N沉降下弹尾虫垂直分布动态研究

兰晓萍，邵红涛，刘丽萍，张 涛，孙 元,*

(黑龙江大学 a.农业资源与环境学院；b.生命科学学院，哈尔滨 150080)

N沉降下弹尾虫垂直分布动态研究

兰晓萍a，邵红涛a，刘丽萍b，张 涛a，孙 元a,*

(黑龙江大学 a.农业资源与环境学院；b.生命科学学院，哈尔滨 150080)

弹尾虫；氮沉降；垂直分布；森林生态系统

0 引 言

弹尾虫(Collembola)分布广泛，是土壤中的优势物种，与线虫、螨虫共称为土壤动物3大类群[1]。弹尾虫个体虽小，却对环境变化敏感，可作为土壤健康、土壤污染和生态恢复等方面的指示生物[2-3]。它们在土壤中具有特殊地位和功能，在生态系统中的能量流动、物质循环以及土壤形成与熟化中均起重要的作用，因此可作为土壤质量评估的特征指标[4-6]。

森林是陆地生态系统的主体，同时也是世界生物多样性的分布中心。人为活动导致的氮沉降增加正在影响森林生态系统的生物多样性、群落结构乃至生态系统的功能。特别是在工业发达的欧洲和美洲，高氮沉降已经严重威胁到了森林生态系统的生物多样性[7-8]。

弹尾虫的群落结构与生态环境是相互适应选择的，环境一定时，弹尾虫的群落结构也通常不变。环境改变其群落结构也会随之变化。类群数、个体密度、多样性指数以及群落丰富度和均匀度是评价土壤弹尾虫群落结构变化的量化指标，在一定程度上反应群落环境质量状况[5]。小兴安岭地区地处寒温带，是我国最重要林区之一，但目前有关该地区土壤动物学方面的研究报道很少。小兴安岭森林生态系统弹尾虫的区系组成、生态分布特征及季节变化等，都对该地区弹尾虫特点及其生态地理规律，探讨土壤动物在生态系统中的作用具有重要意义，同时也能为进一步展开寒温带地区土壤动物学方面的研究提供基础资料[9-11]。本研究对模拟氮沉降下对小兴安岭森林生态系统定位研究站弹尾虫垂直分布进行调查，揭示该地区弹尾虫数量及类群特征，为了解森林生态类型中弹尾虫多样性提供相关资料。

1 自然概况

采样点选取小兴安岭森林生态系统定位研究站，该站位于伊春市五营区，属黑龙江省东北部小兴安岭南坡北段，地处北半球气候变化敏感区域，地理坐标为E128 °58＇～E129°15＇，N 48 °02＇～N48°12＇，海拔高度280～683 m，为坡状的低山丘陵地段和宽广谷地，坡度10°～25°，年平均温度-0.5 ℃，无霜期120 d左右，年降水量为650 mm，区内水系成树枝状。

地带性植被为温带针阔叶混交林，生物地理属于中国东北区长白植物区系小兴安岭亚区，地带性土壤类型为暗棕壤，土壤pH值为5.6，有机质含量为407.501±66.512 g/kg，速效氮含量为354.561±52.124 mg/kg，有岛状永冻层分布。

植被类型丰富，林冠层主要树种有红松(Pinuskoraiensis)、臭冷杉(Abiesnephrolepis)、红皮云杉(Piceakoraiensis)、鱼鳞云杉(P.jezoensisvar.microsperma)等，伴生树种主要有水曲柳(Fraxinusmandshurica)、白桦(Betulaplatyphylla)、风桦(B.costata)等树种。

2 研究方法

样地选择在小兴安岭森林生态系统定位研究站试验区，采用间断性集中施氮模拟氮沉降法，人工喷施NH4NO3建立氮沉降梯度系列方法。本实验设4个梯度施N处理，即对照(CK)、低N(L)、中N(M)和高N(H)，分别按0、50、100和150 kg/(hm2·a)-1进行外加NH4NO3处理。

根据N处理水平，每月月初将每个样方所施的NH4NO3溶解于30 L纯净水中(每次计算年增加降水量)后，以背式喷雾器人工均匀喷洒在林地上。对照处理则喷洒同样多的水以避免林地水分人为的差异。施N与对照样方均为20 m×20 m，每两个样方间缓冲带宽为10 m。样方四周用PVC板镶嵌至土壤矿质层，不同施N量的样方处在相同坡位，以避免地表径流或壤中流造成样方间的N连通。

于2012年8月进行采样，在每一个重复小样地内按对角线法选取5个点，样方大小为10 cm×10 cm，在每一点上用直径5 cm的采土器分I层(凋落物层)、II 层(0～5 cm)、III 层(5～10 cm)、IV层(10～15 cm)4层取样。样品用黑色塑料袋封好，带回实验室，利用Tullgren干漏斗法分离24 h后，收集其中的弹尾虫[12-13]。标本制作过程包括分拣、清洗、透明、封片。标本成功制作后，在常温下自然风干或经40 ℃恒温箱烘烤1～2 d。标本制作完成即可在Tech XTS-20解剖镜和Tech SA3000显微镜下进行鉴定并统计相关数据[14]。

3 结果与分析

表1 不同浓度氮沉降下弹尾虫个体群落特征表

注：+++为优势类群(个体数占总数的10%以上)；++为常见类群(个体数占总数的1%～10%)；+为稀有类群(个体数占总数的0.1%～1%)。

随着施氮浓度的增加，弹尾虫总个体数逐渐减少。未施氮和中氮处理下，II层弹尾虫数量高于其它各层；而经低氮和高氮处理后，弹尾虫个体数量均为由表层至深层逐渐减少，呈现出表聚性(图1)。

图1 氮沉降下不同土层中弹尾虫个体数量Fig.1 Individual number of Collembola in different soil layers under nitrogen deposition

氮沉降下类群数特征表现在凋落物层类群数在不同施氮浓度下略有变化，中氮处理下类群数较低氮增多(7科)，低氮和中氮处理下，III层类群数较其它各层明显减少。施氮浓度逐渐升高后，类群数减少，直至为0(图 2)。

图2 不同浓度氮处理下不同土层弹尾虫类群数量Fig.2 Collembola group number in soil layers under nitrogen deposition

4 结 语

从未施氮到高氮处理下，弹尾虫总个体数量呈现出逐渐减少的趋势。在低氮及高氮处理下，弹尾虫数量逐渐减少；而中氮处理下，Ⅱ层(0～5 cm)数量增多，出现拐点。在低、中、高氮处理下，Ⅲ(5～10 cm)、Ⅳ(10～15 cm)层个体数量减少，甚至为0，呈现出明显的表聚性。不同浓度下凋落物层类群数较其它各层丰富，低氮和中氮处理下，III层类群数较其它各层明显减少。有关氮沉降对弹尾虫垂直分布的影响因素还有待于进一步研究。

[1]Rusek J. Biodiversity of Collembola and their functional role in the ecosystem[J]. Biodiversity and Conservation, 1998, 7: 1 207-1 219.

[2]Coleman D C，Whitman W B. Linking species richness, biodiversity and ecosystem function in soil systems[J]. Pedobiologia, 2005, 49: 479-497.

[3]Deharveng L. Recent advances in Collembola systematics[J]. Pedobiologia, 2004, 48: 415-433.

[4]孙 元, 王贵强. 小议跳虫[J]. 生物学通报，2009, 44(4): 16-17.

[5]陈建秀，麻智春，严海娟, 等. 跳虫在土壤生态系统中的作用[J]. 生物多样性，2007, 15(2): 154-161.

[6]Yin X Q, Song B, Dong W H，et al. A review on the eco-geography of soil fauna in China[J]. Journal of Geographical Sciences, 2010, 20(3): 333-346.

[7]鲁显楷, 莫江明, 董少峰. 氮沉降对森林生物多样性的影响[J]. 生态学报, 2008, 28(11): 5 532-5 548.

[8]周 薇, 王 兵, 李钢铁.大气氮沉降对森林生态系统影响的研究进展[J]. 中央民族大学学报：自然科学版, 2010, 19(1): 34-40.

[9]Liu X J, Duan L, Mo J M, et al. Nitrogen deposition and its ecological impact in China: An overview[J]. Environmental Pollution, 2011, 159: 2 251-2 264.

[10]安静超, 殷秀琴. 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[J].东北师范大学报：自然科学版, 2010, 42 (3): 139-144.

[11]董炜华, 殷秀琴. 小兴安岭白桦林土壤跳虫的动态特征[J]. 生态学杂志, 2005, 24(3): 278-282.

[12]苏永春,勾影波.中小型土壤动物标本采集与制备[J].生物学通报,1994,29(8):43.

[13]杨永丽. 跳虫的采集与标本制作[J]. 生物学通报, 2008, 43(3): 53-54.

[14]尹文英, 张荣祖, 王世彰, 等. 中国土壤动物检索图鉴[M]. 北京: 科学出版社, 2000.

Vertical distribution of Collembola under nitrogen deposition

LAN Xiao-Pinga, SHAO Hong-Taoa, LIU Li-Pingb, ZHANG Taoa, SUN Yuana,*

( Heilongjiang University,a.College of Agricultural Resource and Environment; b.College of Biology, Harbin 150080, China)

Collembola are small important soil animals, small in size, distributed widely. In this paper, the sampling site in Forest Research Center in Xiaoxingan Mountains were hosed. Tullgren method was used to separate the specimens. In total, there are 1 050 specimens belonging to 7 families. They are Onchiuridae, Isotomidae, Neanuridae, Hypogastruridae, Entomobryidea, Tomoceridae and Pseudachorutidae. Among them, Onchiuridae, Isotomidae, Neanuridae, Hypogastruridae are dominant groups, Entomobryidea and Tomoceridae are common groups, while Pseudachorutidae is the rare group. It shows that from CK to high concentration of nitrogen, individual number of Collembola decreased gradually. Under low and high nitrogen treatment, individual number of Collembola decreased, but under medium nitrogen deposition, that of II (0～5 cm) was the highest. Under different treatments, individual number of III (5～10 cm) and IV (10～15 cm) decreased in a gradual way, even dropping to zero. It shows Collembola’s preference for going to surface.

Collembola; nitrogen deposition; vertical distribution; forest ecosystem

10.13524/j.2095-008x.2014.01.012

2013-11-16

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20140115.1509.001.html

国家自然科学基金项目(31200341, 31370494)

兰晓萍(1989-)，女，黑龙江鹤岗人，硕士研究生，研究方向：农业昆虫与害虫防治；*通讯作者：孙 元(1978-)，女，辽宁沈阳人，副教授，博士，硕士研究生导师，研究方向：昆虫生态学，E-mail：sunyuan@hlju.edu.cn。

S154.5

A

2095-008X(2014)01-0055-04