松材线虫侵染后松林节肢动物群落组成和多样性结构研究

论文摘要

随着国际贸易往来和旅游业的发展,生物入侵在我国不断加剧,正在成为威胁我国生物多样性与生态环境的重要因素之一。作为我国毁灭性的林业外来入侵生物,松材线虫Bursaphelenchus xylophilus（Steiner et Buhrer）Nickle的入侵对我国松林资源,尤其是对我国南方松林和重要生态区域构成了严重威胁。明确松材线虫入侵后对森林生态系统中节肢动物群落组成与结构的影响,对于制定综合控制方法与技术及揭示松林生态系统对松材线虫入侵的抵御机制具有重大的理论与实践意义。本文以浙江省富阳市和舟山市不同受害程度的松林为研究对象,分析了松材线虫入侵后感病木不同处理方式对节肢动物群落结构的影响;同时对海岛和内陆两种不同的生境,特别是海岛中4种典型代表性林型中的节肢动物群落组成和结构特点进行了较为详细的研究,并进一步探讨了马尾松和黑松这两种主要感病树种冠层节肢动物群落的组成和结构,分析了感病松林林分因子与节肢动物群落的关系。主要研究结果如下:1.从物种、亚群落、营养阶层三个水平上分析了伐除干扰对马尾松林生态系统内节肢动物群落结构的影响。对感染松材线虫病的马尾松林进行皆伐处理后,在不同的松林更新方向上出现了不同结构的节肢动物群落。皆伐显著降低了林分的物种丰富度,其中,鳞翅目、鞘翅目、半翅目和蜘蛛目几个类群受影响最大。从亚群落的组成结构上来看,皆伐更新对害虫亚群落和天敌亚群落的组成的影响均极为显著。皆伐也改变了生态系统内节肢动物群落各营养阶层的比例组成,就供试标准地而言,皆伐更新形成的马尾松幼林的节肢动物能级结构较之白栎苦竹混交林更为合理。而对感病马尾松林中的马尾松择伐清理后,节肢动物群落的物种丰富度和多样性指数均显著增加,优化了各能级类群的比例组成,对于提高节肢动物群落的稳定性有一定的增效作用。2.对两种受松材线虫入侵的生境中（内陆和海岛）的节肢动物群落的组成和结构差异进行了比较,经聚类分析表明:两种生境节肢动物的科数之间没有显著差异,但在物种数量、个体数量及亚群落和能级类群的组成上有显著的差异。其中,鳞翅目和蜘蛛目差异最大。3.采用G-test、Sorensen Classic相似性指数和Jaccard Classic相似性指数比较了浙江省舟山市受松材线虫侵染后形成的湿地松杉木混交林、马尾松疏林、马尾松纯林和黑松马尾松混交林等4种代表性的松林类型中的节肢动物群落的组成,同时采用采用Chao 1指数和ACE指数对4种林型的总物种丰富度进行了估计。研究结果表明:4种松林类型中节肢动物群落的科数、物种数和个体数量都有显著差异（科数G3=9.303,P=0.026;物种数G3=57.362,P=0.000;个体数G3=2767.568,P=0.000）。马尾松疏林和马尾松纯林中节肢动物群落的相似性最高,湿地松杉木混交林和黑松马尾松混交林这两种针叶混交林内节肢动物群落相似性最低。估计全部节肢动物群落的物种丰富度为586.47（ACE指数）和634.8±31.5（Chao 1±SD）种。4.采用枝条套袋取样技术对浙江省舟山市松材线虫病疫区内马尾松Pinus massoniana幼龄林和老龄林冠层节肢动物群落的组成和时空结构进行了研究,结果表明:幼树上冠层节肢动物的物种数显著高于老龄树,但老龄树冠层的节肢动物个体数量显著高于幼树。马尾松幼树的主要种类有松墨天牛Monochamus alternatus Hope、松大蚜Cinara pinitabulaeformis Zhang et Zhang、微红梢斑螟Dioryctria rubella Hampson、纵坑切梢小蠹Tomicus piniperda L.、松沫蝉Aphrophora flavipes Uhler等。老龄树的主要种类有松墨天牛、松大蚜、浙江黑松叶蜂Nesodiprion zhejiangensis Zhou et Xiao、松叶小卷蛾Epinotia rubiginosana （Herrich-Sch?ffer）等。90株供调查的马尾松树上冠层节肢动物共有13目49科98种,共计4218个个体。其中,幼树12目40科66种,共计1584个个体;老龄树12目39科74种,共计2634个个体。比较节肢动物在不同林龄马尾松冠层的时空结构表明,幼树冠层结构更有利于节肢动物的栖居,因此应加强对老龄树的抚育管理。5.对浙江省舟山市松材线虫病疫区内黑松Pinus thunbergii冠层节肢动物群落的组成和结构进行了研究,结果表明:供调查的60株黑松冠层中,节肢动物共有12目45科95种,共计3077个个体。其中捕食性昆虫10科17种89个个体,食叶害虫11科16种1477个个体,枝梢害虫8科18种1186个个体,蜘蛛类11科33种287个个体,游走性类群5科13种38个个体。主要种类有浙江黑松叶蜂Nesodiprion zhejiangensis Zhou et Xiao、草履蚧Drosicha corpulenta （Kuwana）、松沫蝉Aphrophora flavipes Uhler、松墨天牛Monochamus alternatus Hope等。各功能集团主要分布在树冠的中下层,除捕食性昆虫外,总群落及其他各类群对方位的选择性较小,捕食性昆虫主要分布在向阳的东部、南部和西部。以食叶害虫和枝梢害虫为主的害虫类群在5月份的优势集中性最高,在7月物种丰富度最高,6 8月危害最为严重的时期。而蜘蛛类和捕食性昆虫等捕食性类群在调查的各个月份中的优势集中性均比较稳定,仅在8月有所降低。6.采用典型相关分析及双重筛选逐步回归分析的方法,分别分析了林分因子和植物群落的多样性与节肢动物总群落及各亚群落和能级类群之间的关系。发现枯枝落叶层厚度、郁闭度、林分密度和草本层盖度是影响节肢动物群落多样性四个最为重要的因子;枯枝落叶层厚度、草本层盖度和优势乔木冠幅是影响节肢动物群落能级结构的三个相对最为重要的因子。植物群落的多样性对节肢动物群落的多样性组成有显著的影响。影响因子涉及了植物群落各个层次的多样性结构,并且天敌亚群落和中性昆虫亚群落与植物群落的相关性最为显著。从影响因子的多样化也可以看出节肢动物群落多样化的组成不是一个或几个因素可以影响的,而是植物群落的整体效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 松材线虫病概述
• 1.1.1.1 松材线虫病的危害
• 1.1.1.2 松材线虫病的危害寄主及症状
• 1.1.1.3 松材线虫病的发病规律
• 1.1.1.4 松材线虫病的传播途径
• 1.2 国内外节肢动物群落组成结构和多样性研究进展
• 1.2.1 节肢动物群落的组成结构研究
• 1.2.2 节肢动物群落的多样性和稳定性研究
• 1.2.2.1 节肢动物群落多样性研究
• 1.2.2.2 节肢动物群落多样性与稳定性的关系
• 1.2.3 节肢动物群落时空格局研究
• 1.2.3.1 节肢动物群落的空间格局
• 1.2.3.2 节肢动物群落的时间格局
• 1.2.4 影响节肢动物群落组成结构和多样性的因素
• 1.2.4.1 生物地理和小生境的影响
• 1.2.4.2 气候因素的影响
• 1.2.4.3 寄主植物构筑的影响
• 1.2.4.4 演替恢复的影响
• 1.2.4.5 生境干扰的影响
• 1.2.4.6 关键种的影响
• 1.2.4.7 其他方面的影响
• 1.2.5 节肢动物多样性与生态系统功能
• 1.2.6 节肢动物群落与更高营养阶层的关系
• 1.2.7 节肢动物群落在生境监测中的应用
• 1.3 本研究的思路
• 1.3.1 研究目的和意义
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 研究的技术路线
• 2 研究地区概况及研究方法
• 2.1 研究地区概况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 节肢动物群落调查方法
• 2.2.1.1 乔木层节肢动物群落的系统调查
• 2.2.1.2 灌木草本层节肢动物群落的系统调查
• 2.2.1.3 枯枝落叶层节肢动物群落的系统调查
• 2.2.1.4 灯光诱集辅助调查
• 2.2.2 亚群落及营养阶层的划分方法
• 2.2.2.1 亚群落的划分方法
• 2.2.2.2 营养阶层的划分方法
• 2.2.3 群落物种多样性的计算方法
• 3 病死木不同的处理方式对节肢动物群落的影响
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 调查取样方法
• 3.1.2 亚群落及功能集团的划分
• 3.1.3 数据分析方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 松林皆伐对节肢动物群落的影响
• 3.2.1.1 松林皆伐后节肢动物群落的组成结构
• 3.2.1.2 亚群落的组成
• 3.2.1.3 亚群落的多样性结构
• 3.2.1.4 营养结构的组成
• 3.2.1.5 营养结构的比例相似性
• 3.2.2 病死木择伐对节肢动物群落的影响
• 3.2.2.1 择伐清理后节肢动物群落的组成
• 3.2.2.2 择伐清理对节肢动物的主要类群的影响
• 3.2.2.3 择伐清理后节肢动物各亚群落的组成
• 3.2.2.4 择伐清理后节肢动物各能级类群的组成
• 3.2.2.5 择伐清理后节肢动物群落的能级比例
• 3.3 小结
• 3.3.1 松林皆伐对节肢动物群落的影响
• 3.3.2 病死木择伐清理对节肢动物群落的影响
• 4 马尾松林不同受害阶段节肢动物群落结构特征研究
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 节肢动物群落的调查方法
• 4.1.2 群落多样性的计算方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 马尾松林不同受害阶段节肢动物群落的组成
• 4.2.2 马尾松林不同受害阶段主要节肢动物类群组成结构
• 4.2.3 马尾松不同受害阶段主要节肢动物类群多样性结构
• 4.2.4 马尾松不同受害阶段节肢动物各亚群落多样性结构
• 4.2.5 马尾松不同受害阶段节肢动物各营养阶层组成结构
• 4.2.6 马尾松林不同受害阶段群落的相似性
• 4.2.6.1 总群落邻近受害阶段的相似性
• 4.2.6.2 邻近受害阶段各亚群落的相似性
• 4.2.6.3 邻近受害阶段各营养阶层的相似性
• 4.3 小结
• 5 不同生境马尾松林中节肢动物群落组成和结构的差异
• 5.1 标准地概况
• 5.2 研究方法
• 5.2.1 节肢动物群落调查方法
• 5.2.2 亚群落及营养阶层的划分
• 5.2.3 数据分析方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 不同生境节肢动物群落的组成结构
• 5.3.2 不同生境节肢动物科水平的组成差异
• 5.3.3 不同生境节肢动物物种水平的组成差异
• 5.3.4 不同生境节肢动物个体数量水平的组成差异
• 5.3.5 不同生境节肢动物亚群落多样性差异
• 5.3.6 不同生境节肢动物能级类群差异
• 5.4 小结
• 6 不同松林类型节肢动物群落组成和相似性研究
• 6.1 研究方法
• 6.1.1 标准地概况
• 6.1.2 节肢动物群落调查方法
• 6.1.3 亚群落及营养阶层的划分
• 6.1.4 数据分析方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 节肢动物总群落对不同林型的响应
• 6.2.1.1 节肢动物群落的组成
• 6.2.1.2 节肢动物群落的物种丰富度
• 6.2.1.3 不同林型节肢动物群落的相似性
• 6.2.2 亚群落的响应
• 6.2.2.1 亚群落的组成
• 6.2.2.2 各亚群落的物种丰富度估计
• 6.2.2.3 各亚群落的相似性
• 6.2.3 各营养阶层的响应
• 6.2.3.1 营养阶层的组成
• 6.2.3.2 各营养阶层的物种丰富度估计
• 6.2.3.3 各营养阶层的相似性
• 6.3 小结
• 7 主要感病树种冠层节肢动物群落的组成和结构
• 7.1 不同林龄马尾松冠层节肢动物群落组成和结构
• 7.1.1 材料与方法
• 7.1.1.1 抽样调查方法
• 7.1.1.2 分析方法
• 7.1.1.3 数据分析方法
• 7.1.2 结果与分析
• 7.1.2.1 不同林龄马尾松冠层节肢动物群落的组成
• 7.1.2.2 不同林龄马尾松冠层节肢动物群落的空间结构
• 7.1.2.3 不同林龄马尾松冠层节肢动物群落的时序动态
• 7.1.3 小结
• 7.2 黑松冠层节肢动物群落的组成与结构
• 7.2.1 材料和方法
• 7.2.1.1 抽样调查方法
• 7.2.1.2 群落功能集团的划分
• 7.2.1.3 数据分析方法
• 7.2.2 结果与分析
• 7.2.2.1 黑松冠层节肢动物群落的组成
• 7.2.2.2 黑松冠层节肢动物群落的空间结构
• 7.2.2.3 黑松冠层节肢动物群落的时序动态
• 7.2.3 小结
• 8 影响节肢动物群落组成和结构的因素
• 8.1 研究方法
• 8.1.1 试验地的选择
• 8.1.2 节肢动物群落的调查方法
• 8.1.3 亚群落及功能集团的划分
• 8.1.4 数据分析方法
• 8.1.4.1 感病马尾松林分因子与节肢动物群落的关系
• 8.1.4.2 植物群落多样性同节肢动物群落之间的关系
• 8.2 结果与分析
• 8.2.1 感病马尾松林分因子与节肢动物群落的关系
• 8.2.1.1 林分因子与节肢动物总群落的关系
• 8.2.1.2 林分因子与节肢动物害虫亚群落的关系
• 8.2.1.3 林分因子与节肢动物天敌亚群落的关系
• 8.2.1.4 林分因子与节肢动物中性昆虫亚群落的关系
• 8.2.1.5 林分因子与节肢动物能级结构的关系
• 8.2.2 植物群落多样性同节肢动物群落之间的关系
• 8.2.2.1 植物群落多样性同节肢动物群落多样性之间的关系
• 8.2.2.2 植物群落多样性同节肢动物群落能级组成之间的关系
• 8.3 小结
• 8.3.1 林分因子与节肢动物群落多样性的关系
• 8.3.2 林分因子与节肢动物群落能级结构的关系
• 8.3.3 植物群落与节肢动物群落的关系
• 9 讨论
• 9.1 讨论
• 9.2 论文主要创新点
• 附表1 马尾松冠层节肢动物名录
• 附表2 黑松冠层节肢动物名录
• 附录 节肢动物群落研究中的常用概念
• 参考文献
• 个人简介
• 在读期间发表的论文目录清单
• 导师简介
• 致谢