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黄土丘陵区植被景观格局与地表甲虫群落组成及空间分布的变化研究

杭佳  
【摘要】:黄土丘陵区受地理位置、气候变化、地形和地貌、土壤等多种因素的影响,在农业文明发展的过程中,不合理的资源利用方式,导致了生态环境的极大破坏,使该区成为我国生态环境脆弱、生态敏感的区域之一。经过长期探索,该区在生态建设工程开展的同时,提出以小流域为统一规划单元的成功生态治理模式。因此,在生态建设工程背景下,研究土地利用/覆盖变化及其对景观格局的影响及地表生物的空间分布规律,有助于认识生态恢复过程中景观的整体生态功能,为黄土丘陵区生态环境重建、生物多样性保护、土地资源可持续利用和景观生态规划提供科学依据。本文以宁夏南部具有退耕还林代表性的彭阳县为研究区域,通过遥感影像解译、GIS分析、野外调查和模型模拟相结合的方法,分析了黄土丘陵区植被在景观水平上的时空格局和不同生境内地表甲虫群落多样性变化及其与环境因子的关系,探讨了生态恢复对维持地表甲虫多样性的影响。通过研究得出以下主要结论: (1)应用土地利用动态度和多个景观格局指数定量分析了彭阳县1991-2010年间土地利用/覆盖变化和景观的空间格局特征。1991-2010年间,土地利用/覆盖变化的总体趋势是林草地面积持续增加,耕地和未利用土地面积持续减少。由于县域发展和农村产业发展导致建筑用地面积也相应增加。景观格局变化主要表现为景观破碎化程度、斑块混合分布程度、多样性指数和均匀度指数均呈先增加后减小趋势,各斑块间连通性呈先减小后增加趋势,景观形状趋于复杂。区域发展规划(退耕还林、荒山造林及封山禁牧)是该区2000年以后土地利用/覆盖及景观变化的主要驱动力。 (2)以野外调查数据为基础,分析了彭阳县草庙乡6种不同生境中地表甲虫群落多样性。直角通缘步甲、麻步甲和星斑虎甲的数量分布基本相似,在植被结构复杂的生境中分布较高;赤胸长步甲在生态经济林和水平农田中个体数量较高;小驼嗡蜣螂在灌草混交林和乔灌混交林中分布较高。不同生境中所有地表甲虫的个体数量、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数均存在显著差异。基于Jaccard相似性系数,灌草混交林地、乔灌混交林地、生态薪炭林地、生态经济林地和水平农田5种生境中地表甲虫组成具有相似性,其中生态经济林地和水平农田、乔灌混交林地和生态薪炭林地间地表甲虫相似性最高,而天然封育草地中地表甲虫物种组成与其它生境差异较大。 (3)采用广义线性混合模型分析了不同生态恢复生境中生境因子对地表甲虫群落多样性的影响。地表甲虫个体数量、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数在四种生态恢复模式中均存在显著差异,而Pielou均匀度指数则没有显著差异。不同生境因子与地表甲虫群落多样性的关系存在差异,地表甲虫个体数量与林冠层盖度和枯落物厚度呈显著相关,与草本植物生物量和土壤含水量呈极显著相关;物种丰富度与灌木层盖度、枯落物盖度和草本植物生物量呈显著相关;Shannon-Wiener多样性指数与枯落物盖度和草本植物生物量呈显著相关;Pielou均匀度指数则与草本层盖度和枯落物厚度呈显著相关。典范对应分析显示,枯落物厚度、林冠层盖度、草本层盖度和枯落物盖度是影响地表甲虫群落组成的关键环境因子。 (4)采用Logistic回归模型分析了彭阳县王洼水土保持科技示范园6种不同植被群落中步甲昆虫的生境选择。步甲个体数量和Shannon-Wiener多样性指数在6种不同植被群落中均存在显著差异,物种丰富度虽在退耕还林草地中高于其它生境,但没有达到显著差异。Chao-1物种丰富度指数估计曲线显示,退耕还林草地和鱼鳞坑整地造林地中利用巴士罐法诱集到了几乎所有的步甲物种,自然修复草地和水平梯田中诱集到了大部分步甲物种,灌木林地和经果林地还有部分物种没有捕获到。直角通缘步甲在鱼鳞坑造林地中发生概率最高,在水平农田中最低:麻步甲在鱼鳞坑造林地、退耕还林草地和灌木林地中发生概率均较高,在经果林地中发生概率较低;赤胸长步甲在经果林地和水平农田中发生概率较高,在灌木林中则没有发生。Logistic回归分析显示,草本植物生物量和土壤含水量是直角通缘步甲生境选择的关键环境因子;林冠层盖度、灌木层盖度、草本植物生物量和土壤含水量是影响麻步甲生境选择的重要环境因子;灌木层盖度、草本植物盖度、枯落物厚度、草本植物生物量和土壤含水量是影响赤胸长步甲对生境选择的关键环境因子。


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