李佳艺+王润润+刘新民

摘要：指出了综合治理措施的实施对皇甫川流域内水土流失起到了明显控制作用，探究不同生物类群对各种人工植被建立的响应是评价其稳定性和科学性的基础，并可以为人工植被的管理提供参考。2007年9月～2008年9月，采用土壤样方法采集蛴螬标本，以不同水土治理措施植被、耕作农田和天然草地为研究样地，分析了内蒙古皇甫川流域不同水土治理方式对蛴螬群落的影响。结果表明：共捕获蛴螬578头，隶屬于2科6属7种。其中，优势种为东方绢金龟和毛缺鳃金龟。不同人工植被中蛴螬群落的个体数和多样性均较农田提高，人工林地中提高尤为明显；两种优势蛴螬夏季发生程度高于春季和秋季（P<0.05）。可以认为，皇甫川小流域综合治理工程中人工林地种植对蛴螬群落多度和多样性的维持较为有益，人工植被的管理中应该特别注意人工杨树林中两种优势蛴螬发生的监测和防治。

关键词：皇甫川流域；水土流失；治理；蛴螬；群落特征

中图分类号：Q958.1

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）6-0114-06

1 引言

皇甫川是黄河中游的一级支流，属典型的半干旱区季节性河流，多粗泥沙，流域内地形破碎，沟壑纵横，由于人为干扰严重，水土流失极其强烈，并严重影响着流域的生态环境[1，2]。自1978年流域实施以建立人工植被为主要措施的水土综合治理试验示范研究以来，在控制水土流失方面取得了良好效果[1～3]，并在植被空间动态变化[4]、生物多样性恢复[5]、微生物类群组成[6]和土壤肥力改善[7]等方面起到了较好的促进作用。

金龟总科（Scarabaeoidea）昆虫幼虫（俗称蛴螬）是土壤亚系统中具有重要经济价值和生态意义的类群。植食性蛴螬（主要包括鳃金龟科和丽金龟科的种类）以植物根为食，作为生态系统的构成成分，对系统功能的维持有重要作用[8]，还是重要的农、林和牧业害虫[9～11]，其发生状况与环境变化密切相关[12]，可以作为各种水土治理措施科学性和稳定性评价的指示生物，还可为人工水土治理植被的管理提供参考[13]。

对小流域综合治理中各种人工植被水土保持效果的科学评价是完善治理措施和在区域范围推广的重要环节，对区域水土保持和植被建设具有重要的理论意义和实践意义[3]。从动物群落角度评价防治水土流失的人工植被的科学性和稳定性的研究相对较少。本文以皇甫川流域贺家湾五分地沟综合治理实验区为研究地点，分析了蛴螬群落对不同水土治理措施的响应特征，并与天然百里香草地进行了比较，以为皇甫川流域综合治理措施的评价和管理提供依据。

2 材料与方法

2.1 研究地区概况

皇甫川位于半干旱大陆性季风气候区，是一条典型的季节性河流，年平均气温6.2～7.2 ℃，≥10 ℃年均积温约2900～3500 ℃，年降雨量379～420 mm，集中于6～8月，地带性土壤为栗钙土，植被以人工林、次生草地和农田为主。

2.2 样地设置

研究地点选择在皇甫川流域五分地沟（地理坐标为39°45′N，111°07′E）和阳泉沟（地理坐标39°45′N，111°06′E），五分地沟位于长川中游东岸，采样点选择在国家黄土高原造林示范区贺家湾水土保持站，种植人工林和人工草地为主要水土治理措施，包括人工油松（Pinus tabulaeformis）林、杨树（Popunus simonii）林、锦鸡儿（Caragana intermedia）灌木林和沙打旺（Astragalus adsurgens）草地等。阳泉沟位于长川中游西岸，成土条件及地形地貌与五分地沟相似，原生植被为本氏针茅（Stipa bungeana）草原，由于人为活动的影响，大多被百里香（Thymus serpyllum）草地取代[4]。

为反映蛴螬群落对水土治理的响应，在五分地沟选择人工松树林（PTW）、人工杨树林（PSW）、人工锦鸡儿灌木林（CIS）、人工沙打旺草地（AAM）、撂荒地（AC） 5种不同水土流失治理措施样地。其中，PTW、PSW和CIS位于长川中游东岸，相互靠近。AAM和AC位于谷底。

以耕作农田（FL1和FL2）作为对照。其中，FL1为旱作农田，位于长川东侧，属黄土丘陵沟壑区，地形相对平缓，主要与位于长川中游东岸的PTW、PSW和CIS三种样地比较；FL2位于长川谷底，土质相对肥沃，主要与位于谷底的AMM和AC样地比较。两类农田中种植农作物主要有玉米（Zea mays）、马铃薯（Solanum tuberosum）和糜黍（Panicum miliaceum）等。

在阳泉沟选择百里香草地（TSG）和退化草地（DG） 2种样地，以反映未治理情况下蛴螬群落的组成特征。退化草地采样点选择在长川中游西岸岸边，靠近居民点，有少数羊群自由放牧，与次生百里香草地比较，呈一定程度退化状态。

各采样点背景资料见表1。

2.3 采样方法

采样时间为2007年9月、2008年5月、7月和9月。

以土壤样方法采集蛴螬标本，样方大小为25 cm×25 cm面积、30 cm土壤深度，每10 cm为1层，分3层采集土样，手捡法收集蛴螬标本，称鲜质量后，75%酒精中保存。每次采样每样地采集10个重复。实验室内依据有关文献[14]进行分类、鉴定。

2.4 数据处理

统计各样地中捕获的蛴螬种数和个体数。个体数占群落总个体数10%以上为优势种，1%～10%为常见种，低于1%为稀少种。用单因素方差分析（one-way ANOVA）中的Duncan氏检验做以上指标的差异显著性分析。采用Shannon多样性指数（H'）、Pielou均匀度指数（E）和Odum丰富度指数（DO）[15]计算各样地的蛴螬群落多样性。计算不同样地蛴螬群落之间的Sorensen指数[15]。采用Pearson相关分析检验蛴螬群落个体数与不同水土流失治理措施导致的环境因素变化之间的相关关系。

3 研究结果分析

3.1 蛴螬群落组成

4次采样，共捕获蛴螬578头，隶属于2科6属7种。其中，以东方绢金龟（Serica orientalis）和毛缺鳃金龟（Diphycerus davidis）为优势种。

蛴螬群落个体数在人工杨树林（PSW）最高（277头），显著高于其他样地（P<0.05），其次为未治理的百里香草地（TSG） （115頭）；位于谷底的耕作农田（FL1）最低（5头）（表2）。9种样地中，物种数较高的是人工杨树林（PSW）、人工松树林（PTW）和人工沙打旺草地（AAM），均为5种，较低的是位于谷底的农田和人工锦鸡儿灌木林（分别为1种和2种）。

与农田比较，不同水土治理措施均有使蛴螬群落个体数和物种数提高的趋势，并以人工杨树林提高最为显著。与未治理的百里香草地比较，退化草地（DG）中蛴螬群落的个体数（P<0.05）和物种数均成降低趋势。

东方绢鳃金龟在各样地中均为优势种，且优势度均较高，仅在撂荒地（AC）和百里香草地（TSG）中优势度相对较低（分别为34.09%和12.17%）。毛缺鳃金龟在撂荒地和百里香草地中有较相对较高的优势度（分别为63.64%和84.35%；表3）。华北大黑鳃金龟（Holotrichia oblita）和福婆鳃金龟（Brahmina faldermanni）分别在人工沙打旺草地（AAM）和人工松树林（PTW）有较高优势度（分别为37.50%和31.03%）。

3.2 蛴螬群落和主要种群季节动态

从图1可以看出，两种农田（FL1和FL2）中，蛴螬群落个体数随季节变化的波动较小，各采样时间捕获的个体数也较少。人工松树林（PSW）、百里香草地（TSG）和撂荒地（AC）3种样地中不同季节捕获个体数有一定程度波动。以PSW波动最为显著，2007年秋季和2008年夏季的捕获量显著高于其他样地（P<0.05）。

两种优势种（东方绢金龟和毛缺鳃金龟）多度的季节变化特征与蛴螬群落极为相似（图1），均为2007年秋季和2008年夏季的捕获量较高。有特点的是，东方绢金龟的多度波动仅出现在样地PSW；而毛缺鳃金龟则出现在样地PSW、TSG和AC。

3.3 蛴螬群落垂直分布

两种农田样地（FL1和FL2）中，10～20 cm土层中蛴螬分布比例相对较高，位于谷底的农田（FL1）中20～30 cm土层中无蛴螬分布。与多数土壤动物垂直分布具有表聚性不同，由于耕作活动的扰动，农田中蛴螬的垂直分布以20～30 cm土层中比例相对较高。

人工松树林（PSW）、人工杨树林（PTW）和人工锦鸡儿灌木林（CIS）3种样地与位于梁茆区域的农田（FL1）比较，蛴螬群落垂直分布变化的共同特点是20～30 cm土层中有分布。人工沙打旺（AAM）样地与同位于谷底的农田（FL2）比较，蛴螬群落垂直分布无明显变化，撂荒地（AC）样地20～30 cm土层中蛴螬多度的相对比例提高。

百里香草地中蛴螬群落的垂直分布显示较为明显的随土层加深多度递减的特征。退化草地（DG）中20～30 cm土层无蛴螬分布。

3.4 不同样地蛴螬群落物种多样性和相似性

计算了不同水土治理措施样地中蛴螬群落的3种多样性指数（表4）。各样地Shannon多样性指数（H′）的大小排序是PTW>AAM>DG>PSW>AC>FL2>TSG>FL1；Pielou均匀度指数（E）为CIS>PTW>DG> AMM>AC>FL2>PSW>TSG；Odum丰富度指数（DO）为PTW>AMM>DG>FL2>PSW>TSG>AC>CIS>FL1。

两种农田样地蛴螬群落的三项多样性指数明显不同，位于谷底的农田蛴螬群落多样性极低（三项指数值均为零或计算结果无数学意义）。这应该与两种农田的人为扰动程度的差别有关。位于谷底的农田（FL1）极低的蛴螬群落多样性显然与人为耕作活动频繁有关。

与相应的农田对照比较，各种水土治理措施样地蛴螬群落的三项多样性指数值均有提高趋势，仅撂荒地样地的H′指数提高不明显，E和DO指数降低。百里香草地蛴螬群落的三项多样性指标在几种样地中相对较低，草地退化则有使蛴螬群落多样性提高的趋势。

两种农田之间，蛴螬群落的相似性较低（相似性系数为0.500；表5）。位于谷底的农田（FL1） 与人工锦鸡儿灌木林（CIS）相似性较高，与人工松树林（PTW）和人工杨树林（PSW）的相似性较低；位于梁茆区域的旱作农田（FL2）与退化草地（DG）、百里香草地（TSG）以及人工锦鸡儿灌木林（CIS）的相似性较高，与FL1类似，FL2与人工松树林（PTW）和人工杨树林（PSW）的相似性较低。

PTW和PSW之间蛴螬群落的相似性较高。

3.5 蛴螬群落组成与环境因素变化的Pearson相关分析

对蛴螬群落个体数和种数以及各物种个体数与树（草）高、土壤含水量等8种环境要素的相关关系（表6）作了分析。

蛴螬群落个体数、东方绢鳃金龟、福婆鳃金龟、波婆鳃金龟与树（草）高成极显著正相关（P<0.01）；优势种毛缺鳃金龟与土壤pH成极显著正相关（P<0.01）；群落物种数与土壤含水量成极显著正相关（P<0.01）；华北大黑鳃金龟和黄褐异丽金龟与多项土壤因素的变化有显著相关关系。

4 结果讨论

农耕和过度放牧是皇甫川流域环境退化的基本诱因[4]。农田耕作活动和高强度持续放牧显著改变了耕作层土壤的性质和地表覆被状况，使由风蚀[16]和水蚀作用引起的土壤侵蚀过程更加显著[17]。

改善地表覆被状况是减缓黄土丘陵区土壤侵蚀过程的有效措施，皇甫川小流域综合治理试验示范内，各种人工植被的种植均消除了人为耕作和放牧活动的干扰，对流域局部区域的环境改善起到了明显的促进作用[4，18，19]，对土壤有机碳含量和酶活性有促进作用[20]，改善了土壤动物的生存条件，吸引更多土壤动物栖居和生存[21，22]，土壤动物群落组成和结构[23]发生了显著变化，群落个体数、类群数和生物量均较耕作农田显著提高[24，25]。

研究表明[26]，皇甫川流域不同人工植被中依赖哺乳动物粪生存的粪金龟子各项群落指标并不显著高于农田和天然草地，这与土壤动物群落的响应特征明显不同。还有研究表明，土地翻耕可以降低蛴螬群落的多度和多样性[27，28]。这意味着，具有不同生活习性的动物类群对不同水土治理人工植被有不同的响应特征。作为一个特殊营养类群，食根性蛴螬群落的多度、物种组成和多样性以及主要物种的发生程度在生态系统稳定性和功能完整性方面有重要作用。本文的研究结果表明，不同水土治理措施人工植被均使蛴螬群落的个体数和多样性较耕作农田有不同程度提高，其中，人工杨树林中群落个体数和物种多样性的提高尤为显著，人工松树林中尽管个体数提高不很明显，但物种多样性较农田有明显提高，本文选择的两种农田样地中蛴螬群落的各项指标均相对较低，这与农田和人工林地在人为扰动程度（特别是土地翻耕）、植被覆盖状况（如树高或草高）、以及凋落物积累量和土壤湿度的差别有关[29]。与农田比较，由于人工林地较高的郁闭度和较厚的地表凋落物层，使得林地中土壤状况有了明显改变，且在管理中还彻底排除了人为扰动的影响，这是两类样地间蛴螬群落组成和多度形成差别的根本原因；两种人工林地比较，杨树林适当的株距和较大的林下空间应该是较人工油松林（种植密度较高，林下空间相对较小）中蛴螬多度和多样性提高的主要原因。也与采集到的蛴螬种类（特别是优势种）在本研究地区的特殊环境状况下多倾向于在人工林地（特别是人工杨树林）产卵[13]有关。因此，就皇甫川流域蛴螬群落对几种水土治理人工植被的响应特征而言，人工林地有益于蛴螬群落多度和多样性的维持。

本文共采集到7种蛴螬，它们多为重要农林害虫[30]。优势种东方绢鳃金龟是中国北方广泛分布的重要林业害虫[31，32]，还是内蒙古草原地区蛴螬群落的优势种[33]。本研究中其幼虫主要分布在人工杨树林样地，在其他样地（特别是百里香草地）中分布较少；即，局部区域中的人工杨树林地是东方绢鳃金龟的最适宜产卵地。毛缺鳃金龟则在人工杨树林和百里香草地有较高的个体数分布，在采样中还发现，夏季有较多毛缺鳃金龟成虫集群在林地内活动。显然，皇甫川流域蛴螬群落的2个优势种（东方绢鳃金龟和毛缺鳃金龟）主要分布于人工杨树林；就人工水土治理植被管理中两种优势金龟子发生的监测和防治而言，人工杨树林中其幼虫发生的监测和防治应该是重点。

5 结语

皇甫川流域不同水土治理人工植被中蛴螬群落的个体数和多样性均较农田提高，人工林地中提高尤为明显；两种优势蛴螬夏季发生程度高于春季和秋季。

可以认为，皇甫川流域水土流失综合治理工程中人工林地种植对蛴螬群落多度和多樣性的维持较为有益；人工植被的管理中应该特别注意人工杨树林中两种优势蛴螬发生的监测和防治。

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