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《河南大学》 2016年
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黄河下游典型农区中小型土壤动物的生态分布和季节动态

赵爽  
【摘要】:生物多样性是制约生态系统服务发挥的关键因素之一。生物多样性也是景观流的基础,它对生态系统服务中的气候调节、水土保持、土壤肥力、物质生态的质和量、生物控制等都有重要的作用。农业生态系统的持续健康发展是离不开生物多样性的,非农生物的生存同样也离不开农业景观。农业景观中的自然、半自然生境(如农田边界、林地、树篱和沟渠等)对栖息于内的动物有重要的影响。本研究选取黄河下游平原地区——封丘县的农业生态系统为研究对象,于2014年的4、7、9和11月和2015年4月采用Tullgren漏斗法分离环刀土样的方法对该区的农田、林地、金银花地、树莓地和蔬菜地内的中小型土壤动物进行了相关的调查取样。每季每种生境类型均设置20个典型样方,每个样方之间间隔10 m,采用蛇形采样法采集土壤样品(土壤类型均为潮土)进行分析,且在每个取样点采用法瑞学派1×1 m2的样方法对植被进行调查。首先,研究采用了α多样性指数(丰富度指数、均匀度指数、香农多样性指数、辛普森多样性指数)、类群丰富度和类群多度分析了不同生境类型内中小型土壤动物多样性的季节差异。2014全年共捕获中小型土壤动物44个类群共6231头,优势种群(多度大于总捕获数10%的类群)共4种,分别为隐翅甲科(Oxytelus Batiuculus)、辐螨亚目(Actinetidida)、花蝽科(Anthocoridae)和甲螨亚目(Oribatida)。常见类群(多度大于1%小于10%的类群)共12种,分别为球角跳科(Hypo-gastridae)、等节跳虫科(Isotomidae)、跳虫科(Poduridae)、蚁科(Formicidae)、葬甲科(Silphidae)、拟花蚤科(Melyridae)、长角跳科(Entomobriyidae)、双翅目幼虫(Diptera Larvae)、丸甲科(Byrrhidae)、切叶蚁亚科(Myrmicinae)、叶蝉科(Cicadellidae)和苔甲科(Staphylinoidea)。其余的28个类群为稀有类群(多度小于1%)。从总体上来看,夏季中小型土壤动物的多样性最高;在春、夏、秋三季,农田内土壤动物的多样性要普遍高于其它几种生境类型,且多样性指数显示,在农田中土壤动物的多样性差异较低,平均丰富度较高,群落分布的均匀程度也较高,是土壤动物空间分布比较集中的生境;在冬季,林地和树莓地能保持更高的土壤动物多样性,在保持土壤动物群落方面有着不可替代的作用;相对于蔬菜地和树莓地,金银花地可以在春、夏、秋三季保持较高的生物多样性,且研究区位于国家级的金银花生产基地——封丘县内,其出产的金银花具有较高的经济价值。其次,研究分析了环境因子对中小型土壤动物多样性的影响。在研究中采用中小型土壤动物的类群丰富度和类群多度来代表多样性,且由于在本研究中中小型土壤动物多度与丰富度呈显著正相关(p0.05),故采用中小型土壤动物不同类群的多度代表中小型土壤动物的多样性,作为数据分析的响应变量。为了进一步确定每种环境因子对土壤动物多样性的影响程度,研究中使用基于赤池信息量准则(aic)的多模型推理方法,确定不同的解释变量对中小型土壤动物多样性影响的程度(采用权重wi)顺序。结果发现,土壤中的有机质含量是影响中小型土壤动物多样性的主导因子。植被因子对土壤动物的影响存在季节性差异,即春季的植被高度和夏季的植被丰富度,对土壤动物多样性的影响更为显著。土壤因子对中小型土壤动物的影响也不同,土壤有机质的含量对其影响最显著,其次是ph值,而铵态氮、土壤水分、速效磷、土壤温度、活性碳和速效钾的影响则相对较弱。传统的方法(如rda)只是说明有哪些土壤因子会对土壤动物的多样性产生影响,而权重wi值更进一步的解释了不同的环境因子对土壤动物多样性影响的程度。为了比较不同中小型土壤动物对不同土壤有机质含量的偏好,在研究中根据林地生境内不同采样点的土壤有机质含量的大小,把20个样点去除其中有机质含量的最大值与最小值之后均分为3个等级,即高的土壤有机质含量(4g/kg)、中的土壤有机质含量(3~4g/kg)和低的土壤有机质含量(≤3g/kg),即每个等级均包括6个样点。之后使用指示值法(indval)确定不同的土壤动物类群在不同程度的土壤有机质含量内的分布情况。通过指示值法分析得知,中小型土壤动物对不同土壤的有机质含量的偏好不同。在春季林地所捕获的12个土壤动物类群中,有4个类群的土壤动物偏好高土壤有机质含量(indval值在高土壤有机质中最高),尤其是球角跳科、蚜科(aphididae)和线蚓科(enchytraediae),个体集中出现在有着高的土壤有机质含量的样点;有1个类群的土壤动物偏好中土壤有机质含量,即长角跳科;有4个土壤动物的类群偏好于低有机质含量,尤其是辐螨亚目,可以在研究区作为林地土壤有机质含量的指示类群;其余3个土壤动物类群则显示对两类的土壤有机质含量的偏好相同,分别是等节跳虫科、双翅目幼虫和蜈蚣目(scolopendrasubspinipes)。双翅目幼虫和蜈蚣目集中出现在高和低的土壤有机质含量的样点,而等节跳虫科则集中出现在中和低的土壤有机质含量的样点。最后,研究为了进一步理解人类为了从农业生态系统服务中获取惠益而对生态系统进行改造的同时,会对生活在其中的中小型土壤动物多样性产生怎么的影响?研究根据不同生境的干扰强度大小,把农田、林地、金银花地、树莓地和蔬菜地划分为两种偏向不同生态系统服务的生境类型,即偏向供给服务的农田和蔬菜地,和偏向调节服务的林地、金银花地和树莓地。研究发现,在春、夏、秋三季,以供给服务为主的农田、蔬菜地与以调节服务为主的林地、金银花、树莓地相比,土壤动物多度之间无较大差距,但有部分的常见类群和稀有类群仅在林地等生境内被发现,这说明林地等生境在维持生物多样性方面具有不可忽视的作用和不可替代的地位。且由冬季的统计数据发现,农田和蔬菜地内的土壤动物多度较林地等生境已明显减少,这说明林地、金银花地、树莓地的存在为冬季的土壤动物提供了更为合适的栖息环境,这对于整个土壤动物的群落来说尤为重要。在研究中以隐翅甲类群季节性的生态分布规律,推断其在不同季节的迁移规律,结果显示在春季由于气温的回升,植被的生长,外界环境条件适宜其类群的繁殖,隐翅甲类群开始由树莓地向农田和金银花地迁移并开始繁殖,在夏季达到峰值,其主要的活跃地为农田和金银花地,由于此时的竞争加剧,部分的隐翅甲类群向周围的生境扩散。随着昼夜温差等的变化,以及金银花收获期的来临,金银花地中的隐翅甲类群开始向林地内迁移,此时类群的活跃地为农田和林地。随着温度的进一步下降,隐翅甲类群开始向树莓地中迁移,准备越冬,等待气温的回升,开始新一轮的生命周期。通过对隐翅甲科一年当中的不同季节的多样性动态分布研究,揭示了不同的生境在不同的季节中对隐翅甲科的生态意义,强调了林地等非农生境对土壤动物多样性保护的地位。由于研究区内近些年土地类型的单一化较为严重,因此合理的进行景观规划,着重保护非农生境,提高农业生态系统的多元化,以生物防治的方法控制研究区内的农业害虫,对当地的农业发展以及可持续性有着重要的意义。
【关键词】:农业生态系统 中小型土壤动物 生物多样性 环境因子 主导因子 生态系统服务 生物迁移 黄河下游典型地区
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S154
【目录】:
  • 摘要4-7
  • ABSTRACT7-13
  • 1 绪论13-25
  • 1.1 选题意义13-14
  • 1.2 研究内容及创新14
  • 1.3 国内外研究现状14-20
  • 1.3.1 农业景观结构研究14-15
  • 1.3.2 土壤动物多样性研究15-18
  • 1.3.3 土壤动物多样性与环境因子的关系研究18-20
  • 参考文献20-25
  • 2 研究区概况及研究方法25-31
  • 2.1 地理格局25
  • 2.2 环境特征25-26
  • 2.3 数据采集方法26-27
  • 2.4 研究区生物多样性特征分析方法27-28
  • 2.4.1 α多样性的测定27-28
  • 2.4.2 群落相似性指数的测定28
  • 2.5 多环境因子对中小型土壤动物的影响28-29
  • 2.6 技术路线图29-30
  • 参考文献30-31
  • 3 中小型土壤动物群落的季节动态和空间分布31-51
  • 3.1 同一季节内中小型土壤动物群落的空间分布32-45
  • 3.1.1 春季中小型土壤动物多样性的空间分布32-35
  • 3.1.2 夏季中小型土壤动物多样性的空间分布35-37
  • 3.1.3 秋季中小型土壤动物多样性的空间分布37-40
  • 3.1.4 冬季中小型土壤动物多样性的空间分布40-42
  • 3.1.5 2015年春季中小型土壤动物多样性的空间分布42-45
  • 3.2 同一生境内中小型土壤动物群落的季节动态45-49
  • 3.2.1 农田中小型土壤动物不同季节的多样性动态分析45
  • 3.2.2 林地中小型土壤动物不同季节的多样性动态分析45-46
  • 3.2.3 金银花地中小型土壤动物不同季节的多样性动态分析46-47
  • 3.2.4 蔬菜地中小型土壤动物不同季节的多样性动态分析47-48
  • 3.2.5 树莓地中小型土壤动物不同季节的多样性动态分析48-49
  • 3.3 中小型土壤动物群落的相似性49-50
  • 3.4 本章小结50-51
  • 4 环境因子对中小型土壤动物多样性的影响51-58
  • 4.1 植被因子对中小型土壤动物多样性的影响53
  • 4.2 土壤因子对中小型土壤动物多样性的影响53-55
  • 4.2.1 土壤理化性质对中小型土壤动物的影响53-54
  • 4.2.2 中小型土壤动物类群对土壤有机质含量的响应54-55
  • 4.3 环境因子对中小型土壤动物多样性的综合影响55
  • 4.4 本章小结55-56
  • 参考文献56-58
  • 5 研究区不同生境对土壤动物群落的生态意义分析58-69
  • 5.1 不同类群土壤动物的多样性生态分布58-64
  • 5.2 土壤动物的季节性迁移64-66
  • 5.3 本章小结66-67
  • 参考文献67-69
  • 6 结论与讨论69-74
  • 参考文献72-74
  • 附录74-86
  • 致谢86-88
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录88-89

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