青海三江源鞘翅目、彈尾目土壤動物群落多樣性分析

伍磊,嚴林,周青平

（1.青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院,青海西寧 810016；2.青海大學(xué),青海 西寧 810016）

①土壤動物作為生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分,其在土壤有機質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)、改善土壤結(jié)構(gòu)、影響土壤健康和植物演替中起著至關(guān)重要的作用。近年來,土壤動物在退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建中的作用日益成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點[1]。國內(nèi)已有人對我國亞熱帶地區(qū)、長白山林區(qū)和內(nèi)蒙草原土壤動物做了較詳細的研究[2-9],但青藏高原土壤動物的研究資料十分匱乏,僅見吳亞等[10]對青海海北門源縣高寒草甸土壤昆蟲群落結(jié)構(gòu)及多樣性進行了研究。國內(nèi)外缺少有關(guān)青海三江源生態(tài)系統(tǒng)土壤動物研究的報道[11]。本研究旨在查清青海三江源主要生態(tài)系統(tǒng)中鞘翅目、彈尾目土壤動物的類群及其多樣性特征和多樣性主要影響因子。

1 調(diào)查方法

1.1 樣地選擇調(diào)查了三江源自然保護區(qū)4種典型生態(tài)系統(tǒng),設(shè)置了8個采樣點,調(diào)查的每種生態(tài)系統(tǒng)選取2個典型的采樣點,各調(diào)查點概況見表1。

1.2 研究方法研究于2007年8月,于樣點隨機設(shè)置50 cm×50 cm樣方3個,作三度一量的測定。從地表向下分為 0～5、5～10、10～20和20～30 cm 4層取土樣,手揀法收集大型土壤動物,并隨即保存于75%的酒精中。中、小型土壤動物用半徑為5 cm且高為5 cm的環(huán)刀在上述4層每層各取4個環(huán)刀的土樣（干、濕法各2個環(huán)刀）,分別裝入采樣袋、做好編號和記錄,帶回實驗室,將采回的土壤動物樣品按編號用Tullgren法和Baermann法分離提取中、小型土壤動物[12]。于2008年4月進行土壤有機質(zhì)、pH 值、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀等營養(yǎng)成分的分析。

表1 4種生態(tài)系統(tǒng)及各調(diào)查點概況

1.3 數(shù)據(jù)處理的指數(shù)選擇采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）、Simpson多樣性指數(shù)（D）、均勻性指數(shù)（E）和豐富度指數(shù)作為選區(qū)的4個生態(tài)系統(tǒng)8個樣地土壤動物多樣性指標。

1.3.1豐富度指數(shù)

式中,S為物種種數(shù),N為個體總數(shù)。

1.3.2Shannon-Weinner指數(shù)

式中,S為類群數(shù),Pi為第i類群占總個體數(shù)的比例。

1.3.3Simpson指數(shù)

式中,S為類群數(shù),共有N個個體,第i類群有Ni個個體,Pi=Ni/N。

1.3.4均勻性指數(shù)

式中,H′max=lnS·E。

1.4 數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)先用Excel預(yù)處理,多樣性指數(shù)和生態(tài)因子間的相關(guān)性用SPSS軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各調(diào)查點的植被類型經(jīng)調(diào)查,4個生境8個樣地植被優(yōu)勢種分別為：索加為藏嵩草Kobresia tibetica,隆寶灘為藏嵩草,星星海為賴草Leymus secalinus+肉果草Lancea tibetica,吉馬為小嵩草K.pygmaea,窩賽為小嵩草+肉果草-橐吾Ligularia sibirica-火絨草Leontopodium leontopodioides,曲瑪河為針茅Stipa aliena+火絨草,囊謙白扎林場為祁連圓柏Sabina przewalskii,瑪沁雪山鄉(xiāng)為祁連圓柏+青海云杉Picea carassif olia（表2）。

表2 4種生態(tài)系統(tǒng)各調(diào)查點鞘翅目、彈尾目土壤動物數(shù)量分布及植被類型

2.2 鞘翅目、彈尾目土壤動物的群落結(jié)構(gòu)特征在8個調(diào)查地中,共捕獲彈尾目4科138只,鞘翅目16科131只。從8個調(diào)查地不同海拔土壤動物的數(shù)量和類群數(shù)看,海拔與鞘翅目、彈尾目土壤動物的類群數(shù)和數(shù)量呈負相關(guān)關(guān)系（表2）,在同一種生態(tài)系統(tǒng)中,海拔與鞘翅目、彈尾目土壤動物類群數(shù)和數(shù)量呈顯著負相關(guān)。由于海拔升高導(dǎo)致土溫降低和紫外線輻射加強,這都不利于土壤動物的生存。隨著土層加深鞘翅目、彈尾目土壤動物數(shù)量和種類減少,土壤動物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的表聚性（圖1）。選取的4種生態(tài)系統(tǒng)鞘翅目、彈尾目土壤動物類群數(shù)由多至少排序為：濕地生態(tài)系統(tǒng)＞高原森林生態(tài)系統(tǒng)＞高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)＞高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)。4種生態(tài)系統(tǒng)土壤動物數(shù)量排序為：高原森林生態(tài)系統(tǒng)＞高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)＞濕地生態(tài)系統(tǒng)＞高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)。

圖1 土層對鞘翅目、彈尾目土壤動物數(shù)量和類群數(shù)的影響

2.3 鞘翅目、彈尾目土壤動物的群落多樣性特征被調(diào)查的4個生態(tài)系統(tǒng)中鞘翅目、彈尾目土壤動物多樣性依次為：濕地生態(tài)系統(tǒng)＞高原森林生態(tài)系統(tǒng)＞高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)＞高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)（表3）。其原因為：森林生態(tài)系統(tǒng)有較多的枯落物,生產(chǎn)力高,容納更多數(shù)量的土壤動物；濕地有適應(yīng)多種土壤動物需要的水分條件,生產(chǎn)力較高,所以多樣性高；荒漠生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力低,水分條件也不好,所以數(shù)量和多樣性都低。

由于植物為土壤動物提供食物、能改善土壤動物的生存環(huán)境,同時適宜植物生長的環(huán)境條件也會適宜土壤動物生存,所以鞘翅目、彈尾目土壤動物的群落多樣性與植物豐富度呈正相關(guān)。土壤動物的生存需要一定的水分條件,在水分條件不足時隨著水分增多土壤動物的多樣性會增加,但當水分含量過高時,水分越多土壤多樣性越低 。本調(diào)查的樣地隆寶灘就是一個很好的例子,隆寶灘草地屬于濕地,土壤生產(chǎn)力高,枯落物的含量也高,但多樣性含量很低。這是由于水分含量過高,造成了地下土壤動物呼吸困難,所以水分含量過高不適宜于土壤動物的生存（表3）。

2.4 土壤動物群落多樣性與土壤主要生態(tài)因子的關(guān)系土壤營養(yǎng)物質(zhì)具有明顯的分層現(xiàn)象,隨土層增加土壤動物和土壤營養(yǎng)物質(zhì)呈減少的趨勢。三江源自然保護區(qū)8種生物群落類型總體土壤全氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮和土壤有機質(zhì)含量較高,這是由于高寒地區(qū)溫度較低,有機物質(zhì)難分解所致；pH呈中性或偏堿性；土壤全磷含量較低；氨態(tài)和硝態(tài)氮和速效鉀含量一般（表4）。

三江源自然保護區(qū)選取的4個生態(tài)系統(tǒng)8個樣地中土壤動物群落多樣性與土壤營養(yǎng)物質(zhì)有一定聯(lián)系,其中土壤動物群落多樣性與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和氨態(tài)氮呈正相關(guān),與土壤速效鉀和速效磷呈顯著正相關(guān),而與土壤pH呈負相關(guān)（表 4）。

表3 土壤動物的群落多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)及植物豐富度指數(shù)和土壤含水量

表4 青海三江源8種植被群落中主要土壤營養(yǎng)物質(zhì)含量分析

土壤動物群落多樣性與土壤營養(yǎng)有明顯相關(guān)性,這是由于土壤動物影響著土壤營養(yǎng)物質(zhì)的合成和分解,或者說土壤營養(yǎng)物質(zhì)是土壤動物生存的必要條件。由于三江源地區(qū)土壤全磷含量偏低,磷成為影響鞘翅目、彈尾目土壤動物多樣性的限制因子,速效鉀影響生物代謝,速效鉀也成為在惡劣條件下鞘翅目、彈尾目土壤動物多樣性的主要限制因子。

3 討論

青海三江源選取的4種植物群落類型土壤全磷含量偏低,磷成為三江源生物生存的主要限制因子。磷不存在任何形式的氣體化合物,是典型的沉積型循環(huán)物質(zhì)。由于三江源地處高原,磷會通過降水溶于水而流向低處,最終沉積于湖海。且三江源的磷無法進行除風化以外的補給,磷的含量會越來越低。

腐殖質(zhì)為鞘翅目、彈尾目土壤動物的主要食物。一般情況下土壤腐殖質(zhì)會與土壤動物多樣性有很好的相關(guān)關(guān)系,在青海三江源,腐殖質(zhì)不易分解,含量一般較高,但其他環(huán)境因子條件比較苛刻,所以腐殖質(zhì)對鞘翅目、彈尾目土壤動物多樣性的影響并不顯著。

鞘翅目、彈尾目土壤動物的生存需要一定的水分條件：在水分條件不足時,隨著水分增多鞘翅目、彈尾目土壤動物的多樣性會增加,但當水分含量過高時,水分越多鞘翅目、彈尾目土壤多樣性越低。水分含量過高,造成了地下鞘翅目、彈尾目土壤動物呼吸困難,所以水分含量過高不適宜于鞘翅目、彈尾目土壤動物的生存。

4 結(jié)論

三江源自然保護區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)土壤動物以鞘翅目、彈尾目為主要類群。4種生態(tài)系統(tǒng)鞘翅目、彈尾目土壤動物類群數(shù)排序為：濕地生態(tài)系統(tǒng)＞高原森林生態(tài)系統(tǒng)＞高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)＞高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)。4種生態(tài)系統(tǒng)鞘翅目、彈尾目土壤動物數(shù)量排序為：高原森林生態(tài)系統(tǒng)＞高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)＞濕地生態(tài)系統(tǒng)＞高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)。鞘翅目、彈尾目土壤動物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的表聚性。4個生態(tài)系統(tǒng)中鞘翅目、彈尾目土壤動物多樣性由多到少的次序是：濕地生態(tài)系統(tǒng)＞高原森林生態(tài)系統(tǒng)＞高寒草地生態(tài)系統(tǒng)＞高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)。土壤營養(yǎng)物質(zhì)是影響鞘翅目、彈尾目土壤動物群落多樣性的主要生態(tài)因子,其中土壤全P與速效K含量與鞘翅目、彈尾目土壤動物群落多樣性呈顯著正相關(guān)。

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