做的什么，配方是什么，创新，自己得想法，和人家的不足之处，放图思维导图

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2023-11-04

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材料与方法

土壤动物多样性

黄土高原

土壤介绍

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作者论文与前人相比有什么不同，理论贡献，

样本：样本大小，采用哪种取样方法，此种取样方法优缺点

分析方法：论文采用什么分析软件，分析方法

黄土高原北部植被恢复后土壤动物群落特征及分布格局

关键词:黄土高原植被恢复土壤动物指标

土壤动物与植被多样性的关系一直受到人们的关注。黄土高原退耕还林工程在维持土壤动物丰富度和多样性方面的作用尚不清楚。研究了5种常见的人工恢复生境(白杨、油松、柠条、紫花苜蓿、白针茅)和1种农田生境对土壤动物群落特征的空间影响。结果表明:该生境共有蜘蛛目、刺螨目、刺虫目、等翅目、鞘翅目幼虫和鞘翅目成虫6个土壤动物类群，占类群总数的37.5%;在各生境中，蜱螨为优势类群。油松生境土壤动物的丰度最高，达7656个。

土壤动物多样性、丰富度和均匀度指数在各生境中最高。

土壤主要性状(含水量、有机碳和速效钾)、凋落物性状(植被覆盖度、植被密度和凋落物厚度)与土壤动物之间存在显著的相关性。6个生境的微环境差异对土壤动物群落的组成有较大影响。与其他生境相比，白杨生境更有利于生物多样性的保护。植被恢复通过改善土壤动物的生存环境增加了土壤动物的多样性，土壤动物群落可以作为“植被恢复效益”的评价指标。这些发现有助于揭示黄土高原植被恢复过程中土壤动物的发展趋势，为土壤动物评价环境质量提供重要支持。

介绍

土壤动物是陆地生态系统的重要组成部分，它们参与土壤的形成和发展，调节土壤的基本理化性质和结构，在土壤养分释放中起重要作用, 和土壤生态系统健康。土壤动物在土壤环境的过滤和净化中起着天然的作用。土壤动物的特点是数量多，种类多，活动范围小，对环境污染或变化敏感。因此，土壤动物也被认为是土壤质量的指标，土壤动物反映了土壤的物理、化学和微生物特性，从而指示了一般的生态变化。然而，土壤动物群落组成和数量分布不仅受到环境变化和不同程度干扰的影响，但也受海拔梯度、气候条件和植被类型等生态因素的影响。

土壤动物与自然植被的关系一直是自然生态系统研究的核心问题。形成各种林下植被的不同类型微环境可以影响土壤动物的组成。不同植被类型凋落物的生物量和养分组成不同，直接影响土壤动物群落的组成。此外，植物凋落物是土壤有机质的主要来源，是腐食土壤动物的食物来源。土壤有机质含量高，物种丰富度高，生物多样性大。一些土壤大型动物类群优先以特定的有机基质为食;因此，它们的分布可能受到凋落物和根系周转的质量和沉积模式的影响。特定树种凋落物的质量可以显著促进土壤动物群落的变化。不同植被类型下凋落物层的混合水平可以增加土壤大型动物群落的多样性和蜱虫的丰富度。植物群落组成的复杂性对土壤动物群落多样性的改善也有积极作用。给定空间内不同地面植被群落之间的相互作用会影响土壤动物群落，地下土壤动物群落也会影响地面植被群落的组成和结构。

1999年，中国实施了“退耕还林”工程，通过改变土地利用方式，减少水土流失，增加生物多样性，保护自然资源，改善自然环境。该项目是目前中国规模最大的生态修复工程，与退耕还林、退耕还草、退耕还林等土地利用/覆被变化密切相关。自实施以来，西北黄土高原植被覆盖度从20世纪70年代的6.5%增加到2010年的50%左右，到2013年底达到60.2% 。植被的大量恢复改善了环境，为土壤动物提供了大量的食物和适宜的生存空间。黄土高原土壤动物的多样性和数量也在不断增加。然而，黄土高原恢复后对土壤动物的影响却没有得到足够的重视。

因此，本研究旨在(1)调查恢复区土壤动物群落特征和分布格局;

图1所示。黄土高原区六道沟流域研究点位置(a、b)和选定植被类型(c)。

材料与方法

以土壤动物为指标，提出最适宜恢复的植被类型;(3)确定了制约土壤动物群落发展的主要环境因素。

研究区域位于中国陕西省神木市六道沟流域(北纬38°46′-38°51′，东经110°21′-110°23′)(图1a和1b)。该流域是中国科学院和西北农林科技大学神木侵蚀与环境研究站所在地。流域海拔1081 ~ 1274 m，流域面积6.89 km2。流域年平均气温8.4℃，年平均降水量408.5 mm。

超过70%的降水发生在6月至9月。该地区属于半干旱大陆性气候区，干旱指数为1.8 mm，年平均潜在蒸散量为785 mm。研究区为典型的水蚀风蚀过渡带。场地冬季和春季以风蚀为主，夏季和秋季以水蚀为主。主要土壤类型为干旱区钙化土(FAO, 2006)，由低肥力黄土发育而成。在过去的几十年里，为了防止严重的土壤侵蚀和退化，流域的植被得到了广泛的恢复。该地区的土地利用方式主要是人工干预和农田、草地、灌木和树木的自然恢复。

2.2. 通过对六道沟流域的实地调查和走访，选择了以西孟杨、油松、柠条、紫花苜蓿、白针茅为特征的5个最具代表性的人工恢复生境和1个农田生境(表1，图1c)。这些生境代表了该地区所有的生境类型:(1)乔木:西蒙树(P. simmonii)和油松(P. tabulaeformis);(2)灌木:柠条;(3)草本植物:紫花蒿、白花蒿;(4)农田:玉米田。

生境的选择应遵循以下标准:(1)人工恢复生境应在该地区具有共性;(2)生境形成时间应尽可能均匀;(3)生境面积要足够大;(4)对生境的干扰应尽可能小;(5)外部环境(如:

(即坡度和高程)应尽可能相似。

2.3. 2019年9月雨季结束后，在6个栖息地采集土壤、凋落物和土壤动物样本。每种生境类型选择3个相似的10 m × 10 m样地作为重复，每个样地之间间隔大于5 m。按对角线法为每个样地选取5个采样点，将样本混合成一个复合样本。

采样地点要求没有斜坡，石头和人为干扰，并且地块避免土壤动物巢穴。结合TSBF法，采用铁长方体(31.62 cm × 31.62 cm, 30 cm深)取样土壤动物。与TSBF法一样，直接将取样器夯入土中，然后开挖土柱。该方法可有效减少土壤动物的逃逸，使试验结果更加准确。挖掘出的土柱放置在不锈钢托盘中，轻轻破碎大块的土块，便于人工采摘土壤大型动物。在凋落物和土壤中的大型动物被手工分类并保存在含有75%酒精的50毫升小烧杯中。然后，采用改进的Tullgren漏斗法提取采集到的中、微型动物样本。所有土壤动物样本均在双目解剖显微镜或普通光学显微镜下进行鉴定和计数。

在每个地块的5个采样点采集土壤样品，然后彻底混合以测定其物理和化学性质。土壤含水量(SWC)通过在105◦C干燥样品10小时的重量测定。用环刀收集的未受干扰的土壤样品用于测量土壤容重(SBD)。收集的土壤样品被风干、研磨，并通过1.0毫米和0.25毫米的筛子进行实验室分析。采用1.0 mm筛网筛分土壤，测定铵态氮(NH4 + -N)、硝态氮(NO3¶-N)、奥尔森磷(OP)和速效钾(AK)含量。采用0.25 mm筛网筛分土壤，测定有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量。

OC、TN和OP的含量分别使用Walkley¶Black、Kjeldahl和Olsen方法测定(Page et al .， 1982)。用HClO4-H2SO4消解后，用比色法测定土壤总磷含量。用2 mol L¶1 KCl (Kachurina et al . 2000)提取后，用连续流动分析仪(AutoAnalyzer-AA3, Seal Analytical, Norderstedt, Germany)测量NH4 + -N和NO3¶-N。用火焰光度法测定了1 mol L¶1乙酸铵提取物中AK的含量(PE PinAAciie 900F，美国)。在摇动至平衡约30分钟后，使用玻璃电极以1:2.5(土壤/水)的比例测量土壤pH值(Dick等，2000)。

收集的凋落物样本被风干、研磨，并通过0.25 mm筛子。用浓H2SO4-H2O2消解凋落物测定样品的总氮和总磷，然后用凯氏定氮法、比色法测定。采用基于Walkley-Black法的K2Cr2O7-H2O2氧化法对凋落物OC进行分析。采用Van Soest法测定纤维素和木质素(Van Soest et al . 1991)。

2.4. 采用Shannon - wiener多样性指数(H)、Margalef丰富度指数(D)、Simpson优势度指数(C)和Pielou均匀度指数(J)对土壤动物群落多样性进行了量化:Shannon - wiener指数(Shannon, 1948): H =¶∑s i=1 ni/Nln(ni N) Margalef指数(Margalef, 1970): D = (s¶1)/lnN Simpson指数(Simpson, 1949):

C =∑(ni N)2 Pielou指数(Pielou, 1969): J = H/lnS，其中ni为第i组的个体数;N为所有组的总人数，S为组的数量。

采用单因素方差分析比较不同生境间土壤和凋落物的性质、土壤动物丰度和群落指数，采用LSD程序和0.05概率水平的对比来判别不同处理效果间的显著性差异。

采用Pearson相关分析(双侧检验)分析土壤动物与环境因子的关系。采用主成分分析方法分析了不同生境对土壤动物群落主要类群的影响。采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。采用绘图软件Origin 9.0进行制图。

采用冗余分析(RDA)分析了土壤动物群落与环境因子的关系。土壤动物群落作为因变量，环境因子作为解释变量。为了减少稀有物种的权重，在分析前将<0.1%的物种排除在外。物种变量偶尔出现零值;因此，执行了log (x + 1)转换。采用蒙特卡罗检验评价第一轴和所有轴的显著性(499次，P < 0.05)。此外，采用交互正向选择方法确定了对土壤动物有显著影响的环境因子。采用CANOCO 5.0进行分析。

3.结果3.1。不同生境土壤及凋落物质量参数不同生境土壤性质差异见表2。除土壤pH和NH4 + -N外，不同生境间土壤性质存在差异。农田生境的SWC、OC、TP、C/N和OP显著高于其他生境(P < 0.05)。柽柳生境的SWC、OC、TN、TP和NO3¶-N显著低于其他生境(P < 0.05)。柠条柠条的SBD显著大于苜蓿(P < 0.05)。

苜蓿的TN和NO3¶-N显著高于其他生境(P < 0.05)。

由于人为干扰，农田生境地表凋落物被清除(表2)。西蒙尼和苜蓿生境凋落物OC显著大于其他生境(P < 0.05)。苜蓿凋落物中全氮和全磷显著高于其他生境(P < 0.05)。油棕生境的C/N、纤维素和木质素显著高于其他生境(P < 0.05)。

3.2. 不同生境对土壤动物的影响研究区共获得土壤动物46785种，隶属于1门5纲16类群。优势类群为蜱螨(70.51%)和弹虫(14.45%)。以蜘蛛目(1.34%)、等翅目(7.39%)、鞘翅目成虫(1.03%)和双翅目幼虫(3.47%)最多;其余的都是罕见的群体。土壤动物的丰度受不同生境的影响(表3)。

在所有生境中均发现6个土壤动物类群，包括蜘蛛目、刺螨目、刺虫目、等翅目、鞘翅目幼虫和鞘翅目成虫(图2)。

囊翅目昆虫仅在白锦杉生境中发现。在农田生境中未发现常见的双翅目幼虫。

不同生境下主要土壤动物类群的丰度差异见表4。油豆杉生境土壤动物丰富度极显著高于农田生境(P < 0.05)，极显著高于西蒙尼、sativa和bungeana生境(P < 0.01)。柽柳生境土壤动物的丰度极显著高于白杨生境(P < 0.05)，极显著低于油松和柠条生境(P < 0.01)。柠条、苜蓿和农田生境土壤动物的丰度极显著高于白杨生境(P < 0.01)。

采用Shannon-Wiener指数(H)、Margalef指数(D)、Simpson指数(C)和Pielou指数(J)分析不同生境对土壤动物群落多样性的影响(图3)。白绒蒿生境的多样性指数(H)显著大于其他生境(P < 0.05)。白金沙的丰富度指数(D)

3.4. 以分类学为单元，利用主成分分析法对流域6个生境土壤动物群落进行空间排序(图4)，第一主成分和第二主成分分别解释了33.75%和26.51%的变异，特征值分别为0.34和0.26。影响第一轴分布的类群为蜘蛛目、粉螨目、鞘翅目幼虫、等翅目和弹虫。

影响二轴昆虫分布的类群为双翅目幼虫、鞘翅目成虫、同翅目和膜翅目昆虫。

4. 4.1讨论。

(2000)和Maestre等(2003)发现，植树造林增加了土壤中的有机碳和氮含量，尽管发现的差异很小或可以忽略不计。

在陆地生态系统中，植物向土壤输送碳和养分的主要方式是通过凋落物的分解(trumbor, 2006)。因此，凋落叶类型提供不同的初始养分浓度，影响表层土壤养分状况(Thoms et al .， 2010)。土壤TN、NO3¶-N、凋落物OC、凋落物TN和凋落物TP均显著(P < 0.05)高于其他生境。这一结果的原因是，苜蓿生长更接近土壤表面，可以拦截灰尘和沉积物，通过风和水侵蚀增加养分含量。相比之下，豆科植物促进土壤氮、有机质和其他营养物质的积累(Heichel et al .， 1981;Gupta和Reuszer, 1967)。

4.2. 不同生境土壤动物的差异6个生境植被类型的差异对土壤动物群落的组成有较大的影响(表3和4，图2和3)。不同类型的植被组成会导致森林下形成不同的微环境，不同的微环境会影响土壤动物的类群和个体数量，形成不同的土壤动物群落(Yin, 2000)。然而，不同生境中群落组成的差异程度以及植被类型和土壤动物的相对重要性在很大程度上取决于土壤和凋落物的质量参数(表5)。因此，不同生境类型的土壤动物受到与凋落物性质(如LT和养分状态)直接相关的差异的影响，而这些差异与土壤性质(如SOC和SWC)间接相关。

除弹蝇密度最大的农田外，其余生境均以蜱螨为优势类群，密度最大。甲虫组合的多样性和组成高度依赖于当地生境的性质(Hansen, 2000)，因为农田生境的地表SWC明显大于其他生境。与目前的研究结果相似，Coulson et al(2000)发现降雨量增加会导致粉虫减少，弹虫增加。对各生境系统土壤动物类群数量的分析表明，农田生境土壤动物类群数量最少，因为农田生境没有凋落物积累，不能为土壤动物提供生存空间，较强的干扰程度不利于生境和土壤动物的繁殖。由于高度的强化和干扰，耕地土壤动物的变化是明显的(Deca¨ens等人，2004;Rossi and Blanchart, 2005)。

油松是一种针叶树，含有许多有机物质，如木质素、纤维素和单宁。土壤动物特别避免富含单宁-蛋白质复合物、多酚和木质素的凋落物(Satchell, 1967;Tian et al .， 1993;Harbone, 1997)。针叶树凋落物的营养含量不如树叶、草和草本植物凋落物丰富，也不适合动物食用(Huhta et al .， 1998)。油松生境土壤动物类群虽少，但密度最高，主要集中在蜱螨目和等翅目(表3)。油松生境土壤动物密度显著高于其他生境(表4)。可能与凋落物层的厚度有关(表5)。较厚的凋落物层为土壤动物提供了相当大的栖息空间，有利于土壤动物的繁殖。植物盖度、密度和凋落物层厚度与土壤动物数量呈正相关(Zhang et al .， 2008)。此外，油松生境中较高的SWC有利于弹线虫和刺螨等耐湿动物的生存。此外，农田生境土壤动物数量保持在较高水平，尤其是弹虫和蜱虫;因此，SWC对土壤动物有一定的影响。

白杨生境土壤动物数量明显低于其他生境。白杨生境土壤动物数量最少，但多样性指数(H)、丰富度指数(D)和均匀度指数(J)在生境中最高。白锦鸡儿生境的多样性指数(H)和均匀度指数(J)较高，表明该生境的食物链较长，种间关系较复杂，对负反馈的控制能力较强。高丰富度指数(D)和低优势度指数(C)表明该生境土壤动物类群数量较多，且各类群密度分布稳定。Yan等(2012)提出了一种基于土壤动物群落指数评价土壤肥力和土壤质量变化的指数(FAI)。土壤动物在许多不同环境中的分布受到植物的影响(Coulson et al .， 2003;Viketoft, 2007)。因此，我们结合土壤动物群落指数对不同人工生境的环境质量进行评价。结果表明，在黄土高原水蚀-风蚀交错区，白杨生境比其他生境更适合广泛推广

4.3. 土壤质量与土壤生物密切相关，因为土壤生物负责分解、养分循环等重要的土壤过程和功能(Yan et al, 2012)。植物种类在凋落物产量和质量方面存在差异，单个植物物种可能对土壤动物及其调节的过程产生重要影响(Wardle et al . 2004)。其他几项研究报告了分解植物材料的化学成分对土壤动物的影响(Loranger-Merciris等，2007)。土壤动物具有明显的表层聚集特征，栖息于凋落物和土层;因此，地表凋落物性质和土壤性质会影响土壤动物群落的结构和多样性(Liu, 2018)。

然而，土壤动物也会影响土壤(De Deyn et al, 2003)。土壤动物以凋落物为食，排出富有机质的粪便，增加土壤有机质含量。土壤动物可以通过挖洞和垂直运动混合不同层次的土壤，促进土壤整体结构的形成。土壤动物也可以调节凋落物碳和养分的释放和分解速率(Anderson, 1975;Gonzalez¨and Seastedt, 2001;Yang and Chen, 2009)。因此，评价人工生境恢复的综合效果应考虑土壤动物和环境因素

5. 结论从农田到乔灌木或草本植物的土地利用变化导致土壤微生境发生剧烈而快速的变化，可能影响土壤动物的丰富度和分布。人类农业活动对农田生境的干扰增加了土壤养分含量，但减少了土壤动物的多样性。土壤动物群落的多样性指数、丰富度指数和均匀度指数在人工恢复的白杨生境中最高;因此，以白木为特征的生境最适合植被恢复。土壤性质(SWC、SOC和AK)和凋落物性质(VC、VD和LTN)显著影响土壤动物的类群和密度。

因此，本研究有利于科学评价“退耕还林”工程的生态效应，并为新一轮的生态修复工程提供参考。

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