甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地土壤無(wú)脊椎動(dòng)物群落特征①

馬 雄，馬正學(xué)，張亞莉，鮑雙玲，吳利華，馬建軍

(1 甘肅民族師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系，甘肅合作 747000；2 西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070；3 甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅平?jīng)?744000)

甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地土壤無(wú)脊椎動(dòng)物群落特征①

馬 雄1，馬正學(xué)2*，張亞莉3，鮑雙玲3，吳利華3，馬建軍3

(1 甘肅民族師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系，甘肅合作 747000；2 西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070；3 甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅平?jīng)?744000)

土壤動(dòng)物是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)濕地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)具有重要的作用。2013年10月至2015年7月，對(duì)甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)16個(gè)濕地斑塊的土壤無(wú)脊椎動(dòng)物群落特征進(jìn)行了研究，共獲得土壤無(wú)脊椎動(dòng)物7門(mén)130類(lèi)185 033只。節(jié)肢動(dòng)物門(mén)(Arthropoda)和線蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)(Nemata)為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，分別占總捕獲量的47.50%和26.08%；環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)和輪蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)為常見(jiàn)類(lèi)群，分別占總捕獲量的14.95% 和9.26%；扁形動(dòng)物門(mén)、軟體動(dòng)物門(mén)和緩步動(dòng)物門(mén)為罕見(jiàn)類(lèi)群，分別占總捕獲量的1.25%、0.66% 和0.30%。節(jié)肢動(dòng)物門(mén)和線蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)構(gòu)成了土壤動(dòng)物的主體，對(duì)土壤動(dòng)物群落特征起著決定性作用。16個(gè)濕地斑塊中，2#樣地的土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量最多；7#樣地的類(lèi)群數(shù)量最多，Shannon-Wiener 物種多樣性指數(shù)(4.496 7)最高；14#樣地土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量和類(lèi)群數(shù)量都最少。各樣點(diǎn)土壤動(dòng)物間的相似性指數(shù)在0.594 6 ~ 1之間，表明16個(gè)濕地斑塊的土壤動(dòng)物群落多樣性為中等不相似到中等相似，這反映了甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的16個(gè)濕地斑塊保護(hù)狀況良好，受外來(lái)影響較少；同時(shí)也反映了不同斑塊之間的差異性，這些差異性與人類(lèi)活動(dòng)干擾有關(guān)。

太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)；濕地；土壤動(dòng)物；群落特征

土壤動(dòng)物是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和生態(tài)指示等方面發(fā)揮了重要作用[1–7]，其對(duì)土壤微生物及土壤結(jié)構(gòu)等具有調(diào)節(jié)作用。濕地作為水陸交互作用下的過(guò)渡生態(tài)系統(tǒng)，具有豐富的生物多樣性。濕地土壤動(dòng)物不僅是濕地水禽等消費(fèi)者的重要食物來(lái)源之一，同時(shí)對(duì)濕地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)具有重要的作用[8]，針對(duì)濕地土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行研究具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義[7,9–10]。目前，Bardgett 和 Cook[11]、Blankinship 等[12]通過(guò)了解全球變化背景下不同驅(qū)動(dòng)因子及其交互作用對(duì)土壤動(dòng)物多樣性的影響，有助于更好地預(yù)測(cè)未來(lái)土壤動(dòng)物多樣性及相關(guān)生態(tài)學(xué)過(guò)程的變化。而為了深入了解太統(tǒng)–崆峒山自然保護(hù)區(qū)濕地環(huán)境保護(hù)情況及土壤動(dòng)物群落特征，在西北師范大學(xué)馬正學(xué)等[13]和段雪花等[14]對(duì)甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)土壤動(dòng)物進(jìn)行初步調(diào)查的基礎(chǔ)上，于2013年10月至2015年7月，對(duì)太統(tǒng)–崆峒山保護(hù)區(qū)濕地環(huán)境中分布的無(wú)脊椎動(dòng)物物種多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征再次進(jìn)行了調(diào)查。本研究旨在通過(guò)了解濕地生態(tài)環(huán)境中無(wú)脊椎動(dòng)物的變化情況來(lái)反映環(huán)境的變化趨勢(shì)，進(jìn)而為濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)，同時(shí)也為該保護(hù)區(qū)濕地?zé)o脊椎動(dòng)物物種多樣性及資源研究積累基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于隴東黃土高原西部，六盤(pán)山系東側(cè)支脈，黃河支流涇河中上游地區(qū)平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)境內(nèi) (106°26′18″ ~ 106°37′24″E，35°25′08″ ~ 35°34′50″N)，距城區(qū)15 km[15–16]，南北最長(zhǎng)為17.1 km，東西最寬為17.7 km，總面積16 283 hm2。海拔在1 400 ~ 2 234 m；年均氣溫8.6℃，年平均降水量511. 1 mm。該保護(hù)區(qū)共有濕地斑塊16塊(表1)，濕地總面積為466.95 hm2，占保護(hù)區(qū)總面積的2.87%。該濕地分布的植物主要有蘆葦 (Phragmites australis)、菖蒲 (Acorus calams)、燈心草 (Juncus effusus)、水毛茛(Batrachium bungei)、水蓼 (Polyo num hydropiper)、馬先蒿 (Podicalaris spp.)、龍膽 (Centiana sp.)、委陵菜(Potentilla sp.)和嵩草 (Kobresia spp.) 等；在該濕地邊緣地帶有人工種植的楊樹(shù) (Pooulus spp.)、柳樹(shù)(Salix spp.) 和天然沙棘(Hippophae rhamnoades)、薔薇 (Rosa sp.)、荀子 (Berberis sp.) 等。太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地在凈化水體、調(diào)節(jié)氣候、滋養(yǎng)牧草和水源、農(nóng)業(yè)灌溉以及為野生動(dòng)、植物提供棲息地等方面發(fā)揮著重要作用[17]。

濕地樣區(qū)環(huán)境概況：1#、5#~ 14#為河流濕地，其中5#、9#、11#受人為干擾較大(常住村民的生活性污染物，家畜和家禽活動(dòng)干擾)，其余樣區(qū)環(huán)境保持良好；2#、15#、16#為沼澤濕地，3個(gè)樣區(qū)均有人為干擾，其中15#受人為干擾較大(人類(lèi)平凡活動(dòng)，牛、羊和家禽活動(dòng)干擾)；3#、4#屬于水庫(kù)濕地，均受到旅游人群的干擾，4#受到的干擾較大(表1)。

表1 甘肅太統(tǒng)–崆峒山自然保護(hù)區(qū)濕地坐標(biāo)及面積Table 1 Backgrounds of wetlands in Gansu Taitong-Kongtong Mountain National Nature Reserve

1.2 采樣及樣品處理

于 2013 年 10 月至 2015 年 7 月，按照 16塊濕地斑塊的地形布置樣點(diǎn)，在每塊采樣地選取 5個(gè)樣方 (20 m × 20 m)，在每個(gè)樣方內(nèi)采用梅花五點(diǎn)式隨機(jī)選取 5 個(gè)采樣點(diǎn)(1 m × 1 m)，在 0 ~ 25 cm的深度分層采樣(表層 0 ~ 5 cm，中層 5 ~ 15 cm，深層 15 ~ 25 cm)[18–19]，采樣量約 4 kg，裝入事先準(zhǔn)備好的塑料袋中，寫(xiě)好標(biāo)簽，帶回室內(nèi)備用[11]。

采用現(xiàn)場(chǎng)手揀法分離大型土壤動(dòng)物，其余土樣樣品將帶回實(shí)驗(yàn)室，用 Tullgren 法和Baermann 法分離中、小型土壤動(dòng)物，標(biāo)本保存在 75% 乙醇或 10%福爾馬林(滴加適量的甘油)溶液中[20]。在實(shí)體鏡和光學(xué)顯微鏡下分類(lèi)鑒定動(dòng)物種類(lèi)[21–23]，統(tǒng)計(jì)土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)和類(lèi)群數(shù)，土壤昆蟲(chóng)成蟲(chóng)與幼蟲(chóng)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。采集土壤樣品時(shí)，用土溫計(jì)測(cè)定土壤土溫，采用烘干法(105 )℃測(cè)定土壤含水量，用電位法(pH 酸度計(jì))測(cè)定土壤 pH[20](表 2)。

1.3 土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的劃分

個(gè)體數(shù)量占全部捕獲量的 2% 以上的類(lèi)群為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群；個(gè)體數(shù)量介于全部捕獲量的 1% ~ 1.99% 為常見(jiàn)類(lèi)群；個(gè)體數(shù)量介于全部捕獲量的 0.01% ~ 0.99% 為稀有類(lèi)群[24]。

1.4 土壤動(dòng)物多樣性

選取 Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和 Pielou 均勻度指數(shù)[25–27]，分析各采樣地土壤動(dòng)物多樣性。采用 Sprenson 相似性指數(shù)[28]，以種來(lái)比較不同動(dòng)物群落的相似性程度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤動(dòng)物群落組成

在甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的16個(gè)濕地斑塊內(nèi)，共獲得土壤動(dòng)物7門(mén)130類(lèi)185 033只(表 3)。優(yōu)勢(shì)類(lèi)群為節(jié)肢動(dòng)物門(mén)(Arthropoda)和線蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)

(Nemata)，分別占土壤動(dòng)物全部捕獲量的47.50% 和26.08%；常見(jiàn)類(lèi)群為環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)和輪蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)，分別占土壤動(dòng)物全部捕獲量的14.95% 和9.26%；罕見(jiàn)類(lèi)群為扁形動(dòng)物門(mén)、軟體動(dòng)物門(mén)和緩步動(dòng)物門(mén)，分別占土壤動(dòng)物全部捕獲量的1.25%、0.66% 和0.30%。節(jié)肢動(dòng)物門(mén)和線蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)構(gòu)成了土壤動(dòng)物的主體，對(duì)土壤動(dòng)物群落特征起著決定性作用。

表2 甘肅太統(tǒng)–崆峒山自然保護(hù)區(qū)濕地生境環(huán)境特征Table 2 Environmental characteristics of wetland habitat in Gansu Taitong-Kongtong Mountain National Nature Reserve

表3 甘肅太統(tǒng)–崆峒山自然保護(hù)區(qū)濕地土壤無(wú)脊椎動(dòng)物種類(lèi)分布及豐度Table 3 Distribution and abundances of wetland soil invertebrate species in Gansu Taitong-Kongtong Mountain National Nature Reserve

2.2 土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 各采樣地土壤動(dòng)物群落組成的差異 從表1可以看出，甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)16個(gè)濕地斑塊中，2#、15#和16#為沼澤濕地，3#和4#為水庫(kù)濕地，其余均為河流濕地。沼澤濕地土壤動(dòng)物平均捕獲量為20 391只，水庫(kù)濕地土壤動(dòng)物平均捕獲量為14 033只，河流濕地土壤動(dòng)物平均捕獲量為8 709只，可見(jiàn)沼澤濕地為土壤動(dòng)物生存提供了充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和更適宜的環(huán)境條件。

從表 3可以看出，在水平分布上，2#樣地的土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量最多 (29 831只)，占16個(gè)濕地斑塊土壤動(dòng)物總捕獲量的 16.12%，出現(xiàn)了具角無(wú)齒蚌(2#和 7#樣地)等罕見(jiàn)類(lèi)群，并出現(xiàn)了占用生存空間比較大的搖蚊科和珠甲螨屬，占該類(lèi)動(dòng)物在16個(gè)濕地斑塊土壤動(dòng)物總捕獲量的 47.39% 和 41.53%。2#和7#樣地土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)量最多(均為130類(lèi)，表4)，在甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)捕獲的所有土壤動(dòng)物全部出現(xiàn)，這與2#揪池沼澤濕地和7#祁河河流濕地位置偏僻，受人為干擾較少有關(guān)。14#朱家峽可流濕地土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量(5 724只，表3)和類(lèi)群數(shù)量(55類(lèi)，表4)都較少，這與該采樣區(qū)的自然環(huán)境條件有關(guān)(地處涇河上游，水體礦化度較低、pH偏酸、水土流失和光照不足等)。

表4 甘肅太統(tǒng)–崆峒山自然保護(hù)區(qū)濕地土壤無(wú)脊椎動(dòng)物群落特征及多樣性指數(shù)Table 4 Characteristics and diversity indexes of wetland soil invertebrate communities in Gansu Taitong-Kongtong Mountain National NatureReserve

2.2.2 土壤動(dòng)物群落多樣性 由表4可見(jiàn)，在16個(gè)濕地斑塊中，2#和 7#樣地的類(lèi)群數(shù)量最多 (均為130類(lèi))，但7#樣地的多樣性指數(shù)(4.496 7)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(0.984 9)和均勻度指數(shù)(0.923 8)均高于2#樣地，說(shuō)明 7#樣地更適合土壤動(dòng)物生存；14#樣地的類(lèi)群數(shù)量最少 (55類(lèi))，多樣性指數(shù)(3.467 1)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(0.955 3)也最低，說(shuō)明14#樣地自然環(huán)境條件差，不適合土壤動(dòng)物生存；13#樣地的均勻度指數(shù)(0.945 8)最高，16#樣地的均勻度指數(shù)(0.811 1)最低，說(shuō)明13#樣地的土壤條件較均勻而 16#樣地的土壤條件不均勻；而沼澤濕地(2#、16#、17#)土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)分布最多(130類(lèi)、128類(lèi)和129類(lèi))，說(shuō)明沼澤濕地更適合土壤動(dòng)物的生存。

2.2.3 土壤動(dòng)物群落的相似性特征 由表5可知，2#、7#樣地和14#樣地土壤動(dòng)物間的相似性系數(shù)最小(0.594 6)，表明人為干擾對(duì)環(huán)境的影響差異較大；2#和 7#樣地土壤動(dòng)物間的相似性系數(shù)最大 (1)，表明揪池沼澤濕地和祁河河流濕地保護(hù)良好，受外來(lái)影響較少。各樣點(diǎn)土壤動(dòng)物間的相似性指數(shù)在0.591 4 ~ 1之間，這說(shuō)明16個(gè)濕地斑塊的土壤動(dòng)物群落多樣性為中等不相似到相似，這也間接地體現(xiàn)出各采樣地環(huán)境質(zhì)量的差異性總體不大。

表5 甘肅太統(tǒng)–崆峒山自然保護(hù)區(qū)濕地土壤無(wú)脊椎動(dòng)物群落的相似性系數(shù)Table 5 Similarity coefficients of wetland soil invertebrate communities in Gansu Taitong-Kongtong Mountain National Nature Reserve

3 討論

Connell 和 Slatyer[29]認(rèn)為植被群落結(jié)構(gòu)和土壤理化性質(zhì)是決定土壤動(dòng)物分布的主要因子，而土壤溫濕度的變化是影響土壤動(dòng)物動(dòng)態(tài)的主要因子，溫度過(guò)高和過(guò)低都不利于土壤動(dòng)物的繁殖[30]，植物群落物種組成能夠影響土壤動(dòng)物群落組成和結(jié)構(gòu)[31–32]。在甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū) 16個(gè)濕地斑塊內(nèi)，從土壤動(dòng)物的總捕獲量整體排序?yàn)?2#>16#>4#> 11#>15#>3#>7#>9#>6#>1#>5#>8#>10#>12#>13#>14#，2#樣地土壤動(dòng)物的捕獲量大，這與 2#樣地溫度和 pH適中、濕度較大，且為沼澤濕地植物物種多樣性較高，覆蓋度大，光照充足等有關(guān)。土壤動(dòng)物類(lèi)群數(shù)分布為2#、7#>16#>15#、6#>1#>9#>12#>10#>13#>3#>4#>5#>8#> 11#>14#，2#和7#樣地土壤動(dòng)物類(lèi)群最豐富，7#樣地溫度和pH適中、濕度較大，且7#樣地(祁河河流濕地)是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要放牧區(qū)域，牲畜的糞便增加了土壤中的有機(jī)物含量，為土壤動(dòng)物生存提供了充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[33]，所以，7#樣地的土壤動(dòng)物類(lèi)群豐富，Shannon-Wiener 物種多樣性指數(shù) (4.496 7) 最高。而14#樣地的土壤動(dòng)物捕獲量和類(lèi)群數(shù)都最少，這與14#樣地蔭蔽度較大、溫度較低、pH偏酸、植被多樣性較低等因素有關(guān)。

不同采樣地土壤動(dòng)物群落間的相似性為中等不相似到相似。由于采樣地環(huán)境的異質(zhì)性，導(dǎo)致不同采樣地分布的土壤動(dòng)物群落組成存在差異。16個(gè)濕地斑塊中共有的類(lèi)群，反映了動(dòng)物適應(yīng)大環(huán)境的區(qū)域分布規(guī)律，各采樣地的特有類(lèi)群反映了小環(huán)境的特殊性[34]。

4 結(jié)論

1) 甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū) 16 個(gè)濕地斑塊中，共捕獲土壤動(dòng)物 7 門(mén) 130類(lèi) 185 033只，其中節(jié)肢動(dòng)物門(mén)和線蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，分別占土壤動(dòng)物全部捕獲量的44.50% 和 26.08%。

2) 沼澤濕地的動(dòng)物物種多樣性高、群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布更均勻；表明沼澤濕地更適合土壤動(dòng)物生存。

3) 16 個(gè)濕地斑塊的土壤動(dòng)物群落多樣性為中等不相似到極為相似，這反映了甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地環(huán)境狀況良好，受外來(lái)影響較少。14#朱家峽河流濕地位于涇河上游，受到環(huán)境條件的限制，動(dòng)物物種多樣性較低，群落結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。

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Community Characteristics of Wetland Soil Invertebrates in Gansu Taitong-Kongtong Mountain National Nature Reserve

MA Xiong1, MA Zhengxue2*, ZHANG Yali3, BAO Shuangling3, WU Lihua3, MA Jianjun3
(1 Department of Chemistry and Life Sciences, Gansu Normal University for Nationalities, Hezuo, Gansu 747000, China; 2 College of Life Sciences, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China; 3 Gansu Taitong-Kongtongshan National Nature Reserve Administration, Pingliang, Gansu 744000, China)

Soil fauna, one of the most important components of the wetland ecosystem, plays an important role in nutrient cycling of the wetland. A study on community characteristics of soil invertebrates in 16 wetland patches of Gansu Taitong-Kongtong Mountain National Nature Reserve was conducted from October 2013 to July 2015, a total of 185 033 soil invertebrates belonging to 7 phyla 130 categories was collected, among the total groups, Arthropoda and Nematoda were the dominant groups, occupying 47.50% and 26.08%, respectively; Annelida and Rotifera were the common groups, occupying 14.95% and 9.26%, respectively; Platyhelminthes, Mollusca and Tardigrada were the rare groups, occupying 1.25%, 0.66% and 0.30%, respectively. Arthropoda and Nematoda constituted the main body of soil fauna and played a decisive role in deciding the community characteristics of soil fauna. In these 16 wetland patches, sample 2 had maximum individuals of soil fauna, sample 7 had maximum taxa and the highest of species diversity index of Shannon-Wiener (4.496 7), sample 14 had minimum individuals and taxa. The similarity index among all sample plots ranged from 0.594 6 to 1, showing the community diversity of soil fauna in these 16 wetland patches was from moderate dissimilar to the medium similarity. This reflected that the protection state of these 16 wetland patches remains good and suffers little influence outside; and it also indicated that the differences among the wetland patches related to the interference of human activities.

Taitong-Kongtong Mountain National Nature Reserve; Wetland; Soil fauna; Community characteristics

Q958.15

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.01.015

甘肅太統(tǒng)–崆峒山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)科研基金項(xiàng)目(20140301)和甘肅民族師范學(xué)院校長(zhǎng)科研基金項(xiàng)目(15-02)資助。

* 通訊作者(mzhx53@163.com)

馬雄(1981—)，男，甘肅臨夏人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)閯?dòng)物生態(tài)學(xué)。E-mail: maxiong2004@163.com