小興安嶺涼水自然保護區(qū)土壤昆蟲群落特征及多樣性研究

安靜超,殷秀琴

(東北師范大學城市與環(huán)境科學學院,吉林長春130024)

小興安嶺涼水自然保護區(qū)土壤昆蟲群落特征及多樣性研究

安靜超,殷秀琴

(東北師范大學城市與環(huán)境科學學院,吉林長春130024)

采用樣方調(diào)查法對小興安嶺涼水自然保護區(qū)的土壤昆蟲進行了研究.在10個生境中共獲得土壤昆蟲60類,隸屬1綱11目43科.研究區(qū)土壤昆蟲優(yōu)勢類群為彈尾目節(jié)跳蟲科、球角跳蟲科、鱗跳蟲科和棘跳蟲科;常見類群為雙翅目成蟲、雙翅目幼蟲、蟻科、隱翅蟲科、搖蚊科幼蟲、綾跳蟲科和鞘翅目幼蟲,優(yōu)勢類群和常見類群共11類構(gòu)成了研究區(qū)土壤昆蟲的主要組成部分.通過計算發(fā)現(xiàn),赤楊林群落生境具有最高的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù),人工云冷杉林生境和人工紅松林生境的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最低.研究區(qū)的云冷杉林、云冷杉紅松林、闊葉紅松林、人工興安落葉松林、白樺林和赤楊林生境相似性程度最高,而草甸生境和其他的生境相似性最差,其余生境之間相似程度為中等.在水平方向上土壤昆蟲多分布在赤楊林、闊葉紅松林和興安落葉松林生境中,而在人工林和草甸生境中分布較少;在垂直方向上土壤昆蟲的種類和數(shù)量均隨著土層深度的增加而減少.

土壤昆蟲;群落特征;涼水自然保護區(qū);小興安嶺

昆蟲綱是動物界中最大的一個綱,無論是個體數(shù)量和種類數(shù)量都在生物多樣性中占有十分重要的地位[1-2].土壤昆蟲是土壤動物的重要組成部分,隨著對土壤動物研究的不斷深入,土壤昆蟲在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用越來越受到重視.由于分類水平低下等限制因素,土壤昆蟲是這一領(lǐng)域的研究難點,尚屬生態(tài)學研究中的薄弱環(huán)節(jié),研究深度和廣度都十分有限[2-3].本文對小興安嶺涼水自然保護區(qū)10個植物群落的土壤昆蟲進行了調(diào)查,旨在了解各研究區(qū)土壤昆蟲的群落組成及多樣性特征,揭示其特征及分布規(guī)律,為進一步研究土壤昆蟲在物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量流動中的作用提供科學依據(jù).

1 研究區(qū)概況

涼水自然保護區(qū)位于小興安嶺山脈的東南段,達里帶嶺支脈的東坡,其地理位置為128°47′08″～128°57′19″E,47°06′49″～47°16′10″N.涼水自然保護區(qū)屬于低山丘陵地帶;氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L氣候,年均氣溫為-0.3℃,最高氣溫7.5℃,最低氣溫-6.6℃.該地區(qū)的土壤主要為山地暗棕壤,山麓緩坡及溝谷、河流兩岸有草甸土、沼澤土、泥炭土等分布.保護區(qū)內(nèi)有我國僅存的面積較大的原始紅松林之一,地帶性植被類型為紅松闊葉混交林[4].

2 研究方法

2.1 土壤昆蟲的取樣和分離

本研究共調(diào)查了10個生境類型,即興安落葉松林(1),云冷杉林(2),云冷杉紅松林(3),闊葉紅松林(4),白樺林(5),人工興安落葉松林(6),人工云冷杉林(7),人工紅松林(8),赤楊林(9)和草甸(10).首先進行植被樣方調(diào)查,在每個典型的生境中隨機選取3個樣方,每個樣方各取4層,即凋落物層,0～10, 10～20和20～30 cm土層,共取土樣240個.大型土壤昆蟲取樣面積為50 cm×50 cm,在野外通過手撿法獲取大型土壤昆蟲;中小型土壤昆蟲取樣面積為10 cm×10 cm,采用Tullgren法分離(分離24 h)中小型土壤昆蟲[5].在室內(nèi)用體視顯微鏡進行分類鑒定[6-8],一般鑒定到科的水平,采用將幼蟲和成蟲分開的方法統(tǒng)計數(shù)量.

2.2 數(shù)據(jù)分析

本文采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)公式計算各生境的多樣性:式中:H′為多樣性指數(shù);S為所有類群數(shù);Pi為第i類群的個體數(shù)的比例.同時求得均勻度指數(shù)e和優(yōu)勢度指數(shù)C,計算公式分別為:e=H′/lnS和C= ∑(Ni/N)2.式中:Ni為每一個類群動物的個體數(shù);N為某個生境動物的總個體數(shù).采用Sprensen相似性指數(shù)來比較生境間的相似性:S=2C/(A+B).式中S為生境a和生境b的相似性指數(shù);C為兩個生境共有的類群數(shù);A和B分別為生境a和生境b的類群數(shù).所有的數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計分析,用EXCEL2003進行制圖.

3 結(jié)果與分析

3.1土壤昆蟲類群和數(shù)量組成

在研究區(qū)的10個生境共獲土壤昆蟲60類,5618只,隸屬1綱11目43科.其中節(jié)跳蟲科(Isotomidae)、球角跳蟲科(Hypogastruridae)、鱗跳蟲科(Tomoceridae)和棘跳蟲科(Onychiuridae)為優(yōu)勢類群,個體數(shù)占總個體數(shù)的 74.07%;雙翅目成蟲(Diptera)、雙翅目幼蟲(Diptera)、蟻科(Formicidae)、隱翅蟲科(Staphylinidae)、搖蚊科幼蟲(Chironomidae)、綾跳蟲科(Entomobryidae)和鞘翅目幼蟲(Coleoptera)為常見類群,個體數(shù)占總個體數(shù)的17.71%.優(yōu)勢類群和常見類群共占土壤昆蟲總個體數(shù)的91.78%,構(gòu)成了保護區(qū)土壤昆蟲的主體.稀有類群49類,個體數(shù)僅占總個體數(shù)的8.22%,其中有15類昆蟲只分布在一個生境中,說明它們分布范圍狹窄,對環(huán)境的變化極為敏感,可以作為某種生境的指示種(見表1).

表1 涼水自然保護區(qū)土壤昆蟲密度統(tǒng)計 只/m2

續(xù)表1 只/ m2

10個生境中大型土壤昆蟲共26類、295只,優(yōu)勢類群為蟻科(Formicidae)和雙翅目幼蟲(Diptera),兩者占大型土壤昆蟲總數(shù)的 58.98%;常見類群 14類,為鞘翅目幼蟲(Coleoptera)、隱翅蟲科(Staphylinidae)、步甲科(Carabidae)、鱗翅目幼蟲(Lepidoptera)、金龜子科幼蟲(Scarabaeidae)、鱗跳蟲科(Tomoceridae)、搖蚊科幼蟲(Chironomidae)、象甲科(Curculinidae)、隱翅蟲科幼蟲(Staphylinidae)、癭蚊科(Cecidomyiidae)、蚜科(Aphididae)、石蛃科(Machilidae)、蟬科(Cicadidae)、鞘翅目成蟲(Coleoptera),占36.95%;稀有類群10類,占4.07%.中小型土壤昆蟲共54類、5323只,優(yōu)勢類群4類,為節(jié)跳蟲科(Isotomidae)、球角跳蟲科(Hypogastruridae)、鱗跳蟲科(Onychiuridae)和棘跳蟲科(Tomoceridae),共占中小型土壤昆蟲總個體數(shù)的78.02%;常見類群5類:雙翅目成蟲(Diptera)、雙翅目幼蟲(Diptera)、隱翅蟲科(Staphylinidae)、搖蚊科幼蟲(Chironomidae)、綾跳蟲科(Entomobryidae),占13.62%;稀有類群45類,占8.36%.

3.2 土壤昆蟲的多樣性、均勻度與優(yōu)勢度分析

所調(diào)查10個生境的位置、樣地植物群落組成和土壤環(huán)境因子等有所不同,因而各生境土壤昆蟲群落組成存在差異.通過計算得出了保護區(qū)10個生境土壤昆蟲的多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù),結(jié)果見表2.

赤楊林生境土壤昆蟲類群數(shù)豐富(30類),其多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最高,優(yōu)勢度指數(shù)較小;人工云冷杉林的類群數(shù)最少(19類),多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最低,而優(yōu)勢度指數(shù)最高.這個規(guī)律符合生態(tài)學規(guī)律,即群落內(nèi)的物種越豐富,其多樣性越高,群落內(nèi)物種分布越均勻,均勻度越大,同時優(yōu)勢度的值越小[9-10].

表2 不同生境的土壤昆蟲多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)

3.3 各生境之間的相似性分析

采用Sprensen相似性指數(shù)來比較各生境間的相似性,結(jié)果見表3.從表3可見,相似性指數(shù)為0.2632～0.7805,說明土壤昆蟲群落的組成因生境的不同而存在差異,但也存在一定的相似性.

表3 不同生境之間的Sprensen相似性指數(shù)

從表3可見,白樺林和人工云冷杉林、人工云冷杉林和人工紅松林的相似程度最高,達到了極為相似水平,3個生境共有的優(yōu)勢類群為節(jié)跳蟲科和鱗跳蟲科.這是由于研究區(qū)的白樺林是原始林經(jīng)過采伐后形成的次生林,喬木層中以白樺為主,混生少量紅皮云杉,群落結(jié)構(gòu)比較簡單,這種群落環(huán)境與人工栽種的云冷杉純林和紅松純林相似,而與天然林有較大的區(qū)別.草甸與其他生境(除云冷杉紅松林外)的相似程度都低于0.5,一般在0.3左右,屬于中等不相似,這是因為草甸與森林相比在植被類型、植物層次和土壤類型上都有很大的差別,因此相似性指數(shù)較低.

3.4 土壤昆蟲的水平分布

在10個生境中,土壤昆蟲類群數(shù)最多的是赤楊林生境(30類),最少的是人工興安落葉松林生境(18類);土壤昆蟲的個體數(shù)最多的是人工紅松林生境(占總捕獲數(shù)量的16.9%),最少的是草甸生境(占3.72%),見圖1.

圖1 土壤昆蟲的水平分布

大型土壤昆蟲與中小型土壤昆蟲的水平分布特征存在差異.大型土壤昆蟲類群數(shù)最多的是興安落葉松林生境、闊葉紅松林生境和赤楊林生境(各11類),最少的是人工冷杉林生境(3類);個體數(shù)最多的是草甸生境(占33.9%),最少的是人工冷杉林生境(2.37%).中小型土壤昆蟲類群數(shù)最多的是赤楊林生境(26類),最少的是人工興安落葉松林生境和草甸生境(各15類);個體數(shù)最多的是人工紅松林生境(17.5%),最少的是草甸生境(占2.05%).

土壤昆蟲在赤楊林、闊葉紅松林和興安落葉松林生境中分布較多,在人工興安落葉松林、人工冷杉林、人工紅松林和草甸生境中較少.

Wardle認為植被差異能夠顯著影響地下生物多樣性的組成和結(jié)構(gòu)[11],有研究顯示土壤動物的分布與植被類型、土壤腐殖質(zhì)之間有密切的聯(lián)系[12-14].闊葉紅松林是涼水地區(qū)的地帶性植被類型,植物群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜,地表的凋落物豐富,土壤腐殖質(zhì)含量高,為土壤昆蟲的生存提供了豐富的食物.草甸群落與森林群落相比,其群落結(jié)構(gòu)簡單,植物種類較為貧乏,凋落物層薄,土壤養(yǎng)分含量較低,因此草甸生境的土壤昆蟲分布較少.人工林與天然林相比其受到的人為影響較大,并且植物種類單一,凋落物少,土壤昆蟲的食物不足,針葉林下的土壤p H值呈較強的酸性,而多數(shù)土壤動物適宜在微酸性和近于中性的條件下生存[15-16],因此人工林生境的土壤昆蟲類群和個體數(shù)較少.

3.5 土壤昆蟲的垂直分布

運用一維方差分析[17-18],經(jīng)差異顯著性檢驗發(fā)現(xiàn),土壤昆蟲的個體數(shù)和類群數(shù)在凋落物層,0～10, 10～20和20～30 cm土層之間存在著顯著的差異(個體數(shù):F=9.18,P<0.01,df=39;類群數(shù):F= 17.59,P<0.01,df=39).土壤昆蟲的垂直分布具有很強的表聚性,10個生境土壤昆蟲垂直分布的基本規(guī)律是隨著土層深度的增加,類群數(shù)和個體數(shù)均呈現(xiàn)出遞減趨勢,并且中小型土壤昆蟲個體數(shù)的表聚性更為明顯(見圖2、圖3),這與其他學者對土壤動物群落的研究結(jié)果相同[19-22].

圖2 大型土壤昆蟲垂直分布

圖3 中小型土壤昆蟲垂直分布

4 結(jié)論

(1)小興安嶺涼水地區(qū)土壤昆蟲的優(yōu)勢類群為彈尾目昆蟲,包括節(jié)跳蟲科、球角跳蟲科、鱗跳蟲科和棘跳蟲科.

(2)土壤昆蟲多分布在赤楊林、闊葉紅松林和興安落葉松林生境中,在人工興安落葉松林、人工云冷杉林、人工紅松林和草甸生境中分布較少.總的來看森林多于草甸,同一種林型天然林多于人工林.

(3)土壤昆蟲的類群數(shù)和個體數(shù)都隨著土壤深度的增加而減少,具有表聚性.中小型土壤昆蟲在4個層次均有分布,而某些生境中20～30 cm土層沒有大型土壤昆蟲.

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(責任編輯:方 林)

Study on characteristic and diversity of soil insects in the Liangshui Natural Reserve of Xiao Xing'an Mountains

AN Jing-chao,YIN Xiu-qin
(College of Urban and Environmental Sciences,Northeast Normal University,Changchun 130024,China)

Characteristics of soil insect communities in 10 habitats were studied in Liangshui Natural Reserve of Xiao Xing'an Mountains.Isotomidae,Hypogastruridae,Tomoceridae and Onychiuridae were dominantgroups,whileDiptera,Formicidae,Staphylinidae,Chironomidae,Entomobryidaeand Coleoptera were frequent groups,occupying 91.78%of groups totally obtained and they were a major part of the soil insect communities.Results showed that the most diversity index and evenness index appeared in alder grove;in contrast,the least diversity index and evenness index appeared in manmade Pinus kaiensisforest and fir forest.In the horizontal direction,more soil insects were inhabited in alder grove,broad-leavedPinus kaiensisforest andL arix gmeliniforest;While less were inhabited in manmade forest and meadow.In the vertical direction,both groups and individuals of soil insects were decreasing with the depth of soil layers increasing and individuals of soil insects gathering the soil surface were more obvious than groups.

soil insects;characteristics of communities;Liangshui Natural Reserve;Xiao Xing'an Mountains

S 154.5;S 154.1[學科代碼]210·5030

A

1000-1832(2010)03-0139-06

2010-01-23

國家自然科學基金資助項目(40871120)

安靜超(1985—),男,碩士研究生;通訊作者:殷秀琴(1951—),女,教授,博士研究生導(dǎo)師,主要從事土壤動物生態(tài)學和生物地理學研究.