沙障對(duì)流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物分布及多樣性的影響

王永珍,林永一,馮怡琳,趙文智,董六文,劉繼亮,*

1 中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院,蘭州 730000 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049 3 寧夏大學(xué),銀川 750021 4 新疆大學(xué),烏魯木齊 830046

荒漠化是干旱、半干旱區(qū)面臨的主要生態(tài)問(wèn)題之一,它嚴(yán)重威脅天然和人工綠洲的安全與穩(wěn)定[1—4]。近年來(lái),機(jī)械固沙、植被恢復(fù)和禁牧等生態(tài)治理和保護(hù)工程實(shí)施有效阻止了荒漠化的擴(kuò)張,保護(hù)了干旱區(qū)綠洲和交通安全[5—7]。2014 年全國(guó)荒漠化和沙化土地面積與2009 年相比減少了12120 km2和9902 km2,年均減少2424 km2和1980 km2(第五次全國(guó)沙漠化公報(bào))。然而,氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)干擾導(dǎo)致一些區(qū)域天然和人工固沙植被退化威脅綠洲農(nóng)田和交通安全[7—9]。利用機(jī)械固沙技術(shù)恢復(fù)植被是當(dāng)前應(yīng)用較多的手段,它可以有效的保護(hù)綠洲及道路安全[10]。麥草方格是制作沙障的主要材料,巖石、尼龍網(wǎng)、高密度聚乙烯網(wǎng)及一些植物纖維等新型材料應(yīng)用于制作沙障[5—7]。新型材料沙障的固沙效果及其對(duì)土壤結(jié)皮、土壤水分、物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)與植被分布及多樣性的研究較多,而關(guān)于其對(duì)動(dòng)物的研究較少[11—15]。因而,急需開(kāi)展生物和物理沙障對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物多樣性的影響,為理解和認(rèn)識(shí)機(jī)械固沙的生態(tài)水文效應(yīng)研究提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

作為荒漠無(wú)脊椎動(dòng)物中的主要類(lèi)群,地表節(jié)肢動(dòng)物不僅是荒漠生態(tài)系統(tǒng)中的捕食者和消費(fèi)者,還是獸類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和爬行類(lèi)的主要食物資源[16—17]。此外,許多節(jié)肢動(dòng)物(如傳粉昆蟲(chóng)和捕食種子昆蟲(chóng))對(duì)植物繁殖和種子擴(kuò)散有重要影響,它們有利于維持荒漠珍稀和特有植物多樣性[18—19]。荒漠節(jié)肢動(dòng)物以蛛形綱和昆蟲(chóng)綱為主,它們適應(yīng)極端干旱的荒漠環(huán)境,其種群數(shù)量對(duì)環(huán)境變化十分敏感,可以用于指示沙漠化變化過(guò)程[20—21]。前期研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),人工固沙植被恢復(fù)強(qiáng)烈影響地表節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu),而天然和人工固沙植被區(qū)地表甲蟲(chóng)等對(duì)沙漠化也有較好的指示作用[9,22]。鑒于此,對(duì)生物沙障和物理沙障和毗鄰的流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物多樣性進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查,確定生物和物理沙障區(qū)固沙恢復(fù)植被對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物多樣性及功能的影響,為沙漠化治理過(guò)程中生物多樣性變化及其功能演變研究提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)屬于大陸性干旱氣候,春季干旱少雨,夏末秋初降雨逐步增加。多年平均降水量117.0 mm,主要集中在7、8、9 月,這3個(gè)月的降水量約占全年的72%,降水存在明顯的年季變化。年平均蒸發(fā)量2390 mm,是降水量的20倍。年平均氣溫7.6℃,≥10℃年積溫3085℃,無(wú)霜期165 d。年均日照時(shí)數(shù)為3045 h,太陽(yáng)輻射總量為611272.8 J cm-2a-1。本區(qū)冬季盛行西北風(fēng),年均風(fēng)速3.2 m/s,最大風(fēng)速可達(dá)21.3 m/s,≥8級(jí)大風(fēng)年均15 d左右,且集中于3—5 月,這段時(shí)間風(fēng)沙對(duì)綠洲的危害最大。地下水位在3—5 m之間。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

臨澤縣位于黑河中游張掖綠洲北部,縣內(nèi)有北部、中部和南部3 條沙帶,中部沙帶對(duì)綠洲中部平川灌區(qū)威脅較大,它一直是臨澤縣風(fēng)沙治理的關(guān)鍵區(qū)之一。近年來(lái),隨著張掖市國(guó)家山水林田湖生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程實(shí)施(2018 年),臨澤縣平川鎮(zhèn)北部沙區(qū)麥草沙障治沙4 km2,新型材料沙障0.67 km2。麥草方格和新型材料沙障均可以快速固定流動(dòng)沙丘,有利于植被快速恢復(fù)。故選擇利用麥草方格的生物沙障(biological sand barrier region,BSB)和新型固沙材料的物理沙障(physical sand barrier region,PSB)栽植梭梭的固沙區(qū)作為人工固沙措施地表節(jié)肢動(dòng)物調(diào)查區(qū),兩種沙障毗鄰的流動(dòng)沙丘區(qū)作為對(duì)照(active sandy dune region,ASD),探討生物和物理固沙措施對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物分布及多樣性的影響。生物沙障和物理沙障鋪設(shè)方式相近,在沙障中間栽植梭梭幼苗(Haloxylonammodendron(C. A. Mey.) Bunge),使得沙丘相對(duì)穩(wěn)定,僅在沙丘頂部有部分風(fēng)沙流動(dòng)。此外,在沙丘中下部還生長(zhǎng)一些天然分布的沙拐棗屬灌木(Calligonumspp.)。流動(dòng)沙丘區(qū)也有少量的沙拐棗屬灌木,主要分布在沙丘的中下部。人工和天然固沙植被區(qū)春季均無(wú)草本生長(zhǎng),秋季降雨后沙丘上有大量沙米(Agriophyllumsquarrosum)生長(zhǎng),丘間低地可見(jiàn)霧冰藜(Bassiadasyphylla)、鹽生草(Halogetonglomeratus)、砂藍(lán)刺頭(Echinopsgmelini)和沙芥(Pugioniumcornutum)等。

每種生境類(lèi)型選擇4個(gè)地點(diǎn),每個(gè)地點(diǎn)相距50—100 m,每個(gè)地點(diǎn)選擇1個(gè)相對(duì)獨(dú)立沙丘,沿著沙丘走向在頂部、中部和底部采集地表節(jié)肢動(dòng)物樣品。地表節(jié)肢動(dòng)物樣品利用陷阱法收集,沙丘頂部、中部和底部設(shè)置3個(gè)樣品采集樣線,每條樣線布設(shè)10個(gè)陷阱收集器,每個(gè)陷阱收集器之間的間距大于10 m[23]。2020年選擇降雨稀少的5月中旬和降雨較多的8月下旬調(diào)查地表節(jié)肢動(dòng)物,每次樣品的采集時(shí)間為3天。之后將地表節(jié)肢動(dòng)物樣品帶回室內(nèi),參照相關(guān)分類(lèi)資料鑒定至種或形態(tài)種,然后統(tǒng)計(jì)個(gè)體數(shù)[24—28]。地表節(jié)肢動(dòng)物依據(jù)取食類(lèi)型劃分為捕食性、植食性和其它食性節(jié)肢動(dòng)物[24—26]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究主要研究不同固沙措施對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物分布及多樣性的影響,故先將5月和8月在生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)的沙丘不同部位采集的地表節(jié)肢動(dòng)物樣品合并,利用PAST 4.01軟件包繪制不同生境類(lèi)型地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度的稀度曲線和物種累積曲線(觀測(cè)值,基于采樣數(shù)量)。然后,將沙丘不同部位10個(gè)陷阱收集器收集的樣品進(jìn)行合并計(jì)算活動(dòng)密度(每個(gè)收集器捕獲節(jié)肢動(dòng)物的頭數(shù))、物種豐富度(每個(gè)微生境捕獲節(jié)肢動(dòng)物的物種數(shù))和多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener index)。統(tǒng)計(jì)捕食性、植食性和其它食性節(jié)肢動(dòng)物類(lèi)群活動(dòng)密度和物種豐富度。

利用非度量多維尺度(Non-metric multidimensional scaling,NMDS)和多元方差(Permutational multivariate analysis of variance, PERMANOVA)分析3種生境類(lèi)型和3種微生境間地表節(jié)肢動(dòng)物群落差異,然后利用相似性百分比(Similarity percentage analysis, SIMPER)分析確定生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物群落的平均相異性和主要節(jié)肢動(dòng)物種的貢獻(xiàn)率,統(tǒng)計(jì)分析使用PAST 4.01軟件包。利用二因素方差分析比較3種生境類(lèi)型(生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘)和3種微生境類(lèi)型(沙丘頂部、中部和底部)地表節(jié)肢動(dòng)物群落及不同營(yíng)養(yǎng)類(lèi)群活動(dòng)密度和物種豐富度及主要種活動(dòng)密度的差異,然后使用單因素方差分析比較3種生境不同微生境地表節(jié)肢動(dòng)物群落及不同營(yíng)養(yǎng)類(lèi)群活動(dòng)密度和物種豐富度及主要類(lèi)群活動(dòng)密度的差異,統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 21.0軟件包。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生境地表節(jié)肢動(dòng)物群落組成及數(shù)量變化

生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘頂部、中部和下部共采集4722 頭和33種節(jié)肢動(dòng)物,它們分屬于蛛形綱和昆蟲(chóng)綱。鞘翅目和蟻科是主要的昆蟲(chóng)綱動(dòng)物,鞘翅目占節(jié)肢動(dòng)物捕獲總數(shù)的90.9%和物種數(shù)的57.6%,蟻科占節(jié)肢動(dòng)物捕獲總數(shù)的6.5%和物種數(shù)的12.1%。生物和物理沙障區(qū)采集的地表節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量(1911和1411頭)和物種數(shù)(28和28種)高于流動(dòng)沙丘區(qū)(1320頭和22種)。生物和物理沙障區(qū)栽植梭梭影響了地表節(jié)肢動(dòng)物群落組成,不同采樣區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物群落組成不同。生物沙障區(qū)東鱉甲sp.(51.7%)、謝氏寬漠王(25.5%)、尖尾東鱉甲(14.2%)、白刺收獲蟻(4.0%)、戈壁琵甲(2.0%)、平腹蛛科sp.(1.3%)和克氏扁漠甲(1.2%)是主要的節(jié)肢動(dòng)物類(lèi)群；物理沙障區(qū)東鱉甲sp.(34.2%)、謝氏寬漠王(28.6%)、尖尾東鱉甲(21.3%)、戈壁琵甲(3.6%)、白刺收獲蟻(2.7%)、淡色箭蟻(1.9%)、毛衣魚(yú)科sp.(1.7%)和平腹蛛科sp.(1.1%)是主要的節(jié)肢動(dòng)物類(lèi)群；流動(dòng)沙丘區(qū)尖尾東鱉甲(相對(duì)多度為43.7%)、謝氏寬漠王(30.5%)、東鱉甲sp.(9.0%)、白刺收獲蟻(8.9%)、戈壁琵甲(1.1%)和蜉金龜科sp.1(1.3%)是主要的節(jié)肢動(dòng)物類(lèi)群。

2.2 不同生境地表節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和相似性比較

地表節(jié)肢動(dòng)物類(lèi)群豐富度的累積和稀疏度估計(jì)曲線分析的結(jié)果表明,3條曲線均接近水平,生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物采樣代表性較好。3種生境地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度累積曲線表明,生物和物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度高于流動(dòng)沙丘區(qū)(圖1)；其稀度估算結(jié)果表明,生物和物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度均高于流動(dòng)沙丘區(qū),物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度又略高于生物沙障區(qū)(圖1)。

圖1 生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度的累積曲線和稀度估計(jì)曲線Fig.1 Observed and estimated species richness of ground arthropods based on species accumulation curves and rarefaction methods in the biological sand barrier, physical sand barrier, and active sandy dune regions BSB: 生物沙障 biological sand barrier; PSB: 物理沙障 physical sand barrier; ASD: 流動(dòng)沙丘 active sandy dune

生境類(lèi)型(生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū))及微生境(頂部、中部和下部)二因素PERMANOVA分析結(jié)果表明,生境類(lèi)型和沙丘部位及二者交互均對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物群落組成有顯著影響(P<0.05),流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘頂部地表節(jié)肢動(dòng)物群落組成與中、下部位明顯不同,而生物和物理沙障區(qū)沙丘頂部地表節(jié)肢動(dòng)物群落組成與中、下部位差異減小(圖2)。

SIMPER分析結(jié)果表明,生物和物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物群落的平均相異性(44.2%)低于它們與流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物群落的平均相異性(72.3%和70.1%),東鱉甲sp.、尖尾東鱉甲和謝氏寬漠王貢獻(xiàn)了3種生境地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性的34.6%、55.6%和59.9%。生物沙障區(qū)沙丘上、中、下部地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性相差較小(32.5%、47.3%和45.3%),東鱉甲sp.、尖尾東鱉甲和謝氏寬漠王解釋了3種微生境之間地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性的28.8%、37.1%和34.1%；物理沙障區(qū)沙丘中、下部地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性(32.6%)低于它們與沙丘頂部地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性(51.4%和60.9%),東鱉甲sp.、尖尾東鱉甲和謝氏寬漠王解釋了3種微生境之間地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性的14.9%、43.5%和50.5%；流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘中、下部地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性(50.1%)低于沙丘上部與中、下部之間地表節(jié)肢動(dòng)物群落的平均相異性(99.7%和99.6%),東鱉甲sp.、尖尾東鱉甲、謝氏寬漠王和白刺收獲蟻貢獻(xiàn)了3種微生境地表節(jié)肢動(dòng)物群落平均相異性的44.9%、91.2%和83.0%。

圖2 生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物NMDS排序圖Fig.2 NMDS plots indicating 2-dimensional distances of ground arthropods at up, meddle, and bottom of the biological sand barrier, physical sand barrier, and active sandy dune regions NMDS: 非度量多維尺度 Non-metric multidimensional scaling

生境類(lèi)型及微生境二因素方差分析結(jié)果表明,生境類(lèi)型和微生境對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度、物種豐富度和多樣性指數(shù)均有顯著影響,二者對(duì)3個(gè)群落結(jié)構(gòu)參數(shù)有顯著的交互影響(表1)。生物沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度顯著高于物理沙障區(qū),而物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度又顯著高于流動(dòng)沙丘區(qū)；生物和物理沙障區(qū)從沙丘頂部到底部地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度呈降低的趨勢(shì),而流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度變化趨勢(shì)相反(圖3)。生物和物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度和多樣性指數(shù)均顯著高于流動(dòng)沙丘區(qū)。生物和物理沙障區(qū)沙丘不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度相差較小,而流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度從坡頂?shù)狡碌滓来卧黾?；生物沙障區(qū)沙丘底部地表節(jié)肢動(dòng)物多樣性指數(shù)顯著高于坡中,流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物多樣性指數(shù)從沙丘頂部到底部依次增加(圖3)。

2.3 不同生境地表節(jié)肢動(dòng)物群落營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)比較

生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)不同部位捕食性、植食性和其它食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度和物種豐富度變化不同。草方格沙障區(qū)捕食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度及物種豐富度均顯著高于流動(dòng)沙丘區(qū)(表1),生物和物理沙障區(qū)沙丘不同部位捕食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度及物種豐富度相差較小,流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘頂部捕食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度及物種豐富度顯著低于沙丘中、底部(圖4)。植食性節(jié)肢動(dòng)物對(duì)固沙措施和微地形變化響應(yīng)與捕食性不同,生物沙障區(qū)植食性節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度顯著高于流動(dòng)沙丘區(qū),物理沙障區(qū)植食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度及物種豐富度均從沙丘頂部到底部依次降低,而它們?cè)诹鲃?dòng)沙丘區(qū)的變化趨勢(shì)相反(表1、圖4)。生物和物理沙障區(qū)其它食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度及物種豐富度均顯著高于流動(dòng)沙丘區(qū),生物沙障區(qū)其它食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度又顯著高于物理沙障區(qū)(表1)。生物和物理沙障區(qū)沙丘頂部其它食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度顯著高于沙丘底部,流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘中和底部其它食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度及物種豐富度均顯著高于沙丘頂部(圖4)。

2.4 不同生境主要地表節(jié)肢動(dòng)物種活動(dòng)密度比較

生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)不同部位主要節(jié)肢動(dòng)物種活動(dòng)密度變化不同,3種生境尖尾東鱉甲、謝氏寬漠王和白刺收獲蟻活動(dòng)密度相差較小,生物、物理沙障區(qū)東鱉甲sp.活動(dòng)密度顯著高于流動(dòng)沙丘區(qū),生物沙障區(qū)東鱉甲sp.活動(dòng)密度又顯著高于物理沙障區(qū)(表1、圖5)。生物和物理沙障區(qū)沙丘頂部尖尾東鱉甲和謝氏寬漠王的活動(dòng)密度較高,其中尖尾東鱉甲在物理沙障區(qū)和謝氏寬漠王在兩種沙障區(qū)沙丘頂部活動(dòng)密度均顯著高于沙丘中部和底部(圖5)。東鱉甲sp.和白刺收獲蟻與尖尾東鱉甲和謝氏寬漠王變化不同,東鱉甲sp.在流動(dòng)沙丘區(qū)和白刺收獲蟻在生物沙障區(qū)沙丘底部的活動(dòng)密度顯著高于中部和上部(圖5)。

圖3 生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度、物種豐富度和多樣性比較Fig.3 The activity density, species richness and Shannon-Wiener index at up, meddle, and bottom of the biological sand barrier, physical sand barrier, and active sandy dune regions 不同小寫(xiě)字母表示同一沙丘不同部位之間存在顯著差異性(P<0.05);不同大寫(xiě)字母代表不同處理沙丘之間存在顯著差異性(P<0.05)

圖4 生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘不同部位捕食性、植食性和其它食性地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度和物種豐富度比較Fig.4 The activity density, species richness of predatory, phytophagous, and other arthropods at up, middle, and bottom of the biological sand barrier, physical sand barrier, and active sandy dune regions

表1 生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的二因素方差分析

圖5 生物、物理沙障和流動(dòng)沙丘區(qū)沙丘不同部位4個(gè)主要地表節(jié)肢動(dòng)物種活動(dòng)密度比較Fig.5 The activity density of four key arthropod species at up, meddle, and bottom of the biological sand barrier, physical sand barrier, and active sandy dune regions

3 討論

生物和物理沙障營(yíng)建快速改變了沙丘表層土壤物理結(jié)構(gòu)、增加土壤硬度和降低土壤砂礫含量,而栽植梭梭增加植被蓋度,提高了植物和凋落物等節(jié)肢動(dòng)物食物資源的數(shù)量及質(zhì)量。相關(guān)研究表明,在流動(dòng)沙丘區(qū)設(shè)置紗網(wǎng)沙障,其防風(fēng)效能較好,使得地表粗糙度增加,近地表的風(fēng)速相對(duì)下降[29],且細(xì)粒沙物質(zhì)堆積使得植物種子被埋存起來(lái),為地表節(jié)肢動(dòng)物提供充足的食物和適宜的棲息地[30],提高節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量和多樣性。不同材料沙障防護(hù)效益明顯,其可以改變氣流的紊動(dòng)特性,減弱風(fēng)沙流[31]。李曉佳等[32]通過(guò)研究騰格里沙漠地區(qū)四種沙障材料,得出沙障可以改變土壤性質(zhì),對(duì)土壤質(zhì)量的恢復(fù)也起到積極的作用；機(jī)械沙障可以促進(jìn)土壤的改良,通過(guò)改變下墊面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)而達(dá)到固沙的效果,對(duì)局地小氣候產(chǎn)生一定的影響[33],這些均與成聰聰[34]的研究結(jié)論相似,他通過(guò)研究布袋沙障對(duì)流動(dòng)沙丘區(qū)植被恢復(fù)的影響,發(fā)現(xiàn)了土壤理化性狀會(huì)隨著沙障的設(shè)置而日益改善。屈建軍等[35]研究得出新型固沙材料的防風(fēng)固沙效果較好,其使得沙丘底部的植物的成活率最高,其次為頂部,中部的成活率最低。這些都與之前在臨澤縣中部沙帶研究有一定的相似性,沙障防風(fēng)固沙能力強(qiáng),可以阻止沙丘移動(dòng),改變地表生態(tài)水文過(guò)程,促進(jìn)植被恢復(fù),對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物的分布及多樣性產(chǎn)生影響。

研究發(fā)現(xiàn),生物和物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度、物種豐富度及多樣性指數(shù)均顯著高于流動(dòng)沙丘區(qū),說(shuō)明生物和物理沙障恢復(fù)植被,增加了資源上行效應(yīng),提升了地表節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量及多樣性[36]。人工固沙植被恢復(fù)可以提升地表節(jié)肢動(dòng)物多樣性,而生物和物理沙障加快了人工固沙植被和土壤環(huán)境的恢復(fù)進(jìn)程,改變了地表節(jié)肢動(dòng)物群落營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu),提高了捕食性、植食性和其它食性節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量或多樣性,這與人工固沙植被恢復(fù)過(guò)程中地表節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化略有不同。人工固沙植被恢復(fù)提升捕食性和雜食性動(dòng)物的數(shù)量及多樣性,而一些腐食性和植食性類(lèi)群活動(dòng)密度大幅降低甚至消失[22],天然固沙植被區(qū)一些典型的沙丘區(qū)活動(dòng)的擬步甲昆蟲(chóng)種(尖尾東鱉甲和謝氏寬漠王)活動(dòng)密度也隨著沙化程度的增加而增加[9]。此外,研究還發(fā)現(xiàn)生物和物理沙障改變了沙丘微地形對(duì)地表節(jié)肢動(dòng)物分布的影響。流動(dòng)沙丘區(qū)從沙丘底部到頂部地表節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量、物種豐富度及多樣性依次降低,而生物和物理沙障區(qū)的變化趨勢(shì)與之相反,這可能與沙丘表面土壤物理環(huán)境的改變有關(guān)。生物和物理沙障改變沙丘中下部表面土壤物理結(jié)構(gòu),抑制了在流動(dòng)沙丘棲居的尖尾東鱉甲和謝氏寬漠王等甲蟲(chóng)種的活動(dòng),而其它甲蟲(chóng)等節(jié)肢動(dòng)物種的活動(dòng)頻率隨之增加；而沙丘上部受風(fēng)沙影響大,沙障營(yíng)建對(duì)土壤影響相對(duì)較小,這些流動(dòng)沙丘活動(dòng)的甲蟲(chóng)種趨于在沙丘頂部活動(dòng),從而改變了沙丘微地形變化對(duì)甲蟲(chóng)等節(jié)肢動(dòng)物分布的影響[37—38]。不同地表節(jié)肢動(dòng)物種對(duì)沙障恢復(fù)植被的響應(yīng)模式不同,生物和物理沙障顯著提高了東鱉甲屬1種的活動(dòng)密度,而東鱉甲屬1種在沙丘不同部位活動(dòng)密度的差異較??；生物和物理沙障對(duì)謝氏寬漠王、尖尾東鱉甲和白刺收獲蟻的活動(dòng)密度的影響較小,在其沙丘頂部謝氏寬漠王和尖尾東鱉甲的活動(dòng)密度大幅增加,這與流動(dòng)沙丘區(qū)二種甲蟲(chóng)活動(dòng)密度分布規(guī)律不同。沙丘頂部、中部和底部土壤硬度、機(jī)械組成和草本蓋度及組成不同,它強(qiáng)烈影響謝氏寬漠王等昆蟲(chóng)種在流動(dòng)沙丘棲居和繁殖,生物和物理沙障改變了土壤硬度及機(jī)械組成從而導(dǎo)致謝氏寬漠王和尖尾東鱉甲等甲蟲(chóng)種在沙丘頂部活動(dòng)[39]。此外,研究還發(fā)現(xiàn)沙障加快了沙丘固化過(guò)程,從而導(dǎo)致地表節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。沙障區(qū)一些偏好流動(dòng)沙丘生境的謝氏寬漠王和東鱉甲屬甲蟲(chóng)活動(dòng)密度因土壤物理結(jié)構(gòu)(如硬度和機(jī)械組成)的轉(zhuǎn)變而降低并趨于向沙丘頂部活動(dòng),而一些偏好固定和半固定沙丘生境的東鱉甲屬甲蟲(chóng)的活動(dòng)密度則大幅增加,改變地表節(jié)肢動(dòng)物的聚集結(jié)構(gòu)[37—41]。

生物和物理沙障固沙材料不同,它對(duì)土壤水分、理化性質(zhì)和植被有一定影響,沙障會(huì)促進(jìn)植被的恢復(fù)[42],也會(huì)影響地表節(jié)肢動(dòng)物的分布及多樣性[13—14,43]。生物和物理沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物群落的平均相異性為44.2%,東鱉甲屬1種、謝氏寬漠王和尖尾東鱉甲解釋了2種生境地表節(jié)肢動(dòng)物群落差異的34.6%。相比于物理沙障,生物沙障的地形適應(yīng)性更強(qiáng),防護(hù)效益也會(huì)更好[44],生物沙障地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度也顯著高于物理沙障,而生物和物理沙障間地表節(jié)肢動(dòng)物物種豐富度和多樣性相差均較小。生物沙障區(qū)的其它食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度顯著高于物理沙障區(qū),而兩種沙障區(qū)捕食性和植食性節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度及物種豐富度相差較小。腐食性和雜食性節(jié)肢動(dòng)物既受土壤環(huán)境變化影響,也受食物資源數(shù)量和質(zhì)量變化的影響,當(dāng)天然草地轉(zhuǎn)變成人工林和農(nóng)田后,土壤環(huán)境發(fā)生改變,捕食性和植食性類(lèi)群明顯增加,而腐食性和雜食性的比例相對(duì)減少[45],麥草方格組成的生物沙障與物理沙障相比豐富了捕食性、植食性以外其它食性節(jié)肢動(dòng)物的食物資源。生物沙障區(qū)東鱉甲屬1種昆蟲(chóng)活動(dòng)密度顯著高于物理沙障區(qū),生物沙障區(qū)謝氏寬漠王和白刺收獲蟻活動(dòng)密度均高于物理沙障區(qū),這些昆蟲(chóng)種活動(dòng)密度變化可能與食物資源變化有關(guān)。生物和物理沙障區(qū)沙丘不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度變化趨勢(shì)相近,但不同節(jié)肢動(dòng)物種變化略有不同。物理沙障區(qū)沙丘頂部尖尾東鱉甲活動(dòng)密度顯著高于沙丘中下部位,而生物沙障區(qū)沙丘3個(gè)部位尖尾東鱉甲活動(dòng)密度相差較小；生物沙障區(qū)沙丘底部白刺收獲蟻活動(dòng)密度顯著高于沙丘其它部位,而物理沙障區(qū)沙丘3個(gè)部位白刺收獲蟻活動(dòng)密度相差較小。

4 結(jié)論

沙障營(yíng)建會(huì)強(qiáng)烈影響流動(dòng)沙丘地表節(jié)肢動(dòng)物的分布及多樣性,生物和物理沙障區(qū)捕獲的地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度、物種豐富度及多樣性均高于流動(dòng)沙丘區(qū)。生物和物理沙障增加植被蓋度和富集植物碎屑等,通過(guò)資源上行效應(yīng)提升了蜘蛛等捕食性與擬步甲科等腐食性或雜食性等地表節(jié)肢動(dòng)物的活動(dòng)密度及物種多樣性,從而改變了地表節(jié)肢動(dòng)物群落營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。沙障還改變沙丘不同部位地表節(jié)肢動(dòng)物的分布格局,生物和物理沙障區(qū)從坡底到坡頂?shù)乇砉?jié)肢動(dòng)物的活動(dòng)密度、物種豐富度及物種多樣性均呈增加的趨勢(shì),而流動(dòng)沙丘區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物主要分布在沙丘的中下部,謝氏寬漠王、尖尾東鱉甲、東鱉甲和白刺收獲蟻等節(jié)肢動(dòng)物對(duì)沙障及地形部位變化的響應(yīng)模式不同決定了3種生境地表節(jié)肢動(dòng)物聚集結(jié)構(gòu)。此外,研究還發(fā)現(xiàn)兩種沙障間地表節(jié)肢動(dòng)物組成略有不同,生物沙障區(qū)地表節(jié)肢動(dòng)物活動(dòng)密度顯著高于物理沙障區(qū),蜘蛛等捕食性和東鱉甲屬等其它食性節(jié)肢動(dòng)物的活動(dòng)密度在生物沙障區(qū)高于物理沙障區(qū),而植食性節(jié)肢動(dòng)物對(duì)沙障營(yíng)建的短期響應(yīng)不敏感。由此可見(jiàn),地表節(jié)肢動(dòng)物對(duì)沙障營(yíng)建及沙障類(lèi)型的響應(yīng)較敏感,它可以用于反映及評(píng)估沙障對(duì)區(qū)域生物多樣性及其生態(tài)功能的影響。