N沉降下彈尾蟲垂直分布動(dòng)態(tài)研究

蘭曉萍，邵紅濤，劉麗萍，張 濤，孫 元,*

(黑龍江大學(xué) a.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院；b.生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150080)

N沉降下彈尾蟲垂直分布動(dòng)態(tài)研究

蘭曉萍a，邵紅濤a，劉麗萍b，張 濤a，孫 元a,*

(黑龍江大學(xué) a.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院；b.生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150080)

彈尾蟲；氮沉降；垂直分布；森林生態(tài)系統(tǒng)

0 引 言

彈尾蟲(Collembola)分布廣泛，是土壤中的優(yōu)勢(shì)物種，與線蟲、螨蟲共稱為土壤動(dòng)物3大類群[1]。彈尾蟲個(gè)體雖小，卻對(duì)環(huán)境變化敏感，可作為土壤健康、土壤污染和生態(tài)恢復(fù)等方面的指示生物[2-3]。它們?cè)谕寥乐芯哂刑厥獾匚缓凸δ?，在生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)以及土壤形成與熟化中均起重要的作用，因此可作為土壤質(zhì)量評(píng)估的特征指標(biāo)[4-6]。

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，同時(shí)也是世界生物多樣性的分布中心。人為活動(dòng)導(dǎo)致的氮沉降增加正在影響森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)乃至生態(tài)系統(tǒng)的功能。特別是在工業(yè)發(fā)達(dá)的歐洲和美洲，高氮沉降已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[7-8]。

彈尾蟲的群落結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境是相互適應(yīng)選擇的，環(huán)境一定時(shí)，彈尾蟲的群落結(jié)構(gòu)也通常不變。環(huán)境改變其群落結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之變化。類群數(shù)、個(gè)體密度、多樣性指數(shù)以及群落豐富度和均勻度是評(píng)價(jià)土壤彈尾蟲群落結(jié)構(gòu)變化的量化指標(biāo)，在一定程度上反應(yīng)群落環(huán)境質(zhì)量狀況[5]。小興安嶺地區(qū)地處寒溫帶，是我國(guó)最重要林區(qū)之一，但目前有關(guān)該地區(qū)土壤動(dòng)物學(xué)方面的研究報(bào)道很少。小興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)彈尾蟲的區(qū)系組成、生態(tài)分布特征及季節(jié)變化等，都對(duì)該地區(qū)彈尾蟲特點(diǎn)及其生態(tài)地理規(guī)律，探討土壤動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用具有重要意義，同時(shí)也能為進(jìn)一步展開寒溫帶地區(qū)土壤動(dòng)物學(xué)方面的研究提供基礎(chǔ)資料[9-11]。本研究對(duì)模擬氮沉降下對(duì)小興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站彈尾蟲垂直分布進(jìn)行調(diào)查，揭示該地區(qū)彈尾蟲數(shù)量及類群特征，為了解森林生態(tài)類型中彈尾蟲多樣性提供相關(guān)資料。

1 自然概況

采樣點(diǎn)選取小興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，該站位于伊春市五營(yíng)區(qū)，屬黑龍江省東北部小興安嶺南坡北段，地處北半球氣候變化敏感區(qū)域，地理坐標(biāo)為E128 °58＇～E129°15＇，N 48 °02＇～N48°12＇，海拔高度280～683 m，為坡狀的低山丘陵地段和寬廣谷地，坡度10°～25°，年平均溫度-0.5 ℃，無(wú)霜期120 d左右，年降水量為650 mm，區(qū)內(nèi)水系成樹枝狀。

地帶性植被為溫帶針闊葉混交林，生物地理屬于中國(guó)東北區(qū)長(zhǎng)白植物區(qū)系小興安嶺亞區(qū)，地帶性土壤類型為暗棕壤，土壤pH值為5.6，有機(jī)質(zhì)含量為407.501±66.512 g/kg，速效氮含量為354.561±52.124 mg/kg，有島狀永凍層分布。

植被類型豐富，林冠層主要樹種有紅松(Pinuskoraiensis)、臭冷杉(Abiesnephrolepis)、紅皮云杉(Piceakoraiensis)、魚鱗云杉(P.jezoensisvar.microsperma)等，伴生樹種主要有水曲柳(Fraxinusmandshurica)、白樺(Betulaplatyphylla)、風(fēng)樺(B.costata)等樹種。

2 研究方法

樣地選擇在小興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站試驗(yàn)區(qū)，采用間斷性集中施氮模擬氮沉降法，人工噴施NH4NO3建立氮沉降梯度系列方法。本實(shí)驗(yàn)設(shè)4個(gè)梯度施N處理，即對(duì)照(CK)、低N(L)、中N(M)和高N(H)，分別按0、50、100和150 kg/(hm2·a)-1進(jìn)行外加NH4NO3處理。

根據(jù)N處理水平，每月月初將每個(gè)樣方所施的NH4NO3溶解于30 L純凈水中(每次計(jì)算年增加降水量)后，以背式噴霧器人工均勻噴灑在林地上。對(duì)照處理則噴灑同樣多的水以避免林地水分人為的差異。施N與對(duì)照樣方均為20 m×20 m，每?jī)蓚€(gè)樣方間緩沖帶寬為10 m。樣方四周用PVC板鑲嵌至土壤礦質(zhì)層，不同施N量的樣方處在相同坡位，以避免地表徑流或壤中流造成樣方間的N連通。

于2012年8月進(jìn)行采樣，在每一個(gè)重復(fù)小樣地內(nèi)按對(duì)角線法選取5個(gè)點(diǎn)，樣方大小為10 cm×10 cm，在每一點(diǎn)上用直徑5 cm的采土器分I層(凋落物層)、II 層(0～5 cm)、III 層(5～10 cm)、IV層(10～15 cm)4層取樣。樣品用黑色塑料袋封好，帶回實(shí)驗(yàn)室，利用Tullgren干漏斗法分離24 h后，收集其中的彈尾蟲[12-13]。標(biāo)本制作過(guò)程包括分揀、清洗、透明、封片。標(biāo)本成功制作后，在常溫下自然風(fēng)干或經(jīng)40 ℃恒溫箱烘烤1～2 d。標(biāo)本制作完成即可在Tech XTS-20解剖鏡和Tech SA3000顯微鏡下進(jìn)行鑒定并統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)[14]。

3 結(jié)果與分析

表1 不同濃度氮沉降下彈尾蟲個(gè)體群落特征表

注：+++為優(yōu)勢(shì)類群(個(gè)體數(shù)占總數(shù)的10%以上)；++為常見類群(個(gè)體數(shù)占總數(shù)的1%～10%)；+為稀有類群(個(gè)體數(shù)占總數(shù)的0.1%～1%)。

隨著施氮濃度的增加，彈尾蟲總個(gè)體數(shù)逐漸減少。未施氮和中氮處理下，II層彈尾蟲數(shù)量高于其它各層；而經(jīng)低氮和高氮處理后，彈尾蟲個(gè)體數(shù)量均為由表層至深層逐漸減少，呈現(xiàn)出表聚性(圖1)。

圖1 氮沉降下不同土層中彈尾蟲個(gè)體數(shù)量Fig.1 Individual number of Collembola in different soil layers under nitrogen deposition

氮沉降下類群數(shù)特征表現(xiàn)在凋落物層類群數(shù)在不同施氮濃度下略有變化，中氮處理下類群數(shù)較低氮增多(7科)，低氮和中氮處理下，III層類群數(shù)較其它各層明顯減少。施氮濃度逐漸升高后，類群數(shù)減少，直至為0(圖 2)。

圖2 不同濃度氮處理下不同土層彈尾蟲類群數(shù)量Fig.2 Collembola group number in soil layers under nitrogen deposition

4 結(jié) 語(yǔ)

從未施氮到高氮處理下，彈尾蟲總個(gè)體數(shù)量呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì)。在低氮及高氮處理下，彈尾蟲數(shù)量逐漸減少；而中氮處理下，Ⅱ?qū)?0～5 cm)數(shù)量增多，出現(xiàn)拐點(diǎn)。在低、中、高氮處理下，Ⅲ(5～10 cm)、Ⅳ(10～15 cm)層個(gè)體數(shù)量減少，甚至為0，呈現(xiàn)出明顯的表聚性。不同濃度下凋落物層類群數(shù)較其它各層豐富，低氮和中氮處理下，III層類群數(shù)較其它各層明顯減少。有關(guān)氮沉降對(duì)彈尾蟲垂直分布的影響因素還有待于進(jìn)一步研究。

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Vertical distribution of Collembola under nitrogen deposition

LAN Xiao-Pinga, SHAO Hong-Taoa, LIU Li-Pingb, ZHANG Taoa, SUN Yuana,*

( Heilongjiang University,a.College of Agricultural Resource and Environment; b.College of Biology, Harbin 150080, China)

Collembola are small important soil animals, small in size, distributed widely. In this paper, the sampling site in Forest Research Center in Xiaoxingan Mountains were hosed. Tullgren method was used to separate the specimens. In total, there are 1 050 specimens belonging to 7 families. They are Onchiuridae, Isotomidae, Neanuridae, Hypogastruridae, Entomobryidea, Tomoceridae and Pseudachorutidae. Among them, Onchiuridae, Isotomidae, Neanuridae, Hypogastruridae are dominant groups, Entomobryidea and Tomoceridae are common groups, while Pseudachorutidae is the rare group. It shows that from CK to high concentration of nitrogen, individual number of Collembola decreased gradually. Under low and high nitrogen treatment, individual number of Collembola decreased, but under medium nitrogen deposition, that of II (0～5 cm) was the highest. Under different treatments, individual number of III (5～10 cm) and IV (10～15 cm) decreased in a gradual way, even dropping to zero. It shows Collembola’s preference for going to surface.

Collembola; nitrogen deposition; vertical distribution; forest ecosystem

10.13524/j.2095-008x.2014.01.012

2013-11-16

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20140115.1509.001.html

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31200341, 31370494)

蘭曉萍(1989-)，女，黑龍江鶴崗人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治；*通訊作者：孫 元(1978-)，女，遼寧沈陽(yáng)人，副教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：昆蟲生態(tài)學(xué)，E-mail：sunyuan@hlju.edu.cn。

S154.5

A

2095-008X(2014)01-0055-04