疏勒河上游凍土區大型土壤動物群落調查

林恭華，楊傳華，陳生云，劉文杰，陳桂琛，張同作

（1．中國科學院西北高原生物研究所，青海 西寧810008；2．中國科學院寒區旱區環境與工程研究所冰凍圈科學國家重點實驗室 祁連山冰川與生態環境觀測研究站，甘肅 蘭州730000）

土壤動物是陸地生態系統的重要成員，對土壤生態系統中物質的轉換、有機物的分解、土壤的發育和成熟等功能過程起著極其重要的作用［1］。近年來，國內土壤動物的研究內容日益廣泛，所涉及的生態系統類型和研究角度也不斷增加；然而總體來看，這些研究主要集中于中國東部地區，對廣闊且自然環境獨特的西部，土壤動物方面的知識依然十分匱乏［2］。

疏勒河流域地處青藏高原東北緣祁連山西段，是我國河西走廊內陸干旱區三大內陸河流域之一，也是河西農牧民群眾的“生命線”和“天然水塔區”［3］。疏勒河上游地區按陸地表層干濕指數區劃屬于半干旱區－干旱區邊緣地帶，呈現干寒氣候條件下的草原－荒漠景觀［4］。然而由于氣候、地形、水文等因素的影響［4－6］，這一地區形成多種不同的植被和凍土類型［3］，進而影響土壤動物的群落組成。本研究初步分析疏勒河上游地區不同草地類型大型土壤動物群落組成、多樣性、生物量等特征，同時分析這些特征與樣點分布、凍土類型以及植被類型等環境因子的關系，以期為更好地認識這一地區生態系統的結構和功能提供基礎資料。

1 材料與方法

1．1 研究區概況和樣地信息 疏勒河發源于祁連山境內的沙果林那穆吉木嶺，其上游區域位于疏勒南山與托來南山之間，海拔2 100～5 750m，行政區域上地跨青海省海西蒙古族自治州的天峻縣和甘肅省酒泉市的肅北蒙古族自治縣。研究區總體氣候、植被、土壤因子等概況之前已有詳細報道［3］。

本研究涉及的疏勒河上游地區樣點分布于2個樣帶上，一個是青海省天峻縣蘇康公路兩側（6個樣點：SLP2、SLP4、SLP5、SLP6、SLP7、SLP8），另一個是甘肅省肅北縣石夢公路兩側（4個樣點：SB1、SB2、SB3、SB5）。樣點基本信息見表1。

1．2 植被信息分析 在每一樣地隨機布設50m長樣線，沿此樣線隨機設置50cm×50cm的一級樣方3～5個。用目測法觀測各樣方內植物群落種類組成與結構特征值，包括植物種名、株數、平均高度、分種蓋度、頻度等［3］。在此基礎上，統計樣方內物種數（Np）、群落蓋度（Cp）；計算相對重要值（Pi），進而計算植物多樣性Shannon－Wiener指數（Hp）。

Pi＝（相對高度＋相對蓋度＋相對頻度）／3；

Hp＝－∑Piln Pi，（i＝1，2，…，Np）［7］。

用刈割法收集植物地上部分，爾后隨機選取25 cm×25cm的二級樣方，用土鉆或環刀法篩取植物0～20cm地下部分（20cm以下根系生物量比例極小［8］，本研究未予考慮），然后連同地上部分在85℃烘干箱內烘干至質量不變后稱量，測定并換算地上生物量（Bpu）、地下生物量（Bps）值（g／m2，精度為0．01g）。

1．3 大型土壤動物調查與鑒定 預調查發現，疏勒河上游地區大型土壤動物數目較少，且考慮到大型土壤動物有較強的垂直遷移能力，對該地區的采樣未采用分層取樣的方法。具體的調查方法：在每個樣地內隨機選取面積大小為50cm×50cm×20cm的樣方8個，手揀法收集大型土壤動物，保存在裝有75%乙醇溶液的收集管中。

在實驗室內，取出土壤動物用濾紙吸干表面溶液，在萬分之一天平上稱取生物量（總鮮質量）。土壤動物的鑒定根據《中國土壤動物檢索圖鑒》［9］、《昆蟲學》［10］等著作，在雙目普通解剖鏡下進行。因土壤動物成蟲和幼蟲的生活習性差異較大，所以將成蟲和幼蟲（包括蛹）分開統計數量；為統一起見，成蟲和幼蟲都僅鑒定到目。

1．4 數據分析 土壤動物多度的劃分：個體數量占群落總個體數10．00%以上者為優勢類群（＋＋＋），占 1．00% ～10．00%者為常見類群（＋＋），不足1．00%者為稀有類群（＋）。土壤動物的多樣性分析用個體數與Shannon－Wiener指數進行統計。分布檢驗顯示，土壤動物數據顯著偏離正態分布，因此不同區域、凍土類型及植被類型間（表1）土壤動物生物量、個體數和Shannon－Wiener多樣性指數均值比較用 Mann－Whitney U檢驗進行，為增加檢驗靈敏度，這類檢驗以每個樣方為單位樣本。不同變量之間的相關性分析用非參數的Spearman檢驗，不同樣點之間土壤動物群落的相似性用聚類法（hierarchical cluster analysis）進行分析。所有統計分析都在SPSS 15．0中進行。

2 結果與分析

2．1 植被與土壤動物群落的組成特征 各個樣地的植被類型如表1所示，相關植被指標見表2。研究表明，疏勒河上游植被蓋度較小（＜50%），不同植被類型間各植被指標差異較大；另外一個顯著特征是，地下生物量遠高于地上生物量。10個樣點共捕獲大型土壤動物453頭，隸屬3綱9目共13個類群（表3）。其中鞘翅目昆蟲（尤其是幼蟲）占絕對優勢（2／3左右），除SB5樣點外都有分布；雙翅目次之，僅SLP8和SB5兩個樣點內無分布。

聚類分析將10個樣點分為2個大組（圖1）：SLP4、SLP7與SB3組成“鞘翅目占絕對優勢”組；而其他7個樣點又可分為“鞘翅目較多”亞組（SLP2、SLP5、SLP6、SLP8和SB2）、荒漠亞組［SB1，以螞蟻（Formicidae spp．）及蜘蛛（Araneidaspp．）為代表動物］和高寒冰緣亞組［SB5，以石蜈蚣（Lithobio－morphaspp．）為代表動物］。

表1 土壤動物采樣點經緯度、海拔、植被類型、凍土類型及優勢植物信息［3］

表2 不同樣地植物群落組成

在天峻縣樣區，以青藏苔草＋紫花針茅為主的高寒草甸樣點（SLP4）和以紫花針茅＋賴草為主的高寒草原樣點（SLP7），生物量和個體數都遠高于該區其他樣點；而在高山嵩草＋青藏苔草為主的高寒草甸樣點（SLP2），各項植被指標都較高，但土壤動物個體數卻低于其他所有樣點，推測認為，可能是高山嵩草龐大緊實的根系限制了土壤動物的生存。在肅北縣樣區，荒漠群落（SB1）中以膜翅目（主要是螞蟻）為主，荒漠化草原（SB2）和高寒草原（SB3）中以鞘翅目為主，而高寒冰緣群落（SB5）中則以石蜈蚣占優勢。可見，不同植被類型間大型土壤動物類群組成差別較大，這些都體現出疏勒河上游地區大型土壤動物分布的復雜性。

表3 不同樣地大型土壤動物群落組成

圖1 不同樣地大型土壤動物群落系統聚類圖

鞘翅目是昆蟲綱中乃至動物界種類最多、分布最廣的第一大目［11－12］，在本研究中，鞘翅目總體上也占絕對優勢地位。然而在荒漠群落（SB1），鞘翅目的地位被膜翅目的螞蟻所取代，說明螞蟻在干旱貧瘠的環境中具有更強的競爭力。此外，在高寒冰緣群落（SB5）中，未發現鞘翅目存在，而石蜈蚣成為優勢物種，這可能與冰緣地帶流石灘環境給石蜈蚣提供適宜的棲息地條件相關。至于體型相對較大的石蜈蚣如何在食物資源非常匱乏的高山冰緣群落完成生活史過程，是一個值得探討的問題。

2．2 土壤動物生物量與多樣性分布 SLP4、SLP7和SB3樣地具有較高的個體數，SLP4、SLP7和SB2具有較高的生物量，而SLP4、SLP5和SB1具有較高的物種多樣性（表4）。Spearman相關檢驗顯示，個體數與生物量之間具有顯著相關性（r＝0．770，P＜0．01，N＝10），而生物量和個體數與Shannon－Wiener多樣性指數之間無顯著相關關系（P＞0．05，N＝10）。

Mann－Whitney U檢驗表明，土壤動物生物量、個體數和Shannon－Wiener多樣性3個指標在兩個地區間均無顯著差別（P＞0．05，N＝80）。此外，Spearman相關分析也未發現植被相關指標與土壤動物各指標之間有明顯相關關系，可見空間差異和植被定量指標不是影響疏勒河上游大型土壤動物的根本因素。Mann－Whitney U檢驗顯示，季節凍土和多年凍土之間，上述3個指標無明顯差異（P＞0．05，N＝64）；而過渡類型中的生物量和個體數卻顯著大于季節凍土和多年凍土（P＜0．05，N分別為40和56）。凍土是陸地生態系統的重要組成部分，不同凍土類型其土壤水分格局、植被演替和微生物作用規律等有明顯區別［13－14］，導致生態系統組成與功能差異，最終可能影響土壤動物的類群組成和多樣性。過渡類型個體數多于季節凍土和多年凍土，主要體現在鞘翅目幼蟲個體數上（表3），根據本研究結果推測，多年凍土和季節凍土之間的過渡類型可能更有利于土壤中鞘翅目幼體的存活。

表4 大型土壤動物個體數、生物量和Shannon－Wiener多樣性均值分布

西北高海拔地區大型土壤動物研究方面的資料比較匱乏，同時，由于不同研究其取樣深度不同，因此僅少數資料具有直接比較的價值。吳亞和金翠霞［15］對青海省海北藏族自治州門源種馬場的高寒草甸生態系統進行大型土壤動物調查，結果表明，平均每個50cm×50cm×20cm樣方中大型土壤動物個數為37．25頭。魏登賢［16］對青海省瑪沁縣格姆灘4種高寒草甸（輕度退化、中度退化、重度退化和封育草地）類型進行土壤動物調查，基于其發布的研究方法和數據可以推算出這一地區平均每個50cm×50cm×20cm樣方中大型土壤動物個體數為43．25頭。本研究的10個樣點（共80個50cm×50cm×20cm樣方）平均每樣方動物個體數僅為6．04頭，遠低于上述兩個區域。根據文獻 資 料［3，15－16］，門 源 種 馬 場、瑪 沁 格 姆灘和疏勒河地區年均溫分別為0、－3．9、－4．85℃，而年降水分別為500～570、513～549、100～300mm。由此推測，極端干旱的氣候特征可能是導致疏勒河地區大型土壤動物總體稀少的主要原因之一。

3 結論

對疏勒河上游地區大型土壤動物進行調查，10個樣點共捕獲大型土壤動物453只，隸屬3綱9目；其中鞘翅目昆蟲占2／3左右。聚類分析顯示，鞘翅目的相對優勢地位是區分群落組成的主要指標。總體上看，疏勒河上游屬于西北地區土壤動物數目較少的區域，而寒冷干旱可能是導致這一現象的主要原因。研究表明，盡管不同植被類型間的物種組成有較大差別，空間差異和植被定量指標不是影響疏勒河上游大型土壤動物生物量和多樣性的根本因素。季節凍土和多年凍土之間，土壤動物生物量、個體數和Shannon－Wiener多樣性指數無明顯差異；而過渡類型中的生物量和個體數卻顯著大于其他兩種凍土類型，主要體現在鞘翅目幼蟲個體數上，推測多年凍土和季節凍土之間的過渡類型可能更加有利于土壤中鞘翅目幼體的存活。

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