森林生态系统凋落物和林下植被去除对蚂蚁多样性的影响及其响应机制

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森林是陆地生态系统的重要组成部分,凋落物和林下植被不仅为广大生物提供了栖息地,更重要的是,它们在维持地上、地下生物多样性和生态系统养分循环方面发挥着重要作用。为了保证乔木更好的生长,凋落物和林下植被去除常作为传统森林管理措施。但是,凋落物和林下植被去除会改变土壤微气候条件、降低土壤养分循环、抑制土壤生物生长,对土壤生态系统产生负面影响。蚂蚁是土壤生物的重要组成部分,除了对生物多样性的巨大贡献外,还发挥着重要的生态功能,被认为是“生态系统工程师”。一方面,蚂蚁在生态系统中发挥着重要的上行效应,它们在觅食和筑巢的过程中会混合来自于不同地点、不同土层中的土壤颗粒和有机质,蚁巢中廊道的形成也会对土壤的理化性质和微生物群落结构产生重要的影响;另一方面,蚂蚁在生态系统中发挥着重要的下行效应,它们是生态系统食物网上重要的一环,通过植食、捕食、内捕食以及互利共生对动植物的群落结构产生重要的调节作用。然而,关于蚂蚁对凋落物和林下植被去除如何响应的研究却鲜为少见。本研究选取位于亚热带的鼎湖山(DHS)、北亚热带向暖温带典型过渡区的宝天曼(BTM)以及中温带的长白山(CBS)为研究区,在每个研究区分别设置相同的4个处理,分别是:对照(CK)、凋落物去除(litter removal,LR)、林下植被去除(understory removal,UR)以及凋落物和林下植被同时去除(litter and understory removal,LUR)。通过陷阱法采集各个处理样方内的蚂蚁样品得出其多度和多样性,主要探究以下科学问题:(1)不同气候带森林生态系统对蚂蚁群落多样性的影响如何?(2)不同气候带森林生态系统下蚂蚁群落对于凋落物和林下植被去除的响应如何?针对以上科学问题,本研究分别采集鼎湖山、宝天曼和长白山不同处理下的蚂蚁和土壤样品,进行蚂蚁群落多度、多样性指数以及土壤理化性质的分析与测定,主要得出以下结果:(1)不同气候带森林生态系统植被类型下蚂蚁群落总多度和多样性指数显著不同。结果显示,蚂蚁群落的总多度表现为鼎湖山最多,长白山次之,宝天曼最少。蚂蚁群落的香农威纳指数、物种丰富度和均匀度指数随着纬度的增加而降低(CBS<BTM<DHS)。不同气候带森林生态系统植被类型、凋落物去除以及林下植被去除对蚂蚁群落总多度和多样性指数均有显著交互作用。(2)在位于亚热带的鼎湖山样地,林下植被去除显著降低了蚂蚁群落总多度和物种丰富度。这可能是由于鼎湖山地区凋落物数量少但林下植被茂密,作为蚂蚁重要的栖息地,林下植被去除降低了土壤微生物碳含量,土壤中营养物质降低,微环境发生改变,蚂蚁的食物来源减少,进而降低了蚂蚁群落的总多度和物种丰富度。(3)在位于北亚热带到向暖温带典型过渡区的宝天曼样地,凋落物和林下植被去除的交互效应对蚂蚁群落的总多度、香农威纳指数和物种丰富度有显著影响。环境因子与蚂蚁群落显著相关,凋落物和林下植被去除通过降低土壤含水量、p H值和土壤养分含量进一步对蚂蚁群落总多度、香农威纳指数和物种丰富度产生影响。(4)在位于中温带的长白山样地,凋落物去除显著降低了蚂蚁群落香农威纳指数,但其总多度未发生显著变化。这可能是由于长白山地区地表凋落物层厚,凋落物去除后蚂蚁栖息环境改变,敏感种受到影响。并且,凋落物去除显著降低了土壤含水量,降低了土壤有效氮、有效磷、总氮、总碳和总磷含量,土壤水分和养分含量的降低不利于蚂蚁群落中敏感种的生存,香农威纳指数下降。综上所述,不同气候带森林生态系统植被类型下蚂蚁群落总多度和多样性指数有显著不同,在不同气候带森林生态系统植被类型下,蚂蚁群落对凋落物和林下植被去除的响应也不同。在亚热带的鼎湖山样地,林下植被去除通过降低土壤微生物碳含量,改变蚂蚁群落的栖息环境,减少其食物来源进而降低蚂蚁群落的总多度和物种丰富度;处于北亚热带向暖温带典型过渡区的宝天曼样地,凋落物去除和林下植被去除的交互效应对蚂蚁群落总多度、香农威纳指数以及物种丰富度产生显著影响,这是可能由于凋落物和林下植被去除影响了土壤含水量、p H值和养分含量,蚂蚁栖息环境发生变化引起的;在中温带的长白山样地,地表凋落物层厚,凋落物去除后蚂蚁栖息环境改变,土壤水分和养分含量下降,物种丰富度下降。
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