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《中国林业科学研究院》 2015年
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蚂蚁群落多样性及功能群和功能多样性在土地利用变化中的生物指示研究

卢志兴  
【摘要】:土地利用方式变化导致的资源可利用程度、干扰以及栖境小环境条件的变化。蚂蚁在生态系统中具有重要的功能,其对环境压力和干扰程度变化具有敏感的响应,是目前较为重要的指示生物之一。为了揭示蚂蚁在土地利用变化中的生物指示作用及其表现形式,于2009年至2013年在云南省绿春县、墨江县、双江县、元江县、元谋县、普洱市以及四川省攀枝花市调查了不同林地类型蚂蚁群落,其中绿春县为小地域研究地点代表,其余样地为大地域研究地点。小地域涉及的植被类型包括天然次生林、桉树林、紫胶林、橡胶林、紫胶林-粮食混农林、旱地、农田,大地域样地涉及植被类型包括扭黄茅灌草丛、印度黄檀林、印楝林、膏桐林、膏桐-澳洲坚果混交林、紫胶林、桉树林和天然次生林。采用陷阱法、Winkler袋法和树干陷阱法调查了不同样地蚂蚁群落。在物种多样性、功能群和功能多样性三个层面进行了蚂蚁生物指示研究。初步结果有:(1)在小地域范围调查中,共采集蚂蚁37,891头,隶属于8亚科52属137种;在大地域范围调查中,共采集蚂蚁13,356头,隶属于7亚科49属154种。物种稀疏和预测曲线显示抽样较充分。(2)土地利用变化导致的干扰程度和可利用资源量变化导致蚂蚁物种多样性水平发生变化:天然次生林、紫胶林、混农林和桉树林蚂蚁多度显著高于橡胶林和农田;紫胶林、天然次生林、混农林和桉树林蚂蚁蚂蚁物种丰富度显著高于橡胶林和旱地;天然次生林、桉树林、紫胶林和混农林蚂蚁Chao1指数显著高于橡胶林和农田。可用资源多和干扰少的紫胶林、混农林、桉树林和天然次生林中,对群落相似性有贡献的蚂蚁物种数明显高于旱地和农田,其平均贡献率低于旱地和农田,表明这些栖境能够支持较多蚂蚁生存。刻点多刺蚁(Polyrhachis punctillata)等4种蚂蚁对混交林有响应;高雅塔蚁(Pyramica elegantula)等9种对紫胶林有响应;红头弓背蚁(Camponotus singularis)等5种对紫胶林和混农林有响应;比罗举腹蚁(Crematogaster biroi)等15种对桉树林中有响应;短刺棱胸蚁(Pristomyrmex brevispinosus)等13种对橡胶林有响应;阿禄斜结蚁(Plagiolepis alluaudi)等13种对天然次生林、桉树林和紫胶林有响应;安南厚结猛蚁(Pachycondyla annamita)等25种对天然次生林有响应;巴瑞弓背蚁(Camponotus parius)等17种对紫胶林和混农林有响应;白足狡臭蚁(Technomyrmex albipes)等10种对桉树林、紫胶林和橡胶林有响应;凹头臭蚁(Dolichoderus incisus)等5种对混农林有响应;伊大头蚁(Pheidole yeensis)和印度酸臭蚁(Tapinoma indicum)对旱地有响应;塞奇大头蚁(Pheidole sagei)对橡胶林和旱地有响应。进一步筛选指示物种,共得到26种指示物种,天然次生林和桉树林指示物种为西氏拟毛蚁(Pseudolasius silvestrii)等4种,这些物种生存需要依赖复杂栖境;混农林和紫胶林指示物种为无毛凹臭蚁(Ochetellus glaber)等7种,这些物种多喜食蜜露;橡胶林指示物种为宽结小家蚁(Monomorium latinode)等6种,喜欢干扰栖境或依赖高大乔木生存;伊大头蚁(Pheidole yeensis)和印度酸臭蚁(Tapinoma indicum)为旱地指示物种,扁平虹臭蚁(Iridomyrmex anceps)和裸心结蚁(Cardiocondyla nuda)为农田指示物种,这些物种均喜欢受干扰开放的栖境。(3)建立区域尺度和全球尺度蚂蚁属级水平功能群划分系统。全球尺度系统包括优势臭蚁亚科(Dominant Dolichoderinae,DD)、广义切叶蚁亚科(Generalised Myrmicinae,GM)、机会主义者(Opportunities,O)、从属弓背蚁族(Subordinate Camponotini,SC)、气候特化种(Climate Specialists,CS)、隐蔽物种(Cryptic Species,C)、专业捕食者(Specialist Predators,SP);区域尺度系统包括隐蔽捕食者(Cryptic Predators,CP)、隐蔽清道夫(Cryptic Omnivores,CO)、地面捕食者(Epigaeic Predators,EP)、地面清道夫(Epigaeic Omnivores,EO)、树栖优势种(Arboreal Dominants,AD)、树栖从属种(Arboreal Subordinates,AS)、机会主义者(Opportunists,OPP)。分别在大地域(绿春)和小地域(8个地点)进行全球尺度和区域尺度功能群适用性的验证:两种功能群划分系统在小地域和大地域范围均对土地利用方式变化有响应。(4)两种尺度功能群划分系统在小地域运用中的指示作用:全球尺度中,广义切叶蚁亚科、从属弓背蚁族、隐蔽物种的比例随着可用资源减少和干扰的增加而下降,优势臭蚁亚科在干扰大栖境开放的环境中比例较高。区域尺度中,地表清道夫、树栖优势类、树栖次优势类、隐蔽清道夫和隐蔽捕食者的比例随着干扰的增加和可用资源减少而下降,机会主义者在农田中的比例则较高,这些功能群对土地利用变化有指示作用。两种尺度功能群划分系统在大地域运用中的指示作用:全球尺度功能群在干热河谷区具有更好的指示作用。全球尺度中的广义切叶蚁亚科、气候特化种、专业捕食者和隐蔽物种以及区域尺度中的树栖优势类、树栖次优势类、隐蔽捕食者和地表捕食者的比例随着可用资源减少和干扰的增加而减少;全球尺度中的优势臭蚁亚科和区域尺度中的地表清道夫的比例则随着干扰的增加而增加。(5)对74种蚂蚁进行27个功能特征测定,创建了4个基于不同功能特征组合的功能特性指标。所选取的功能特征指标包括:头长、头宽、复眼最大直径、复眼间距、柄节长度、上颚长度、后足腿节和胫节长度、腹宽及每个物种营养级。4个功能特性分别为:以头比、后足胫腿长、体长和营养级作为蚂蚁资源消耗功能特性;以柄节比、复眼间距、复眼比和后足相对胫腿长作为食物发现能力的功能特性;以上颚长、腹宽和体长作为食物携带能力的功能特性;以柄节比、头比、复眼比、后足相对胫腿长、体长和营养级作为综合能力的功能特性。(6)蚂蚁功能多样性丰富度指数与物种丰富度存在显著的线性关系(综合:Y=0.3486X-3.4274,R2=0.879,F=86.864,P0.01)。蚂蚁功能多样性水平与土地利用方式变化有关联。随着可用资源减少、干扰程度的增加,蚂蚁资源消耗、食物发现、食物携带和综合能力的功能多样性水平明显降低,人工林蚂蚁在资源消耗、食物发现、食物携带和综合能力的功能多样性水平接近天然次生林。不同尺度功能群划分中,不同蚂蚁功能群在资源消耗、食物发现、食物携带和综合能力的功能多样性丰富度指数FRic、功能均匀度指数FEve以及功能离散度FDis指数差异明显。不同功能群划分系统对蚂蚁功能多样性指数有影响;基于蚂蚁功能特征数据对蚂蚁的分组与全球尺度功能群分组的吻合程度较高。综上,蚂蚁物种多样性、功能群和功能多样性均能对土地利用变化有较好的指示作用,土地利用变化影响栖境质量、资源可利用量及干扰程度,导致蚂蚁物种组成及多度发生改变,进而改变蚂蚁功能群及不同功能特性功能多样性水平。研究结果对于利用蚂蚁进行生物多样性保护模式摸索及环境质量快速评价有一定的理论指导意义。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:Q968.1

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