霍州煤矸石山不同恢复方式对地表节肢动物群落特征的影响研究

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地表节肢动物作为生活在土体内或土表凋落物层的生物群体,其生命活动受到土壤理化性质及内部生态过程的深刻影响,土壤水肥气热等特征在不同程度上均会对节肢动物群落结构产生影响,同样节肢动物群落的多样性特征也会在一定程度上反映土壤结构和特性。山西省作为重要的能源化工基地,煤炭大量开采后堆积形成的煤矸石山由于其自燃性质和淋溶作用已经对周边土地、植被以及人居环境产生了巨大影响,现已通过人工复垦等方式对已退化煤矸石山生态系统进行生态修复。借助地表节肢动物群落特征对环境质量的敏感性来反映不同恢复方式下煤矸石山土壤质量的修复效果对评价煤矸石山开展生态恢复工作的进展状况具有重要意义。为了解不同恢复方式对煤矸石山地表节肢动物群落特征影响的差异性,本文以山西省霍州市煤矸石山为研究对象,选取霍州煤矸石山恢复区的桃树地、山楂地、石榴地、枣树地、花椒地、荒草地及附近未受煤矸石山影响的对照玉米地为研究对象,采用陷阱诱捕法调查各生境内地表节肢动物群落结构,研究不同恢复方式下地表节肢动物群落多样性和相似性特征,利用相关分析和冗余分析对煤矸石山地表节肢动物群落的内在机理进行探究。主要研究结果如下:(1)7种生境共捕获地表节肢动物群落25918只,所捕获的地表节肢动物隶属于5纲16目53个类群。其中优势类群为疣跳科,共23097只,占总捕获量的89.12%,常见类群是蚁科、长角跳科、卷壳虫科和圆跳科,共1851只,分别占总捕获量的2.8%、1.73%、1.33%和1.27%。其余的蚜科、叶甲科、步甲科等48类个体数量相对较少,占比均在1%以下,构成研究区稀有类群,物种个体数共970只,占总捕获量的3.74%。(2)生境间群落差异表现为:桃树地(PT)共获得地表节肢动物2496只,占总捕获量的9.63%,隶属于4纲10目23科(类);山楂地(HT)共获得地表节肢动物399只,占总捕获量的1.54%,隶属于3纲10目17科(类);石榴地(GF)共获得地表节肢动物21643只,占总捕获量的83.51%,隶属于5纲14目29科(类);枣树地(JT)共获得地表节肢动物291只,占总捕获量的1.12%,隶属于4纲10目18科(类);花椒地(PF)共获得地表节肢动物381只,占总捕获量的1.47%,隶属于3纲9目25科(类);荒草地(WG)共获得地表节肢动物63只,占总捕获量的0.24%,隶属于4纲11目16科(类);玉米地(CF)共获得地表节肢动物645只,占总捕获量的2.49%,隶属于5纲14目36科(类)。(3)7种生境地表节肢动物群落多样性特征存在显著差异。7种生境的Shannon-Wiener多样性指数(H’)大小顺序为:枣树地(JT)>玉米地(CF)>荒草地(WG)>花椒地(PF)>桃树地(PT)>山楂地(HT)>石榴地(GF)。Pielous均匀度指数(J)大小顺序为:荒草地(WG)>枣树地(JT)>玉米地(CF)>花椒地(PF)>山楂地(HT)>桃树地(PT)>石榴地(GF)。可见种植枣树更有利于提升煤矸石山地表节肢动物多样性和均匀性。Simpson优势度指数(C)大小顺序为:石榴地(GF)>山楂地(HT)>桃树地(PT)>花椒地(PF)>玉米地(CF)>枣树地(JT)>荒草地(WG)。Margalef丰富度指数(D)大小顺序为:玉米地(CF)>花椒地(PF)>枣树地(JT)>桃树地(PT)>山楂地(HT)>荒草地(WG)>石榴地(GF)。尽管石榴地维持着相对较多的地表节肢动物数量,但地表节肢动物多样性和均匀性最低,优势度最高,可见石榴地的地表节肢动物群落结构区别于其他生境。(4)7种生境间地表节肢动物群落结构相互区别。Sorensen相似性系数表现为恢复方式同为复垦果园的生境间地表节肢动物群落结构呈中等相似,Jaccard相似性系数表现为枣树地和石榴地、枣树地和山楂地之间的地表节肢动物群落组成和数量分布为中等相似。煤矸石山恢复区各样地间总体表现为种植花椒的林地有着区别于种植果树的林地及撂荒草地的地表节肢动物群落结构。煤矸石山不同恢复方式是影响地表节肢动物群落多样性的重要因素,生境间的群落相似性较好地印证了这一点。(5)土壤环境因子与地表节肢动物多样性指数的相关分析表明:土壤含水量(WC)和速效磷(OP)含量越多越有利于增加地表节肢动物数量,但对于物种Shannon-Wiener多样性指数的提升作用却不明显,而丰富的土壤有机质(OM)则有利于积累和吸引更多类群的地表节肢动物。(6)土壤环境因子中速效磷(OP)含量是影响地表节肢动物群落分布的主要影响因子,不同地表节肢动物群落对土壤环境因子的响应存在差异。冗余分析结果显示,土壤速效磷(OP)含量对地表节肢动物群落分布的影响达到显著性水平(F=2.86,P=0.001)。同时,疣跳科作为研究区唯一的优势类群,与土壤速效磷(OP)和含水量(WC)呈正相关关系,常见类群中圆跳科与酸碱度(p H)及土壤容重(BD)呈正相关关系,蚁科和步甲科与有机质(OM)含量和土壤含水量(WC)密切相关。
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