中国温带森林步甲多样性变化及影响因素

论文摘要

受人类活动的干扰以及气候变化的影响,森林植被组成发生了巨大的变化,特别是温带森林生态系统中遭受严重破坏的原始林正逐渐被人工林和次生林所替代。以人工林和次生林为主的温带森林中生物多样性的变化得到了广泛关注,国内外学者对温带森林在生物多样性保护过程中发挥的作用开展了深入的研究,但由于昆虫的个体较小,受重视程度较低,其多样性易被忽略。步甲科（Carabidae）昆虫是森林生态系统中最为丰富的类群之一,以捕食性物种占主体的这一特征,对维持生态系统的稳定性具有重要的作用。因其种类繁多,行为和生理的异质性使它们成为一系列生态系统过程的指示生物。因此,研究森林变化对步甲多样性的影响有助于深入了解森林生态系统功能,并为温带森林生物多样性保护和生态系统的恢复提供理论依据。研究选取位于我国温带森林区域的北京市东灵山、河北省坝上、河北省辽河源、辽宁省医巫闾山、辽宁省章古台、辽宁省白石砬子、吉林省长白山、黑龙江省张广才岭和黑龙江省帽儿山共9个研究区,在每个研究区中采用陷阱法对步甲进行取样,通过调查研究区域中植被多样性及植被结构,了解植被对步甲多样性和功能组的影响;调查步甲栖息地的气候特征,探究气候变化对步甲多样性和周转的影响;调查森林景观格局,掌握景观结构变化对步甲多样性和群落组成的影响。主要研究结果和研究结论如下:（1）在9个保护区中,设置了 159个样方,512个陷阱,累计捕捉579天,共获取了 162种30685头步甲。步甲丰富度和多度由华北林区的东灵山至东北林区的帽儿山呈现上升-下降-上升的趋势,其中帽儿山地区步甲最为丰富,章古台地区最为贫瘠,这种变化趋势与东北林区分布的原始林有很大关系,说明原始林对步甲的保育作用是无可取代的。同时,对步甲与植被结构进行RDA分析以及步甲和草本植物稀疏外推曲线绘制,结果表明,增加森林郁闭度、乔木树种丰富度以及林下草本植物丰富度时步甲多样性增加。（2）为了研究草本群落结构对步甲功能组的影响,本研究对研究区域每个样方中的草本群落构建谱系群落结构并计算结构指数。对草本谱系群落结构指数与步甲功能组进行相关性分析,结果显示,草本群落谱系最近分类单元指数的增大,增加捕食性和小型步甲的分布;群落谱系净关系指数的增加,增加大型、捕食性和杂食性步甲的分布;PD指数的增加,降低捕食性和大型步甲的分布,增加杂食性、植食性和小型步甲的分布。（3）步甲丰富度和多度随气温的升高和降雨量的增大而增加,并且稀有种主要分布在低温和少雨的季节。不同季节步甲多度的变化主要受高温气候的影响,而步甲丰富度变化主要受降雨的影响,但高温和降雨对步甲多度和丰富度的积极影响显示在特定的海拔及经纬度范围内,此研究结果印证了物种可能通过迁移来应对气候变化带来的影响。步甲周转随温度的升高和降雨量的增加而增大,这种变化可能与华北地区较长的生长季节能够允许不同生活史特征的物种共存有关,不同类型的生活史特征对应的不同活动行为促进了步甲周转的增大。东北地区步甲群落响应气候变化呈现的较低周转也可能与物种较弱的扩散能力有关。（4）本研究探讨了18.378km半径景观尺度下景观结构对步甲群落组成的影响,结果显示:步甲丰富度随栖息地面积的增大和土地类型的增多而增加,保障足够的栖息地面积对于维持物种多样性是至关重要的。步甲特化种的丰富度随景观破碎度的降低和栖息地面积的增大而增加,通过降低人为干扰造成的景观破碎化能够减少特化种的丧失。步甲泛化种的分布范围受景观结构的强烈影响,随着景观斑块同质性增强和分离度增高,泛化种的分布范围增大。生境中物种优势度的体现与景观结构密切相关,景观破碎化程度越高和连接度越低,优势种分布的范围越广。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.1.1 昆虫的重要性

1.1.2 影响昆虫多样性变化的因素

1.2 步甲多样性研究现状

1.2.1 步甲多样性及生态学作用

1.2.2 步甲多样性现状

1.3 温带森林步甲多样性研究现状

1.3.1 国外温带森林步甲多样性的研究

1.3.2 我国温带森林步甲多样性的研究

1.4 目前我国步甲多样性研究中存在的不足及需要开展的研究内容

1.4.1 研究的不足

1.4.2 需要开展的研究方向

1.5 研究目的与意义

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究意义

1.6 研究内容与技术路线

第二章研究地区概况和研究方法

2.1 研究区概况

2.2 取样方法

2.2.1 取样点设计

2.2.2 步甲多样性调查

2.2.3 维管植物多样性调查

2.3 步甲标本制作、鉴定和特征分类

2.3.1 步甲标本制作

2.3.2 步甲鉴定

2.3.3 步甲特征分类

2.4 维管植物分类

2.5 数据分析方法

2.5.1 草本植物谱系树的构建和谱系多样性指数的计算

2.5.2 生物多样性指数

2.5.3 取样点地理空间数据转换

2.5.4 景观指数

2.5.5 步甲及植被数据的使用方法

第三章植被对温带森林步甲多样性及功能组的影响

3.1 研究材料和方法

3.1.1 研究地区和样地设置

3.1.2 昆虫及植被调查

3.1.3 物种特征

3.1.4 数据分析

3.2 研究结果

3.2.1 不同研究地区步甲多样性差异

3.2.2 步甲不同功能组的差异

3.2.3 取样时间和取样地点对步甲分布变化作用的检验

3.2.4 植被结构对步甲分布的影响

3.2.5 华北林区草本植物与步甲的多样性差异

3.2.6 草本群落谱系多样性指数对步甲功能组的影响

3.3 讨论

3.3.1 森林类型对步甲多样性的影响

3.3.2 森林结构对步甲多样性的影响

3.3.3 草本植物多样性与步甲多样性的关系

3.3.4 影响温带森林步甲功能组的因素

3.4 小结

第四章栖息地气候特征对温带森林步甲群落的影响

4.1 研究材料和方法

4.1.1 研究地区和样地选择

4.1.2 昆虫生境的气候和地理因素调查

4.1.3 数据分析

4.2 研究结果

4.2.1 步甲多样性随季节性变化的规律

4.2.2 不同季节步甲周转的变化

4.2.3 气候及地理因素对步甲群落物种多样性的影响

4.2.4 气候变化与步甲周转的联系

4.3 讨论

4.3.1 温带森林步甲不同季节的活动模式

4.3.2 栖息地气候特征对步甲多样性的影响

4.3.3 气候因素对步甲周转的影响

4.4 小结

第五章温带森林景观结构对步甲多样性和群落结构的影响

5.1 研究材料和方法

5.1.1 研究区和样地选择

5.1.2 昆虫分类和景观制图

5.1.3 数据分析

5.2 研究结果

5.2.1 不同研究地区中景观结构的差异

5.2.2 不同研究地区步甲丰富度差异

5.2.3 不同地区步甲分布范围的变化

5.2.4 景观指数与步甲群落组成的关系

5.2.5 多元线性回归分析

5.3 讨论

5.3.1 景观变化对步甲丰富度的影响

5.3.2 景观变化对步甲群落特化种的影响

5.3.3 景观变化对步甲群落泛化种的影响

5.3.4 景观变化对步甲群落中优势物种的影响

5.4 小结

第六章研究结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究的创新点

6.3 研究的不足

6.4 研究的展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间的科研成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 孙晓杰

导师: 桑卫国

关键词: 温带森林,步甲,生物多样性,功能组,谱系群落结构,气候因素,景观结构

来源: 中央民族大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,林业

单位: 中央民族大学

分类号: S718.7

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