草地开垦对土壤动物多样性与功能群结构的影响

在中国科学院奈曼沙漠化研究站附近,选择耕作10年和20年农田为研究对象,以周围封育草地为对照,采用手拣法调查了不同类型样地土壤节肢动物群落组成与生物量,并依据食性差异对土壤节肢动物功能群进行了划分,旨在分析草地开垦活动及耕作时间对土壤动物群落结构的影响。研究结果表明,(1)草地开垦降低了土壤节肢动物个体数、丰富度、多样性和生物量,尤其对个体数与丰富度的影响较大(p<0.05),而农田耕作时间对土壤节肢动物群落多样性与生物量的影响较小(p>0.05);(2)草地开垦降低捕食性和植食性动物类群的个体数和丰富度,尤其对捕食性类群的个体数影响较大(p<0.05),而农田耕作时间产生的影响较小(p>0.05);(3)捕食性类群生物量表现为草地和耕作10年农田显著高于耕作20年农田(p<0.05),而草地开垦与耕作时间对植食性类群生物量的影响相对较小(p>0.05);(4)基于个体数、丰富度和生物量的不同类型样地间功能群营养级关系(捕食性:植食性)均无显著差异性(p>0.05);(5)草地开垦对土壤节肢动物多样性和功能群数量特征产生负向作用,而农田耕作时间对土壤节肢动物多样性的影响较小,草地开垦与耕作时间对功能群营养级关系影响相对较小,而耕作时间对捕食性类群生物量分布的影响较大。

模拟增雨条件下沙质草地地表植被和节肢动物群落变化特征

以宁夏荒漠草原区沙质草地为研究对象,设置对照、增雨20%、40%、60%、100%5种处理样地,通过调查土壤、植被及地面节肢动物群落特征,初步分析了地表植被和节肢动物群落对当年模拟降雨变化的响应规律。结果表明,1)在增雨试验前,不同处理样地间土壤理化性质、地表植被个体数、类群数和平均高度以及地面节肢动物个体数和类群数均未出现显著差异(P>0.05),说明试验样地设置的相似性和试验方法可行。2)模拟降雨处理后,地表植物丰富度受降雨处理的影响较小,而在秋季,地表植物个体数表现为增雨40%样地显著低于对照样地(P<0.05),植物平均高度表现为增雨20%和40%样地显著低于对照样地(P<0.05)。3)模拟降雨处理后,地面节肢动物个体数受降雨处理的影响较小,而在秋季地面节肢动物类群数表现为增雨20%、60%和100%样地显著高于对照样地(P<0.05)。研究表明,基于影响因子设置不同处理试验样地需综合考虑土壤、植被和节肢动物特征,地面植被个体数和高度以及地面节肢动物类群数对降雨处理响应更为敏感,并存在一定的时滞性。

流动沙地人工种植灌丛对地面节肢动物多样性与功能群结构的影响

【目的】调查不同林龄灌丛地面节肢动物群落特征,分析柠条灌丛林固沙过程对地面节肢动物多样性与功能群结构的影响规律,并以周围封育草地为对照,基于地面节肢动物多样性与功能群结构辨析柠条灌丛对流动沙地的固定恢复效果,为生物多样性恢复、人工灌丛林管理、沙漠化防治提供科学依据。【方法】在宁夏盐池选择流动沙地,以6,15和36年生柠条灌丛林为研究样地,以周围邻近封育草地为对照,利用陷阱诱捕法,调查不同林龄灌丛样地地面节肢动物群落组成与结构特征,结合功能群划分分析不同林龄灌丛样地间地面节肢动物功能群结构（捕食性和植食性）的变化规律。【结果】1）地面节肢动物优势类群包括蠼螋科、拟步甲科和鳃金龟科,其个体数占总个体数的78.84%,常见类群包括7个类群,其个体数占总个体数的15.23%;其他26个类群为稀有类群,其个体数占总个体数的5.93%。不同类型生境样地中地面节肢动物类群个体数分布均存在显著差异性,例如,长奇盲蛛科、狼蛛科、泥蜂科主要生存于灌丛生境中,而步甲科主要生存于流动沙地生境中。2）流动沙地柠条灌丛定居6年后,地面节肢动物总个体数以及功能群（捕食性和植食性）个体数均急剧下降（P〈0.05）,而丰富度和Shannon指数以及功能群丰富度均显著增加（P〈0.05）。相对于流动沙地,6,15,36年生灌丛林地和封育草地的地面节肢动物总个体数、捕食性和植食性功能群的个体数分别下降了79%～95%,83%～95%和72%～95%,而丰富度、Shannon指数、捕食性和植食性功能群的丰富度分别增加了0.6～1.4倍、1.0～2.0倍、0.2～1.0倍和1.0～2.0倍。3）在柠条灌丛固沙过程中,不同年龄灌丛林地的地面节肢动物总个体数以及功能群个体数变化较小（P〉0.05）,并与封育草地间无显著差异性（P〉0.05）,但丰富度和Shannon指数随着林龄的增加而显著增大（P〈0.05）,分别在15年和36年灌丛接近封育草地水平,36年生灌丛林地呈现出最高值。4）在柠条林固沙进程中,捕食性和植食性类群丰富度亦随着林龄增加而显著增多（P〈0.05）。6年生灌丛二者均接近于封育草地水平,但植食性类群丰富度在15年生灌丛林地达到最高值,捕食性类群丰富度在36年生灌丛林地达到最高值。捕食性和植食性类群间营养关系表现为从流动沙地到柠条灌丛林地变化较大,而受到柠条灌丛林固沙过程以及恢复方式的影响较小,其中植食性类群所占比重高于捕食性类群。【结论】流动沙地人工种植灌丛可以快速恢复地面节肢动物丰富度和多样性,一旦定居成功后就可以维持草地生态系统营养级关系的相对稳定性。在柠条灌丛生长发育过程中,植食性类群先于捕食性类群的恢复,有利于食物网结构稳定性维持和生态系统功能恢复。与封育自然恢复相比,人工种植柠条灌丛对于沙地地面节肢动物多样性的恢复和保育效果更好。

人工与自然恢复方式对流动沙地土壤与植被特征的影响

[目的]分析不同固沙措施对土壤—植被系统恢复的生态效应,为该地区沙化草地选取合理的固沙措施、草场管理与利用以及沙漠化治理提供依据。[方法]以宁夏地区盐池沙地围封自然恢复草地和灌丛人工固沙林地为研究对象,以周围流动沙地为对照,对不同处理措施样地土壤性质和地表植被特征进行调查。[结果](1)两种恢复措施均能够显著增加土壤黏粉粒含量、土壤有机碳和全氮含量(p<0.001),降低土壤温度、容重和含水量(p<0.05),并显著提高草本植物丰富度、个体数和平均高度(p<0.05)。(2)自然围封草地土壤黏粉粒含量、草本植物个体数和丰度分别是人工灌丛林地的2.1,2.8,1.4倍;而其土壤含水量下降幅度是人工灌丛固沙林地的1.7倍。人工灌丛固沙林地土壤有机碳、全氮含量以及草本植物平均高度分别是自然恢复草地的2.1,2.0,2.2倍;而其土壤容重下降幅度是自然恢复草地的2.5倍。(3)随着流动沙地固定和草本植被恢复,植物群落以一年生草本植物为特征逐渐演替到以一年生草本植物为主且伴生有多年生植物的草地生态系统。但一年生和多年生植物个体数和物种数自然恢复草地均明显高于人工灌丛固沙林地。[结论]围封自然恢复对于宁夏地区盐池沙地土壤质地与植被系统稳定性的恢复质量优于灌丛人工恢复措施,人工灌丛固沙因其能够有效改良土壤营养条件亦可作为重要辅助恢复手段。

荒漠草原区柠条灌丛对地面节肢动物群落小尺度空间分布的影响

在宁夏盐池沙地以围栏封育柠条灌丛林为研究对象,在距离灌丛0(即灌丛下,S)、1.5(D1)、7.5(D2)、15 m(D3)处分别设置调查样点,采用陷阱诱捕法调查了地面节肢动物群落小尺度空间分布规律。结果表明,共捕获地面节肢动物11目4科71个类群。在远离灌丛的小尺度空间上,优势类群和常见类群多度呈现相反变化趋势,分别在距离柠条灌丛7.5 m处达到最低(58%)和最高值(34%),而稀有类群多度低于10%,且呈逐渐降低趋势。优势类群数和常见类群的丰富度均少于7个类群,而稀有类群数均超过25个类群,且波动变化较大,在D1和D2处分别达到最高(44)和最低值(25)。地面节肢动物总个体数表现为灌丛下与灌丛外样点间无显著差异性(p>0.05),但远离灌丛的D3显著高于靠近灌丛的D1和D2(p<0.05);总类群数表现为S、D1、D3间均无显著差异性(p>0.05),但均显著高于D2(p<0.05)。冗余分析(RDA)表明土壤粗砂和细砂含量是影响地面节肢动物空间分布的土壤因子,其中土壤细砂含量是主导因素。研究表明,柠条灌丛本身对地面节肢动物空间分布的影响范围小于7.5 m,随着空间距离的增加灌丛对地面节肢动物空间分布的作用逐渐弱化,而在围封条件下远离灌丛(15 m)处封育草地地面节肢动物群落与灌丛下相似。

流动沙地灌丛内外地面/地下土居节肢动物空间分布及其影响因素

在宁夏盐池沙地选择花棒和油蒿灌丛为研究对象,以灌丛外流动沙地为对照,采用陷阱诱捕法和挖土直接手拣法,分别调查了地面和地下土居节肢动物群落,依据灌丛内外节肢动物数量相对比率(R),分析了灌丛内外节肢动物空间分布规律及其影响因素。结果表明:1 97.7%(42/43动物类群数)的节肢动物类群主要生存于灌丛下。尽管一些地面土居动物如蠼螋科、步甲科在灌丛外亦有分布,但其R值均高于1。地下土居动物除鳖甲属动物主要分布于灌丛外(R值小于1),其余多分布于灌丛下。2除地面土居动物个体数R值小于1之外,节肢动物丰富度和地下土居动物个体数的R值均高于1,且地下土居动物个体数和丰富度的R值均高于8。3无论是地面还是地下土居动物,节肢动物个体数和丰富度的R值均表现为油蒿高于花棒(P<0.05)。4流动沙地对地面土居动物个体数分布影响较大,而灌丛下生境对节肢动物丰富度影响较大。油蒿灌丛对土壤节肢动物分布的影响高于花棒,特别是对地下土居动物,呈现出显著灌丛"虫岛"现象。

基于群落与种群水平的沙地柠条灌丛“虫岛效应”随林龄的变化

以宁夏盐池沙地不同年龄柠条灌丛为研究对象,利用响应比率(Response ratio,RR)和相对互相作用强度指数(Relative interaction intensity,RII),在群落与种群2个水平上分析沙地灌丛"虫岛效应"的变化规律.结果显示:在群落水平上,RR与RII在表征基于节肢动物个体数和丰富度的不同年龄灌丛"虫岛效应"间差异性时完全相同,但在表征节肢动物Shannon指数和均匀度指数时存在较大差异性.在种群水平上表征柠条灌丛"虫岛效应"时RII值反映的类群数超过RR值的17%以上,在24年生灌丛林地达到38%以上,更好地反映了灌丛与节肢动物类群间的作用关系.利用RR值分析群落水平灌丛"虫岛效应",在6年生林地只有节肢动物个体数表现出灌丛"虫岛效应",在15年生林地基于Shannon指数与均匀度指数的灌丛"虫岛效应"显著增强(P<0.05),而基于节肢动物个体数的灌丛"虫岛效应"减弱,但在之后的24年和36年林地基于Shannon指数与均匀度指数的灌丛"虫岛效应"急剧减弱,而基于节肢动物个体数的灌丛"虫岛效应"又逐渐增强(P<0.05).利用RII值分析种群水平灌丛"虫岛效应",不同年龄林地均有超过50%的动物类群受到灌丛影响而呈现出"虫岛"现象,反映了灌丛对节肢动物的聚集作用.本研究表明,响应比率RR在分析节肢动物群落指数效果较好,而相对互相作用强度指数RII可以完整地表征节肢动物种群在灌丛内外的空间分布;随着灌丛年龄增加,灌丛"虫岛"对灌丛间节肢动物多样性分布具有辐射作用,灌丛"虫岛效应"有利于沙化草地生态系统结构与功能的有效恢复.

沙地灌丛的“肥岛”和“虫岛”形成过程、特征及其与生态系统演替的关系

沙地灌丛"肥岛"和"虫岛"均具有突出的生态功能,二者相互作用对于生态系统的演化具有重要作用。草地灌丛化和流动沙地固定化均可促使沙地灌丛"肥岛"和"虫岛"的形成,并且灌丛"肥岛"与放牧管理间存在密切相关,而灌丛"虫岛"与灌丛林龄密切相关。沙地灌丛"肥岛"和"虫岛"是相伴而生,相辅相成,而且作为反馈,灌丛"虫岛"可以进一步促成"肥岛"的形成,加速生态系统的演化过程。今后应从以下方面加强研究:(1)灌丛"虫岛"的形成机制及其对灌丛的反馈作用。(2)基于灌丛种与林龄的灌丛"虫岛"与放牧管理的关系。(3)灌丛"土-草-肥-虫-节肢动物-微环境-微生物"为一体的微宇宙实验的控制研究。(4)利用灌丛"虫岛"的形成、指示类群的辨识以及生态系统演替过程的长期观察与分析,来确定草地中可能存在的最佳人工灌丛林管理方式。

沙地灌丛“虫岛”:概念、方法与模型构建

沙地灌丛与节肢动物间的作用关系可以用"虫岛"来表示,但是关于灌丛"虫岛"的概念、分析方法与模型构建,研究较少.通过定量化界定灌丛"虫岛"的概念与内涵,筛选计算灌丛"虫岛"的分析函数,旨在确立定量分析灌丛与节肢动物间作用关系的数学模式.结果表明,沙地灌丛"虫岛"是流沙生境中节肢动物群落和种群水平上在灌丛内外的统计性差异分布.种群水平上相对邻近影响指数RNE=(B-A)/max(A,B)与相对互相作用强度指数RII=(A-B)/(A+B)表达的内涵更为全面、准确(A,B分别表示灌丛内外平均量值),而在群落水平上5个指数均适用,但需实际情况检验.确立了群落和种群水平上灌丛与节肢动物间的定量作用模型:RII=α/(α+2B),α为灌丛对节肢动物的定量作用强度.