皆伐對落葉松人工林土壤動物群落結構的影響

王利民

摘 要：該研究通過對落葉松人工林皆伐區與對照區土壤動物進行抽樣調查，分析比較皆伐對華北落葉松人工林土壤動物群落的影響。共獲得土壤動物4 740頭，4綱15目32個類群，通過分析皆伐與未皆伐林分土壤動物的物種組成、群落結構和物種多樣性，結果表明，蜱螨目、彈尾綱為皆伐華北落葉松人工林土壤動物的優勢類群，共占物種總數的88.36%，且皆伐區土壤動物群落Shannon-Weiner多樣性指數、Pielou均勻度指數、Simpson多樣性指數和Pielou均度指數有所提高，而優勢集中度指數C有所下降。

關鍵詞：土壤動物；皆伐；華北落葉松；群落結構；生物多樣性

中圖分類號 S79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）14-0037-03

Abstract：In order to understand the effects of clear cutting on soil fauna，this study investigated the soil animal in clear cutting area and control area of Larix principis-rupprechtii plantation.We collected 4740 individuals belong to 33 groups，14 orders and 4 classes.Statistical analysis of species composition，community structure and biodiversity of soil fauna in control and clear cutting area showed that the dominant groups were Acarina and Collembola which accounted for 88.36% of the total number of species in total. Analysis also shows that Shannon-Weiner biodiversity index，Pielou evenness index and Simpson diversity index were increased in clear cutting area，while the dominant concentration index was decreased.

Key words：Soil animal；Clear cutting；Larix principis-rupprechtii；Community structure；Biodiversity

1 引言

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）是華北林區營造速生豐產林主要的樹種之一，由于大面積營造結構簡單、樹種單一的同齡華北落葉松純林，并且受不合理的造林技術以及人為干擾的影響，較多的林分開始出現生長衰退、水源涵養功能降低等現象，導致相當數量的華北落葉松人工林病蟲害發生嚴重[1]。皆伐是指在一個采伐季節內，將伐區上的林木全部伐除的森林主伐方式[2]。由于皆伐改變了林地的光照、地表溫度、土壤水分和降水分配方式等特征，從而加快了林地凋落物及采伐剩余物的分解速度，釋放出較多的速效養分[3]。土壤動物是指其生活史中有一段時期在土壤中度過，且對土壤有一定影響的動物[4]，其在生態系統物質循環過程中起著中間環節的作用，扮演著分解者和消耗者的雙重作用。另外，由于土壤動物生活周期短，對于外部環境的變化能迅速作出反應，土壤動物群落結構的變化能夠在一定程度上反應其所在能林分的變化[5]。本文以皆伐區與未皆伐對照區華北落葉松人工林內土壤為研究對象，分析皆伐對其物種多樣性的影響，以期為探究皆伐與森林生態系統健康和生物多樣性之間關系，優化落葉松人工林經營技術措施提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 研究區概況 研究區位于河北省木蘭圍場國有林場管理局（簡稱木蘭林管局）龍頭山林場道壩子營林區。地理坐標為N41°35′～42°37′，E116°48′～118°20′；坡向西北，坡度20；海拔1 210m；年降雨量380～560mm，無霜期67～128d；土壤為棕壤。研究對象為1972年營造的華北落葉松人工純林，平均樹高10.5m，平均胸徑13.5cm，平均郁閉度0.35，平均密度為850株/hm2。由于研究區受人為干擾較大，林木生長不良，故于2007年對部分林分進行皆伐，同時保留未皆伐區作為對照。林內灌木主要有柔毛繡線菊（Spiraea pubescens）、胡枝子（Lespedeza formosa）等。草本植物主要有苔草（Carex plantaginea）、小紅菊（Dendranthema chanetii.）、歪頭菜（Vicia unijuga）、豬毛蒿（Artemisia scoparia）、鵝絨萎陵菜（Potentilla anserina）、長莖飛蓬（Erigeron acer）等。

2.2 土壤動物的采集與鑒定 于2013年7月對華北落葉松人工林皆伐區及未處理對照區的土壤動物進行調查采集，分別在兩林地隨機選取5點，采集10cm×10cm凋落物層，使用內徑5cm環刀采集0～10cm土壤層及10～20cm土壤層內的土壤動物。用封口袋帶回實驗室采用干漏斗分離，分離得到的土壤動物保存于75%乙醇溶液中，于雙目體視顯微鏡（Olympus，SZX10型）下觀察計數和分類鑒定；鑒于成蟲和幼蟲在土壤中的功能和作用不盡相同，鑒定過程中分開統計其種類與數量。土壤動物的鑒定主要參考《中國土壤動物檢索圖鑒》、《昆蟲分類學》、《幼蟲分類學》等[6-16]文獻資料，鑒定到亞目或科。

2.3 統計分析 各指標計算公式如下：

Simpson多樣性指數：[D=1-i=1sP2i=1-i=1sNiN2]；

群落的Pielou均勻度指數：[Jd=D/（1-1/S）]；

群落優勢度指數：[C=pi×pi]；

物種豐富度指數：[d=S/N]。

式中：[pi]為第[i]個物種占得的比例，[S]為物種總數，[N]為群落中所有種的個體總數。

3 結果與分析

3.1 皆伐與對照林分的土壤動物群落組成比較 本次調查共采集土壤動物4 740頭，隸屬4綱15目32個類群。就平均密度而言（表1），蜱螨目和彈尾綱個體數最多，分別占個體總數的70.16%、18.20%；葉蟬科個體數最少，占個體總個數的0.01%。皆伐區采集土壤動物4綱25類，對照區采集土壤動物3綱20類。兩區優勢類群均為物種為蜱螨目和彈尾綱，蜱螨目平均密度在皆伐區（16 253ind·m-2）少于對照區的（19 540ind·m-2）；彈尾綱平均密度在皆伐區（5 833ind·m-2）多于對照區（3 452ind·m-2）。

4 結論

本次調查共采集土壤動物4 740頭，隸屬4綱15目32個類群。皆伐區土壤動物的類群數和平均密度較對照區均有所增加；其中優勢類群蜱螨目的平均密度在皆伐區的少于對照區，這可能是由于皆伐后土壤容重增大，持水性能下降，孔隙度減小，通氣性變差[17]，不適于蜱螨目的生存，另一優勢類群彈尾綱呈相反趨勢。華北落葉松人工林皆伐跡地土壤動物與未皆伐區土壤動物相比較，Simpson多樣性指數D、Pielou均勻度指數Jd、豐富度d都有所提高，優勢度與皆伐華北落葉松人工林外的土壤動物相比較有所下降。皆伐后的華北落葉松人工林的土壤動物的物種數、個體數、豐富度、均勻度和多樣性指數都稍高于之前的水平。本研究結果顯示，短期皆伐后隨著林地光照、地表溫濕度的改變，促進了灌草層植被的生長，在一定程度上加快了凋落物及采伐剩余物的分解速度，從而釋放出較多的速效養分，為土壤動物提供了更多樣的食物種類，提高了其多樣性水平。

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（責編：張宏民）