全 文 ：第21卷 第4期
Vol.21 No.4
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 7月
July 2013
doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2013.04.003
北方农牧交错区土地利用覆盖变化
对大型土壤动物群落结构的影响
刘任涛1,朱 凡1,赵哈林2
(1.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室,宁夏 银川 750021;
2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃 兰州 730000)
摘要:在北方农牧交错区东段科尔沁沙地选择草地、沙地、农田和林地4种土地利用覆盖类型,采用手拣法调查不
同类型样地大型土壤动物群落特征,分析土地利用覆盖变化对大型土壤动物群落的作用及其影响因素。结果表
明:4种土地类型生境共获得10目27科43个类群,其中拟步甲科(Tenebrionidae)、鳃金龟科(Melolonthidae)幼虫
和蚁科(Formicidae)为优势类群,个体数占总个体数的41.79%。草地开垦为农田或过度放牧沙化后土壤容重增加
且碱性增强,土壤养分损失,而流动沙地种植人工灌木林后可在一定程度上降低土壤容重并增加土壤水分,增强生
境的异质性。草地沙化后直接影响优势类群鳃金龟科幼虫和蚁科的个体数分布,显著降低了大型土壤动物多样
性;大型土壤动物个体数、类群数和Shannon指数在沙地生境显著低于草地生境;流动沙地人工种植灌木林后可增
加拟步甲科个体数的分布并提高大型土壤动物群落的多样性;但草地开垦为农田对大型土壤动物多样性的影响相
对较低。因此,对草地进行围栏封育、防治土壤沙化以及流动沙地人工种植灌木林等退耕还林还草措施均可改善
土壤环境,保护和维持大型土壤动物多样性,有利于农牧交错区生态系统的有效恢复和保护。
关键词:农牧交错区;土地利用覆盖变化;大型土壤动物;群落结构
中图分类号:S154.5 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)04-0643-07
EffectsofLandUse/CoverChangesonSoilMacro-faunalCommunity
inAgro-pastoralTransitionalZone,NorthernChina
LIURen-tao1,ZHUFan1,ZHAOHa-lin2
(1.KeyLaboratoryforRestorationandReconstructionofDegradedEcosysteminNorthwesternChinaofMinistryof
Education,NingxiaUniversity,Yinchuan,Ningxia750021,China;2.ColdandAridRegionsEnvironmentaland
EngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou,GansuProvince730000,China)
Abstract:Inordertodiscusstheeffectsoflanduse/coverchangesonsoilfaunalcommunitiesinagro-pasto-
raltransitionalzone,grasslands,sandyland,croplands,andshrublandswereselectedasobjectsinHorqin
sandyland.Thesoilmacro-faunalcommunitieswereinvestigated,togetherwiththegroundherbaceous
vegetationandsoilproperties.Resultswereshowedthattherewere27familiesand43groupscaptured,
belongingto10ordersofsoilanimals.Tenebrionidae,MelolonthidaelarvaeandFormicidaedominatedthe
soilmacro-faunalcommunities,andthenumberofthesethreegroupswas41.79%oftotalindividuals.
Grasslandsreclamationforcroplandsordesertificationduetoheavygrazingincreasedsoilbulkdensityand
pH,whiledecreasedsoilorganiccarbonandtotalnitrogencontent.Whentheshrubsreplantedinthe
shiftingsandylands,soilmoisturecouldbeimprovedandsoilbulkdensitywasdecreasedtosomeextent,
resultingintheheterogeneityofshrublands.Intendency,grasslanddesertificationhadsignificantimpacts
(negative)onthenumberofMelolonthidaelarvaeandFormicidae.Soilmacro-faunaldensity,richnessand
Shannonindexsignificantlydecreasedduringdesertification.Butthere-vegetatedshrubsinshiftingsandy
landcouldincreasethenumberofTenebrionidae,andimprovesoilmacro-faunaldiversity.Comparably,
grasslandsreclaimedtocroplandshadslightimpactsonsoilmacro-faunalcommunities.Itimpliedthatthe
收稿日期:2013-01-25;修回日期:2013-03-30
基金项目:国家自然科学基金项目(41101050);国家科技支撑项目(2011BAC07B03);国家重点基础研究973项目(2009CB421303);宁夏
高等学校科学研究项目(NJY2011021)资助
作者简介:刘任涛(1980-),男,河南邓州人,博士,助理研究员,研究方向土壤动物生态学与恢复生态学,E-mail:nxuliu2012@126.com
草 地 学 报 第21卷
grasslandsunderexclosuretocontroldesertification,re-vegetationbyshrubsandreturningcroplandsto
shrublandsandgrasslandsalcouldimprovesoilconditions,andsoilmacro-faunaldiversity.Thesemeas-
ureswerebeneficialfortheeffectiverestorationandconservationoffragileecosystemsinagro-pastoral
transitionalzone.
Keywords:Agro-pastoraltransitionalzone;Landuse/coverchanges;Soilmacro-fauna;Communitystructure
土地利用覆盖变化不仅影响地上系统中植物群
落结构,而且对土壤性质以及土壤生态系统结构均
将产生深刻的影响[1]。土壤动物是土壤生态系统中
重要的一环,是分解、养分矿化等生态过程的主要调
节者,能够敏感地反映生境的优越程度及人类活动
的影响,可作为土壤健康生物指示作用指标[2]。分
布于中国北方干旱、半干旱区的农牧交错区,由于受
到气候变化和人类活动的深刻影响,已成为中国北
方生态与环境变化最为剧烈的地带[3]。所以,研究
农牧交错区土地利用覆盖变化对土壤动物群落结构
的影响,对于农牧交错区合理利用土地资源、制定有
效土地管理措施、保护该区域生态环境等方面均具
有重要的科学意义。
科尔沁沙地处于中国北方农牧交错区的东段,
由于长期过度放牧导致草地退化、土地生产力严重
下降。同时该区域草地开垦为农田后遭到大面积弃
耕,加剧了土壤风蚀沙化,导致荒漠化加强[1,3]。近
年来,伴随着退耕还林还草措施的有力实施,在沙化
严重地段种植人工林用于防风固沙,促进沙漠化逆
转,同时对草地实施禁牧措施,有效的促进了草地生
态系统的恢复[4]。农牧交错区土地利用覆盖格局发
生了巨大变化,草地、沙地、林地和农田交错分布形
成一种镶嵌景观。目前,对该区域土地利用覆盖变
化开展的研究主要集中于土地利用覆盖变化的监
测[5-6]、时空动态过程[7-8]、驱动力分析[9-10]、模型模
拟[11]及其生态效应[12]等方面,这些主要从宏观层面
分析了近几十年来科尔沁沙地土地利用覆盖变化格
局及其影响因素。从微观方面仅见刘任涛等[13]对
土地利用变化和土壤性质间的关系进行了分析,但
对于该区域土地利用覆盖变化和土壤动物关系的研
究报道较少。
因此,以科尔沁沙地中南部的奈曼旗为研究对
象,通过调查草地、沙地、林地和农田4种生境类型
大型土壤动物群落结构特征,分析土地利用覆盖变
化对大型土壤动物群落的影响,揭示土地利用覆盖
变化对土壤生态系统的作用规律,旨在为该区域退
化草地生态系统恢复与重建、草地环境保护以及人
工恢复措施的制定提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区自然概况
研究区位于内蒙古东部科尔沁沙地腹地的奈曼
旗境内(N42°55′~42°57′,E120°41′~120°45′,海
拔340~370m)。2008年奈曼旗土地利用覆盖现
状显示,林地面积占土地总面积的12.04%;耕地面
积占土地总面积的44.54%;草地面积占总面积的
2.42%;未利用土地(包括沙地)面积为占土地总面
积的38.58%,其中以沙地为主;水域(包括水体、湿
地和河漫滩)面积占总面积的1.85%;建筑、居民等
用地占总面积的0.58%。其中,沙地、草地、林地和
耕地成为目前奈曼旗土地利用/覆盖的主要类型,占
该区域总土地面积的96.83%。
该区属温带半干旱大陆性气候,年均温6.4℃,
≥10℃年积温3190℃;年均降水量364.6mm,年均
蒸发量1900mm,无霜期151d;年均风速3.4m·s-1,
年均扬沙天气20~30d。地貌以高低起伏的沙丘
地、平缓草甸和沙质农田交错分布为特征,土壤多为
风沙土或沙质草甸土。
研究区林地为上世纪90年代以来种植的人工
防风固沙林,包括乔木林和灌木林。乔木林地以杨
树(Populus)为主要树种,林下草本层稀少;而灌木
林地包括小叶锦鸡儿(Caragadamicrophylla)、差
不嘎蒿(Artemisiahalodendron)、黄柳(Salixgor-
deivii)和杠柳(Periplocasepium)等一些灌木和半
灌木树种,林下草本层较为丰富,以沙葱(Allium
mongolicum)、黄蒿(A.scoparia)和蒺藜(Tribulus
terrestris)等为主。草地为围栏封育近15年的草甸
草地,植物种类丰富、覆盖度高,以白草(Pennisetum
centrasiaticum)、芦苇(Phragmitescommunis)、糙
隐子草(Cleistogenessquarrosa)、狗尾草(Setaria
viridis)等为主。沙地为草地退化后未进行人工管
理的流动沙地,草本植物稀少,以沙蓬(Agriophyl-
lumsquarrosum)为主。农田为上世纪90年代初由
草甸草地开垦而成,多以种植玉米(Zeamays)为
主,人工管理除杂草,地表几无草本植物。
446
第4期 刘任涛等:北方农牧交错区土地利用覆盖变化对大型土壤动物群落结构的影响
1.2 样地设置和取样方法
本试验以中国科学院奈曼沙漠化研究站为依
托,在其附近选择地势相对较为平坦、土壤基质相同
的草地、沙地、灌木林地和农田为研究样地。各样地
地表草本植被分布情况如表1所示。其中灌木林地
选择杠柳林,平均高度90cm,郁闭度30%左右。农
田以玉米为主要作物,平均高度1.8m,郁闭度60%
左右。
表1 不同土地利用覆盖类型样地地表草本植被特征(均值±标准误)
Table1 Groundvegetationofhabitatsfromthedifferenttypesoflanduse/cover(Mean±S.E.)
样地
Site
物种数
Speciesnumber
密度
Density/plant·m-2
盖度
Cover/%
高度
Height/cm
草地Grassland 5.07±0.75 110.67±8.11 17.13±1.43 28.54±7.18
沙地Sandyland 3.00±1.53 7.78±2.89 4.28±0.32 12.00±2.09
农田Cropland - - - -
林地Shrubland 5.67±1.20 15.73±5.08 12.33±1.19 12.67±1.76
每种类型样地设置3个取样区作为重复,样区
间距100m左右。在每个取样区设置10个随机样
方,样方间距离10m左右。样方面积为25cm×25
cm,土壤深度为30cm,用手捡法收集大型土壤动
物。同时,在每个样方附近用土钻取30cm深度的
土样1个,将每个样区土样混合后带回实验室进行
土壤理化性质分析;另用环刀(200mL)取土样1个
用于土壤容重测定。于2008年7-8月进行采样。
1.3 数据采集与分析
根据《中国土壤动物检索图鉴》[14]、《昆虫分
类》[15]和《内蒙古昆虫》[16]等工具书,在解剖镜
(40×)下对动物标本进行鉴定和分类统计。由于幼
虫和成虫在土壤中的作用不同,因此分别统计。另
外,优势类群为个体数占总捕获量的10%以上;常
见类群为个体数占总捕获量的1%~10%;稀有类
群为个体数占总捕获量的1%以下。
土壤容重(g·m-3)采用环刀法测定。土壤水
分含量(%)采用烘干称量法(105℃,24h)。土壤
pH(2.5∶1水土比悬液)和电导率(5∶1水土比浸
提液;EC/μs·cm-1)用 P4多功能测定仪测定
(MultilineP4UniversalMeter,WTW 公司,Ger-
many)。土壤有机质 (g·kg-1)用重铬酸钾氧化外
加热法测定[17];土壤全氮(g·kg-1)采用凯氏定氮
法测定(意大利产DK6,UDK140分析仪)[17]。土壤
温度用地温计进行测定,连续3d(每天上午10:00
-11:00)测定土壤温度后取平均值。
所有数据采用SPSS15.0软件进行统计分析,
采用单因素方差分析(One-wayANOVA )和最小
显著差异法(LSD)比较不同数据组间的差异。
2 结果与分析
2.1 主要土壤性质
由表2可知,土地利用覆盖变化对土壤温度、
pH、电导率、土壤有机碳和全氮含量均产生显著影
响(P<0.05)。草地和农田土壤温度显著低于沙地
和灌木林地的土壤温度(P<0.05),草地土壤pH
显著低于其他3种类型样地的pH(P<0.05),但草
地和农田土壤电导率显著高于沙地生境的电导率
(P<0.05)。土壤有机碳和全氮均表现为草地最
高,其次是农田和林地,沙地最低。至于土壤容重和
含水量,统计分析结果显示土地利用覆盖变化产生
的影响较小。沙地土壤容重最高,农田和林地居中,
草地最低。土壤含水量林地最高,沙地和农田居中,
草地最低。
表2 不同土地利用覆盖类型生境土壤性质(均值±标准误)
Table2 Soilpropertiesofhabitatsfromdifferenttypesoflanduse/cover(Mean±S.E.)
样地
Site
容重
Bulkdensity
/g·m-3
含水量
Moisture
/%
地温
Temperature
/℃
pH
电导率
Electricalconductivity
/μs·cm-1
有机碳
Organiccarbon
/g·kg-1
全氮
Totalnitrogen
/g·kg-1
草地Grassland 1.48±0.07b 1.73±0.23a 23.39±0.56b 6.89±0.04b 39.00±5.82a 3.53±0.51a 0.27±0.03a
沙地Sandyland 1.65±0.01a 2.30±0.90a 28.54±0.98a 7.54±0.12a 14.66±4.63b 0.66±0.16b 0.10±0.04b
农田Cropland 1.51±0.05ab 2.79±0.44a 23.36±0.84b 7.86±0.27a 33.52±3.19a 1.76±0.31b 0.13±0.04b
林地Shrubland 1.56±0.04ab 3.51±1.02a 27.30±0.99a 7.61±0.20a 25.16±6.10ab 1.60±0.41b 0.19±0.02ab
注:同列中不同字母表示在0.05水平上差异显著(P<0.05),下同
Notes:Differentlettersinthesamecolumnindicatesignificantdifference(P<0.05),thesameasbelow
546
草 地 学 报 第21卷
2.2 大型土壤动物类群数量特征
所调查样地中共获得大型土壤动物830头,分
属于10目27科43个类群(表3)。优势类群为拟
步甲科、鳃金龟科幼虫和蚁科,个体数占总个体数的
41.79%;常见类群有19个,个体数占总个体数的
48.01%;其余21个类群为稀有类群,个体数占总个
体数的10.2%。由图1可知,灌木林地拟步甲科分
布最多,其次是沙地,草地和农田最少。草地鳃金龟
科幼虫和蚁科分布最多,其次是农田和林地,沙地分
布最少。土地利用覆盖变化对大型土壤动物优势类
群的分布产生了显著影响,同时也说明了不同土地
类型生境大型土壤动物生存的适应性。
表3 大型土壤动物数量特征
Table3 Quantitativecharacteristicsofsoilmacro-fauna
目Order 科Family 密度Density/No.·m-2 百分比Percent/% 优势度Dominance
蜘蛛目Araneida 园蛛科Araneidae 27.2 2.46 ++
跳蛛科Salticidae 5.8 0.52 +
皿蛛科Linyphidae 24.0 2.17 ++
蟹蛛科Thomisidae 30.6 2.77 ++
狼蛛科Lycosidae 10.0 0.90 +
猫蛛科Oxyopidae 11.2 1.01 ++
逍遥蛛科Philodromidae 11.6 1.05 ++
平腹蛛科Gnaphosidae 17.2 1.56 ++
光盔蛛科Liocranidae 3.0 0.27 +
革翅目Dermaptera 蠼螋科Labiduridae 22.2 2.01 ++
脉翅目Neuroptera 蚁蛉科 Myrmeleontidae 5.7 0.52 +
直翅目Orthoptera 蟋蟀科Grylidae 6.9 0.62 +
同翅目 Homoptera 叶蝉科Cicadelidae 21.2 1.92 ++
半翅目 Hemiptera 姬缘蝽科Rhopalidae 8.0 0.72 +
缘蝽科Coreidae 1.5 0.14 +
长蝽科Lygaeidae 11.2 1.01 ++
土蝽科Cydnidae 9.6 0.87 +
盲蝽科 Miridae 24.3 2.20 ++
蝽科Pentatomidae 5.8 0.52 +
鞘翅目Coleoptera 步甲科Carabidae 40.7 3.68 ++
飘甲科Coccinelidae 4.2 0.38 +
隐翅甲科Staphilinidae 97.6 8.83 ++
蚁甲科Pselaphidae 28.8 2.60 ++
叩甲科Elateridae 3.2 0.29 +
叶甲科Chrysomelidae 4.2 0.38 +
蜉金龟科Aphodidae 17.0 1.54 ++
拟步甲科Tenebrionidae 115.7 10.46 +++
象甲科Curculionidae 13.8 1.25 ++
步甲科幼虫Carabidaelarvae 7.4 0.67 +
叩甲科幼虫Elateridaelarvae 5.3 0.48 +
飘甲科幼虫Coccinelidaelarvae 6.4 0.58 +
吉丁虫科幼虫Buprestidaelarvae 3.2 0.29 +
芫菁科幼虫 Meloidaelarvae 3.7 0.33 +
叶甲科幼虫Chrysomelidaelarvae 1.5 0.14 +
鳃金龟科幼虫 Melolonthidaelarvae 121.7 11.00 +++
丽金龟科幼虫Rutelidaelarvae 7.8 0.71 +
拟步甲科幼虫Tenebrionidaelarvae 74.5 6.74 ++
双翅目Deptera 食虫虻科幼虫Aslidaelarvae 45.5 4.11 ++
鳞翅目Lepidoptera 螟蛾科幼虫Pyralididaelarvae 12.2 1.10 ++
夜蛾科幼虫Noctuidaelarvae 6.4 0.58 +
膜翅目 Hymenoptera 蚁科Formicidae 224.8 20.33 +++
叶蜂科Tenthredinidae 3.2 0.29 +
合计Total 1105.8 100.00
注:+++表示个体数占总捕获量的10%以上,++表示个体数占总捕获量的1%~10%,+表示个体数占总捕获量的1%以下
Notes:+++,++,and+ meanthepercentoftotalindividualsabove10%,between1%and10%,andbelow1%,respectively
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第4期 刘任涛等:北方农牧交错区土地利用覆盖变化对大型土壤动物群落结构的影响
图1 不同土地类型生境大型土壤动物优势类群个体数分布
Fig.1 Individualsofdominantgroupsinhabitatsfromdifferenttypesoflanduse/cover
注(Note):Ⅰ:沙地Sandland;Ⅱ:农田Cropland;Ⅲ:草地 Grassland;Ⅳ:林地Shrubland
2.3 大型土壤动物群落结构
由图2可知,土地利用覆盖变化对大型土壤动
物个体数、类群数、Shannon指数均产生显著影响
(P<0.05),而对Simpson指数的影响较小(P>
0.05)。表现为草地大型土壤动物个体数和类群数
最多,Shannon指数最高,而农田和灌木林地居中,
沙地最低。但不同类型生境间大型土壤动物群落
Simpson指数无显著差异性。
图2 不同土地利用覆盖类型生境大型土壤动物群落结构
Fig.2 Communitystructureofsoilmacro-faunainhabitatsfromdifferenttypesoflanduse/cover
注(Note):Ⅰ:沙地Sandland;Ⅱ:农田Cropland;Ⅲ:草地 Grassland;Ⅳ:林地Shrubland
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草 地 学 报 第21卷
2.4 大型土壤动物群落与土壤环境间的关系
由表4可知,大型土壤动物群落密度、类群数和
shannon指数与土壤容重成极显著和显著负相关关
系,而与土壤电导率和全氮含量成正相关关系,大型
土壤动物优势度指数则与土壤温度成正相关关系。
由大型土壤动物优势类群与土壤性质间的相关分析
可知,拟步甲科和鳃金龟科幼虫的分布与土壤性质
未呈现出显著相关性,而蚁科分布则与土壤容重成
极显著负相关关系,与土壤电导率和有机碳含量成
正相关关系。
表4 大型土壤动物群落指数与土壤性质间的相关关系
Table4 Correlationcoefficientsbetweensoilmacro-faunalcommunityindicesandsoilproperties
容重
Bulkdensity
含水量
Moisture
地温
Temperature
pH
电导率
Electricalconductivity
有机碳
Organiccarbon
全氮
Totalnitrogen
密度Density -0.728** -0.098 -0.262 -0.437 0.463 0.470 0.448
类群数Richneess -0.719** -0.040 -0.185 -0.348 0.551 0.473 0.640*
香农指数Shannonindex -0.675* -0.165 -0.505 -0.193 0.608* 0.558 0.602*
优势度指数Simpsonindex 0.363 0.389 0.581* 0.088 -0.290 -0.378 -0.168
拟步甲科Tenebrionidae 0.186 0.342 0.499 -0.056 -0.244 -0.233 -0.036
鳃金龟科幼虫 Melolonthidaelarvae -0.404 -0.183 -0.154 -0.507 0.252 0.415 0.404
蚁科Formicidae -0.836*** 0.030 -0.556 -0.255 0.618* 0.577* 0.407
注(Note):*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001
3 讨论
近些年,随着人类活动加剧和气候逐渐变暖,土
地利用的范围和强度不断加强,土地覆盖发生了巨
大变化,改变了地表的形态、生物物理及化学循环和
生物物种的平衡,造成全球气候的显著变化和生物
物种不可逆转的减少[18]。因为土地利用/覆盖变化
对环境的可持续发展具有相当的影响力,所以土地
利用/覆盖变化已被公认为是导致全球环境变化的
2大主要因素之一。本研究中,草地开垦为农田后
土壤容重增加、碱性增强,土壤有机碳和全氮含量下
降,这可能与农田深耕翻作后土壤表层易受风蚀而
导致养分损失有关[19],细颗粒损失,土壤粗化、沙
化。当草地退化成流沙地后土壤容重增加、地温升
高、碱性增强,土壤有机碳和全氮含量降为最低,说
明草地过度放牧导致沙化后致使土壤环境恶化、粗
砂粒增加、土壤养分损失[20]。虽然在流动沙地种植
灌木林可以防风固沙,提高土壤水分,降低土壤容
重[21],但对土壤性质的恢复有限。这表明在农牧交
错区土地利用覆盖变化对土壤性质产生了深刻的影
响[13]。
农牧交错区土地利用覆盖变化对土壤性质及其
地上植被的影响,将对栖居其内土壤动物产生显著
影响[2]。通过比较不同土地类型生境中大型土壤动
物优势类群分布,草地开垦为农田或沙化后成为流
动沙地均导致大型土壤动物鳃金龟科幼虫和蚁科分
布显著降低,这与地表草本植物减少和生境恶化有
关[22]。地表植物及其根系分布作为鳃金龟科幼虫
和蚁科食物的主要来源,食源的减少导致这2种优
势类型个体数显著减少。同时,土壤环境沙化后生
境条件恶劣不利用于鳃金龟科幼虫的生存和繁殖,
也是一个重要原因[23]。从食物网的角度来看,人为
不合理活动加剧了土地沙漠化,直接影响鳃金龟科
幼虫和蚁科等植食性类群的存活,结果将影响生态
系统物质循环和能量流动过程,生态系统退化加剧。
而流动沙地种植人工灌木林后植食性拟步甲科个体
数显著增加。分析原因在于拟步甲科喜生活在干燥
少雨的生境中,人工灌木林地具有较高温度和异质
性的环境能够为拟步甲科的生存提供适宜的生境,
同时也反映了拟步甲科更喜灌木林地的生境[24]。
另外一方面也说明了如果固定沙地实施人工林建
设,有助于土壤动物优势类群的恢复和复杂食物链
结构的构建。
从大型土壤动物群落结构来看,草地沙化后大
型土壤动物个体数、类群数和Shannon指数显著降
低,既与地表草本植物的丧失有关,亦与土壤容重和
土壤养分密切相关(表4)。地表植物的丧失,意味
着食物资源质和量的损失以及食源多样性的降
低[22],影响到大型土壤动物群落的存活;同时土壤
容重增加和养分的丧失不仅影响到植被的生长,而
且亦影响到生活于其中的土壤动物的产卵、繁殖和
生长环境[25-26],结果导致大型土壤动物群落多样性
降低。已有研究表明,土壤动物种类和多样性通常
与土壤有机质和养分含量成正相关[25-26]。说明在农
牧交错区脆弱的生态系统中,土壤退化不仅造成养
分下降,而且直接导致食物链结构断裂甚至崩溃。
相对于草地沙化来讲,草地开垦为农田对大型土壤
动物群落多样性的影响相对较低,虽然农田深耕翻
直接影响土壤动物的存活,特别是影响居住于土层
中的幼虫生长,但农田中玉米作物的生长以及土壤
846
第4期 刘任涛等:北方农牧交错区土地利用覆盖变化对大型土壤动物群落结构的影响
水分和温度的适宜条件吸引大量土壤动物前来定
居,如玉米根系环境为鳃金龟科幼虫和蠼螋科的生
存提供了良好的生存条件,这些类群在玉米农田中
个体数分布就较多[2]。研究表明,土壤动物种类和
数量与夏季土壤温度成负相关关系;大多数土壤动
物对缺水的敏感性比土壤外面栖息的种类要高,在
一定范围内土壤动物多样性与土壤湿度成一定正相
关[27]。而沙地上种植人工灌木林后大型土壤动物
个体数和类群数增加,多样性指数显著升高,说明人
工灌木林生境的异质性为大型土壤动物提供了丰富
而多样的食物资源,能够有效的促进大型土壤动物
多样性的恢复[24]。
分析土地利用覆盖变化对土壤动物群落结构产
生影响的原因,一方面在于土地利用覆盖方式改变
或强烈的人为活动干扰,对土壤动物将产生直接的
机械损害[2],可能导致其消亡。另一方面在于植被
覆盖程度及其土壤中食物资源的种类和数量的差
异,影响土壤动物的数量特征和多样性[23]。植被覆
盖较好或促进植被恢复均可以促进土壤动物多样性
的提高,反之将导致土壤动物数量和种类下降,食物
链结构断裂,影响食物网结构与功能。同时也在于
不同动物类群对不同土地利用覆盖类型微生境的适
应性不同[21]。当不同类型生境条件适宜时有利于
大多数土壤动物类群聚集,土壤动物数量和种类就
会增加,而当土地利用方式条件不适时,只有极少数
耐受力和适应力较强的动物类群才能存活下来,结
果土壤动物数量和种类以及多样性较低。
4 结论
在科尔沁沙地农牧交错区,土地利用覆盖变化
既影响地表草本植被的分布和生长,亦影响土壤性
质和土壤生物的存活。草地沙化或开垦为农田后土
壤碱性增强、容重增加而土壤养分减少。在流沙上
种植人工灌木林可在一定程度上改善土壤环境,降
低土壤容重和增加土壤水分,增强生境的异质性。
草地沙化不仅导致优势类群鳃金龟科幼虫和蚁
科个体数的显著减少,而且显著降低大型土壤动物
群落多样性。而在流动沙地上种植人工灌木林可以
显著增加优势类群拟步甲科个体数,亦可以显著提
高大型土壤动物的多样性。但草地开垦为农田对大
型土壤动物多样性的影响相对有限。这表明,草地
严禁过度放牧、防止土壤沙化以及在流沙上种植人
工灌木林等退耕还林还草措施,是保护土壤环境、维
持和提高土壤动物多样性的有效措施,有利于促进
农牧交错区脆弱生态系统的恢复和保护。
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(责任编辑 李美娟)
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