長白山地低山區(qū)土壤動物群落特征及其對環(huán)境因子變化的響應(yīng)

韓慧瑩,殷秀琴,2,*,寇新昌

1 東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 長春 130024 2 吉林省動物資源保護與利用重點實驗室, 長春 130024

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長白山地低山區(qū)土壤動物群落特征及其對環(huán)境因子變化的響應(yīng)

韓慧瑩1,殷秀琴1,2,*,寇新昌1

1 東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 長春 130024 2 吉林省動物資源保護與利用重點實驗室, 長春 130024

為探討長白山地低山區(qū)土壤動物群落特征及其對環(huán)境因子變化的響應(yīng),分別于2014年春季(5月)、夏季(7月)及秋季(9月)對長白山地低山區(qū)的次生針闊葉混交林、次生落葉闊葉林、蒙古櫟林和耕地土壤動物進行研究。研究表明,4個生境共獲土壤動物58類,30445只,隸屬3門6綱22目52科(亞目)。各生境大型、中小型土壤動物具有一定的差異性,且各生境季節(jié)變化不同。總體來看,耕地生境土壤動物密度與類群數(shù)明顯低于其它3個生境,大型土壤動物的密度季節(jié)變化較顯著,中小型土壤動物的密度和類群數(shù)的季節(jié)波動均較大。次生落葉闊葉林生境大型、中小型土壤動物群落多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均高于其它3個生境,耕地最低。中小型土壤動物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)季節(jié)波動較大,春季、夏季與秋季之間差異性較大,大型土壤動物季節(jié)波動較小。通過對大型、中小型土壤動物與13種環(huán)境因子進行Pearson相關(guān)分析可知,大型土壤動物對土壤溫度和土壤濕度具有正向響應(yīng),其密度、類群數(shù)與土壤溫度具有顯著正相關(guān)關(guān)系,中小型土壤動物的密度、類群數(shù)對土壤濕度具有顯著正向響應(yīng)；土壤動物對pH的響應(yīng)程度較低,對有機質(zhì)具有顯著正向響應(yīng)；土壤動物對全效養(yǎng)分N、P、K的響應(yīng)程度高,大型土壤動物的密度對速效養(yǎng)分N、P、K的響應(yīng)程度高,中小型土壤動物類群數(shù)對速效養(yǎng)分N、P、K的響應(yīng)程度高,對Ca、Mg的響應(yīng)程度較低。

土壤動物；多樣性特征；環(huán)境因子；響應(yīng)；長白山地

土壤生態(tài)系統(tǒng)是由土壤、生物及環(huán)境要素3個層次構(gòu)成的、物質(zhì)流與能量流所貫穿的開放性系統(tǒng),土壤動物作為該系統(tǒng)中最活躍的組成部分與環(huán)境因子之間相互作用更為復(fù)雜密切[1- 3]。環(huán)境因子對土壤動物具有強烈的影響,即環(huán)境因子細微的變化也可能影響土壤動物的多樣性及其功能[4- 6],并且各種環(huán)境因子并不是單獨作用于土壤動物,而是交互作用共同影響土壤動物的多樣性[1,7- 8]。土壤動物對環(huán)境變化也十分敏感,土壤動物的種類與數(shù)量、生物量、組成結(jié)構(gòu)與生態(tài)分布均可穩(wěn)定、綜合的響應(yīng)各環(huán)境因子的變化,并具有一定的生物指示作用[9- 10]。

目前國內(nèi)外關(guān)于土壤動物與環(huán)境因子關(guān)系的研究,多為土壤動物與單一或少數(shù)幾種環(huán)境因子的研究[11- 15],而土壤動物對環(huán)境多因子的響應(yīng)研究較少,尤其是關(guān)于長白山低山區(qū)土壤動物對環(huán)境多因子的響應(yīng)研究,因此本文對長白山地低山區(qū)次生針闊葉混交林(生境Ⅰ)、次生落葉闊葉林(生境Ⅱ)、蒙古櫟林(生境Ⅲ)、耕地(生境Ⅳ)土壤動物與環(huán)境多因子(土壤溫度、土壤濕度、pH、有機質(zhì)、全效養(yǎng)分、速效養(yǎng)分、礦質(zhì)元素)進行研究,探討長白山低山土壤動物對不同環(huán)境的響應(yīng),為完善長白山森林生態(tài)系統(tǒng)的研究及長白山地森林資源的保護提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

本研究區(qū)位于吉林省東部的蛟河市(43°38′N—43°40′N,127°35′E—127°37′E),地處長白山西麓,地貌以低山為主,海拔多在500m以上。屬于北溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫3.4℃,多年平均降水量為758mm,主要集中在夏季。地帶性土壤為山地暗棕壤,腐殖質(zhì)含量高,表層一般呈微酸性。植被屬于長白山植物區(qū)系,群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜。各生境基本特征見表1。

2 研究方法

2.1 樣品采集與處理

選取長白山地低山區(qū)的4個生境作為研究樣地,于2014年的春季(5月)、夏季(7月)和秋季(9月)進行取樣。首先用GPS測定樣地的地理位置與海拔,在次生針闊葉混交林、次生落葉闊葉林、蒙古櫟林3個生境內(nèi)設(shè)20m×20m 樣地,耕地生境內(nèi)設(shè) 5m×5m 樣地,每個樣地內(nèi)按對角線法選取5個樣方作為重復(fù)樣(在樣地內(nèi)設(shè)小重復(fù)),大型土壤動物取樣面積為 25cm×25cm,中小型土壤動物為 10cm×10cm,按凋落物層、0—5cm、5—10cm、10—15cm土層采集樣品,大型土壤動物采用手撿法,中小型采用Tullgren法分離,土壤動物一般鑒定到科,個別鑒定到目(亞目)。各生境每個樣方的各層取適量土樣用于土壤理化性質(zhì)的測定。在野外同時利用土壤水分溫度自動監(jiān)測系統(tǒng)測定土壤溫度和土壤濕度。

將帶回的土壤樣品風干處理后進行研磨,用常規(guī)方法測定pH、有機質(zhì)含量、全效養(yǎng)分(N、P、K)、速效養(yǎng)分(N、P、K)以及全鈣(Ca)、全鎂(Mg)和全錳(Mn)的含量。

表1 長白山地低山區(qū)各生境基本特征

生境Ⅰ，次生針闊葉混交林， Secondary coniferous and broadleaved mixed forest;生境Ⅱ，次生落葉闊葉林， Secondary deciduous broad-leaf forest;生境Ⅲ，蒙古櫟林,Mongolie oak forest;生境Ⅳ，耕地，F(xiàn)armland;紅松(Pinuskoraiensis)、蒙古櫟(Quercusmongolica)、紫椴(Tiliaamurensis)、花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)、千金鵝爾櫪(Carpjnusturczaninowii)、青楷槭(Acertegmentosum)、東北山梅花(Philadelphusschrenkii)、榛(Corylusheterophylla)、瘤枝衛(wèi)矛(Euonymusverrucosus)、繡線菊(Spiraeasalicifolia)、簇毛槭(Acerbarbinerve)、苔草(Carextristachya)、小葉芹(Aegopodiumalpestre)、蕨(Pteridophytes)、色木槭(Acermono)、山楊(Populusdavidiana)、白樺(Betulaplatyphylla)、刺五加(Acanthopanaxsenticosus)、忍冬(Lonicerajaponica)、胡枝子(Lespedezabicolor)、羊胡子苔草(Carextristachya)

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

采用Shannon-Winener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)計算各生境土壤動物群落的多樣性特征。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用 SPSS19 分析軟件處理；各生境土壤動物間差異用 One-way ANOVA分析；應(yīng)用 Pearson 相關(guān)分析探討土壤動物與各環(huán)境因子間的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤動物類群和數(shù)量組成特征

調(diào)查結(jié)果顯示,在4個生境共獲得土壤動物58類,30445只,隸屬3門6綱22目52科(亞目)。共獲得大型土壤動物52類,1663只,占總密度的5.46%。優(yōu)勢類群3類,即蟻科(29.1%)、線蚓科(18.4%)和正蚓科(12.33%)；馬陸目、石蜈蚣科、地蜈蚣科、叩甲科、叩甲科幼蟲、隱翅蟲科、隱翅蟲科幼蟲、鱗翅目幼蟲、雙翅目幼蟲、漏斗蛛科為該地區(qū)的常見類群,占總密度的28.08%；優(yōu)勢類群和常見類群構(gòu)成了長白山地低山區(qū)大型土壤動物的主體。其余38類土壤動物為稀有類群,個體數(shù)量較少,其中鞘翅目幼蟲、近管蛛科以及金龜子科占稀有類群個體密度前3位。經(jīng)顯著性檢驗：耕地生境大型土壤動物的密度顯著低于其它3個生境,各生境間類群數(shù)的差異性不顯著。

獲得中小型土壤動物45類,共28782只,與大型土壤動物相比,雖然類群數(shù)較少,但是在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢。甲螨亞目(42.35%)、輻螨亞目(11.67%)和等節(jié)跳蟲科(23.34%)為優(yōu)勢類群,其中甲螨亞目是的數(shù)量最多且分布最廣泛。革螨亞目、球角跳蟲科、長角跳蟲科和山跳蟲科為常見類群,占中小型土壤動物總密度的18.09%。其余類群為稀有類群,其中鱗跳蟲科、雙翅目幼蟲和圓跳蟲科占稀有類群個體密度前3位。經(jīng)顯著性檢驗,耕地生境中小型土壤動物類群數(shù)顯著低于其它生境,各生境密度差異性不顯著。

3.2 土壤動物群落結(jié)構(gòu)特征及其動態(tài)

3.2.1 土壤動物群落水平分布特征及其動態(tài)

春季,耕地大型土壤動物密度最低,蒙古櫟林中小型土壤動物的密度最高；夏季,次生落葉闊葉林和蒙古櫟林大型土壤動物的密度顯著高于耕地(P<0.05),各生境中小型土壤動物的密度差異不大；秋季,耕地大型土壤動物的密度顯著低于其它3個生境(P<0.05)(圖1)。春季和夏季,耕地大型、中小型土壤動物類群數(shù)均顯著低于其它3個生境(P<0.05)；秋季,次生針闊葉混交林、次生落葉闊葉林大型土壤動物的密度顯著高于耕地(P<0.05),耕地中小型土壤動物的密度最低(圖2)?？傮w看來,耕地生境大型、中小型土壤動物密度與類群數(shù)明顯低于其它3個生境。

各生境大型土壤動物密度、類群數(shù)季節(jié)動態(tài)為：次生針闊葉混交林、耕地大型土壤動物密度季節(jié)動態(tài)不顯著,次生落葉闊葉林、蒙古櫟林大型土壤動物密度季節(jié)動態(tài)顯著(P<0.05),秋季最低。次生針闊葉混交林、次生落葉闊葉林和蒙古櫟林大型土壤動物類群數(shù)季節(jié)差異性不大；耕地大型土壤動物類群數(shù)5月顯著高于7月(P<0.05)(圖1)。從上述季節(jié)動態(tài)趨勢可以看出,次生針闊葉混交林大型土壤動物的密度和類群數(shù)季節(jié)動態(tài)不顯著,蒙古櫟林大型土壤動物的密度和類群數(shù)季節(jié)變化規(guī)律一致,7月份均達到最高值,而9月份為最低值,密度季節(jié)性差異較顯著；耕地大型土壤動物的密度季節(jié)波動不大,類群數(shù)春季顯著高于夏季。

圖1 各生境大型土壤動物密度與類群數(shù)動態(tài)Fig.1 Dynamics of group number and density of macro soil fauna in different habitats小寫字母表示同一月份不同生境間的差異,大寫字母表示同一生境的不同月份間的差異,生境Ⅰ為次生針闊混交林、生境Ⅱ為次生落葉闊葉林、生境Ⅲ為蒙古櫟林、生境Ⅳ為耕地

各生境中小型土壤動物密度、類群數(shù)季節(jié)動態(tài)為：次生針闊葉混交林9月中小型土壤動物密度顯著高于5月和7月；次生落葉闊葉林生境中小型土壤動物密度9月顯著高于5月(P<0.05)；蒙古櫟林和耕地小型土壤動物密度季節(jié)動態(tài)趨勢一致,但波動不大。蒙古櫟林中小型土壤動物類群數(shù)7月顯著高于5月和9月(P<0.05)；耕地生境中小型土壤動物類群數(shù)5月顯著高于9月(P<0.05)(圖2)。從上述動態(tài)趨勢可知,次生針闊葉混交林中小型土壤動物密度季節(jié)動態(tài)較顯著而類群數(shù)波動不大；蒙古櫟林生境中小型土壤動物類群數(shù)季節(jié)動態(tài)較顯著,7月的類群數(shù)顯著高于其它兩個月份；耕地生境中小型土壤動物的類群數(shù)季節(jié)波動較大,5月份最多,9月份最低。

圖2 各生境中小型土壤動物密度與類群數(shù)動態(tài)Fig.2 Dynamics of group number and density of meso-micro soil fauna in different habitats

3.2.2 土壤動物群落的多樣性及其動態(tài)特征

如表2可知,各生境大型土壤動物多樣性指數(shù)為：次生落葉闊葉林次生針闊葉混交林蒙古櫟林耕地,豐富度指數(shù)為：次生落葉闊葉林次生針闊葉混交林蒙古櫟林耕地；各生境中小型土壤動物多樣性指數(shù)為：次生落葉闊葉林次生針闊葉混交林蒙古櫟林耕地,豐富度指數(shù)為：次生落葉闊葉林次生針闊葉混交林蒙古櫟林耕地。總體看來,次生落葉林土壤動物的多樣性最高,次生落葉闊葉林次之,耕地最低。

表2 各生境土壤動物多樣性特征指數(shù)

各生境大型土壤動物多樣性指數(shù)動態(tài)變化表現(xiàn)為：次生針闊葉混交林、次生落葉闊葉林以及蒙古櫟林多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)季節(jié)動態(tài)不明顯,而耕地多樣性指數(shù)在春季和夏季具有顯著性差異(P<0.05),多樣性指數(shù)春季最大,夏季最少(圖3)。

圖3 各生境大型土壤動物多樣性指數(shù)季節(jié)變化Fig.3 Seasonal changes of macro soil fauna diversity index in different habitats

各生境中小型土壤動物多樣性指數(shù)動態(tài)變化如下：次生針闊葉混交林多樣性指數(shù)春季、夏季與秋季動態(tài)變化較大(P<0.05),春季、夏季顯著高于秋季；次生落葉闊葉林生境多樣性指數(shù)春季和秋季具有顯著性差異(P<0.05),春季多樣性最高,秋季最低；蒙古櫟林生境多樣性指數(shù)春季、夏季和秋季具有顯著性差異(P<0.05),豐富度指數(shù)春季與秋季之間具有顯著性差異(P<0.05),秋季多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均低于春季、夏季；耕地生境多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)春季、夏季顯著高于秋季(P<0.05)(圖4)。

3.3 土壤動物群落對環(huán)境因子變化的響應(yīng)

3.3.1 土壤動物對土壤溫度、土壤濕度的響應(yīng)

從表3中可以看出,大型土壤動物的密度、類群數(shù)與土壤溫度具有顯著正相關(guān)關(guān)系,這表明大型土壤動物類群數(shù)對土壤溫度具有顯著正向響應(yīng)；與大型土壤動物相比,中小型土壤動物密度和類群數(shù)對土壤濕度的響應(yīng)程度更大,具有顯著正向響應(yīng),也就是說隨著土壤濕度的增加,中小型土壤動物的密度和類群數(shù)也具有增加趨勢。

圖4 各生境中小型土壤動物多樣性指數(shù)季節(jié)變化Fig.4 Seasonal changes of meso-micro soil fauna diversity index in different habitats

大型土壤動物Macrosoilfauna中小型土壤動物Meso-microsoilfauna密度Density類群數(shù)Groupnumber密度Density類群數(shù)Groupnumber土壤溫度Soiltemperature067．523?0．679?0．1130．124土壤濕度Soilmoisture0．2400．3580．426?0．421?

*表示相關(guān)系數(shù)達到P<0.05的顯著相關(guān)；**表示相關(guān)系數(shù)達到P<0.01的極顯著相關(guān)

3.3.2 土壤動物對pH、有機質(zhì)的響應(yīng)

如表4所示,土壤動物與pH和有機質(zhì)的相關(guān)分析表明,大型、中小型土壤動物的密度和類群數(shù)與pH的均具有正相關(guān)關(guān)系,但沒有達到顯著相關(guān)性,相比之下,對有機質(zhì)的響應(yīng)程度卻很高,大型土壤動物密度、類群數(shù)均與有機質(zhì)達到極顯著正相關(guān)關(guān)系,中小型土壤動物的類群數(shù)也對有機質(zhì)具有極顯著正向響應(yīng)。

表4 土壤動物與pH和有機質(zhì)的相關(guān)系數(shù)(n=12)

3.3.3 土壤動物對全效養(yǎng)分的響應(yīng)

通過對土壤動物與全效養(yǎng)分N、P、K的相關(guān)分析可以看出(表5)：大型土壤動物的類群數(shù)對TN具有極顯著正向響應(yīng),密度和類群數(shù)均對TP、TK具有極顯著負向響應(yīng),會隨著TP和TK含量的增加而減少；中小型土壤動物的類群數(shù)對TN也達到了顯著的正向響應(yīng),密度和類群數(shù)對TP具有顯著、極顯著的負向響應(yīng),類群數(shù)與TK具有極顯著的負向響應(yīng)。可以看出,大型、中小型土壤動物對TN具有顯著的正向響應(yīng),而對TP、TK卻具有極顯著的負向響應(yīng)。

表5 土壤動物與TN、TP和TK的相關(guān)系數(shù)(n=12)

3.3.4 土壤動物對速效養(yǎng)分的響應(yīng)

大型土壤動物與速效N、速效P、速效K的相關(guān)分析結(jié)果表明：大型土壤動物的密度對速效N具有極顯著正向響應(yīng),對速效P具有極顯著負向響應(yīng),密度和類群數(shù)均對速效K具有顯著正向響應(yīng)；中小型土壤動物的類群數(shù)對速效N具有顯著正向響應(yīng),對速效P具有極顯著負向響應(yīng),對速效K具有顯著正向響應(yīng)。從密度來看,與中小型土壤動物相比,大型土壤動物對速效N、速效P、速效K的響應(yīng)程度更高,從類群數(shù)方面看來,中小型土壤動物對速效N、速效P、速效K高于大型土壤動物(表6)。

表6 土壤動物與速效N、P和K的相關(guān)系數(shù)(n=12)

3.3.5 土壤動物對礦質(zhì)元素的響應(yīng)

通過對土壤動物與礦質(zhì)元素Ca、Mg、Mn的相關(guān)分析可知：大型、中小型土壤動物對Ca、Mg的響應(yīng)程度不高,且響應(yīng)的差異性較大,從密度來看,大型土壤動物對Ca具有正向響應(yīng),對Mg具有負向響應(yīng),中小型土壤動物與大型相反,從類群數(shù)來看,二者的響應(yīng)程度一致,對Ca具有正向響應(yīng),對Mg具有負向響應(yīng)。大型、中小型土壤動物對Mn的響應(yīng)程度很高,大型土壤動物的密度、類群數(shù)對Mn呈現(xiàn)出顯著負向響應(yīng),中小型土壤動物類群數(shù)也對Mn具有極顯著負向響應(yīng)(表7)。

表7 土壤動物與Ca、Mg和Mn的相關(guān)系數(shù)(n=12)

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

4.1.1 大型土壤動物對環(huán)境因子變化的響應(yīng)

通過研究大型土壤動物與土壤溫度、濕度之間相關(guān)分析表明,大型土壤動物對土壤溫度、濕度具有正向響應(yīng),尤其對土壤溫度響應(yīng)程度顯著。本研究區(qū)大型土壤動物密度夏季最高,秋季以后密度開始下降,這與溫帶森林大型土壤動物的季節(jié)動態(tài)一致[16],與半干旱區(qū)研究結(jié)果不一致[17]。區(qū)域氣候是影響土壤溫度、濕度的直接因素,土壤溫度與氣溫有關(guān),土壤濕度與降雨量相聯(lián)系[18]。長白山地低山區(qū)為典型的溫帶季風氣候,春季隨著氣溫的回升,棲息的大型土壤動物復(fù)蘇[16],夏季高溫期,大型土壤動物繁殖達到高峰期,此時密度達到最大,秋季隨著土壤溫度下降,部分土壤動物開始進入冬眠狀態(tài),成蟲數(shù)量減少。耕地生境大型土壤動物的類群數(shù)和多樣性指數(shù)春季最大,夏季最低,可能是與噴灑農(nóng)藥等有關(guān)。

研究區(qū)內(nèi)大型土壤動物對pH具有正向響應(yīng)。土壤動物對于長期生存的環(huán)境具有一定適應(yīng)性,微酸和中性條件下土壤動物更適宜生存[19],而研究區(qū)內(nèi)土壤的pH均屬于酸性條件,可能在其耐受范圍內(nèi)會隨著pH的增加而呈上升趨勢。本研究表明,耕地生境土壤動物的密度及類群數(shù)顯著低于其它3個生境,同時多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)也最低。土壤動物的分布及其多樣性與生境條件密切相關(guān),其中有機質(zhì)和TN是影響土壤動物生態(tài)分布和多樣性的主要環(huán)境因子,一般來說具有正向影響[15,20],本文研究結(jié)果與其一致。土壤動物對有機質(zhì)和TN具有顯著正向響應(yīng),對TP、TK及Mn具有顯著負向響應(yīng)。主要是由于其它3個生境比耕地生境植被種類組成豐富,每年能向土壤系統(tǒng)中輸入大量的凋落物,其分解能夠為土壤動物提供食物、能量和棲息地,生境條件較好,同時耕地有機質(zhì)和TN含量最低,TP、TK及Mn的含量最高。大型土壤動物對Ca、Mg的響應(yīng)程度不明顯,對Mn具有極顯著負向響應(yīng)。張雪萍等對土壤動物與土壤營養(yǎng)元素的關(guān)系研究結(jié)果表明,土壤動物體內(nèi)的微量元素與土壤環(huán)境的微量元素之間無顯著相關(guān)性[14],這與本文研究結(jié)果不一致,Mn是土壤動物所需的微量元素,如果超過土壤動物生存所需量,可能對Mn元素就表現(xiàn)出負向的響應(yīng)。

4.1.2 中小型土壤動物對環(huán)境因子變化的響應(yīng)

中小型土壤動物的密度對土壤濕度具有顯著正向響應(yīng)。中小型土壤動物密度季節(jié)動態(tài)與大型土壤動物差別很大,秋季密度高于春季、夏季,中小型土壤動物的密度、類群數(shù)與土壤濕度具有顯著正相關(guān)關(guān)系,但本研究區(qū)夏季多雨期時中小型土壤動物卻未達到最高,與大興安嶺北部森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)中小型土壤動物的季節(jié)動態(tài)一致[21],而與青藏高寒區(qū)[22]和半干旱區(qū)[4]研究結(jié)果不一致,可見不同氣候系統(tǒng)下存在著差異。究其原因,可能是由于春季積雪融水補給較少且氣溫回升,而導(dǎo)致土壤濕度不高,夏季降水集中,土壤含水量達到飽和或者過飽和狀態(tài)[21],中小型土壤動物由于遷移能力較弱,部分被直接淹死或因土壤中空氣缺氧而死亡,因此在春季、夏季達到最低。而秋季時,土壤濕度最適宜,因此中小型土壤動物的密度達到最大。各生境中小型土壤動物的多樣性指數(shù)春季、夏季顯著高于秋季,這與某些類群有關(guān),這些中小型土壤動物類群可能對高溫多雨的環(huán)境響應(yīng)更顯著,更適于生活在這樣的環(huán)境中。

通過研究發(fā)現(xiàn)中小型土壤動物對pH的響應(yīng)程度不明顯,對有機質(zhì)具有極顯著正向響應(yīng)。究其原因,本研究區(qū)土壤pH一般在4.53—5.50,且變化幅度不大,符合土壤動物的適宜生存條件[19],因此pH的變化并未對中小型土壤動物產(chǎn)生顯著影響,所以中小型土壤動物也對pH變化的響應(yīng)程度不明顯。次生針闊葉混交林、次生落葉闊葉林生境土壤動物秋季顯著多與春夏季就與土壤有機質(zhì)含量較高有關(guān)。中小型土壤動物對全效養(yǎng)分(TN、TP、TK)與速效養(yǎng)分(速效N、速效P、速效K)的響應(yīng)程度很高,有相關(guān)研究表明土壤動物個體數(shù)與類群數(shù)增加與速效N、速效K的含量高有關(guān),而速效P的含量對土壤動物的分布無明顯影響[23]。可能是由于生境不同,中小型土壤動物類群具有一定的差異性,不同種類的土壤動物對速效P的響應(yīng)程度具有差別。中小型土壤動物的密度對Ca、Mg、Mn的響應(yīng)程度不明顯,類群數(shù)對Mn極顯著負向響應(yīng)。這與大型土壤動物對Ca、Mg、Mn的響應(yīng)一致,耕地生境土壤動物的密度和類群數(shù)低于其他3個生境可能也與該生境內(nèi)Mn的含量較高有關(guān)。

4.2 結(jié)論

(1)長白山地低山4個生境土壤動物組成具有一定的差異性,總體看來耕地生境條件最差,土壤動物群落結(jié)構(gòu)最簡單。各生境土壤動物的季節(jié)變化不同,大型土壤動物的密度季節(jié)變化較顯著,中小型土壤動物的密度和類群數(shù)的季節(jié)波動均較大。

(2)次生落葉闊葉林生境土壤動物群落多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均高于其它3個生境,耕地生境最低。中小型土壤動物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)季節(jié)波動較大,春季、夏季與秋季之間差異性較大,大型土壤動物季節(jié)波動較小。

(3)土壤動物的密度和類群數(shù)能夠?qū)Νh(huán)境因子變化做出相應(yīng)的響應(yīng),通過對土壤動物與13種環(huán)境因子進行Pearson相關(guān)分析可知,大型和中小型土壤動物對環(huán)境因子的響應(yīng)程度不同。大型土壤動物密度、類群數(shù)對土壤溫度的響應(yīng)程度較高,具有正向響應(yīng),中小型土壤動物的密度、類群數(shù)對土壤濕度具有顯著正向響應(yīng)；大型和中小型土壤動物對pH的響應(yīng)程度較低,對有機質(zhì)具有顯著正向響應(yīng)；大型和中小型土壤動物對全效養(yǎng)分(TN、TP、TK)以及速效養(yǎng)分(N、P、K)的響應(yīng)程度高,對Ca、Mg的響應(yīng)程度較低,對Mn具有很高的負向響應(yīng)。

(4)中小型土壤動物對土壤濕度的響應(yīng)程度高于大型土壤動物,而對土壤溫度的響應(yīng)大型土壤動物更明顯；大型、中小型土壤動物度對pH的響應(yīng)程度均不明顯,而對有有機質(zhì)的響應(yīng)程度較高；大型土壤動物密度對速效養(yǎng)分的響應(yīng)程度高于中小型土壤動物,而從類群數(shù)方面比較,中小型土壤動物則更高；大型土壤動物密度對Mn的響應(yīng)程度高于中小型土壤動物。

[1] 殷秀琴, 劉繼亮, 高明. 小興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素關(guān)系及土壤動物的作用. 地理科學(xué), 2007, 27(6): 814- 819.

[2] Collison E J, Riutta T, Slade E M. Macrofauna assemblage composition and soil moisture interact to affect soil ecosystem functions. Acta Oecologica, 2013, 47: 30- 36.

[3] Vasconcellos R L F, Segat J C, Bonfim J A, Baretta D, Cardoso E J B N. Soil macro fauna as an indicator of soil quality in an undisturbed riparian forest and recovering sites of different ages. European Journal of Soil Biology, 2013, 58: 105- 112.

[4] 劉任濤, 趙哈林, 趙學(xué)勇. 半干旱區(qū)草地土壤動物多樣性的季節(jié)變化及其與溫濕度的關(guān)系. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2013, 27(1): 97- 101.

[5] Suthar S. Seasonal dynamics in earthworm density, casting activity and soil nutrient cycling under Bermuda grass (Cynodondactylon) in semiarid tropics, India. The Environmentalist, 2012, 32(4): 503- 511.

[6] Salehi A, Ghorbanzadeh N, Kahneh E. Earthworm biomass and abundance, soil chemical and physical properties under different poplar plantations in the north of Iran. Journal of Forest Science, 2013, 59(6): 223- 229.

[7] Hasegawa M. The relationship between the organic matter composition of a forest floor and the structure of a soil arthropod community. European Journal of Soil Biology, 2001, 37(4): 281- 284.

[8] Loranger-Merciris G, Imbert D, Bernhard-Reversat F, Ponge J F, Lavelle P. Soil fauna abundance and diversity in a secondary semi-evergreen forest in Guadeloupe (Lesser Antilles): influence of soil type and dominant tree species. Biology and Fertility of Soils, 2007, 44(2): 269- 276.

[9] 肖玖金, 張健, 楊萬勤, 黃玉梅，楊魯，李紀偉，嚴妲. 巨桉(Eucalyptusgrandis)人工林土壤動物群落對采伐干擾的初期響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報, 2008, 28(9): 4531- 4539.

[10] Yin X Q, Song B, Dong W H, Xin W D, Wang Y Q. A review on the eco-geography of soil fauna in China. Journal of Geographical Sciences, 2010, 20(3): 333- 346.

[11] Sapkota T B, Mazzoncini M, Bàrberi P, Antichi D, Silvestri N. Fifteen years of no till increase soil organic matter, microbial biomass and arthropod diversity in cover crop-based arable cropping systems. Agronomy for Sustainable Development, 2012, 32(4): 853- 863.

[12] Jongmans A G, Pulleman M M, Balabane M, van Oort F, Marinissen J C Y. Soil structure and characteristics of organic matter in two orchards differing in earthworm activity. Applied Soil Ecology, 2003, 24(3): 219- 232.

[13] Schwarz B, Dietrich C, Cesarz S, Scherer-Lorenzen M, Auge H, Schulz E, Eisenhauer N. Non-significant tree diversity but significant identity effects on earthworm communities in three tree diversity experiments. European Journal of Soil Biology, 2015, 67: 17- 26.

[14] 張雪萍, 李春艷, 殷秀琴, 陳鵬. 不同使用方式林地的土壤動物與土壤營養(yǎng)元素的關(guān)系. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 1999, 5(1): 26- 31.

[15] 林英華, 張夫道, 楊學(xué)云, 寶德俊, 石孝均, 王勝佳, 王伯仁. 農(nóng)田土壤動物與土壤理化性質(zhì)關(guān)系的研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(6): 871- 877.

[16] 李娜, 張雪萍, 張利敏. 三種溫帶森林大型土壤動物群落結(jié)構(gòu)的時空動態(tài). 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(19): 6236- 6245.

[17] 劉任濤, 朱凡. 半干旱區(qū)草地生境中大型土壤動物群落季節(jié)動態(tài). 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2013, 22(1): 72- 77.

[18] 王移, 衛(wèi)偉, 楊興中, 陳利頂, 楊磊. 我國土壤動物與土壤環(huán)境要素相互關(guān)系研究進展. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(9): 2441- 2448.

[19] 錢復(fù)生, 王宗英. 水東棗園土壤動物與土壤環(huán)境的關(guān)系. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 1995, 6(1): 44- 50.

[20] 劉繼亮, 殷秀琴, 邱麗麗. 左家自然保護區(qū)大型土壤動物與土壤因子關(guān)系研究. 土壤學(xué)報, 2008, 45(1): 130- 136.

[21] 黃麗榮, 張雪萍. 大興安嶺寒溫帶地區(qū)中小型土壤動物群落特征. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 2008, 14(3): 388- 393.

[22] 張洪芝, 吳鵬飛, 楊大星, 崔麗巍, 何先進, 熊遠清. 青藏東緣若爾蓋高寒草甸中小型土壤動物群落特征及季節(jié)變化. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(15): 4385- 4397.

[23] 張俊霞, 劉賢謙. 太谷縣棗園土壤動物與土壤養(yǎng)分的關(guān)系. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2005, 25(1): 8- 1.

Community characteristics of soil fauna in the low-mountain of the Changbai Mountains and its respond to the change of environmental factors

HAN Huiying1,YIN Xiuqin1,2，*, KOU Xinchang1

1SchoolofGeographicalScience,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China2JilinKeyLaboratoryofAnimalResourceConservationandUtilization,Changchun130024,China

The soil fauna community characteristics of the lower Changbai Mountains were investigated, as well as their response to changes in environmental factors. Soil fauna from four habitats, including the secondary boreonemoral zone, secondary deciduous broad-leaf forest, Mongolia oak forest, and farmland in Changbai low-mountain area, were studied in the spring (May), summer (July) and fall (September) of 2014. Overall, 30445 individuals were captured. These belonged to 3 phyla, 6 classes, 22 orders, and 52 families. The soil fauna density and their group numbers differed among the habitats with seasonal fluctuations. The structure of the farmland soil fauna community was the simplest among all habitats. Seasonal fluctuations of macro-fauna density were high. For micro-fauna, both the seasonal fluctuation in density and group numbers were high. The biodiversity analyses showed that in these biotopes, the soil fauna community in the secondary deciduous broad-leaf forest has the highest diversity and richness indices. In contrast, the diversity and richness indices were the lowest in the farmland habitat. Seasonal fluctuations in diversity and richness indices were high for micro-fauna. The differences in these indices between spring, summer, and fall were apparent, although less profound for the macro-fauna. Using Pearson correlation analyses between the macro- or micro-fauna and 13 soil environmental factors, we showed that the response of macro-fauna to soil temperature and soil humidity was positive. Especially the macro-fauna density and soil temperature have an obvious positive correlation, as well as the micro-fauna density and group number and soil temperature. Furthermore, the response of soil fauna to pH was weak, but soil fauna and organic matter had an obvious positive correlation. Finally, the response of soil fauna to Total nitrogen, total phosphorus and total potassium was strong, as well as the response from macro-fauna to available N, P, and K. Finally, the relationship between micro-fauna group number and available N, P, and K was strong, but weaker for Ca and Mg, and with a highly negative correlation to Mn.

soil fauna；characteristics of diversity；environmental factors；response；Changbai Mountains

10.5846/stxb201511232368

國家自然科學(xué)基金項目(41471211)

2015- 11- 23; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016- 08- 30

韓慧瑩,殷秀琴,寇新昌.長白山地低山區(qū)土壤動物群落特征及其對環(huán)境因子變化的響應(yīng).生態(tài)學(xué)報,2017,37(7):2197- 2205.

Han H Y,Yin X Q, Kou X C.Community characteristics of soil fauna in the low-mountain of the Changbai Mountains and its respond to the change of environmental factors.Acta Ecologica Sinica,2017,37(7):2197- 2205.

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yinxq773@nenu.edu.cn