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宁夏白芨滩不同生境土壤动物多样性及其与环境因子的相关性

来源:爱go旅游网
浙江大学学报(农业与生命科学版)41(4):428~438,2015 Journal of Zhejiang University(Agric.&Life Sci.、 http://www.journals.zju.edu.cn/agr E—mail:zdxbnsb@zju.edu.cn DOI:10.3785/j.issn.1008—9209.2015.01.286 宁夏白芨滩不同生境土壤动物多样性及其与环境因子的相关性 张娇 ,李岳诚 ,张大治 (1.宁夏大学生命科学学院,银川750021;2.宁夏大学农学院,银川750021) 摘要 以宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区为研究区,选择荒漠草原区、人工固沙林地和流动一半流动沙地3类 生境7个样地,利用Tullgren干漏斗法和手拣法采集土壤动物,研究土壤动物多样性及其与环境因子的相关性. 结果共获得2门3纲8目18科土壤动物,跗线螨科、步甲科和叶蝉科为3类生境下土壤动物群落的优势类群.荒 漠草原区土壤动物物种丰富度指数、均匀度指数和多样性指数显著高于人工固沙林地和流动一半流动沙地(P< 0.05),人工固沙林地均匀度指数和多样性指数最低,而优势度指数显著高于荒漠草原区和流动一半流动沙地 (P<0.05);在不同生境下土壤动物垂直分布随土层深度的增加而降低,在0~5 cm土层各指数均达到最高值, 表聚性较为明显;在不同生境下相同深度土层中的土壤动物丰富度指数和多样性指数均表现为荒漠草原区>人 工固沙林地>流动一半流动沙地,说明伴随着生境异质性的增加,土壤动物多样性趋于复杂;冗余分析显示土壤动 物多样性对土壤含水量、有机碳、全氮、全磷和植物多样性反应较为敏感;偏相关分析表明,影响表层土壤动物多 样性的主要因子是土壤温度、含水量、有机碳、全氮和植物多样性指数,影响深层土壤动物多样性的主要因子是土 壤含水量. 关键词 荒漠生境;土壤动物;物种多样性;环境因子;宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区 中图分类号Q 969.48 文献标志码A Species diversity of soil animals at different desert habitats in Baij itan region of Ningxia and its relationship with environmental factors.Journal of Zhejiang University(Agric.&Life Sci.),2015,41(4): 428—438 Zhang Jiao ,Li Yuecheng。,Zhang Dazhi (1.School of Life Science,Ningxia University,Yinchuan 750021 China 2.School of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,China) Summary Soil animals play an important role in terrestrial ecosystemsIt can not only indicate the subtle .variation of habitats,but also reflect the trend of ecological communities.Diversity of soil animals is an important part of biodiversity study of soil.In recent years,desert habitat diversity in Baij itan National Nature Reserve of Lingwu in Ningxia has formed along with the development of control engineering.However,there is lack of the information on the diversity and distribution patterns of soil animals,the correlation between distribution patterns of soil animals and process of habitat change. Knowledge of the temporal variability of soil animal populations and species is crucial to understand the soil 基金项目:国家自然科学基金(3l160435). 通信作者(Corresponding author):张大治(http://orcid.org/0000—0002—8350—6183),E—mail:zdz313@nxu.edu.cn 第一作者联系方式:张娇(http://orcid.org/0000 0001—9188—2798),E—mail:zhan a0nature@163.corn 收稿日期(Received):2015一O1—28;接受日期(Accepted):2015—05—04;网络出版日期(Published online):2015—07—07 URI :http://www.cnki.net/kcms/detail/33.1247.S.20150707.1715.001.html 第4期 张娇,等:宁夏白芨滩不同生境土壤动物多样性及其与环境因子的相关性 429 community dynamics.The main purposes of this study were to elucidate 1)the characteristics and differences of soil animal diversity at different habitats,and 2)the ecological factors affecting the distribution pattern and diversity of soil animals.These studies will have important significance on monitoring and conservation of biological diversity. To understand diversity features of soil faunal community in desert landscape,seven sample plots with the habitat types of desert steppe(DS),artificial sand—fixation land(AS)and shifting and semi—shifting dune land (SL)were selected as study sites.The area of each plot is about 600 m (6 m×100 m).The segregate efficiency of soil animals among the 0—5,5—10,10—15 to 15—20 cm layer in different plots was studied using Tullgren and Baermann methods in August,2013.Plant diversity was surveyed by quadrat method.Soil temperature,nutrients and physico—chemica1 factors were measured. By preliminary identification,there were 260 specimens of soil animals,which belonged to 2 phyla,3 classes, 8 orders and 1 8 families.Tarsonemidae,Carabidae and Cicadellidae were the dominant groups.Density index and species richness index of DS were significantly higher than AS and SL(P<O.05).Shannon—Wiener diversity index of DS were significantly higher than AS(P<O.05).Simpson dominance index of SL was significantly higher than DS(尸<O.05).Soil animals were principally assembled on surface layer.The vertical distribution of soil animals decreased with increasing soil depth.The surface aggregation of soil animals in SL was more obvious than that of the AS and DS.The density of soil animals,Simpson dominance index,species richness index and Shannon— Wiener diversity index were highest on 0—5 em soil layer in DS,SL and AL.Compared with the same soil layer, richness and Shannon-Wiener diversity indices showed DS>AS>SL,which turned out that in succession of SL to DS,the density and the number of soil animals increased.Redundancy analysis showed that soil water content, organic carbon,total nitrogen,total phosphorus,and plant diversity index were sensitive to the diversity of soil animals.Partial correlation analysis showed that the main factors affecting the soil animai diversity of surface soil layer were soil temperature,soil water content,organic carbon,total nitrogen and plant diversity index,and the factors affecting the diversity of animal of deep soil layer was soil water content. It is concluded that soil animals in desert habitats are principally assembled on surface layer.Diversity of soil animals is obviously affected by habitat heterogeneity,which tend to be more complicated with higher habitat heterogeneity and lower desertifieation degree of soil.Soil water content,organic carbon and plant diversity index are the main ecological factors affecting the diversity of desert soil animals. Key words desert habitat;soil animal;species diversity;environmental factor;Baijitan National Nature Reserve of Lingwu in Ningxia 土壤动物是土壤生态系统中不可缺少的组成部 分,其多样性是生态系统稳定的重要基础口 ].大部 分土壤动物是土壤有机物质或动植物残体的分解 者,对保持土壤肥力和生态系统的物质循环具有重 要意义[2 ].同时,土壤动物在自然界中占据了多样 aciphylla)、沙冬青(Ammopiptanthus rnonglicus) 等荒漠沙生植物为主要保护对象的荒漠类型自 然保护区,在我国荒漠类型生境中具有独特景 观[7-8].近年来,伴随着人工沙漠治理工程的开 展,保护区内植物呈点、片、带状分布,形成了具 有荒漠草原区、人工固沙林区、流动一半流动沙地 等不同生境类型及景观格局_7 ].目前,该区域不 性更高、空间尺度更广的生境,具有广谱的生物地理 学和生态学探针功能[4 ],对于生境变化高度敏感, 可以用来描述生境的精细特征及指示生境的细微变 化,也可作为较大尺度生态系统的指示性生物来监 测环境及群落的变化趋势,在各类生态系统生物多 样性监测和保护方面具有重要的积极意义u, .在 荒漠生态系统中土地沙化过程、植物演变格局等诸 多因素可影响土壤动物多样性E1-4,63. 宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区是以柠条 (Caragana korshinskii)、猫头刺(Oxytropis 同生境下植被变化与土壤动物多样性、荒漠生境 变化过程与土壤动物多样性等尚缺乏基础性资 料.本研究主要探讨不同荒漠生境土壤动物物种 组成的特点、植物多样性与土壤动物多样性的关 系、土壤动物垂直分布特征、土壤动物多样性对 环境因子的生态响应等,旨在揭示人工荒漠治理 过程中生境的变化规律与土壤动物多样性之间 的关系,为保护区生物多样性信息库提供数据支 浙江大学学报(农业与生命科学版) 第4 1卷 持,同时为开展保护区生态恢复与生态建设、荒 漠生态系统健康评价等提供理论依据. 1 材料与方法 1.1研究地点及样地设置 研究地点位于宁夏灵武白芨滩国家级自然保护 区的中北部,地理坐标为38。06 一38。O7 N,106。 37 一106。38 E,海拔1 100~1 400 m.该地区气候 干燥,冬季干旱、多大风,年降水量200~250 mm, 年蒸发量2 500 ̄2 900 mm,昼夜温差较大,年平均 温度8.6 oC.本研究选择荒漠草原区、人工固沙林 地、流动一半流动沙地等3类生境共7个样地,每个 样地面积约为600 m (6 m×i00 m).1)荒漠草原区 (desert steppe,DS)选择2个样地,分别为DS1样 地:38。18 53”N,106。24 24”E,海拔1 168 m,植物 主要有红砂(Reaumuria songarica)、短花针茅 (Stipa breviflora)、猫头刺等;DS2样地:38。14 55 N,106。21 55 E,海拔1 185 m,植物主要有红砂、铁 杆蒿(Artemisia vestita)、鹅绒藤(Cynanchum chinense)等.2)人工固沙林地(artificial sand— fixation land,AS)选择3个样地,分别为AS 样地: 38。05 37”N,106。23 08 E,海拔1 178 m,植物以柠 条、黑沙蒿(Artemisia ordosica)为主,伴生沙米 (Agriophyllum squarrosum)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、刺沙蓬(Salsola ruthenica)等;AS2样 地:38。05 12”N,106。3O 10”E,海拔1 268 m,植物 以杨柴(Hedysarum mongolicum)、花棒 (Hedysarum scoparium)为主,伴生黑沙蒿和刺沙 蓬等;AS。样地:38。05 24 N,106。28 39 E,海拔 1 248 m,植物以柠条、甘草(Glycyrrhiza uralensis) 为主,伴生猪毛蒿、短花针茅等.3)流动一半流动沙地 (shifting and semi—shifting dune land,SL)选择2 个样地,分别为SI 样地:38。O5 24”N,106。28 39” E,海拔l 248 m,植物以黑沙蒿为主,伴生狗尾草 (Setaria viridis)、苦豆子(Sophora alopecuroides) 等;SL2样地:38。04 45 N,106。32 29”E,海拔1 353 m,植物以黑沙蒿为主,伴生沙芦草(Agropyron mongolicum)等. 1.2野外取样方法 2013年8月,在供试的7个样地中,每个样地 布设3条样带,每条样带设置5个1 m×1 m的小样 方(每个样地完成样方15个),调查植物种类、植被 盖度、多度和高度,并计算其物种重要值;土壤动物 调查为在每条样带选取1个小样方,大型土壤动物 直接采用手捡法,中小型土壤动物的取样面积为1O cm×10 cm,采用环刀土(体积为100 cm。)按0~5、 5~10、1O~15和15~20 cm 4层取样,共取样84 个;同时,在每个样地内取0~5、5~10、1O~15和 15~20 cm土样各2份带回实验室测定土壤养分和 理化因子,在相对应土层取环刀土测定土壤体积质 量,共调查2次. 1.3室内分析方法 每个样方内的中小型土壤动物采用Tullgren 干漏斗法在室内分离提取,在实体显微镜(40×, Olympus SZX16,日本)下参考《中国土壤动物检索 图鉴》lg]、《昆虫分类学》l1o]等资料进行土壤动物分 类和统计工作(鉴定到科水平);因土壤动物成虫和 幼虫的生活习性差异较大,所以将成虫和幼虫分别 进行统计,在计算动物多样性时将其合并.土壤温度 利用便携式地温计(IQ150,美国)野外直接测定;土 壤含水量采用烘干称量法(105℃,24 h)测定;土壤 体积质量采用环刀法测定;土壤pH值采用电位电 极法测定;土壤电导率(soil electrical conductivity, EC)(5:1水土体积比浸提液)采用P4多功能测定 仪(WTM公司,德国)测定;土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)用重铬酸钾氧化法测定;土壤 全氮(total nitrogen,TN)采用凯氏定氮法(意大利 产DK6,UDK140分析仪)测定;全磷(total phosphorus,TP)采用NaOH碱溶一钼锑抗比色法 (上海EU2200,420 nm)[HI测定. 1.4数据统计处理 土壤动物多样性选用Margalef物种丰富度指 数、Shannon—Wiener多样性指数、Simpson优势度 指数和Pielou均匀度指数L1 胡分析. Margalef物种丰富度指数( ): dM 一(S一1)/lnN; Shannon—Wiener多样性指数(H): H一一∑(P lnP ); Simpson优势度指数(D):D一1一∑(P )。; Pielou均匀度指数(J):.,一S/lnS. 式中:S为类群数;N为所有物种的个体数之和;P 为第i类土壤动物个体数目所占群落总个体数目的 百分比. 土壤动物的多度以个体数占总捕获量的10 以上为优势类群,1 ~1O 为常见类群,小于1 为稀有类群, 所有数据用Excel 2003进行统计,用SPSS 第4期 张娇,等:宁夏白芨滩不同生境土壤动物多样性及其与环境因子的相关性 18.0进行单因素方差分析(ODe—way ANOVA),通 过最小显著性差异法进行多重比较,检验在3种生 2 结果与分析 境下土壤动物和地上植物多样性指标的差异显著性 (置信区间设置为95 );将所有原始数据进行对数 2.1不同生境下土壤动物调查统计 转换;变量的显著性经过蒙特卡洛(Monte—Carlo)检 本次实验获得各类土壤动物260头,隶属2门 验(499次),用Canoco 4.5软件对土壤动物多样性 3纲8目18科,其中线形动物门1目1科,节肢动 与环境因子进行冗余分析(redundancy analysis, 物门7目17科(表1).从总体来看,宁夏灵武白芨 RDA);为排除各环境因子内部之间的影响,采用偏 滩国家级自然保护区内的土壤动物个体数量较少, 相关分析检验各环境因子的独立性与土壤动物多样 种类组成较为单一.荒漠草原区共有14个类群94 性的相关性. 头,人工固沙林地共有12个类群138头,流动一半流 表1不同生境土壤动物组成 Table 1 Composition of soil animals at different habitats DS:荒漠草原区;AS:人工固沙林地;SL:流动一半流动沙地 DS:Desert steppe;AS:Artificial sand—fixation land;SL: 浙江太学学报(农业与生命科学版) 第4 1卷 动沙地共有7个类群28头,但是在不同生境下土壤 动物群落组成明显不同,以荒漠草原区类群最多,人 工固沙林地次之,流动一半流动沙地最低.土壤动物 群落的优势类群在荒漠草原区为跗线螨科、叶蝉科、 隐翅虫科和步甲科,在人工固沙林地为跗线螨科和 叶蝉科,在流动一半流动沙地为跗线螨科、步甲科和 叶蝉科.由此可见,跗线螨科、步甲科和叶蝉科构成 了3类生境下土壤动物群落的基本成分,共占到总 数的63.8 . 2.2不同生境土壤动物群落多样性 2.2.1 不同生境下土壤动物多样性指数 在不 不同生境下0~5、5~10、10~15和15~20 em土层 土壤动物数量百分比见图2.从中可以看出:在垂直 剖面上土壤动物数量百分比成层分布明显,随着土 层深度的增加而降低,表层土壤动物数量百分比显 著高于下层(P<0.05);3类生境土壤动物垂直分布 主要集中在0~5 em土层,呈现出明显的表聚性.荒 漠草原区(DS)、人工固沙林地(AS)和流动一半流动 沙地(SI )在0~5 cm土层的动物数量百分比分别 为28.7 、40.6 和53.6 ,15~20 cm土层所占 比例最低,分别为13.8 、2.2 和3.7 . 2.2.3 不同生境下土壤动物垂直分布群落多样性 同生境下土壤动物多样性存在明显的差异(图1). 各生境下土壤动物密度和Shannon—Wiener多样性 在不同生境下垂直方向不同土层土壤动物的群落多 样性见图3.从中可以看出:荒漠草原区(DS)、流动一 半流动沙地(SL)和人工固沙林地(AS)土壤动物密 指数由高到低依次为荒漠草原区(DS)>流动一半流 动沙地(SL)>人工固沙林地(AS);丰富度指数表 度、物种丰富度指数、Shannon—Wiener多样性指数 及Simpson优势度指数均随土层深度的增加而降 现为荒漠草原区(DS)>人工固沙林地(AS)> 流动一半流动沙地(SI ),差异有统计学意义(P< 低,在0~5 em表土层各指数均达到最高,“表聚性” 。puls∞ 至 繇导丰 恤件 0.05);Simpson优势度指数表现为流动一半流动沙 地(SL)>人工固沙林地(AS)>荒漠草原区(DS), 较为明显.表层以下相同土层相比,土壤动物物种丰 富度指数、Shannon—Wiener多样性指数及Simpson 其中,流动一半流动沙地(SL)显著高于荒漠草原区 (DS)(P<O.05),但其与人工固沙林地(AS)之间差 优势度指数均呈降低趋势.土壤动物密度在5~10 cm土层表现为流动一半流动沙地(SL)>荒漠草原 区(DS)>人工固沙林地(AS),但在10 cm以下土 层则表现为荒漠草原区(DS)动物密度高于其他2类 异无统计学意义(P>0.05). 2.2.2 不同生境下土壤动物垂直分布特点 在 一350 芝300 .宴250 200 嚣150 盆㈣ 稍5O 0 SL 0.0 DS AS SL DS AS SL 生境Habitats 生境Habitats DS:荒漠草原区;AS:人工固沙林地;SI :流动一半流动沙地.短栅上的不同小写字母表示在P%0.05水平差异有统计学意义. DS:Desert steppe;AS:Artificial sand—fixation land;SI :Shifting and semi—shifting dune land.Different lowercase letters above bars ndicate statistically significant difference at the 0.05 probability leve1. 图1 不同生境下土壤动物多样性指数 Fig 1 Diversity indices of soil animals at different habitats 第4期 张娇,等:宁夏白芨滩不同生境土壤动物多样性及其与环境因子的相关性 433 量u≥ld0pll0∽ =}= 加 羞衄 +T 蒋 0 /s矗奇一一l0∞lu3J 口lIlS 暑lI Al勺 三0 日鲁0。J m 铝 ∞ 0 AS 生境Habitats g。 pI10∽ 圣f 暑吾 0 DS:荒漠草原区;AS:人工固沙林地;SI :流动一半流动沙地.短栅上的不同小写字母表示在P<0 05水平差异有统计学意义 DS:Desert steppe;AS:Artificial sand—fixation land:SI :Shifting and semi—shifting dune land.Different lowercase letters above bars indicate statistically significant difference at the 0 05 probability level 图2不同生境下土壤动物垂直分布 Fig.2 Vertical distribution of soil animals at different habitats 密度Density/(ind./m 1 0 5 10 l520253O3540455O 556O65 0 ̄5 丰富度指数Richness index 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 5~l0 l(卜1 5 15~20 Simpson优势度指数 Simpson dominance index 0 25 O_3OO_35O4O0.450.500.550.6O 昌 耋 1 l } 1芸 —△广AS DS:荒漠草原区;AS:人工固沙林地;SI :流动一半流动沙地. DS:Desert steppe;AS:Artificial sand fixation land:SL:Shifting and semi shifting dune land 图3不同生境下土壤动物垂直方向多样性 Fig.3 Diversity of soil animals of vertical direction at different habitats 生境,土壤动物丰富度指数和Shannon-Wiener多样 性指数基本表现为荒漠草原区(DS)>人工固沙林地 (AS)>流动一半流动沙地(SI ).Simpson优势度指数 在5~15 cm土层基本表现为人工固沙林地(AS)> 荒漠草原区(DS)>流动一半流动沙地(SL),15 cm 以下则差异不明显.表层与15~20 em土层相比较, 荒漠草原区(DS)、流动一半流动沙地(SL)和人工固 沙林地(AS)土壤动物密度分别高出18.8%、33.3 浙江大学学报(农业与生命科学版) 第4 1卷 和31.0 9/6,物种丰富度指数分别高出45.1 、30.2 和3O.4 ,Shannon—Wiener多样性指数分别高出 28.9 、36.5 和12.8%,Simpson优势度指数分别 高出1O.8 、28.4 和22.9 . 2.3土壤动物多样性与各生态因子之间的相关性 2.3.1 不同生境植物多样性指数 生物多样性 (SI ),且DS与AS和SI 问差异有统计学意义 (P<0.05);荒漠草原区(DS)与人工同沙林地 (AS)、流动一半流动沙地(SI )的Shannon—Wiener多 样性指数问差异有统计学意义(P<0.05);人工固 沙林地(AS)与其他2类生境的均匀度指数间差异 、有统计学意义(P<0.05);Simpson优势度指数大 2 2 1 O O 一茸一臀3A弓』。 一参.薯t)EI磊£∞ O 5 O 5 O 妻} 矗IIQ一≥.u。量Bu∽ 是群落结构和功能复杂性的度量和结构特征的定量 指标,表征着生态系统群落的结构复杂性.从图4中 可以看出:在不同生境下植物多样性指数存在明显 的差异,其中植物丰富度指数大小依次为荒漠草原 区(DS)>人工固沙林地(AS)>流动一半流动沙地 6 4 2 O 8 6 4 2 O 小依次表现为人工固沙林地(AS)>流动一半流动沙 地(SI )>荒漠草原区(DS),且人T同沙林地(AS) 5 与荒漠草原区(Ds)、流动一半流动沙地(SI )问差异 有统计学意义(P<0.05),而后两者间差异无统计 学意义(P>0.05). 1.O 羹壹 惑甚 恤点 童 越嚣 善 *壶 DS AS SL 霉量 O O DS AS SL 警善g  .詈∽ § A ∽ DS AS SL 生境Habitats 生境Habitats DS:荒漠草原区;AS:人工固沙林地;SI :流动一半流动沙地.短栅巴的不同小写字母表示在P<0.05水平差异有统汁学意义. DS:Desert steppe;AS:Artificial sand—fixation land:SI :Shifting and semi—shifting dune land Different lowercase letters above bars indicate statistically significant difference at the 0.05 probability leve1. 图4不同生境下植物多样性指数 Fig.4 Plant diversity indices at different habitatS 2.3.2土壤动物多样性与环境因子的偏相关分析 示土壤动物多样性与环境之间的相互关系,将不同 生境下土壤动物作为物种和10项土壤因子作为环 将各环境因子与土壤动物多样性分别进行偏相关分 析,结果(表2)表明:影响0~5 cm土层土壤动物多 样性的主要因子是土壤温度、含水量、有机碳、全氮 境因子进行冗余分析.结果(表3)显示:前2个排序 轴特征值分别为0.581和0.226,第一排序轴可反 映不同生境下土壤因子的梯度变化特征,土壤动物 与环境因子2个排序轴的相关性均为1.000,前2 个排序轴特征值占总特征值的96.40 ;蒙特卡罗 检验表明环境因子对土壤动物的影响达到显著水平 (第一排序轴P一0.004,F=2.56;第二排序轴P一 和植物多样性指数;影响5~lO cm土层土壤动物多 样性的主要因子是土壤有机碳和全氮;影响10~15 cm土层土壤动物多样性的主要因子是土壤含水量 和有机碳;影响15~20 em土层土壤动物多样性的 主要因子是土壤含水量. 2.3.3 土壤动物与环境因子的冗余分析 为了 0.003,F一3.14),能够很好地解释环境因子对土壤 尽可能多地把土壤因子指标结合在一起,更好地揭 动物的影响.冗余分析排序图(图5)显示:土壤动物 第4期 张娇,等:宁夏白芨滩不同生境土壤动物多样性及其与环境因子的相关性 435 度sOiI t ture/℃ -O.536 0.003* 0.427 0.004* O.220 0.074 O.197 0.123 土壤体积质量s。il bulkd0.078 O.154 0.11 7 O.245 O.089 ensity/(g/cm。 0.054 O.082 O.158 土壤含水量 Soi1 water content/ 0 498 0.004 O.399 0.O32 O 539 0.005 O.612 0 002 pH 0.416 0 036 0.443 0.OO5 O.398 0.033 0.314 O.O67 土壤电导率 Soi1 electrical conductivity/ O.425 0.O23 0.187 0.103 —0.124 0 101 —0.054 0 325 (gS/cm) 土壤有机碳 Soil organic carbon/(g/kg) 0.621 0.000 0.578 0.004 0.6l2 0.000 0.257 0.095 s 傀 0.599 0.001"*0.552 0.002**0.401 0.002" 0.324 土壤全磷 123 0 107 0.139 0.072 0.305 0.278 0 1 54 Soil total phosphorus/(g/kg) 植被盖度 395 0.036 0 21 7 0.088 0.113 0.084 —0.056 0.274 Vegetation coverage 植物多样性指数 0.219 0 073 Plant diversity index 488 O 003 *和**分别表示在0 05和0.0l水平相关性显著和极显著(双尾检验). Single asterisk(*)and double asterisks(**)indicate significant and highly significant correlations at the 0.05 and 0.0 1 levels respectively(tWO—tailed test) 表3冗余分析排序结果 Table 3 Ordination summary by redundancy analysis *和**分别表示在0 05和0.O1水平相关性显著和极显著(双尾检验). Single asterisk(*)and double asterisks(**)indicate significant and highly significant correlations at the 0.05 and 0.01 levels respectively(tWO—tailed test) 浙江大学学报(农业与生命科学版) 第4 1卷 动物多样性指数逐渐减小 3 讨论 在群落研究中,物种多样性指数是代表群落水 平及其功能特性的综合指标 .土壤沙化导致土壤 环境和植被退化,土壤中的微生物和动物数量下降, 鋈 三 植被发生逆向演替,群落优势种不断更替,最终形成 耐风沙的植物群聚E14-1 6 ̄.宁夏灵武白芨滩国家级自 N 舌 RDA1 95 40% B1):土壤体积质量;ST:土壤温度;SW:土壤含水量;EC:电 导率;SOC:土壤有机碳;TN:土壤全氮;TP:土壤全磷;D:植被盖 度;H:植物多样性指数 a:步甲科;b:隐翅虫幼虫;C:隐翅虫成虫;d:拟步甲科;e:锹 甲科;f:叩甲科;g:瓢甲科;h:金龟科幼虫;i:蚁形甲科;j:叶蝉科 成虫;k:叶蝉科幼虫;l:自‘蝽科;m: 蝽科;n:蝇科;o:蚱科;P:丝 角蝗科;q:圆跳科;r:跗线螨科 毛圆科;t:鼠妇虫科. BI):Soil bulk density:S F:Soil temperature:SW:Soil water content:EC:Soil electrical conductivity;S()C:Soil organic carbon: FN:Soil total nitrogen;TP:Soil total phosphorus;I):Vegetation coverage;H:Shannon—Wiener index a:Carabidae;b:Staphylinidae larva;C:Staphylinidae imago;d: Teneb rionldae; c: I ucanidae; f: Elateridae; g:Coccinellidae;h: Scarabaeidae larva; i: Anthicidae; j:Cicadellidae imago;k:Cicadellidae larva;1:I.ygaeidae; 111:Mi ridae;n:Mu-;cidae;0:Wetrigoidea;P:Oedipodidae; ‘l:Sminthuridae; r:Tarsonemidae; S: TrichostrongyIidae; t:Porcellionidae 图5土壤动物与环境因子的冗余分析排序图 Fig.5 Ordination diagram of soil animals and environmental factors by redundancy analysis 多样性与土壤含水量、有机碳、全氮、全磷和植物多 样性呈极显著负相关关系(P<0.01),与土壤温度 和pH值呈极显著正相关关系(P<0.01).沿冗余 分析第一排序轴,随着土壤含水量、有机碳、全氮、全 磷和植物多样性的降低,土壤动物多样性指数增加; 沿第二排序轴,随着土壤温度和pH值的降低,土壤 然保护区不同生境的土壤环境不同,由于人工沙化 治理,从流动一半流动沙地到荒漠草原区过渡过程 中,沙生植物发生显著变化,植物的丰富度指数、均 匀度指数和多样性指数逐渐增大,人lT同沙区以灌 木、半灌木为主,导致优势度指数较大,均匀度和丰 富度指数较小.本研究发现,不同生境问土壤动物群 落多样性指数存在显著差异,且与地上植物多样性 指数相对应,说明由荒漠草原到流动一半流动沙地是 植物和土壤动物多样性降低的过程;人工固沙林地 和流动半流动沙地代表沙地环境演变的2个典型 时期,在人工固沙林地向流动一半流动沙地演变过程 中,土壤动物群落多样性发生了明显变化,人T同沙 林地为灌木、半灌木覆盖,表现出较强的植物优势 性,导致土壤动物群落有较大变化,多样性降低,类 群数、动物密度减小,系统结构趋于简单 ”一 .从荒 漠草原区到流动沙地,土壤动物密度降低、类群数增 加,说明流动一半流动沙地对土壤动物群落产生了一 定的负效应,土壤动物表现}十1较强的适应性【 ' ' ‘; 但是土壤动物的优势类群在各类沙生环境中的基本 组成是相同的. 土壤动物群落垂直结构受各种环境因素的影响 旱不均衡分布,数目的变化与其生存环境和食物来 源密切相关 。。 .本研究在3类生境中土壤动物成 层分布变化规律一致,土壤动物垂直分布的密度、丰 富度指数、多样性指数及优势度指数均随土层深度 增加而增加,底层最低,表层(0~5 cm)最高,表聚性 明显.究其原因是荒漠环境为表层土壤动物提供了 良好的栖息地,地表的枯落物造成了土壤动物数目 的增加,而深层土壤养分含量较低,且有机质含量相 对较低,因此所占比例最小.此外,土壤动物数目的 增加为更多的功能群出现提供了可能性,并且增强 了土壤动物食物网结构的复杂性;由于土壤动物个 体较小、移动能力较弱,具有耐干旱、耐高温的适应 特性El 6, .在本研究中荒漠草原区地表草本植物 丰富,为土壤动物提供了充足的食物来源和适宜的 第4期 张娇,等:宁夏白芨滩不同生境土壤动物多样性及其与环境因子的相关性 土壤生境,使土壤动物类群数增加和个体分布更均 匀,土壤动物多样性和均匀度指数较高,而流动一半 流动沙地较贫瘠的基质条件导致了土壤动物多样性 较低,这与相关研究结果类似_1。'”驯. 土壤动物多样性受外界环境的影响较大,环境 因子的变化是引起土壤动物分布差异的主要原 因E1 5,2o3.冗余分析是一种直接梯度分析方法,能独 立保持各个变量对环境的贡献率,在不同的变量组 合下仍可进行单个变量的统计学特征描述,其最大 的优势在于能独立保持环境因子对土壤动物群落变 化的贡献率_2 。 ,不仅维持了良好的生境景观,而 且对其覆盖下的土壤动物也表现出明显的反馈作 用u '” .各环境因子的重要性及显著性水平表明 并不是每个土壤因子对植物群落都有显著影响.本 研究显示土壤动物多样性对土壤含水量、有机碳、全 氮、全磷和植物多样性反应较为敏感,在某种程度上 反映了其对不同生境的指示作用,能够表征土壤动 物的敏感性,但不同类型土壤动物与生态因子之间 的内在联系还需要深入研究,进而揭示影响土壤动 物群落结构及其分布的根本原因.此外,本研究利用 冗余分析手段初步探讨了在不同生境下环境因子与 土壤动物多样性之间的关系,但研究区域仅仅是小 尺度范围,在大尺度下环境因子与土壤动物的关系 有待于进一步探讨. 4 结论 以宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区为研究 区,选择荒漠草原区、人工固沙林地和流动一半流动 沙地3类生境7个样地,利用Tullgren干漏斗法和 手拣法采集土壤动物,研究了土壤动物多样性及其 与环境因子的相关性.结果如下: 1)宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区荒漠沙生 生境土壤动物种类组成较为单一,跗线螨科、步甲科 和叶蝉科是优势类群. 2)不同生境土壤动物成层分布差异显著,呈现 出明显的表聚性,群落多样性指数随着土壤深度的 增加而降低. 3)影响0~5 cm土层土壤动物多样性的主要因 子是土壤温度、含水量、有机碳、全氮和植物多样性 指数;影响5~10 cm土层土壤动物多样性的主要因 子是土壤有机碳和全氮;影响10~l5 CITI土层土壤 动物多样性的主要因子是土壤含水量和有机碳;影 响15~2O CITI土层土壤动物多样性的主要因子是土 壤含水量 参考文献(References): [1] Wu T,Ayres E,Bardgett R【),et al Molecular study of worldwide distribution and diversity of soil animals. 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