老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的比較研究

史寶忠

（長治學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)系，山西 長治 046011）

老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的比較研究

史寶忠

（長治學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)系，山西 長治 046011）

為探討老頂山火燒跡地土壤動物群落多樣性特征，于2013年4～11月間對老頂山國家森林公園火燒跡地與未火燒林地的土壤動物進(jìn)行了調(diào)查，共捕獲土壤動物2558只，其中火燒跡地27類961只，隸屬于3門8綱14目21科；未火燒林地33類1597只，隸屬于4門10綱19目25科。結(jié)果表明：（1）火燒跡地與未火燒林地土壤動物共有類群數(shù)是24類，火燒跡地獨有類群3類，未火燒林地獨有類群9類；（2）火燒跡地的多樣性指數(shù)峰值在9月，未火燒林地的多樣性指數(shù)峰值在7月；（3）火燒跡地A/C值約為0.70，而未火燒林地A/C值約為1.02；（4）未火燒林地土壤動物群落個體數(shù)與類群數(shù)的表聚性特征均優(yōu)于火燒跡地，7月與9月的表聚性優(yōu)于4月和11月的表聚性。提示，火燒跡地土壤動物群落恢復(fù)到火燒前水平可能需要更長時間。

老頂山；火燒跡地；土壤動物；多樣性；季節(jié)性變化

土壤動物對土壤的形成和發(fā)育、理化性質(zhì)的變化和有機(jī)物的分解起著重要的作用，是巨大的、潛在的可以持續(xù)利用的自然資源[1]。目前國內(nèi)外對森林土壤動物已進(jìn)行了多方面的研究[2～5]。但對森林火燒跡地土壤動物研究不多[6,7]。長治市老頂山國家級森林公園火燒跡地土壤動物群落多樣性未見報道。本文在老頂山國家森林公園根際土壤動物群落多樣性初步調(diào)查的基礎(chǔ)上（史寶忠，2012）[8]，對其火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的季節(jié)動態(tài)特征進(jìn)行比較研究，以期為該區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供基礎(chǔ)資料。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地自然概況

老頂山國家級森林公園（36°10'25''～36° 13'30''N，113°8'48''～113°12'00''E）位于長治市城區(qū)東北部3 Km處，山體多為下古生界寒武系、奧陶系石灰?guī)r，主峰老頂海拔1378 m。土壤為山地褐土，土層極薄，內(nèi)含大量石塊，較干旱。該區(qū)屬中溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫4.9～10.4℃，年降雨量537.4～656.7 mm（且多集中在秋季），年均無霜期為156.8～181.9 d，年日照時數(shù)2418～2616 h[9]。火燒跡地與未火燒林地主要生境條件見表1。

1.2 研究方法

2013年4月、7月、9月和11月（每月中旬），在長治市老頂山國家森林公園內(nèi)的火燒跡地上（2007年5月8日火災(zāi)）選取代表性樣地（植被以新植的松柏為主），采用5點式采樣，樣方面積50 cm× 50 cm，每個樣方按照凋落物層、0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm分4層采樣。同時在同一坡向同一坡度同一海拔高度的未火燒林地（1964年正播營造）設(shè)置對照樣地，取樣方法同前。共采集160個土樣，大型土壤動物用手揀法收集，中小型土壤動物用Tullgren法收集。參照尹文英等（1998）《中國土壤動物檢索圖鑒》[10]、張巍巍等（2011）《中國昆蟲生態(tài)大圖鑒》[11]、李景科等（2014）《中國東北土壤昆蟲幼蟲分科圖譜》[12]在體視顯微鏡（Motic SMZ–143）和顯微鏡（Motic BA300）下進(jìn)行分類和計數(shù)，幼蟲與成蟲分開統(tǒng)計。

表1 火燒跡地與未火燒林地的主要生境條件Tab.1 Habitat characteristics of the burned woodland and the unburned woodland in Laoding Mountain

群落多樣性采用以下公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的類群與數(shù)量組成

本次調(diào)查共獲得土壤動物2558只，其中火燒跡地27類961只，隸屬于3門8綱14目21科（表2）；未火燒林地33類1597只，隸屬于4門10綱19目25科（表3）。

表2 老頂山國家森林公園火燒跡地不同季節(jié)土壤動物群落的類群和數(shù)量組成Tab.2 The composition of groups and individuals of soil animal communities in the burned woodland of the National Forest Park of Laoding Mountain in different season

在火燒跡地中，優(yōu)勢類群為甲螨亞目（10.61 %）、等節(jié)跳科（14.98%）、棘跳科（11.24%）和蟻科（10.09%）4類，合計占總個體數(shù)的46.92%；常見類群為繞線科（3.75%）、前氣門亞目（5.72%）、矛線科（3.02%）、蜘蛛目（4.37%）、中氣門亞目（7.82%）、鼠婦蟲科（4.06%）、卷甲蟲科（1.56%）、奇馬陸科（1.25%）、地蜈蚣目（1.87%）、球角跳科（8.13%）、大蚊科幼蟲（3.02%）和搖蚊科幼蟲（1.66%）等12類，合計占總個體數(shù)的46.22%；其余11類為稀有類群，占總個體數(shù)的6.86%。

注：+++優(yōu)勢類群（個體數(shù)占總數(shù)的10%以上）；++常見類群（1%–10%）；+稀有類群（1%以下）。表3同

在未火燒林地中，優(yōu)勢類群為甲螨亞目（13.40 %）、等節(jié)跳科（11.58%）和棘跳科（10.27%）3類，合計占總個體數(shù)的35.25%；常見類群為繞線科（2.07 %）、矛線科（1.25%）、正蚓科（2.25%）、蜘蛛目（1.94 %）、前氣門亞目（7.01%）、中氣門亞目（8.89%）、鼠婦蟲科（3.13%）、卷甲蟲科（1.82%）、奇馬陸科（1.82%）、地蜈蚣目（1.44%）、球角跳科（6.95%）、蟻科（8.33%）、朽木甲科幼蟲（1.38%）、鰓角金龜科成蟲（2.19%）、鰓角金龜科幼蟲（1.19%）、擬步甲科成蟲（1.88%）、麻蠅科幼蟲（2.38%）和搖蚊科幼蟲（2.07%）等18類，合計占總個體數(shù)的57.99 %；稀有類群12類，占總個體數(shù)的6.76%。

表3 老頂山國家森林公園未火燒林地土壤動物群落的類群和數(shù)量組成Tab.3 The composition of groups and individuals of soil animal communities in unburned woodland of the National Forest Park of Laoding Mountain in different season

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火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的類群和數(shù)量組成差異均較大，表現(xiàn)為：（1）火燒跡地總類群數(shù)是27類，未火燒林地總類群數(shù)是33類，兩樣地共有類群數(shù)是24類，火燒跡地獨有的類群是蠓科幼蟲、舞虻科幼蟲和長足虻科幼蟲3類，未火燒林地獨有的類群是巴蝸?？啤涡?、副蛺扒科、菱蝗科幼蟲、叩甲科幼蟲、擬步甲科成蟲、籮紋蛾科幼蟲、尖尾蠅科幼蟲和蚤蠅科幼蟲等9類。（2）未火燒林地A/C值約為1.02，符合溫帶土壤動物的特征；火燒跡地A/C值約為0.70，可能與火燒有關(guān)。

2.2 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的類群和數(shù)量的季節(jié)動態(tài)

由表2和表3可知，火燒跡地土壤動物群落類群數(shù)的季節(jié)性變化趨勢為7月（25類）=9月（25類）＞4月（23類）＞11月（19類）；個體數(shù)季節(jié)性變化趨勢為7月（308只）＞9月（274只）＞4月（223只）＞11月（156只）。未火燒林地土壤動物群落類群數(shù)的季節(jié)性變化趨勢為7月（33類）＞9月（29類）＞4月（27類）＞11月（25類）；個體數(shù)季節(jié)性變化趨勢為9月（605只）＞7月（462只）＞4月（322只）＞11月（208只）。兩樣地土壤動物群落類群數(shù)季節(jié)性變化趨勢相同，個體數(shù)季節(jié)性變化趨勢略有差異。

兩樣地相同季節(jié)之間和不同季節(jié)之間優(yōu)勢類群均不相同。火燒跡地4月的優(yōu)勢類群是甲螨亞目、等節(jié)跳科和蟻科3類；7月的優(yōu)勢類群是等節(jié)跳科和棘跳科2類；9月的優(yōu)勢類群是等節(jié)跳科1類；11月的優(yōu)勢類群是甲螨亞目、等節(jié)跳科、棘跳科和蟻科4類。未火燒林地4月的優(yōu)勢類群是甲螨亞目和等節(jié)跳科2類；7月和9月的優(yōu)勢類群均為甲螨亞目、等節(jié)跳科和棘跳科3類；11月的優(yōu)勢類群是甲螨亞目、中氣門亞目、等節(jié)跳科和棘跳科4類。

2.3 火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的多樣性分析

群落多樣性指數(shù)是豐富度和均勻性二者的函數(shù)，是表征組成群落的種類數(shù)（豐度）和種類數(shù)量分布（均衡性）的群落特征。老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落多樣性的季節(jié)動態(tài)見表4。從表4可知，火燒跡地中，除4月的均勻性指數(shù)E（0.8553）略高于7月（0.8495）外，其余的多樣性指數(shù)H’、均勻性指數(shù)E和豐富度指數(shù)DMG均為9月＞7月＞4月＞11月，優(yōu)勢度指數(shù)C的變化趨勢正好相反，為11月＞4月＞7月＞9月，表明火燒跡地多樣性指數(shù)峰值在9月。未火燒林地中的情況較復(fù)雜，多樣性指數(shù)H’和豐富度指數(shù)DMG均為7月最高、4月次之，9月和11月依次減??；均勻性指數(shù)E的變化趨勢為4月＞9月＞7月＞11月；優(yōu)勢度指數(shù)C的變化趨勢為11月＞9月＞7月＞4月，與多樣性指數(shù)H’和豐富度指數(shù)DMG基本相反，表明未火燒林地多樣性指數(shù)峰值在7月。老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的多樣性有明顯差異。

表4 火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落多樣性季節(jié)動態(tài)特征Tab.4 Seasonal dynamic characteristics of communities diversity of soil animal in the burned woodland and the unburned woodland

2.4 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落相似性季節(jié)性動態(tài)分析

Jacard相似性指數(shù)能反映不同生態(tài)系統(tǒng)之間土壤動物群落的相似程度，通過計算得出老頂山火燒跡地與未火燒林地相同月份之間與不同月份之間土壤動物群落相似性指數(shù)均位于0.50和0.75之間，說明老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落屬于中等相似。原因可能是取樣點處于火燒跡地與未火燒林地同一坡向、同一坡度、同一海拔高度，具有相同生態(tài)條件所致。

2.5 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的垂直分布特征

老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的個體數(shù)與類群數(shù)垂直分布特征（圖1與圖2）表明，其個體數(shù)和類群數(shù)都有隨著土層深度的增加而呈遞減的趨勢，即具有明顯的表聚性。土壤動物群落個體數(shù)與類群數(shù)垂直分布的季節(jié)動態(tài)特征（圖3和圖4）表明，7月與9月的表聚性優(yōu)于4月和11月的表聚性，且兩樣地個體數(shù)的表聚性均優(yōu)于類群數(shù)的表聚性。

圖1 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落個體數(shù)的垂直分布Fig.1 The vertical distribution of individuals of soil animal in the burned woodland and the unburned woodland of Laoding Mountion

圖2 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落類群數(shù)的垂直分布Fig.2 The vertical distribution of groups of soil animal in the burned woodland and the unburned woodland of Laoding Mountion

圖3 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落個體數(shù)垂直分布的季節(jié)變化Fig.3 Seasonal variation of vertical distribution of individuals of soil animal in the burned woodland and the unburned woodland of Laoding Mountion

圖4 老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落類群數(shù)垂直分布的季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variation of vertical distribution of groups of soil animal in the burned woodland and the unburned woodland of Laoding Mountion

3 結(jié)論與討論

本次調(diào)查共捕獲土壤動物2558只，其中火燒跡地27類961只，隸屬于3門8綱14目21科；未火燒林地33類1597只，隸屬于4門10綱19目25科。兩樣地共有類群數(shù)是24類，火燒跡地獨有類群3類，未火燒林地獨有類群9類；火燒跡地與未火燒林地相同季節(jié)之間以及不同季節(jié)之間優(yōu)勢類群均不相同。這些特征都表明老頂山火燒跡地土壤動物群落的類群與數(shù)量組成均與未火燒林地有較大的差異。張雪萍等（2006）[5]、相鳳武（1998）[13]認(rèn)為，重度火燒后土壤動物種類和數(shù)量恢復(fù)到火燒前的水平約需16年時間。老頂山遭遇重大火災(zāi)，且該地區(qū)土層薄、土壤貧瘠，火燒跡地土壤動物群落恢復(fù)到火燒前水平可能需要更長時間。

（2）以往的研究結(jié)果表明，A/C值具有地帶性規(guī)律，溫帶地區(qū)接近1，寒帶＜1，熱帶＞1[14,15]。老頂山未火燒林地A/C值約為1.02，符合溫帶土壤動物群落的特征；而火燒跡地A/C值約為0.70，可能與火燒后土壤原始基質(zhì)的理化性質(zhì)及微氣候改變有關(guān)[16]。

（3）老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落的多樣性受季節(jié)影響較大。火燒跡地的多樣性指數(shù)峰值在9月，未火燒林地的多樣性指數(shù)峰值在7月?；馃E地與未火燒林地相同季節(jié)之間以及不同季節(jié)之間相似性系數(shù)均在0.50～0.75之間，為中等相似?？赡芘c在火燒跡地與未火燒林地同一坡向、同一坡度、同一海拔高度取樣有關(guān)。

（4）老頂山未火燒林地土壤動物群落個體數(shù)與類群數(shù)的表聚性特征均優(yōu)于火燒跡地，與多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果一致[17,18]。個體數(shù)的表聚性優(yōu)于類群數(shù)的表聚性，7月與9月的表聚性優(yōu)于4月和11月的表聚性。已有的研究表明，植被結(jié)構(gòu)和土壤理化性質(zhì)是決定土壤動物垂直分布的相對穩(wěn)定的因子，而土壤溫濕度的季節(jié)變化是影響土壤動物垂直分布的主要動態(tài)因子[19]。老頂山火燒跡地與未火燒林地土壤動物群落結(jié)構(gòu)的差異既與植被結(jié)構(gòu)的不同有關(guān)，又與長治地區(qū)夏秋季溫暖濕潤、冬春季寒冷干燥的氣候有關(guān)。

［1］王邵軍著.武夷山土壤動物群落生態(tài)特征及功能研究［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社,2015.

［2］O’LAUGHLIN J,LIVINGSTON R L,THEIR R,et al.Defining and measuing forest health［J］.J Sustain For,1994,2(1/2):65–85.

［3］HOOPERDU,BIGNELLDE,BROENVK,et al. Interactis between aboveground and belowground biodiversity interrestrial ecosystems: patterns, mechanisms,and feedbacks［J］.BioScience,2000, 50:1049–1061.

［4］殷秀琴,蔣云鋒,陶巖,等.長白山紅松闊葉混交林土壤動物生態(tài)分布［J］.地理科學(xué),2011,31(8):935–940.

［5］崔洋,汪思龍,于小軍,等.森林土壤動物對凋落物早期分解及養(yǎng)分釋放的影響［J］.生態(tài)學(xué)雜志, 2012,31(11):2709–2715.

［6］楊效東.熱帶次生林旱稻種植地和火燒跡地土壤動物群落結(jié)構(gòu)特征及季節(jié)變化［J］.生態(tài)學(xué)報, 2003,23(5):883–891.

［7］張雪萍,張淑花,李景科.大興安嶺火燒跡地土壤動物生態(tài)地理分析［J］.地理研究,2006,25(2):327–334.

［8］史寶忠.老頂山國家森林公園根際土壤動物多樣性初步研究［J］.山西師范大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版),2012,26(2):73–75.

［9］茹文明.老頂山人工油松林生物量的研究［J］.河南科學(xué),1996,14(增刊):64–65,73.

［10］尹文英,胡圣豪,沈韞芬,等.《中國土壤動物圖鑒》［M］.北京:科學(xué)出版社,1998.

［11］張巍巍,李元勝.中國昆蟲生態(tài)大圖鑒［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社,2011.

［12］李景科,張雪萍著.中國東北土壤昆蟲幼蟲分科圖譜［M］.哈爾濱:哈爾濱地圖出版社,2014.

［13］相鳳武.森林土壤生物火燒后恢復(fù)情況調(diào)查研究［J］.吉林林學(xué)院學(xué)報,1998,14(2):99–102.

［14］殷秀琴.東北森林土壤動物生態(tài)地理研究［M］.長春:東北師范大學(xué)出版社,2001.

［15］黃麗榮,張雪萍.大興安嶺北部森林生態(tài)系統(tǒng)土壤動物組成與多樣性分析［J］.土壤通報,2008,39 (3):502–507.

［16］王麗,嶋一徹.山地林火燒跡地土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化［J］.水土保持通報,2008,28(1):81–85.

［17］辛未冬,殷秀琴,秦麗杰,等.小興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)中小型土壤動物生態(tài)地理分布特征［J］.地理科學(xué),2009,29(1):129–133.

［18］王宗英,路有成,王慧芙.九華山土壤螨類的生態(tài)分布［J］.生態(tài)學(xué)報,1996,16(1):58–64.

［19］J.H.Connell,R.O.Slatyer.Mechanisms of succession in natural communities and their role in community stability and organization［J］.The American Naturalist,1977,111(982):1119–1144.

S718.55

A

1673-2014（2017）05-0054-06

長治學(xué)院校級課題（201219）

2017—04—21

史寶忠（1966— ），男，山西沁縣人，講師，碩士，主要從事動物學(xué)及動物行為生態(tài)學(xué)教學(xué)與研究。

（責(zé)任編輯 鐵 軍）