全球变暖对松嫩西部草原中小型土壤动物多样性的影响

【摘要】：松嫩平原西部处于半干旱的农牧交错地区,是全球变化的敏感区域,是生态环境的脆弱地区。草原的过度利用已经对区域的生态环境及生物多样性带来较为严重的负面影响,并且导致松嫩草原存在着不同程度的退化。当今松嫩草原的环境胁迫是由全球变暖背景下的各种人类对草原的管理利用方式共同组成。而土壤动物是土壤生态系统中不可或缺的组成部分,因此有必要研究土壤动物群落在全球变暖背景下对环境变化和人类活动的响应。本文立足于松嫩平原西部草原为研究区域,以土壤中小型节肢动物代表类群跳虫和线虫为研究对象,通过长期原位的被动增温(开顶箱增温)和主动增温(红外辐射器)来模拟全球气候变暖,并结合人工控制降水变化以及刈割管理措施等,从土壤动物多样性变化的角度探讨全球气候变化和人类生产活动对松嫩平原西部地下生态系统生物多样性的影响,以期为未来全球气候变化背景下的草原管理提供数据和理论依据。主要结果包括以下几方面内容:一、土壤温度增加对土壤中小型节肢动物的影响在本文中两个增温处理实验中,土壤温度的提升均增加了实验区的跳虫群落个体数量。跳虫群落中对土壤温度增加最为敏感的是优势种Orchesellides.sp1,增温处理使跳虫Orchesellides.sp1的个体数量和在群里中所占的比例均有升高。增温处理虽然在部分取样中提升了跳虫的物种数量和群落多样性指数,但整体上并没有表现出显著的影响趋势。本文中线虫群落对土壤温度增加的响应较为复杂,日间增温显著降低了线虫群落的个体密度,而在夜间增温处理对线虫群落个体密度没有显著的影响。同时,日间土壤温度升高对线虫群落物种数量有显著的提升作用,而夜间土壤温度升高则对线虫群落物种数量没有显著影响。二、土壤湿度变化对土壤中小型节肢动物的影响松嫩平原西部草原处于半干旱地区,降水是该地区主要环境限制因子之一。而在本文实验中,土壤湿度的变化对土壤动物群落并没有表现出较为明显的影响趋势。这一现象的原因有两方面,首先松嫩平原西部草原的地表蒸发量大,短暂的人工增加降水对土壤动物群落的影响很有限。并且松嫩西部草原长期处于半干旱气候条件下,土壤动物群落对干旱环境有着较好的适应。因此本文实验中土壤湿度的变化并没有对土壤动物群落产生显著的影响。三、草原刈割管理对土壤中小型节肢动物的影响草地刈割是松嫩草原主要管理方式之一,且松嫩草原面临着由过度刈割产生的草地退化、生态系统功能丧失等一系列问题。在本文实验中随着刈割强度的增加,土壤跳虫群落的个体数量和物种多样性都有着显著的升高。而土壤动物群落能够加速土壤物质循环和能量流动,这在松嫩平原较为贫瘠的土壤中,可能会进一步加速土壤退化问题。因此从土壤节肢动物群落对刈割的响应方面来看,松嫩平原西部草原的刈割管理应同样注意不可过度刈割。此外,本文实验中发现土壤线虫群落对土壤温度在日间升高和夜间升高表现出不同的响应趋势。通过本文的实验结果认为该响应趋势的不同主要是由于土壤的极端温度的升高超出了部分线虫种的耐受区间,因此整体群落结构表现出在日间增温和夜间增温不同的变化趋势。而在多数已有关于土壤动物对土壤温度变化的研究中,并没有关注温度升高的不对称性。目前关于全球气候升高的不对称性对生态系统和生物群落的影响相关研究仍较为薄弱,在未来的实验研究中应予以重视。 【关键词】：土壤动物 全球变暖 松嫩西部草原 跳虫 线虫
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812.2
【目录】：

• 中文摘要7-9
• Abstract9-12
• 引言12-14
• 第一章 绪论14-28
• 第一节 选题依据及意义14-16
• 第二节 土壤动物的意义和研究历史16-21
• 2.1 土壤动物的定义16
• 2.2 土壤动物学研究的意义16-19
• 2.3 土壤动物的研究历史和进展19-21
• 第三节 全球气候变化的研究进展21-25
• 3.1 全球气候变化研究的进展和现状21-22
• 3.2 全球变暖对生态系统和物种多样性的影响22-25
• 第四节 论文研究内容、技术路线和创新点25-28
• 第二章 土壤温度湿度变化对土壤动物多样性的影响28-46
• 第一节 前言28-33
• 第二节 材料与方法33-37
• 2.1 实验区域概况33
• 2.2 实验设计33-35
• 2.3 采样和鉴定35
• 2.4 数据分析35-37
• 第三节 结果分析37-43
• 3.1 实验处理对土壤温度、湿度和植物群落的影响37-38
• 3.2 实验处理对跳虫群落物种组成、个体丰富度和群落多样性影响38-43
• 第四节 讨论与结论43-46
• 第三章 全球变暖情景下草地刈割对土壤动物多样性的影响46-66
• 第一节 前言46-48
• 第二节 材料与方法48-52
• 2.1 实验区域概况48
• 2.2 实验设计48-51
• 2.3 采样和鉴定51
• 2.4 数据分析51-52
• 第三节 结果分析52-64
• 3.1 增温刈割对样地土壤温湿度以及样地植被生物量的影响52-54
• 3.2 实验处理对跳虫群落物种组成、个体丰富度和群落多样性影响.43第四节 结论与讨论54-64
• 第四节 结论与讨论64-66
• 第四章 不对称增温对松嫩平原土壤动物多样性的影响66-84
• 第一节 前言66-68
• 第二节 材料与方法68-71
• 2.1 实验区域概况68
• 2.2 实验设计68-70
• 2.3 采样和数据分析70
• 2.4 数据分析70-71
• 第三节 结果分析71-80
• 3.1 不对称增温对土壤温湿度的影响71-74
• 3.2 不对称增温对线虫物种组成、个体丰富度和多样性的影响74-80
• 第四节 讨论与结论80-84
• 4.1 红外线辐射器的原理和应用80
• 4.2.土壤白天增温和夜间增温对土壤线虫群落具有不同的影响80-82
• 4.3.不对称增温对松嫩草地土壤线虫多样性的影响82-84
• 第五章 总结与展望84-86
• 参考文献86-100
• 博士在读期间已发表和已投论文目录100-102
• 致谢102

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