直分布分析，大型土壤动物类群数(P=0.001)、中小型土壤动物类群数(P＜0.001)及密度表聚性显著，而大型土壤动物0-10 cm层密度显著高于凋落物层及10-20 cm层(P＜0.01);不同种类土壤动物的垂直分布亦有差异。各功能群土壤动物以肉食性类群数最多（33类），腐食性土壤动物密度所占比例最高(96.68％)。
　　(2)围封后土壤动物类群数和密度较未围封林有增加趋势，其中蜱螨目(P=0.003)与长蠹科幼虫(P=0.024)密度增加显著;土壤动物稀有类群种类亦增加。围封后土壤动物群落多样性水平提高，7月、9月DG显著高于未围封林。5月土壤动物类群数、密度及多样性最低，围封后5月H、J显著低于其他月份(P＜0.05)。土壤动物类群数受环境影响显著，主要受含水量、全氮影响，DG也表现出与含水量的显著正相关关系。
　　(3)经营后土壤动物群落物种组成及数量分布变化显著。大型土壤动物优势类群密度所占比例提高，中小型土壤动物则有下降趋势;经营后大型土壤动物类群数显著增加(P＜0.05)。不同经营措施对土壤动物群落产生影响不同，7月M3(P=0.002)和M2(P＜0.001)土壤动物类群数显著高于M1;9月M2内土壤动物密度最低(P＜0.05);部分稀有类群对经营措施具有一定指示作用。经营后土壤动物群落Shannon-Wiener指数H和DG提高，其中H及均匀度指数J以M1最大，且5月J显著高于EC(P=0.031)和M3（P=0.007）;DG在全年平均及7、9月以M2最大，且7月显著高于EC（P=0.003）与M1(P=0.014)。
　　(4)土壤动物4种功能群在各经营措施林内的分布不同，除M1腐食性土壤动物类群数略低于EC外，经营后各功能群类群数均增加，其中M2、 M3内腐食性、肉食性与植食性土壤动物类群数增加显著(P＜0.05);经营后植食性土壤动物密度显著降低(P＜0.05)。M23种功能群的DG显著增加(P＜0.05);经营措施对土壤动物群落H、J的影响因功能群而不同，腐食性土壤动物群落H、J以M1最大，M3最小;肉食性群落H以M2最大，M1最小;植食性土壤动物群落H以M3最大，M2最小。
　　(5)经营措施对土壤动物的类群数、密度、功能群及多样性的季节波动产生影响。类群数在EC与M2中最大值出现在7月，在M1、M3中出现在5月;土壤动物密度季节波动在M1、M2中与EC一致，在M3中则相反;部分类群对季节有一定指示作用。经营后土壤动物群落H、J季节波动幅度减缓;DG季节动态受经营措施影响较大，EC中最大值出现在9月，而经营林9月DG均较小，且M2中9月DG显著低于7月(P=0.006)。腐食性土壤动物季节波动受经营措施影响较小，仅M35月密度显著高于9月(P=0.008)和7月(P=0.007);经营后肉食性土壤动物季节间差异显著(P＜0.05)，M2中H（P＜0.001）与M3中H(P=0.001)、J(P=0.019)月份间差异显著;植食性土壤动物受经营措施影响较大，M1中密度(P=0.024)，M2中DG（P=0.046），M3密度(P=0.025)、类群数(P=0.047)及DG(P=0.020)季节间差异显著。
　　(6)经营措施对林内土壤理化性质有显著影响，经营后土壤容重显著降低(P＜0.05)。相关分析显示，凋落物层土壤动物群落分布受其理化性质影响较小，仅DG与有机质呈显著负相关，而土壤层土壤动物群落分布受土壤理化性质影响明显，RDA排序表明，土壤容重(P=0.002)与有机质(P=0.026)对土壤层土壤动物群落分布影响显著。隐翅甲科、花萤科、蟹蛛科等类群趋向于土壤容重较低的区域，象甲科幼虫、盲蛛目等类群常分布于有机质含量较高的区域，而地蜈蚣目、园蛛科等类群的分布接近原点，表明其对环境有较高的适应性。
　　通过对冀北山地华北落叶松人工林不同经营措施土壤动物群落研究发现，围封通过降低人为干扰降低了土壤容重，有利于土壤动物群落的恢复，其类群数、密度及多样性水平均有提高;在围封区内，异龄带状混交林通过白桦的引入和林分结构的调整，提高了林分异质性，具有较高的土壤动物类群、密度及群落多样性，对土壤动物群落改善具有促进作用。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 土壤动物定义及研究历史

1．2 国内外土壤动物研究现状

1．2．1 土壤动物群落生态学研究现状

1．2．2 经营措施对土壤动物影响研究现状

1．3 研究目的与意义

2 研究区概况

2．1 自然概况

2．2 试验地林分状况

3 研究内容与方法

3．1 研究内容

3．2 研究方法

3．2．1 土壤动物的采集、鉴定与功能群划分

3．2．2 土壤及凋落物样品的采集与理化性质测定

3．2．3 数据处理

4 华北落叶松人工林土壤动物群落组成与多样性

4．1 土壤动物群落组成

4．2 土壤动物群落垂直分布

4．3 土壤动物群落多样性及功能群

4．4 土壤动物群落季节动态

5 围封对华北落叶松人工林土壤动物群落的影响

5．1 围封对土壤动物群落组成与多样性的影响

5．2 围封对土壤动物群落季节动态的影响

5．2．1 土壤动物群落水平分布季节动态

5．2．2 土壤动物群落多样性季节动态

5．3 土壤及凋落物理化性质与土壤动物群落的相关关系

5．4 讨论

6 经营措施对华北落叶松人工林土壤动物群落的影响

6．1 经营措施对土壤动物群落结构与多样性的影响

6．1．1 土壤动物群落组成

6．1．2 土壤动物群落结构的动态变化

6．1．3 土壤动物多样性及动态变化

6．2 经营措施对土壤动物功能群的影响

6．2．1 土壤动物功能群组成与多样性

6．2．2 土壤动物功能群的时间动态

6．3 土壤及凋落物理化性质与土壤动物群落的关系

6．3．1 经营措施对土壤理化性质的影响

6．3．2 土壤理化性质与土壤动物群落的关系

6．3 讨论

6．3．1 经营措施对落叶松人工林土壤动物群落结构的影响

6．3．2 土壤环境因子对土壤动物的影响

7 结论

参考文献

附录

作者简介

致谢