黄河下游典型地区农业景观结构对地表节肢动物多样性的影响

发布时间：2018-11-27 17:29

【摘要】：生物多样性是制约生态系统服务发挥的关键因素之一。生物多样性也是景观流的基础,它对生态系统服务中的气候调节、水土保持、土壤肥力、物质生态的质和量、生物控制等都有重要的作用。农业生态系统的持续发展离不开生物多样性早已成为共识,且非农物种的生存也离不开农业景观所提供的微环境。农业景观中的自然、半自然生境(如农田边界、林地、树篱和沟渠等)对栖息于内的动物有重要的影响。本研究选取黄河下游平原地区的封丘县的农业景观生态系统为研究对象,依据研究区实际情况,在野外调查的基础上,将研究区分为:农业用地、林地、道路、城镇用地、农村居民点、工矿用地、河流、湿地、坑塘、滩涂、沟渠和裸地景观类型,共12种,基本上能够代表封丘县的实际情况。于2013年5月和2014年4月,采用陷阱法对该区的农田、林地、树篱和沟渠四种生境类型中的地表节肢动物进行调查取样,同时采集土壤样品进行分析,且在每个取样点采用法瑞学派1×1 m2的样方法对植被进行调查。首先为了验证在异质性更高的农业景观中节肢动物丰富度和多度更高的假说,在地理信息系统技术和R软件的支持下,以调查样地为中心,用Spearman相关性分析取样点周围200 m、450 m、750 m、1 000 m、1 250 m、1 500 m、1 750 m、2 000 m不同半径范围内景观异质性与鞘翅目生物多样性的关系。根据样点景观斑块密度的高低和斑块丰富度的高低,把研究区47个样点划分为四种景观类型:(1)高的斑块密度和高的斑块丰富度(高构型高组成),(2)高的斑块密度和低的斑块丰富度(高构型低组成),(3)低的斑块密度和高的斑块丰富度(低构型高组成),(4)低的斑块密度和低的斑块丰富度(低构型低组成)。用鞘翅目的科丰富度和多度来代表其多样性。其次为了了解农业景观动态对地表节肢动物多样性的影响,对研究区内1984—2012年各景观类型面积的时间动态变化进行分析,然后分析了研究区地表节肢动物多样性的变化特征及不同生境间群落相似性的差异,最后基于景观生态学原理,在Arc GIS 10.0和R2.15.2的支持下,以林地生境为例,用丰富度和香农多样性指数代表林地内地表节肢动物的多样性,选择代表景观背景的五个竞争模型:生境特性(H1,2012)、基质特性(H2,2012)、生境变化(H3,1984—2012)、基质变化(H4,1984—2012)和土壤-环境条件(H5,2012)从四个空间尺度上(100,250,350和500 m)进行分析,通过运用基于赤池信息量准则的多模型推理方法,在R软件里用广义线性模型(GLM)探究了研究区近30年(1984—2012年)景观背景变化对林地地表节肢动物多样性的影响。研究表明:(1)封丘县以农业景观为主,基质为农用地。1984年农用地占总面积的73.48%,虽然2012年农用地面积有所减少,但仍占总面积的67.62%。在研究区内,农村居民点是第二大的景观类型,在1984和2012年所占的面积分别为10 416 hm2和11 012 hm2,农村居民点用地散布于研究区内。农业景观中的非农生境,如林地和沟渠的面积有较快的增长,两个年份分别为535 hm2、814 hm2;1 508 hm2、10 417 hm2。由于国家推行的“退耕还林”等政策,以及人为意识的提高,封丘县近30年来农用地面积逐步减少,而非农生境面积的增加有利于当地生物多样性的保护。(2)研究区2013年数据分析结果显示,农田生境的生物多样性较高,不同生境之间具有一定的差异。在四种多样性指数中,农田指数均最高,其次是林地,除丰富度指数沟渠高于树篱外,其余三种指数均是树篱高于沟渠。β多样性指数显示了生境内部群落组成的变化幅度和分化程度,结果发现林地生境的群落组成变化幅度最大,且样点间组成差异性最高,其次是沟渠和树篱,农田中最低。在2013年的基础上,对2014年研究区内不同生境类型地表节肢动物生物多样性进行分析。结果发现:物种丰富度在沟渠中最高,其次是林地和农田,树篱中最少;各生境中的多样性指数均以沟渠中最高,其次是林地和农田,树篱中最低。通过计算各生境中的β多样性指数,结果显示:林地生境中各样地的群落组成变化幅度最大,不同样点间物种组成差异性最高,其次是沟渠和树篱,农田中最低。这种变化趋势表明区域内人为活动和生境内生态因子的异质性可能起着重要作用。通过比较2013和2014年的地表节肢动物的多样性发现,2014年的地表节肢动物优势种较为明显,稀有种较多,常见种偏少,导致丰富度指数、香农多样性指数和辛普森多样性指数偏低,且由于生境内部和生境之前的组成差异较为明显,种群分布不均匀,所以均匀度指数较低,β多样性指数较高。(3)通过在四种生境内比较不同尺度上地表节肢动物与景观指数的相关性,发现该区地表节肢动物和不同生境的景观指数之间的相关性存在尺度差异。在农田生境中,景观指数与地表节肢动物的相关性最强的是350 m的尺度范围;林地生境中,景观指数与地表节肢动物的相关性最强的是100 m尺度范围;沟渠生境中,景观指数与地表节肢动物的相关性最强的是50 m尺度范围;树篱生境中,景观指数与地表节肢动物的相关性最强的是200 m尺度范围。在今后的研究中,可以直接在最优尺度上对地表节肢动物进行更加深入的研究。(4)研究表明,在200 m的尺度范围内,景观组成异质性和构型异质性与鞘翅目的科丰富度和多度相关性最强,鞘翅目的多度在组成异质性和构型异质性均较高的区域达到最大,且构型异质性对鞘翅目多度的影响显著,鞘翅目的科丰富度在不同组成异质性和构型异质性的景观中没有显著差异。在本研究区景观的构型异质性对鞘翅目多度有着积极的影响,增加研究区景观的构型异质性可以增加鞘翅目的多度。(5)不同景观背景模型对地表节肢动物多样性的影响具有尺度依赖性。在100 m的尺度下,生境特性(H1)最能够解释香农多样性和物种丰富度,但是随着尺度的增加,生境特性变化(H3)在较大(250、350和500 m)的尺度对丰富度和香农多样性影响最大,而基质特性和土壤—环境条件(H2和H5)作用不显著。景观背景对林地地表节肢动物的多样性解释量达到40%。建议今后的研究中可以增加其他竞争模型的构想,以期能更好的理解景观背景对地表节肢动物多样性的影响。
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【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S185

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