Beta多样性用来衡量集群内物种组成的变异性,可以被分解为空间物种转换和物种集群镶嵌两个组分,是揭示群落构建机制的重要基础.目前开展了较多的地上生态系统beta多样性研究,然而地下生态系统beta多样性进展缓慢.以小兴安岭凉水和丰林自然保护区为研究地区,于2015年8、10月采用陷阱法对阔叶红松林进行调查,揭示地表甲虫(步甲科、隐翅虫科、葬甲科)的beta多样性.结果表明:(1)凉水共发现39种、856只地表甲虫,丰林共发现43种、1182只地表甲虫.8月凉水明显具有较高的全部甲虫(三个科的总和)物种多样性和丰富度,10月正好相反.(2)凉水和丰林之间地表甲虫beta多样性的差异仅发现于8月的步甲科和葬甲科之间.(3)凉水和丰林地表甲虫的beta多样性主要由空间物种转换组成,物种集群镶嵌对beta多样性的贡献很小,说明地表甲虫物种组成变异主要由本地物种之间较高的转换引起.研究表明小兴安岭阔叶红松林地表甲虫的beta多样性主要由空间物种转换组成,在揭示群落构建机制过程中,其内部物种交换和环境调控不容忽视.

人工绿洲是干旱区主要的自然景观之一,为了维护绿洲稳定而营建的防护林强烈改变地表生态水文过程,进而影响着地上和地下生物多样性.然而,以往的研究对地上植被关注较多,而对土壤动物研究较少.以张掖绿洲外围人工固沙植被群落和天然固沙植被群落为研究对象,探讨人工固沙植被恢复对荒漠地表节肢动物群落组成及多样性的影响及不同动物类群对植被变化的响应模式.研究表明,天然固沙植被群落转变为人工固沙植被群落显著降低了地表节肢动物数量,但提高了地表节肢动物类群丰富度和多样性,这在5月份表现尤为明显.植被类型对地表节肢动物群落的影响不同,8月人工柽柳林群落地表节肢动物活动密度、类群丰富度和多样性均显著高于人工梭梭林群落.人工固沙植被恢复显著降低了适应荒漠环境的拟步甲科甲虫,而蚁科和部分蜘蛛的数量显著增加,它们对人工固沙植被恢复的响应模式不同决定了群落结构及多样性的变化规律.此外,研究还发现一些地表节肢动物类群对不同生境具有强烈的指示作用,如拟步甲科等可指示荒漠生境,潮虫科等可指示梭梭林生境,而蠼螋科和狼蛛科等可指示柽柳林生境.综上所述,人工栽植固沙灌木形成的固沙植被群落导致了一些适应荒漠环境的地表节肢动物类群的数量降低,但也为更多的地表节肢动物类群提供了适应栖居环境和充足的食物资源等,从而提高了地表节肢动物的多样性.

以塔克拉玛干沙漠北缘典型荒漠区柽柳灌丛沙堆,柽柳包为研究对象,在2005-2006年期间调查了柽柳包及相邻沙漠裸地地表甲虫多样性.结果表明:2005年和2006年柳包上地表甲虫个体数量和物种数均高于沙漠裸地,柽柳包上的地表甲虫物种数分别为21种和16种,沙漠裸地中分别为10种和12种,柽柳包上物种丰富度明显高于沙漠裸地.选取优势种髋胫小土甲(Penthicicus koltzei Reitter)进行相对种群密度的估算,髋胫小土甲在柽柳包上分布数量较多,密度可达到每平方米在13头以上;但沙漠裸地仅有6头左右.柽柳包对甲虫多样性有明显的庇护所的作用,有利于维持甲虫物种多样性.2种不同生境条件下地表甲虫的数量存在明显的季节变动,其数量高峰分别出现在2005年6月和2006年7月,可能与不同季节环境的极端性(如气温峰值和洪水早晚)导致的食物丰富程度有关.

阔叶红松林是长白山林区代表性植被类型,具有较高的生物多样性.研究吉林蛟河阔叶红松林中地表甲虫多样性的时间动态,比较优势类群对时间变化的响应,为森林中地表甲虫的保护与利用提供科学依据.在2012-2013年5月中旬至8月下旬整个地表甲虫的活跃期,利用巴氏罐法在吉林蛟河阔叶红松林4个样地中共采集地表甲虫9849头,隶属于22个科79种,步甲科Carabidae、埋葬甲科Silphidae和隐翅虫科Staphylinidae为优势类群.地表甲虫的物种数、个体数和多样性指数均在7月上旬时达到最高,时间对个体数有显著影响(P＜0.05).地表甲虫多样性各指数间相关性较低,个别种类对环境变化比较敏感.步甲科个体数在7月上旬显著高于其他时间,物种数与个体数的时间动态不一致,步甲科对8月上旬的适应能力强于埋葬甲科和隐翅虫科.埋葬甲科在7月上旬个体数量极显著高于其他各时间(P＜0.01),物种数与个体数的时间动态相一致.埋葬甲科对7月下旬适应能力强于隐翅虫科,其对时间变化的反应最敏感,当环境条件适宜时,其数量能够迅速增加.不同时间隐翅虫科的物种数与个体数变化相对较小,对时间变化的敏感程度最低.由于生活习性的特殊化,使得捕食性和腐食性地表甲虫活跃的高峰期也可能与被捕食者在各时期的数量有关.

Metacommunity理论框架为理解生物群落的时空格局及其构建机制提供了一个强有力的方法.然而,少有研究揭示土壤动物metacommunity的格局及其构建机制,小尺度空间的研究更是少见.于2015年分别在凉水和丰林小兴安岭典型阔叶红松林长期动态监测样地内,通过空间直观定位调查监测的方法获得地表甲虫群落,揭示小尺度空间(300 m)地表甲虫metacommunity的格局,并进一步分析地形、土壤因子与这种metacommunity格局的相关性.结果表明:镶嵌型(nestedness)和随机型(random)是小尺度空间地表甲虫metacommunity的常见格局.地表甲虫的metacommunity格局具有类群依赖性,步行虫科和葬甲科多形成镶嵌型格局,而隐翅虫科则仅形成随机型格局.地表甲虫metacommunity格局具有季节波动性,在相对温暖的季节易形成显著的镶嵌型格局,而在相对寒冷的季节多为随机型格局.凉水和丰林地表甲虫的metacommunity格局没有明显差异.地形和土壤因子对地表甲虫metacommunity格局有重要的影响,该影响过程相对复杂,依类群和时间而异.本实验表明镶嵌型和随机型是小尺度空间小兴安岭典型阔叶红松林地表甲虫的常见格局,地形、土壤因子对这些格局的形成有重要的影响.

为探究黄土丘陵区土地覆盖和生物多样性功能演化,评价生物多样性保护视角下的最优生境,研究以宁夏彭阳县为研究区,1995、2000、2005、2010、2015年的Landsat TM影像为基础数据,集成3S技术获取土地覆盖时空动态变化特征,采用陷阱法于2012和2013年6-8月在研究区灌草混交林地、乔灌混交林地等6种不同生境内采集地表甲虫样本数据,利用InVEST-Habitate Quality模型评价生物多样性功能,结合采样数据探究最佳生境,借助CA-Marcov模型模拟研究区2020年土地覆盖及生物多样性功能.研究结果表明:(1)1995-2015年彭阳县土地覆盖及生物多样性功能发生显著变化,未利用地减少,城镇用地快速扩张,生境中天然封育草地和水平农田地变化明显,研究期间生物多样性功能经历了退化-优化的转变,2015年最佳;(2)模拟2020年土地覆盖中的水平农田地、城镇用地等较2015年有显著变化,生物多样性功能提高;(3)灌草混交林地是彭阳县生物多样性功能保护的最优生境,生境中固有的“88542”水平沟整地措施可作为当地典型生态恢复的最优模式;(4)InVEST模型和CA-Markov模型综合利用,普适性及准确性较好,研究区水平沟、鱼鳞坑、“88542”等水土保持工程和退耕还林还草、生态功能区划等生态恢复策略的实施和建设成效显著.

全球变化背景下,气候变化引起的降水异常变化对诸多生态过程和功能均有重要影响,但目前关于极端降水事件对土壤动物群落组成及多样性的影响研究非常有限.2018年7月24-25日,凉水国家自然保护区发生以大到暴雨为主的连续降雨,日降雨量达到50-100 mm,造成较严重的破坏,属于极端降水事件(短时暴雨)级别.在凉水国家级自然保护区阔叶红松林内,分别于暴雨发生前期(7月19日-24日)、暴雨结束初期(7月29日-8月3日)和后期(8月4日-8月14日),采用陷阱法捕获地表甲虫,阐明短时暴雨对地表甲虫群落组成及多样性的影响.结果 表明:此次实验共捕获650只、35种,地表甲虫群落、步甲科和隐翅虫科的个体数量在暴雨发生前期、暴雨结束初期和后期并没有显著差异,说明短时暴雨对上述群落个体数量没有显著影响,而葬甲科的个体数量在暴雨结束初期显著少于暴雨发生前期和暴雨结束后期.因土壤动物群落不同类群生活习性不同,短时暴雨对地表甲虫群落不同类群与优势种的影响各不相同.例如:优势种Pterostichus maoershanensis、Pterostichus adstrictus 和Aulonocarabus canaliculatus暴雨结束初期的个体数量均显著少于暴雨发生前期的个体数量,优势种P.maoershanensis暴雨结束后期的个体数量极显著少于暴雨结束初期和暴雨发生前期,优势种Nicrophorus tenuipes暴雨结束初期的个体数量极显著少于暴雨发生前期.地表甲虫群落和步甲科在暴雨发生前期、暴雨结束初期和后期的的多样性指数(H')和优势度指数(D)呈逐渐减少的趋势,步甲科暴雨结束后期的多样性指数(H')、优势度指数(D)和均匀度指数(J)均显著少于暴雨发生前期(P＜0.05).地表甲虫群落在暴雨结束初期和后期的beta多样性均显著高于暴雨发生前期,说明地表甲虫群落在暴雨结束初期和后期存在较高的群落物种替换,即暴雨导致地表甲虫群落较大的物种组成差异.本文表明,短时暴雨对小兴安岭凉水阔叶红松林的地表甲虫群落物种组成和多样性产生一定的影响,对群落不同类群及优势物种产生不同的影响,并导致地表甲虫群落在暴雨后较大的物种替换.

干旱区人工植被恢复驱动的土地利用变化强烈影响了地表和土栖的节肢动物群落结构及多样性.然而,我们对地表节肢动物群落关键类群-蜘蛛和甲虫对固沙植被恢复的响应及与环境变化关系的认识还很有限.以天然固沙灌木林和2种人工固沙灌木林为研究对象,运用方差分析和多变量分析等方法定量研究了干旱区天然和人工固沙植被区地表蜘蛛和甲虫分布特征及影响要素.结果 表明,天然灌木林与人工梭梭、柽柳林地表蜘蛛和甲虫群落组成明显不同,人工梭梭、柽柳林地表蜘蛛活动密度和甲虫多样性均显著高于天然灌木林,而地表甲虫密度和蜘蛛多样性变化与之相反.两种人工固沙灌木林之间蜘蛛和甲虫群落组成也存在一定差异,人工柽柳林地表蜘蛛活动密度、多样性和甲虫物种丰富度均显著高于人工梭梭林.进一步分析发现,蜘蛛群落中狼蛛科、平腹蛛科、皿蛛亚科和球蛛科与甲虫群落中拟步甲科、步甲科和象甲科等一些甲虫种属对3种生境的选择模式不同决定了蜘蛛和甲虫群落聚集结构.植被、土壤环境因子与蜘蛛和甲虫pRDA和pCCA结果表明,草本生物量、凋落物量、土壤含砂量、电导率和灌木盖度是影响蜘蛛分布的主要环境因子,它们解释了82.1％的蜘蛛群落变异;灌木盖度、草本生物量、土壤pH和砂含量是影响甲虫群落分布的主要环境因子,它们解释了60.6％的甲虫群落变异.总之,人工固沙灌木恢复影响了植被和土壤环境,它们相互作用改变了荒漠-绿洲过渡区蜘蛛和甲虫等地表节肢动物的分布格局.

干旱、半干旱区沙漠化强烈影响动植物分布及多样性,地表甲虫是荒漠中主要的动物类群,它们对沙漠化引起的植被和土壤环境变化响应十分敏感.鉴于此,以河西走廊中部张掖绿洲外围的天然固沙植被区作为研究区,依据沙漠化发育程度选择流动沙丘(ASD)、丘间低地(IL)、半固定(SFSD)和固定沙丘(FSD)4种生境,调查了地表甲虫群落组成及影响甲虫分布的植被和土壤环境.研究发现,4种生境地表甲虫群落组成明显不同并存在季节变异,5月ASD与IL、SFSD和FSD生境地表甲虫群落的相异性大于8月.5月和8月SFSD生境地表甲虫活动密度均显著高于其他生境,8月FSD生境地表甲虫多样性指数显著高于其他生境.不同大小甲虫对沙漠化的响应模式不同,大中型甲虫对沙漠化的响应较小型甲虫敏感,这在5月表现尤为明显.地表甲虫与环境因子的RDA分析结果表明,12个植被和土壤环境因子解释了 49.8％的地表甲虫群落变异,其中植被环境解释了甲虫群落变异的16.3％,土壤环境解释了甲虫群落变异的4.2％,植被和土壤环境相互作用解释了甲虫群落变异的29.3％.pRDA分析结果表明,草本物种丰富度、灌木盖度、土壤有机碳含量和粗砂含量是影响地表甲虫分布的主要环境因子,它们解释了 43.7％的地表甲虫群落变异.Pearson相关分析表明,草本物种丰富度与地表甲虫活动密度呈显著正相关,而与地表甲虫均匀度呈显著负相关;灌木盖度与地表甲虫多样性呈显著正相关;地表甲虫物种丰富度与灌木盖度和草本物种丰富度均呈显著正相关.此外,研究还发现戈壁琵甲、克氏扁漠甲、中华砚甲和甘肃齿足象可以用于指示FSD生境,东鳖甲属昆虫可以用于指数SFSD生境,谢氏宽漠王可以用于指示IL及ASD生境.

为了进一步评估苹果园施用噻虫嗪的生态风险,本研究利用QuEChERS技术改进前处理方法检测噻虫嗪在苹果园土壤中的残留,并监测了其对蜘蛛目、鞘翅目、双翅目和弹尾目等节肢动物种群数量及多样性特征的影响.结果表明,噻虫嗪在土壤中的添加回收率为90.11％～95.03％,变异系数为3.4％～6.63％,最小检出量均为0.1ng,最低检出质量浓度均为0.02 mg/L.该方法缩小取样体积、节约试剂,提高了工作效率,适用于苹果园土壤噻虫嗪残留分析.噻虫嗪施用后在苹果园土壤中能够快速消解,消解动态满足一级动力学方程C=2.3421e-0.11t,其半衰期为6.36 d.苹果园施用噻虫嗪防治苹果蚜虫类害虫,表土节肢动物代表类群的生物多样性指数短期内会受到影响而降低,28 d后趋于恢复;对土壤蜘蛛类、甲虫的种群数量在5 d内有显著抑制作用,对地表双翅目、弹尾目的种群数量抑制作用较小.