指数的性质与应用

密度—类群指数(DG指数)是为研究复杂的土壤动物群落多样性而创建的, 其理论基础是土壤动物群落中各类群互不干扰和互利的关系大于互相竞争的关系, 因而公式中各类群是互相独立、互不影响的。DG指数自1990年建立以来, 经作者及同行学者在不同地带、不同生态系统和不同级别的土壤动物群落研究中运用, 都获得良好的效果, 能真实地反映群落的多样性状况, 显示出它具有广泛的适用性。用情景分析法(scenario analysis)探讨DG指数与Shannon-Wiener多样性指数(H’)的预期效果, 结果显示, 当群落间种数差和均匀度(J)差为正负相反的数值时, Shannon-Wiener指数与DG指数不一致。文中还对土壤动物群落多样性的概念、性质及指数适用性进行了讨论, 认为土壤动物群落在客观上不存在均匀的数量分布, 把“均匀度”看作是多样性的重要指标是不适宜的。DG指数虽然没有直接包含许多信息, 但能在广泛的情况下经得起检验, 因而具有重要的应用价值。     

中条山中段木本植物群落植物种多样性分析

采用样方法取样,依据重要值指标运用双向指示种分析(TWINSPAN)法,将山西中条山中段植被群系分成16个群丛。应用丰富度指数（R₁、R₂）、Simpson指数（λ）,Shannon-Weiner指数(H′)和均匀度指数(E₁、E₅)研究了16个群丛的植物种多样性。结果表明：群系植物种多样性指数的大小受立地生境和人为活动的综合影响;森林群落的植物种多样性指数明显高于灌丛群落;群落植物种多样性在空间上的差异不仅决定于物种丰富度指数,更与各物种间的均匀度指数密切相关;进而影响不同层次的物种多样性对群落总体物种多样性的贡献。     

甘肃子午岭天然次生林区三种植被类型中土壤蜘蛛群落的组成及多样性

2004年4—10月，在甘肃子午岭天然次生林区采用巴氏诱罐法采集土壤蜘蛛2 164头，隶属于19科43种。研究表明：辽东栎林(Quercus liaotungensis)、油松林(Pinus tabulaeformis)和杨树林(Populus davidiana)3种森林植被类型中土壤蜘蛛群落组成有明显的差异；不同生境蜘蛛群落的组成成分和多样性指数各异；从各生境中捕获的蜘蛛个体数量分析，皿蛛科、平腹蛛科和科狼蛛科的数量最多，优势类群的组成相似；各生境类型中蜘蛛功能集团的组成及多样性也有明显差异。同时，分析了影响蜘蛛群落组成和多样性的主要因子是生境的植被类型和生境异质性。     

毛乌素沙地三种植物根际土壤线虫群落和多样性分析

为研究地上部不同植物对地下部生物的影响, 作者于2004年7月在内蒙古鄂尔多斯高原毛乌素沙地对自然分布的3种优势植物油蒿(Artemisia ordosica)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、牛心朴子(Cynanchum komarovii)根际土壤线虫群落进行了调查。共捕获线虫6,098条, 隶属于19科43属, 平均每100 g干土中含有线虫169条, 其中丽突属(Acrobeles)、真滑刃属(Aphelenchus)、盘旋属(Rotylenchus)、矛线属(Dorylaimus)分别为食细菌类线虫、食真菌类线虫、植食性线虫和捕食—杂食类线虫的优势属。研究表明在沙地生态系统中, 3种植物根际土壤线虫群落的多样性、丰富度、均匀度和线虫总数虽然都存在一定的差异, 但不显著; 功能多样性指数中结构指数(SI)存在显著差异, 而通道指数(CI)、富集指数(EI)不存在显著差异; 3种植物对根际土壤线虫群落中各营养类群线虫的比例有显著影响。本实验结果表明, 在干旱生态系统中植物种类的不同对土壤食物网中线虫群落结构和种类组成有一定的影响。     

蒙古栎群落交错带(ecotone)的研究

通过群落学的样地法对蒙古栎(Quercus mongolica)群落和核桃楸(Juglans mandshurica)群落、蒙古栎群落和长白落叶松(Larix olgensis)群落、蒙古栎群落和杂灌丛群落及其交错带进行了研究,分析了在三个地点的几种群落结构和物种组成方面的差异,计算了各群落的物种丰富度指数(d_Gl)、Simpson 物种多样性指数(D)、Shannon-Weiner物种多样性指数(H′)及Pielou均匀度指数(J)。研究发现在通化和大青沟两个地区群落交错带的物种丰富度及Shannnon多样性指数最高;而在桦甸群落交错带的物种丰富度和物种多样性指数要比核桃楸群落低,比蒙古栎群落高,没有表现出特别强烈的边缘效应。本文也分析了群落乔木层、灌木层和草本层盖度之间的关系。     

江苏常熟虞山土壤动物群落多样性研究

对江苏省常熟市虞山国家森林公园内的土壤动物进行了调查,共采得土壤动物样本 3916个,隶属于 5门 10纲,共26类群。蜱螨目、弹尾目和线虫纲是优势类群,占个体总数的88.22％,它们构成了该地区土壤动物的主体。对针阔混交林、竹林和茶园的土壤动物群落结构分析表明:土壤动物密度、类群数、多样性指数(H’)、密度-类群指数(DG)和多群落比较多样性指数(DIG)排序均为针阔混交林>茶园>竹林。茶园的均匀度指数最高。竹林的优势度指数最大。不同群落的相似性(q)分析表明,3种生境的土壤动物群落两两间的相似性指数q均大于0.5,都达到了中等相似水平。土壤动物的类群数垂直分布有明显差异,类群数向下逐渐减少。     

浙江天童山区灌丛群落的物种多样性及其与演替的关系

根据浙江天童山区灌丛群落的样地调查数据,采用Shannon－Wiener多样性指数、Simpson指数和群落均匀度指数研究了灌丛群落的物种多样性,并与当地的常绿阔叶林进行了比较。结果表明：这3种指标能够有效地表征亚热带灌丛群落的组成结构特征。天童灌丛群落灌木层的物种多样性指数 SW 高于常绿阔叶林中乔木层,而低于常绿阔叶林中灌木层。灌丛群落灌木层的生态优势度 SN 低于常绿阔叶林中乔木层,但高于常绿阔叶林中灌木层。灌丛群落灌木层的群落均匀度 PW 比常绿阔叶林中乔木层的和灌水层的都低。此外,文中还就本区灌丛群落物种多样性的特点,讨论了加速其进展演替的恢复措施。     

常绿阔叶林不同砍伐处理下土壤动物的群落特征

为了解不同砍伐处理对常绿阔叶林中土壤动物群落结构的影响, 于2007年7月至2008年4月在浙江天童地区常绿阔叶林中对5个砍伐4年后的恢复样地进行四季采样。样地处理分别是: (I) 去除大树保留萌枝、(II) 去除地表植物保留枯枝落叶层、(III) 去除地表植物和10 cm表土、(IV) 清除下木层保留大树及(V)对照。结果显示: I号样地土壤动物个体数量最多, 除I号样地与III号样地差异显著外(P<0.05), 其他样地间不存在显著差异; 各样地表层土壤动物数量均与5–10 cm、10–15 cm层有显著差异(P<0.05); II号样地类群丰富度最高; I号样地DG指数最高, III号样地最低; 弹尾目、啮目、伪蝎目和半翅目与群落总体特征(DG指数)的相关性都达到了极显著水平(P<0.001)。结果表明砍伐在一定程度上改变了土壤动物的类群组成, 砍伐强度越大, 土壤动物受影响越大。     

湖北沙湖冬季鸟类群落特征

2006年12月—2007年1月采用样线法对湖北沙湖自然保护区鸟类进行了调查,按照生境特征分为芦苇、草甸、农田、水域4个鸟类群落。共记录到鸟类76种,隶属12目28科,占湖北省鸟类种数456种的16.67%。其中,国家Ⅰ、Ⅱ级保护鸟类各1种和10种;濒危物种1种,易危物种2种,稀有物种1种。鸟类群落总体α多样性指数(H′)为2.37,均匀性指数(J)为0.55,优势度(C)为0.17,4个鸟类群落的H′、J和C值分别为：1.67～2.44、0.50～0.86、0.11～0.26。β多样性指数分析表明：农田-草甸的鸟类群落相似性指数(S_i)最高,为0.74,农田-水域的相似性指数最低,为0.40;Bray-Curtis指数(C_N)最高值是芦苇-草甸的鸟类群落,为0.00640,最低值是水域-农田,为0.00022。生境间异质性和人为活动是影响沙湖冬季鸟类群落特征的主要因素。     

放牧方式对中蒙典型草原植物功能群特征的影响

基于中蒙典型草原不同放牧方式,研究了不同放牧方式下中蒙典型草原植物功能群特征。结果显示,内蒙古定居放牧样地多年生草本比例显著低于其它放牧样地,比例为57.576%;而旱生植物比例显著高于其它放牧样地,比例为69.697%。蒙古四季游牧样地功能群多样性指数和优势度指数均高于内蒙古放牧样地,均匀度指数与多样性指数相反。功能群多样性指数与优势度指数间呈显著正相关（r＞0.855,P＜0.05）;均匀度与多样性指数、优势度指数间均呈负相关。多年生和一年生草本植物、旱生和中旱生植物的生态位宽度均较大,从而导致多年生与一年生植物间、旱生与中旱生植物间生态位重叠值相应较大。说明,不合理的放牧导致草原植被群落退化,降低草原生态经济价值。     

成都市温江区不同栽植年限园林植物土壤动物群落特征

对成都市温江区不同栽植年限园林植物土壤动物群落特征进行调查分析,4次取样共捕获土壤动物10258只,隶属26目78科。不同园林植物土壤动物类群数存在显著差异,基本以红花檵木、银杏样地最高,结缕草样地最低,各栽植年限土壤动物类群数均低于周边农田和撂荒地;桂花样地土壤动物类群数、个体数受季节变化影响较小,其余样地土壤动物个体数具有明显的季节动态,而类群数随季节变化不显著;土壤动物多样性指数受园林植物种类及栽植年限影响,银杏样地土壤动物密度-类群指数(DG)及Margalef丰富度指数(D)和结缕草样地土壤动物Shannon多样性指数(H)及D指数均随栽植年限增加而显著降低,桂花样地土壤动物DG指数、D指数则随栽植年限增加显著升高,红花檵木样地土壤动物多样性各指数随栽植年限增加未表现规律性变化,其中土壤动物DG、D、H指数各栽植年限基本以桂花样地最低;聚类及典型关联分析(CCA)表明,园林植物种类对样地生境的影响大于栽植年限,土壤动物对不同生境因子响应不同,其中速效P、土壤pH对土壤动物影响较大。土壤动物群落特征受园林植物种类、栽植年限及栽培管理方式的影响,而过度人为干扰、单一植物连栽会对土壤动物产生不利影响,并可能导致土壤地力衰退。     

土壤动物多样性的地理分布及其生态功能研究进展

土壤动物多样性地理分布及其生态功能研究已成为地学和生态学等领域共同关注的科学前沿。本文在介绍相关研究最新进展的基础上, 讨论已有研究的局限性或不确定性, 展望未来研究的重点方向。近10年来, 代表性土壤动物类群的全球分布研究取得突破性进展; 国内土壤动物研究的尺度和采样区域也有明显拓展, 尤其在蚯蚓和线虫相关研究上取得了系列成果。结果表明, 土壤动物多样性随纬度的变化模式主要有两种, 即在低纬度的热带最高或在中纬度的温带最高; 而土壤动物多度与多样性可能同步变化、无明显关系、截然不同甚至相反; 降水、植物生产力和土壤有机质是土壤动物分布格局的关键驱动力, 但它们的影响力因土壤动物类群不同而异。土壤动物具有改善土壤物理结构、促进养分循环和有机碳稳定、提高作物健康水平等多重功能; 土壤动物的多功能性评估方兴未艾, 但仍面临诸多挑战。简单分析土壤动物随经纬度等的变化规律存在较大局限性, 考虑在基于地质-生态历史及“经纬度-海拔-离海岸距离”等构建的多维时空框架内, 探究土壤动物分布特征及其驱动力。土壤动物分布格局对其潜在的生态功能有关键影响, 但是目前对土壤动物分布格局的预测和模拟仍主要依靠经验模型; 代谢生态学等理论在土壤动物群落研究中的应用值得关注。探究分类多样性的冗余机制, 突出功能多样性, 可以将生物多样性与生态功能更好地联系起来; 同时, 需要在特定条件和时空下, 从整个土壤食物网及其与植物的联系中理解土壤动物多样性与多功能性的联系。建议未来关注两个研究方向: (1)量化人类活动和气候变化给土壤动物多样性和生态功能带来的巨大不确定性; (2)完善土壤动物群落特征预测的理论框架和开展土壤动物群落的精准调控, 综合评价其多功能性, 进而将土壤动物与人类福祉更紧密地联系起来。     

高原鼢鼠干扰下高寒草甸大型土壤动物多样性对环境因子的响应

为研究高寒草甸大型土壤动物群落组成和分布对环境因子的响应,选取祁连山东段的甘肃省天祝县高原鼢鼠典型分布区域,以鼠丘密度代表干扰强度设置4个干扰区。调查各干扰区植被群落特征、土壤理化性质、大型土壤动物类群组成及其数量,采用约束性排序方法分析环境因子对大型土壤动物类群组成和分布的影响。结果表明：高原鼢鼠干扰下高寒草甸大型土壤动物优势类群为瓦娄蜗牛科、象甲科和短角亚目幼虫;极重度干扰区大型土壤动物类群的丰度、丰富度、Shannon指数显著高于重度干扰区（P<0.05）;多元回归分析表明大型土壤动物类群丰度、丰富度和Shannon指数与土壤温度呈显著负相关（P<0.05）,丰富度与土壤含水量呈显著负相关（P<0.05）,丰度与土壤紧实度呈显著负相关（P<0.05）,丰富度和Shannon指数与植物Shannon指数呈显著负相关（P<0.05）;冗余分析和偏冗余分析表明,土壤温度、紧实度和含水量是影响高寒草甸大型土壤动物类群组成和分布的主要环境因子。     

Scale-specific correlations between habitat heterogeneity and soil fauna diversity along a landscape structure gradient

Habitat heterogeneity contributes to the maintenance of diversity, but the extent that landscape-scale rather than local-scale heterogeneity influences the diversity of soil invertebrates—species with small range sizes—is less clear. Using a Scottish habitat heterogeneity gradient we correlated Collembola and lumbricid worm species richness and abundance with different elements (forest cover, habitat richness and patchiness) and qualities (plant species richness, soil variables) of habitat heterogeneity, at landscape (1 km²) and local (up to 200 m²) scales. Soil fauna assemblages showed considerable turnover in species composition along this habitat heterogeneity gradient. Soil fauna species richness and turnover was greatest in landscapes that were a mosaic of habitats. Soil fauna diversity was hump-shaped along a gradient of forest cover, peaking where there was a mixture of forest and open habitats in the landscape. Landscape-scale habitat richness was positively correlated with lumbricid diversity, while Collembola and lumbricid abundances were negatively and positively related to landscape spatial patchiness. Furthermore, soil fauna diversity was positively correlated with plant diversity, which in turn peaked in the sites that were a mosaic of forest and open habitat patches. There was less evidence that local-scale habitat variables (habitat richness, tree cover, plant species richness, litter cover, soil pH, depth of organic horizon) affected soil fauna diversity: Collembola diversity was independent of all these measures, while lumbricid diversity positively and negatively correlated with vascular plant species richness and tree canopy density. Landscape-scale habitat heterogeneity affects soil diversity regardless of taxon, while the influence of habitat heterogeneity at local scales is dependent on taxon identity, and hence ecological traits, e.g. body size. Landscape-scale habitat heterogeneity by providing different niches and refuges, together with passive dispersal and population patch dynamics, positively contributes to soil faunal diversity. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

The community characteristics of soil mites under different land uses in Changchun metropolitan area, China

Soil mites were investigated under different land uses in Changchun metropolitan area (Jilin Province, China). The soil mites were extracted using modified Tullgren funnels and were identified to the genus level. A total of 8 703 soil mites belonging to 92 genera were found. The community characteristics of soil mites were analyzed using individual density, number of taxon, diversity, abundance, and evenness as well as MGP analysis and the MI index. Litter removal considerably decreased the numbers of soil mite taxon, abundance and diversity, and tillage changed the vertical distribution of soil mite individual density in the soil profile and accelerated their move to lower soil layers. The results suggest that the land-use types significantly affect the community structures of soil mites, and litter removal and conventional cultivation are the main factors in play. The studies also suggest that the type of vegetation above ground appears to have little influence on the ecological structures of the soil mite community.     

Fertilization alters the abundance but not the diversity of soil fauna: A meta-analysis

Aim

Soil fauna, a functionally important group of soil organisms, are greatly affected by fertilization. However, it is still debated whether and how fertilization affects the soil faunal community. Here, we aimed to synthesize the global patterns of soil fauna communities in response to fertilization in terrestrial ecosystems.

Location

Global.

Time period

1997–2021.

Major taxa studied

Soil fauna.

Methods

We examined the effects of fertilization on the abundance, number of groups and Shannon diversity of soil fauna by synthesizing 1218 observations based on 39 published studies. We also explored the associations between fertilization-induced changes in the soil faunal community and changes in soil and microbial properties.

Results

Fertilization increased the abundance of soil fauna by 56.3%, without significantly affecting the number of groups and the Shannon index. The type of fertilizer affected the responses of soil faunal abundance, and the effects of fertilizer type were altered by climate zones, ecosystem types and soil depths. Both organic and organic–mineral fertilizer treatments significantly increased the abundance of soil fauna in most climate zones, ecosystem types and soil depths, whereas mineral fertilizer treatment had no such effect. Additionally, we found inconsistent responses of soil fauna to fertilization among different taxonomic groups, not only at the order level but also at the class level, providing evidence for the idiosyncratic nature of the effects of fertilization on soil fauna. Furthermore, our regression analysis showed that changes in food resources, including soil nutrients and microbes, were crucial controls for the response of soil faunal abundance to fertilization.

Main conclusions

Fertilization generally increased soil faunal abundance at the global scale by affecting food resources, and the effects of fertilization were dependent on the specific soil fauna and type of fertilizer. We suggest the use of organic or organic–mineral fertilizers, rather than mineral fertilizers, to increase the benefits on specific soil fauna.     

The community characteristics of soil mites under different land uses in Changchun metropolitan area, China

Soil mites were investigated under different land uses in Changchun metropolitan area (Jilin Province, China). The soil mites were extracted using modified Tullgren funnels and were identified to the genus level. A total of 8 703 soil mites belonging to 92 genera were found. The community characteristics of soil mites were analyzed using individual density, number of taxon, diversity, abundance, and evenness as well as MGP analysis and the MI index. Litter removal considerably decreased the numbers of soil mite taxon, abundance and diversity, and tillage changed the vertical distribution of soil mite individual density in the soil profile and accelerated their move to lower soil layers. The results suggest that the land-use types significantly affect the community structures of soil mites, and litter removal and conventional cultivation are the main factors in play. The studies also suggest that the type of vegetation above ground appears to have little influence on the ecological structures of the soil mite community.     

长期施肥对紫色土农田土壤动物群落的影响

土壤动物在陆地生态系统物质循环和能量流动中起着重要作用,直接或间接的参与土壤有机质的分解与矿化;长期施肥对土壤理化性质产生影响的同时,改变了土壤动物群落组成.为查明紫色土长期施肥对土壤动物群落的影响及其响应关系,于2008年的5、7、9和11月分别对紫色土农田无肥对照(CK)、单施氮肥(N)、常规化肥氮磷钾(NPK)、有机肥(OM)、有机肥与化肥氮磷钾混施(OMNPK)、秸秆还田(RSD)和秸秆还田与化肥氮磷钾混施(RSDNPK)等7种长期施肥定位试验地的土壤动物群落进行调查,采用改良的干漏斗和湿漏斗两种方法,共获得土壤动物9454只,隶属7门17纲24目.分析表明,OM和RSDNPK两种施肥方式下土壤动物群落的多样性显著高于CK、N和NPK等3种施肥方式,说明有机物料的长期投入有利于提高土壤动物群落丰富度和多样性.方差分析表明施肥方式对土壤动物主要类群密度的影响差异性极显著(F=42.412,P=0.0001),对土壤动物群落类群影响存在不均衡性.施肥方式主要影响农田土壤动物类群的种群个体数量、线虫动物门个体数量、大蚓类个体数量、甲螨亚目个体数量、密度-类群指数DG及土壤动物群落类群数等六个指标,初步认为这些主要类群因素能够预测长期施肥引起的土壤肥力变化,可能对指示土壤质量的变化具有一定潜力.     

川西高山典型自然植被土壤动物多样性

为了解川西高山不同自然植被类型下土壤动物的多样性差异,于2008年8月至2009年6月对该地区代表性植被--针叶林、灌木林和草甸下的土壤动物群落进行调查.从3种植被下共捕获土壤动物48343只,隶属于7门16纲31目117科.不同植被类型的大型土壤动物优势类群差异较大,其土壤动物类群数存在显著差异(P＜0.05).3种植被下土壤动物个体密度与类群数的垂直分布均具有明显表聚性.针叶林苔藓层的土壤动物个体密度与类群数极显著高于凋落物层和土壤层（P＜0.01）.不同植被下土壤动物密度 类群指数(DG)存在极显著差异(P＜0.01).大型土壤动物生物量在6月达到最大值.Jacard相似系数显示:受干扰草甸的土壤动物群落与其他植被相似程度最低.表明植被类型对土壤动物群落结构特征影响显著;坡向、海拔以及干扰等因素对土壤动物群落结构也有影响.     

呼伦贝尔草地风蚀沙化土壤动物对环境退化的响应

为揭示草地沙化过程中土壤动物与土壤环境要素的相互关系,采用野外调查和实验室检测相结合的方法,对呼伦贝尔沙化草地不同沙化阶段土壤有机质、水解氮、速效磷、土壤水分含量、pH值,以及土壤动物群落结构、种群密度、多样性等进行了比较研究.共获得土壤动物4门6纲12目,优势类群中小型土壤动物仅线虫目1类,占总捕获量的94.3%;大型土壤动物为鞘翅目和半翅目2类,占总捕获量的79.7%.随草地沙化程度的不断加剧,土壤动物类群数量、种群密度、多样性和均匀性均呈明显递减趋势,严重沙化草地土壤中的土壤动物完全消失.回归分析表明,呼伦贝尔不同沙化阶段草地0～20cm土层土壤动物密度与土壤养分含量、土壤含水量、pH值及地表枯落物量呈显著线性相关,说明土壤动物群落对沙化草地土壤环境的改变较敏感.