小兴安岭典型阔叶红松林局地尺度地表和地下土壤动物群落空间异质性特征

摘要

土壤动物作为重要的生态系统分解者，在空间尺度上常常表现为异质性特征，地表鞘翅目成虫和地下土壤跳虫作为土壤动物的重要组成部分，在维持生物多样性和生态系统功能方面具有重要作用。本文依托凉水国家级自然保护区东北典型阔叶红松林9hm2(300m×300m)动态监测样地，以地表鞘翅目成虫和地下土壤跳虫为研究对象，基于地统计空间分析方法和不同时空尺度的定位调查揭示研究变量在群落水平、科级水平和物种水平的空间自相关性及异质性分布格局。结果显示:2015年7月、8月和10月使用陷阱法3次取样调查共捕获地表鞘翅目成虫3186只个体，隶属12科、38属、72种，群落各月间科数量为显著差异(p＜0.05)，物种数量和个体数量则为极显著差异(p＜0.01），研究区局地尺度空间上，地表鞘翅目成虫的多样性指数在各月份有所不同，也仅个别指数在调查月份间表现为显著差异(p＜0.05);2014年9月底10月初一次采样共捕获地下土壤跳虫18356只个体，隶属7科、21属、32种，多样性各指标大都为不显著差异。Moran'sⅠ系数表明在0-150m的空间尺度上地表和地下土壤动物群落在三个水平上表现为复杂的空间自相关性。地表鞘翅目成虫群落及物种具有明显的尺度依赖性，仅在某一尺度或尺度范围上具显著性（正相关或负相关），各月将近60％的物种其I在-0.1与0之间，表现为弱空间自相关。地下土壤跳虫群落及优势科群落在整个空间距离内表现为空间正相关，样地内出现的大多数物种空间正负自相关性不显著，其他物种在|I|＞0.3的显著性检验水平上也仅在某一尺度或尺度范围内呈显著正相关或负相关。地表鞘翅目成群落及物种的空间异质性理论模型可以用线状、球状、指数和高斯模型进行拟合，异质性特征主要受结构性因素在12.90m-36.30m的范围内表现为空间聚集或结构性因素和随机性因素共同调控在最大变程范围在39.30m-1158.90m之间发生变化，受随机性因素作用的物种也占据较大的比率表现为纯块金效应，群落及物种（共有种）的空间异质性存在明显的季节性差异，具体表现在物种的调空因素和变程变化，随着季节的变化聚集分布减弱、随机（均匀）分布增强的特点，空间结构不稳定，结构性因素和随机性因素共同作用所占比重较大，空间结构存在较大变异，呈聚集或随机性分布，变程变化具有季节性和波动性。地下土壤跳虫群落理论模型可以用线状、指数、球状和高斯模型进行拟合，主要受结构性因素分别在13.7-126.10m的空间尺度上形成空间聚集或受随机性因素单一控制表现为纯块金效应在研究尺度内成随机或均匀分布。地表鞘翅目成虫以及地下土壤跳虫物种之间、物种与环境因子之间存在复杂的（正的或负的）空间关联性，地形因子和土壤理化性质因子均是影响地表鞘翅目成虫和地下土壤跳虫物种空间分布的重要因素，只是影响强弱具有差异性，但简单Mantel检验并未发现二者存在显著的空间关联性。地表鞘翅目成虫群落随着季节的变化（从夏天到秋天）聚集物种数量的斑块形状复杂程度降低，在样地的中心及其周围形成物种数量最大值聚集区，葬甲科、步甲科和隐翅虫科群落的空间分布都具有一定的斑块性，在空间上呈梯度状分布，三者空间分布格局存在较大的差别。土壤跳虫群落集物种数量的斑块形状具有复杂性，呈现连续的斑块分布特征，形成取值较高斑块与取值相对较低斑块镶嵌分布的空间格局，聚集分布特征明显。本文旨在揭示研究变量的空间异质性变化特征，为鞘翅目成虫和土壤跳虫群落物种构建机制研究奠定基础。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 东北森林生态系统土壤动物及空间异质性的研究现状

1．1．1 东北森林生态系统土壤动物研究现状

1．1．2 土壤动物空间异质性的研究现状

1．2 研究对象及其空间异质性的研究

1．2．1 地表鞘翅目昆虫空间异质性研究

1．2．2 地下跳虫空间异质性研究

1．3 研究目的及意义

1．4 技术路线

第2章 研究地区和研究方法

2．1 研究区概况

2．2 研究方法

2．2．1 样地设置与土壤动物因子采集

2．2．2 地形因子和土壤因子数据调查

2．2．3 土壤动物群落的分离与鉴定

2．3 数据分析

2．3．1 群落多样性测度

2．3．2 空间自相关分析

2．3．3 半方差函数分析

2．3．4 交叉方差函数分析

2．3．5 普通克里格空间插值

2．3．6 数据处理软件平台

2．4 小结

第3章 土壤动物群落组成和多样性

3．1 土壤动物群落结构

3．1．1 地表鞘翅目成虫群落结构组成和数量特征

3．1．2 地下土壤跳虫群落结构组成和数量特征

3．2 地表鞘翅目成虫和地下土壤跳虫群落多样性

3．2．1 地下鞘翅目成虫多样性

3．2．2 地下土壤跳虫群落成虫多样性

3．3 小结

第4章 土壤动物群落空间格局特征

4．1 土壤动物群落及物种的空间自相关分析

4．1．1 地表鞘翅目成虫群落及物种的空间自相关分析

4．1．2 地下土壤跳虫群落及物种的空间自相关分析

4．2 土壤动物群落及物种的空间异质性分析

4．2．1 地表鞘翅目成虫群落及物种的空间异质性

4．2．2 地下土壤跳虫群落及物种的空间异质性

4．3 土壤动物群落物种与环境因子的空间关联性

4．3．1 地表鞘翅目成虫物种间以及物种与环境因子的空间关联性

4．3．2 地下土壤跳虫物种之间以及物种与环境因子的空间关联性

4．4 土壤动物群落的空间分布格局

4．4．1 地表鞘翅目成虫群落及优势科群落空间分布格局

4．4．2 地下土壤跳虫群落及优势科群落空间分布格局

4．5 小结

第5章 讨论与结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表和参与的论文

声明

致谢