红松人工林与天然次生林大型土壤动物功能类群

应用与环境生物学报ChinJApplEnvironBiol2014，20(1):22-292014-02-25DOI:10.3724/SP.J.1145.2014.00022收稿日期Received:2013-07-25接受日期Accepted:2013-10-09*国家自然科学基金项目（41101048和41371072）、中国博士后科学基金项目（2013M541407）和黑龙江省博士后科学基金资助SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(41101048and41371072),thePostdoctoralScienceFoundationofChina(2013M541407)andthePostdoctoralScienceFoundationofHeilongjiangProvince**通讯作者Correspondingauthor(E-mail:[e-mail])红松人工林与天然次生林大型土壤动物功能类群*李娜1,2张雪萍1,2张利敏1,2**1哈尔滨师范大学地理科学学院哈尔滨1500252黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室哈尔滨150025摘要为了解不同森林恢复类型对生态系统物质循环和能量流动的影响，对红松人工林与天然次生林生态系统（硬阔叶林和蒙古栎林）大型土壤动物功能类群时空分布的差异进行分析.在以往研究的基础上将捕获的大型土壤动物划分为腐食性、植食性、捕食性和杂食性土壤动物4个功能类群，并对比红松人工林和天然次生林生态系统土壤动物功能类群.结果表明：（1）水平分布上，天然次生林与红松人工林中4种功能类群大型土壤动物均有分布，其中腐食性土壤动物密度和生物量占绝对优势，但类群组成略有不同；（2）垂直分布上，红松人工林各功能类群土壤动物个体密度及类群数在不同土层差异显著（P＜0.05），均表现出明显的表聚性；而天然次生林中除腐食性和捕食性土壤动物外，在垂直方向无显著差异（P＞0.05），0-10cm层腐食性动物个体密度以及类群数最大；（3）时间变化上，红松人工林与天然次生林土壤动物功能类群表现出一致的变化规律，均以腐食性最高，各类群密度、类群数均为5月、10月高于其他各月，生物量以9月最高.红松人工林和天然次生林土壤动物功能类群时空规律比较研究可为森林经营提供科学依据.图4表3参36关键词土壤动物；功能类群；森林生态系统；红松人工林；天然次生林；垂直分布CLCS714.345Macro-soilfaunaguildsinKoreanpineplantationforestandsecondaryforest*LINa1,2,ZHANGXueping1,2&ZHANGLimin1,2**1CollegeofGeographicalScience,HarbinNormalUniversity,Harbin150025,China2KeyLaboratoryofHeilongjiangHigherEducationforRemoteSensingMonitoringofGeographicEnvironment,Harbin150025,ChinaAbstractSoilfaunaplaysanimportantroleinnutrientcirculationandenergyflowthroughfoodchainandfoodweb.Tounderstandtheeffectsofdifferentforestrestorationtypesonthenutrientcirculationandenergyflowinecosystems,weanalyzedthedifferencesoftemporalandspatialdistributionofmacro-soilfaunafunctionalgroupsinKoreanpineplantationforestandsecondaryforest(hard-woodforestandMongolianoakforest)ecosystems.Intheresearch,thecapturedfaunawasdividedintofourfunctionalgroupsonthebasisofpreviousresearches:saprophagous,herbivorous,predatoryandomnivoroussoilfauna.WealsocontrastedsoilfaunafunctionalgroupsofKoreanpineplantationforestandsecondaryforest(hard-woodforestandMongolianoakforest)ecosystems.Theresultsshowedthat:1)forhorizontaldistribution,therewerefourkindsoffunctionalgroupsinbothKoreanpineplantationforestandsecondaryforest,withthesaprophagousabsolutelydominantinbothforestsinindividualdensityandbiomass,butofslightlydifferentgroupcompositioninthetwoforests.2)Forverticaldistribution,individualdensityandgroupnumberofdifferentfunctionalgroupsweresignificantlydifferentamongdifferentsoillayers(P0.05)inKoreanpineplantationforest,bothwithsignificantsurface-aggregation.Insecondaryforesthowever,therewasnosignificantdifferenceintheverticaldirectionexceptforsaprophagousandpredatorysoilfauna(P0.05).Individualdensityandgroupnumberofsaprophagoussoilfaunawerethemaximumin0-10cmsoillayer.3)Intermsoftemporalvariation,Koreanpineplantationforestandsecondaryforestshowedconsistentvariationrules,withindividualdensity,groupnumberandbiomasshigherinsaprophagousfaunathanothers;individualdensityandgroupnumbersofallfourfunctionalgroupswerehigherinMayandOctoberthaninothermonths,andbiomasshighestinSeptember.ContrastingspatialandtemporalrulesofKoreanpineplantationforestandsecondaryforestfunctionalgroupswillprovidescientificproofsforforestmanagement.Keywordssoilfauna;functionalgroup;forestecosystem;Koreanpineplantationforest;secondaryforest;verticaldistribution2320卷李娜等应用与环境生物学报在陆地生态系统中，土壤动物是土壤分解作用和养分矿化等生态过程的重要调节者[1-2]，是维持陆地生态系统正常结构和功能的重要组成部分[3]，其组成、结构和功能能够反映气候变化[4-5]、土壤有机质输入[6-7]以及自然[8]和人为扰动[9]情况，对土壤物质循环和能量流动具有不可替代的作用[10-11].土壤动物的生态功能通过各功能群之间的食物网结构实现[12]，很难量化单一种土壤动物的贡献[13].基于食物源、取食方式、生活史策略等将土壤动物划分为不同功能类群[14-16].同一个功能类群[13,17]在系统中占据相似的生态位，以相似方式利用相同环境资源，因此对土壤动物功能类群的研究有利于简化研究环节探讨土壤动物在生态系统中的功能[16].本文在已有研究基础上，将大型土壤动物分为腐食性、植食性、捕食性和杂食性4个功能类群.近年来土壤动物功能类群的研究引起了许多生态学者的高度关注[13,18].黄玉梅等研究发现腐食性同功能种团可以作为衡量生态系统功能强弱与土壤肥力高低的生物指标之一[19].但是关于不同森林恢复类型中土壤动物功能类群的研究还鲜见报道.阔叶红松林是东北东部山区的地带性植被.原始阔叶红松林被采伐后，红松人工林成为东北林区人工营造恢复起来的重要后备森林资源[20].随着红松人工林面积的不断加大，人工林的生态问题逐渐显现出来，如：生物多样性减少，病虫害发生频繁，群落和生态系统不稳定等[21-23]，进而引发了对红松人工林生态系统功能和稳定性的探讨.本研究选取东北东部干扰恢复山地中林龄相近的红松人工林和天然次生林生态系统（硬阔叶林和蒙古栎林）为研究对象，比较研究大型土壤动物功能类群的结构特征，以期为评价生态系统质量和恢复被破坏生态系统以及向生态系统的维护和管理提供土壤动物学依据.1研究区自然概况研究区选择黑龙江省尚志市帽儿山森林生态系统定位研究站（45°24′N，127°40′E）.位于东北东部山地张广才岭余脉，平均海拔高度300m，平均坡度10-15°，本区气候为大陆性季风气候，年降水量为600-800mm，雨量集中于7月份和8月份，早霜一般出现在8月末，晚霜一般在5月末，地带性土壤为暗棕壤[24].其自然植被为阔叶红松林破坏后形成的较典型的天然次生林和红松人工林[24]，本研究选取了不同立地条件下经过不同干扰而形成的典型森林类型——红松人工林（KPPF)、硬阔叶林（HWF）和蒙古栎林（MOF）为研究对象，其立地状况、植被组成及土壤理化性质见表1.2研究方法野外调查于2012年5-10月，每月对红松人工林和天然次生林（硬阔叶林和蒙古栎林）取样一次，在每种林型中各设置3块20m×30m样地，每个样地选取面积为0.25m2（50cm×50cm）的3个样方混合，分别按凋落物层、0-10cm和10-20cm三个土层取样，采用手拣法就地分离大型土壤动物，带回实验室依尹文英的《中国土壤动物检索图鉴》[26]分类鉴定，一般鉴定到科，统计土壤动物的数量.大型土壤动物生物量用分析天平直接测定其鲜重.土壤动物种类繁多，食性复杂.有些土壤动物食性随生活史的过程以及环境改变而变化，有些土壤动物兼有两种或多种食性，因此，土壤动物功能类群的划分没有统一的模式.本研究在以往研究[16,27-28]的基础上，综合相关资料[29-33]，将帽儿山森林生态系统大型土壤动物划分为腐食性土壤动物、植食性土壤动物、捕食性土壤动物和杂食性土壤动物4个功能类群.用单因素方差分析（OnewayANOVA，LSD）检验林型、土层及时间3个因子对不同功能类群土壤动物个体密度、类群数和生物量的显著性影响，对各功能类群土壤动物数量与环境因子进行典范对应分析（Canonicalcorrespondenceanalysis，CCA）.所有数据处理、分析和作图采用MicrosoftExcel2007、SPSS19.0、CANOCO4.5和Sigmaplot10.0软件.3结