退化红壤植被恢复对土壤节肢动物群落的影响

摘要

土壤动物是森林生态系统的重要组成部分,在系统养分循环、能量流动中具有重要的地位。土壤动物群落与植物群落问存在动态的相互影响,从生态系统的角度来看,地上植物群落的变化必然会对其中的土壤动物群落产生影响。土壤动物通过对凋落物的分解、直接取食植物根系以及对土壤的耕耘作用,使土壤理化性质发生改变,对地上植物群落产生直接或间接的作用,从而影响其结构、功能和恢复动态。关于土壤动物群落与植物群落之间相互作用的研究,目前已经成为国际上土壤动物研究领域的热点之一,国内鲜有报道。 论文选择退化红壤地区4种主要的植被恢复类型,即旱生性草坡、稀疏针叶林、针叶林、针阔混交林,另设裸地和顶级的常绿阔叶林2种类型作为研究的对照。于2005年秋至2006年夏,对这6个样地中的土壤节肢动物群落进行了详细的四季调查,包括大型和中小型节肢动物。大型节肢动物按凋落物层,0-10cm土层,10-20cm土层；中小型节肢动物按凋落物层,0-5cm土层,5-10cm土层进行取样。同时,对各类型的植被群落和土壤养分进行调查和分析。在全面了解植被恢复对土壤节肢动物的影响的基础上,分析土壤大型土壤节肢动物的种类分布与植被群落的关系,以及中小型节肢动物(螨类和弹尾虫)与土壤养分之间的关系。这有助于深入地认识植被恢复对土壤生物多样性的影响,对于进一步探讨土壤退化的内部机制具有重要的理论意义。主要研究结果如下： 1.该地的土壤节肢动物种类丰富,其中大型土壤节肢动物21目107科；螨类和弹尾虫构成该地中小型节肢动物的主体,二者共计60科,A、C值高达7.6。大型节肢动物的优势类群为路舍蚁属,占总数的10.24％；常见类群金龟甲科幼虫(Scarabaeidaelarvae),食虫虻科幼虫(Asilidae larvae)、蚁属(Formica)等20类,二者共占大型动物总数的73.85％。中小型节肢动物中,土壤螨类计4亚目53科,前气门亚目17科,中气门亚目8科,甲螨亚目27科,粉螨亚目1科；弹尾虫计2亚目7科23属。螨类的优势类群有甲螨亚目的矮汉甲螨(Nanhermanniidae)和单翼甲螨科(Haplozetidae);常见类群包括囊螨科(Ascidae)、长须螨科(Stigmaeidae)、跗线螨科(Tarsonemidae)、珠足甲螨科(Belbidae)、真卷甲螨科(Archoplophoridae)、菌甲螨科(Scheloribatidae)等16类；其余35类均为稀有类群。弹尾目中的优势类群包括优势类群为符跳属(Folsomia)、类符跳属(Folsomina)、小圆跳属(Sminthurinus)、棘跳属(Onychiurus);常见类群包括长跳属(Entomobrya)、土跳属(Tullbergia)、裔符跳属(Folsomides)等3类；其余16类为稀有类群。 2.土壤节肢动物在空间上存在明显的成层现象；在时间上,节肢动物四季的类群数、个体数量、优势类群和多样性都发生明显的变化。在空间分布上,无论类群数还是个体数,均是凋落物层最高,0-10 cm层次之,10-20cm层最低。在时间上,就类群数而言,夏季的类群数最高,达到112类,其次为春季,有92类,秋季与冬季的类群数相同,均为82类.就个体数而言,夏季的个体数量也最多,占全年总数的33.42％；其次是冬季,占全年总数的25.45％；而秋季的个体数量最少,仅占全年总数的17.42％。优势类群也随着季节发生改变,春季的优势类群有路舍蚁属和举腹蚁属,夏季的优势类群仅有路舍蚁属,秋季的优势类群包括路舍蚁属和近扭尉属,到了冬季,蚁属和华扭尉属成了优势类群。密度-类群DG指数综合了各方面的因素,反映出土壤大型节肢动物群落多样性的四季变化：夏季>春季>秋季>冬季。土壤小型节肢动物(螨类、弹尾虫)群落多样性的四季变化均为：夏季<春季<秋季<冬季。 3.植被恢复对土壤大型节肢动物的组成产生影响,各植被类型的优势类群存在差异。在较高级的分类等级目上看,除了膜翅目是所有类型共有的优势类群,各类型还有自己的优势类群。从低级的科属分类等级上看,不同植被类型的优势类群各不相同。 4.植被的恢复对土壤大型节肢动物群落产生影响。顶级常绿阔叶林群落中土壤动物的类群数和个体数均最高,针阔混交林、旱生性草坡、稀疏针叶林的类群数和个体数相近,针叶林的个体数和类群数均显著地低于这些林分,裸地最低。密度-类群DG指数综合考虑了诸多因素,得到不同恢复类型土壤节肢动物群落多样性的变化为：常绿阔叶林>针阔混交林>稀疏针叶林>旱生性草坡>针叶林>裸地。 5.植被恢复不同类型的土壤大型节肢动物群落可作如下聚类：裸地、常绿阔叶林群落各为一类、其它4个类型聚为一类。聚类分析的结果表明：裸地中的土壤大型节肢动物群落与林地间存在着本质的区别,常绿阔叶林群落中的土壤动物可以认为是该地的顶级群落。而从灌草丛向常绿阔叶林恢复的过程中,土壤节肢动物群落并没产生显著的变化。 6.植被恢复对土壤螨类的密度、类群数、多样性都有显著影响；季节变化对土壤螨类的密度的影响达到显著性水平,但对类群数、多样性的影响未达到显著性水平。应用MGP方法对甲螨群落进行分析,在MGP分析I中,各类型的甲螨群落均属于M型；MGP分析II中,裸地群落属于MP型,旱生性草坡群落属P型,稀疏针叶林群落、针叶林群落、针阔混交林群落均属于M型,而项级的常绿阔叶林群落的甲螨群落属于O型。应用MI指数对中气门螨类群落进行分析,表明,各类型的MI指数无明显的变化。应用DCA分析对土壤螨类群落进行排序,将6类型分为3类：裸地、常绿阔叶林群落各为一类,其它4类型归为一大类,显示了土壤螨类群落对植被恢复的响应。 7.应用个体密度、类群数及多样性指数等指标,研究植被类型对弹尾虫群落特征的影响。结果表明,各项指标以常绿阔叶林为最高,裸地处于最低水平,基本没有弹尾虫的存在。旱生型草坡、稀疏针叶林、针叶林和针阔混交林等4种植被恢复类型的土壤弹尾虫群落得到了一定的恢复,但各类型之间土壤弹尾虫群落没有明显差异。Bray-Curtis指数显示侵蚀裸地与顶级常绿阔叶林的差异最大(0.99),各植被恢复类型与顶级常绿阔叶林的差异也较明显,但各恢复类型间弹尾虫群落间差异较小。 8.应用CCA分析大型节肢动物种类、样地分布与植被群落关系,结果表明,乔木多样性是影响土壤大型动物群落结构和种类组成的最重要的因子,草本优势度也是影响动物种类的重要因子。CCA排序图很好地揭示了土壤动物种类分布对植物群落的适应,狂蚁属、窒蟷科、大蚊科幼虫、大尉属等项级常绿阔叶林的常见类群,它们分布的环境具有灌木多样性、均匀度高,乔木丰富度高,草本植物的种类、多样性低的特点。近扭尉属、蚁属、幺蚣科等旱生性草坡的常见种类,它们分布的环境具有草本植物盖度高,灌木种类稀少的特点。复翅蠊科、多刺蚁属等是针叶林、针阔混交林的常见类群,它们分布的环境的特征是草本植物的种类、多样性高,灌木种类丰富,但乔木种类单一。 9.在退化红壤恢复的各类型,土壤的小型节肢动物组成发生改变,同时对采集的土壤样品性质进行分析。以4类主要中小型动物与主要的土壤性质的9项指标为研究对象,采用典范相关分析,研究影响土壤小型动物的主要因子。结果表明,蔗糖酶、全氮、含水量、有机质的载荷量较高,4类土壤动物中弹尾纲、前气门亚目载荷量较高。在二者作为整体的组成中,蔗糖酶、全氮、含水量对弹尾纲、前气门亚目影响较大,而有机质和全氮对甲螨亚目和中气门亚目影响较大,其它土壤因子与小动物之间的相关性较弱。土壤动物类群组的变化被土壤性质第I变量和第II变量解释的比例为13.75％和32.71％,仍有53.54％以上变化不能得到解释。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1土壤动物研究简史

1.2土壤动物分离方法概述

1.3国内外土壤节肢动物研究概述

1.3.1土壤节肢动物群落的研究

1.3.2土壤节肢动物与环境因子的关系

1.3.3土壤节肢动物在物质循环和能量转化中的作用

1.3.4土壤节肢动物的指示作用

1.4本研究的立题依据、意义

第二章退化红壤生态系统土壤节肢动物群落特征

2.1研究方法

2.1.1研究地自然概况

2.1.2样地

2.1.3采样、分离和鉴定

2.1.4数据处理

2.2结果与分析

2.2.1大型节肢动物群落

2.2.2中小型节肢动物群落

2.3讨论

2.3.1红壤退化生态系统的动物区系组成和多样性

2.3.2土壤动物群落的季节变化

第三章退化红壤不同植被恢复对大型土壤节肢动物群落的影响

3.1研究方法

3.1.1采样、分离和鉴定

3.1.2数据处理

3.2结果与分析

3.2.1类群组成和数量

3.2.2垂直分布

3.2.3季节变化

3.2.4土壤节肢动物群落多样性的变化

3.2.5各恢复类型土壤节肢动物群落的相似性分析

3.3讨论

3.3.1植被群落的恢复对土壤大型节肢动物的影响

3.3.2多样性指标的应用

3.3.3大型土壤节肢动物的指示类群

第四章退化红壤不同植被恢复对中小型土壤节肢动物群落的影响——螨类

4.1研究方法

4.1.1采样、分离和鉴定

4.1.2数据处理

4.2结果与分析

4.2.1土壤螨类群落组成

4.2.2土壤螨类的群落结构

4.2.3土壤螨类群落的DCA排序

4.3讨论

第五章退化红壤不同植被恢复对中小型土壤节肢动物群落的影响——弹尾虫

5.1材料与方法

5.1.1采样、分离和鉴定

5.1.2数据处理

5.2结果与分析

5.2.1土壤弹尾虫群落组成

5.2.2土壤弹尾虫的群落结构

5.2.3土壤弹尾虫群落的相似性

5.3讨论

第六章退化红壤土壤大型节肢动物分布与植被群落的典范对应分析

6.1研究方法

6.1.1调查采样

6.1.2数据处理

6.2结果与分析

6.2.1土壤大型节肢动物种类组成

6.2.2植被群落的特征

6.2.3典范对应分析

6.3讨论

6.3.1退化红壤不同恢复类型的植被群落特征

6.3.2土壤大型节肢动物分布与植被群落的关系

第七章退化红壤植被恢复下土壤中小型节肢动物与土壤性质关系的研究

7.1研究方法

7.1.1取样

7.1.2土壤分析

7.1.3数据处理

7.2结果与分析

7.2.1中小型节肢动物特征

7.2.2土壤性质

7.2.3典型相关分析

7.2.4典型冗余分析

7.3讨论

全文结论与展望

1.研究结论

2.研究创新点

3.存在问题和研究展望

参考文献

附表

致谢

攻读学位期间发表论文