小兴安岭凉水自然保护区土壤昆虫群落特征及多样性研究

安静超,殷秀琴

(东北师范大学城市与环境科学学院,吉林长春130024)

小兴安岭凉水自然保护区土壤昆虫群落特征及多样性研究

安静超,殷秀琴

(东北师范大学城市与环境科学学院,吉林长春130024)

采用样方调查法对小兴安岭凉水自然保护区的土壤昆虫进行了研究.在10个生境中共获得土壤昆虫60类,隶属1纲11目43科.研究区土壤昆虫优势类群为弹尾目节跳虫科、球角跳虫科、鳞跳虫科和棘跳虫科;常见类群为双翅目成虫、双翅目幼虫、蚁科、隐翅虫科、摇蚊科幼虫、绫跳虫科和鞘翅目幼虫,优势类群和常见类群共11类构成了研究区土壤昆虫的主要组成部分.通过计算发现,赤杨林群落生境具有最高的多样性指数和均匀度指数,人工云冷杉林生境和人工红松林生境的多样性指数和均匀度指数最低.研究区的云冷杉林、云冷杉红松林、阔叶红松林、人工兴安落叶松林、白桦林和赤杨林生境相似性程度最高,而草甸生境和其他的生境相似性最差,其余生境之间相似程度为中等.在水平方向上土壤昆虫多分布在赤杨林、阔叶红松林和兴安落叶松林生境中,而在人工林和草甸生境中分布较少;在垂直方向上土壤昆虫的种类和数量均随着土层深度的增加而减少.

土壤昆虫;群落特征;凉水自然保护区;小兴安岭

昆虫纲是动物界中最大的一个纲,无论是个体数量和种类数量都在生物多样性中占有十分重要的地位[1-2].土壤昆虫是土壤动物的重要组成部分,随着对土壤动物研究的不断深入,土壤昆虫在土壤生态系统中的作用越来越受到重视.由于分类水平低下等限制因素,土壤昆虫是这一领域的研究难点,尚属生态学研究中的薄弱环节,研究深度和广度都十分有限[2-3].本文对小兴安岭凉水自然保护区10个植物群落的土壤昆虫进行了调查,旨在了解各研究区土壤昆虫的群落组成及多样性特征,揭示其特征及分布规律,为进一步研究土壤昆虫在物质转换和能量流动中的作用提供科学依据.

1 研究区概况

凉水自然保护区位于小兴安岭山脉的东南段,达里带岭支脉的东坡,其地理位置为128°47′08″～128°57′19″E,47°06′49″～47°16′10″N.凉水自然保护区属于低山丘陵地带;气候属温带大陆性季风气候,年均气温为-0.3℃,最高气温7.5℃,最低气温-6.6℃.该地区的土壤主要为山地暗棕壤,山麓缓坡及沟谷、河流两岸有草甸土、沼泽土、泥炭土等分布.保护区内有我国仅存的面积较大的原始红松林之一,地带性植被类型为红松阔叶混交林[4].

2 研究方法

2.1 土壤昆虫的取样和分离

本研究共调查了10个生境类型,即兴安落叶松林(1),云冷杉林(2),云冷杉红松林(3),阔叶红松林(4),白桦林(5),人工兴安落叶松林(6),人工云冷杉林(7),人工红松林(8),赤杨林(9)和草甸(10).首先进行植被样方调查,在每个典型的生境中随机选取3个样方,每个样方各取4层,即凋落物层,0～10, 10～20和20～30 cm土层,共取土样240个.大型土壤昆虫取样面积为50 cm×50 cm,在野外通过手捡法获取大型土壤昆虫;中小型土壤昆虫取样面积为10 cm×10 cm,采用Tullgren法分离(分离24 h)中小型土壤昆虫[5].在室内用体视显微镜进行分类鉴定[6-8],一般鉴定到科的水平,采用将幼虫和成虫分开的方法统计数量.

2.2 数据分析

本文采用Shannon-Wiener多样性指数公式计算各生境的多样性:式中:H′为多样性指数;S为所有类群数;Pi为第i类群的个体数的比例.同时求得均匀度指数e和优势度指数C,计算公式分别为:e=H′/lnS和C= ∑(Ni/N)2.式中:Ni为每一个类群动物的个体数;N为某个生境动物的总个体数.采用Sprensen相似性指数来比较生境间的相似性:S=2C/(A+B).式中S为生境a和生境b的相似性指数;C为两个生境共有的类群数;A和B分别为生境a和生境b的类群数.所有的数据应用SPSS13.0软件进行统计分析,用EXCEL2003进行制图.

3 结果与分析

3.1土壤昆虫类群和数量组成

在研究区的10个生境共获土壤昆虫60类,5618只,隶属1纲11目43科.其中节跳虫科(Isotomidae)、球角跳虫科(Hypogastruridae)、鳞跳虫科(Tomoceridae)和棘跳虫科(Onychiuridae)为优势类群,个体数占总个体数的 74.07%;双翅目成虫(Diptera)、双翅目幼虫(Diptera)、蚁科(Formicidae)、隐翅虫科(Staphylinidae)、摇蚊科幼虫(Chironomidae)、绫跳虫科(Entomobryidae)和鞘翅目幼虫(Coleoptera)为常见类群,个体数占总个体数的17.71%.优势类群和常见类群共占土壤昆虫总个体数的91.78%,构成了保护区土壤昆虫的主体.稀有类群49类,个体数仅占总个体数的8.22%,其中有15类昆虫只分布在一个生境中,说明它们分布范围狭窄,对环境的变化极为敏感,可以作为某种生境的指示种(见表1).

表1 凉水自然保护区土壤昆虫密度统计 只/m2

续表1 只/ m2

10个生境中大型土壤昆虫共26类、295只,优势类群为蚁科(Formicidae)和双翅目幼虫(Diptera),两者占大型土壤昆虫总数的 58.98%;常见类群 14类,为鞘翅目幼虫(Coleoptera)、隐翅虫科(Staphylinidae)、步甲科(Carabidae)、鳞翅目幼虫(Lepidoptera)、金龟子科幼虫(Scarabaeidae)、鳞跳虫科(Tomoceridae)、摇蚊科幼虫(Chironomidae)、象甲科(Curculinidae)、隐翅虫科幼虫(Staphylinidae)、瘿蚊科(Cecidomyiidae)、蚜科(Aphididae)、石蛃科(Machilidae)、蝉科(Cicadidae)、鞘翅目成虫(Coleoptera),占36.95%;稀有类群10类,占4.07%.中小型土壤昆虫共54类、5323只,优势类群4类,为节跳虫科(Isotomidae)、球角跳虫科(Hypogastruridae)、鳞跳虫科(Onychiuridae)和棘跳虫科(Tomoceridae),共占中小型土壤昆虫总个体数的78.02%;常见类群5类:双翅目成虫(Diptera)、双翅目幼虫(Diptera)、隐翅虫科(Staphylinidae)、摇蚊科幼虫(Chironomidae)、绫跳虫科(Entomobryidae),占13.62%;稀有类群45类,占8.36%.

3.2 土壤昆虫的多样性、均匀度与优势度分析

所调查10个生境的位置、样地植物群落组成和土壤环境因子等有所不同,因而各生境土壤昆虫群落组成存在差异.通过计算得出了保护区10个生境土壤昆虫的多样性指数、均匀度指数和优势度指数,结果见表2.

赤杨林生境土壤昆虫类群数丰富(30类),其多样性指数和均匀度指数最高,优势度指数较小;人工云冷杉林的类群数最少(19类),多样性指数和均匀度指数最低,而优势度指数最高.这个规律符合生态学规律,即群落内的物种越丰富,其多样性越高,群落内物种分布越均匀,均匀度越大,同时优势度的值越小[9-10].

表2 不同生境的土壤昆虫多样性指数、均匀度指数和优势度指数

3.3 各生境之间的相似性分析

采用Sprensen相似性指数来比较各生境间的相似性,结果见表3.从表3可见,相似性指数为0.2632～0.7805,说明土壤昆虫群落的组成因生境的不同而存在差异,但也存在一定的相似性.

表3 不同生境之间的Sprensen相似性指数

从表3可见,白桦林和人工云冷杉林、人工云冷杉林和人工红松林的相似程度最高,达到了极为相似水平,3个生境共有的优势类群为节跳虫科和鳞跳虫科.这是由于研究区的白桦林是原始林经过采伐后形成的次生林,乔木层中以白桦为主,混生少量红皮云杉,群落结构比较简单,这种群落环境与人工栽种的云冷杉纯林和红松纯林相似,而与天然林有较大的区别.草甸与其他生境(除云冷杉红松林外)的相似程度都低于0.5,一般在0.3左右,属于中等不相似,这是因为草甸与森林相比在植被类型、植物层次和土壤类型上都有很大的差别,因此相似性指数较低.

3.4 土壤昆虫的水平分布

在10个生境中,土壤昆虫类群数最多的是赤杨林生境(30类),最少的是人工兴安落叶松林生境(18类);土壤昆虫的个体数最多的是人工红松林生境(占总捕获数量的16.9%),最少的是草甸生境(占3.72%),见图1.

图1 土壤昆虫的水平分布

大型土壤昆虫与中小型土壤昆虫的水平分布特征存在差异.大型土壤昆虫类群数最多的是兴安落叶松林生境、阔叶红松林生境和赤杨林生境(各11类),最少的是人工冷杉林生境(3类);个体数最多的是草甸生境(占33.9%),最少的是人工冷杉林生境(2.37%).中小型土壤昆虫类群数最多的是赤杨林生境(26类),最少的是人工兴安落叶松林生境和草甸生境(各15类);个体数最多的是人工红松林生境(17.5%),最少的是草甸生境(占2.05%).

土壤昆虫在赤杨林、阔叶红松林和兴安落叶松林生境中分布较多,在人工兴安落叶松林、人工冷杉林、人工红松林和草甸生境中较少.

Wardle认为植被差异能够显著影响地下生物多样性的组成和结构[11],有研究显示土壤动物的分布与植被类型、土壤腐殖质之间有密切的联系[12-14].阔叶红松林是凉水地区的地带性植被类型,植物群落结构复杂,地表的凋落物丰富,土壤腐殖质含量高,为土壤昆虫的生存提供了丰富的食物.草甸群落与森林群落相比,其群落结构简单,植物种类较为贫乏,凋落物层薄,土壤养分含量较低,因此草甸生境的土壤昆虫分布较少.人工林与天然林相比其受到的人为影响较大,并且植物种类单一,凋落物少,土壤昆虫的食物不足,针叶林下的土壤p H值呈较强的酸性,而多数土壤动物适宜在微酸性和近于中性的条件下生存[15-16],因此人工林生境的土壤昆虫类群和个体数较少.

3.5 土壤昆虫的垂直分布

运用一维方差分析[17-18],经差异显著性检验发现,土壤昆虫的个体数和类群数在凋落物层,0～10, 10～20和20～30 cm土层之间存在着显著的差异(个体数:F=9.18,P<0.01,df=39;类群数:F= 17.59,P<0.01,df=39).土壤昆虫的垂直分布具有很强的表聚性,10个生境土壤昆虫垂直分布的基本规律是随着土层深度的增加,类群数和个体数均呈现出递减趋势,并且中小型土壤昆虫个体数的表聚性更为明显(见图2、图3),这与其他学者对土壤动物群落的研究结果相同[19-22].

图2 大型土壤昆虫垂直分布

图3 中小型土壤昆虫垂直分布

4 结论

(1)小兴安岭凉水地区土壤昆虫的优势类群为弹尾目昆虫,包括节跳虫科、球角跳虫科、鳞跳虫科和棘跳虫科.

(2)土壤昆虫多分布在赤杨林、阔叶红松林和兴安落叶松林生境中,在人工兴安落叶松林、人工云冷杉林、人工红松林和草甸生境中分布较少.总的来看森林多于草甸,同一种林型天然林多于人工林.

(3)土壤昆虫的类群数和个体数都随着土壤深度的增加而减少,具有表聚性.中小型土壤昆虫在4个层次均有分布,而某些生境中20～30 cm土层没有大型土壤昆虫.

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(责任编辑:方 林)

Study on characteristic and diversity of soil insects in the Liangshui Natural Reserve of Xiao Xing'an Mountains

AN Jing-chao,YIN Xiu-qin
(College of Urban and Environmental Sciences,Northeast Normal University,Changchun 130024,China)

Characteristics of soil insect communities in 10 habitats were studied in Liangshui Natural Reserve of Xiao Xing'an Mountains.Isotomidae,Hypogastruridae,Tomoceridae and Onychiuridae were dominantgroups,whileDiptera,Formicidae,Staphylinidae,Chironomidae,Entomobryidaeand Coleoptera were frequent groups,occupying 91.78%of groups totally obtained and they were a major part of the soil insect communities.Results showed that the most diversity index and evenness index appeared in alder grove;in contrast,the least diversity index and evenness index appeared in manmade Pinus kaiensisforest and fir forest.In the horizontal direction,more soil insects were inhabited in alder grove,broad-leavedPinus kaiensisforest andL arix gmeliniforest;While less were inhabited in manmade forest and meadow.In the vertical direction,both groups and individuals of soil insects were decreasing with the depth of soil layers increasing and individuals of soil insects gathering the soil surface were more obvious than groups.

soil insects;characteristics of communities;Liangshui Natural Reserve;Xiao Xing'an Mountains

S 154.5;S 154.1[学科代码]210·5030

A

1000-1832(2010)03-0139-06

2010-01-23

国家自然科学基金资助项目(40871120)

安静超(1985—),男,硕士研究生;通讯作者:殷秀琴(1951—),女,教授,博士研究生导师,主要从事土壤动物生态学和生物地理学研究.