【期刊】地表节肢动物多样性对煤矸石山不同植被恢复方式的响应及生物指示作用

引用格式：辛未冬，杜一丹，刘华煜，杨轶萌，赵浩志，杨丹. 地表节肢动物多样性对煤矸石山不同植被恢复方式的响应及生物指示作用[J]. 生态环境学报，2022, 31(10): 2079-2088.

文章亮点

  1   选择4种多样性指数，分析发现其在煤矸石山不同植被恢复方式中存在一定的差异，天然恢复Shannon多样性指数更高，而人工恢复动物活动密度和类群数更高。

  2   分析表明土壤速效磷含量和含水量是影响地表节肢动物的主要土壤环境因子，而不同节肢动物类群对土壤环境因子的响应也不同。

  3   通过计算不同植被恢复方式的指示物种，揭示不同恢复方式土壤环境的恢复程度和生境特征的变化。

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导读

煤矸石是采、洗煤过程中排出的固体废弃物，其工业综合利用率不足20%，主要以煤矸石山形式堆存，不仅占压土地，而且污染地表和地下水，因此煤矸石山复垦对于生态系统的恢复和重建十分必要。目前，推平、压实、覆土后进行植被绿化是解决煤矸石山污染环境和破坏生态的重要途径之一。然而，填埋压实后的土壤结构差，保肥保水能力较弱，限制了煤矸石山的生态恢复。已有研究表明，不同植被恢复方式通过改变土壤养分循环，影响生态重建和恢复效果。因此，研究煤矸石山不同植被恢复方式下土壤质量恢复效果是开展矿区复垦工作的基础，对复垦地土壤质量演变及恢复策略的制定具有重要的意义。

地表节肢动物作为陆地生态系统的重要组成部分，一方面可以通过参与生态系统的物质循环和能量流动影响土壤生态系统功能，另一方面，地表节肢动物具有世代周期短、个体小、种群数量大、生殖潜能大和对环境扰动敏感等特点，其群落结构和功能的变化可以反映土壤生态环境的变化。指示种是能够指示和判断自然环境的类型和特点的生物的总称，一些研究已经发现，地表节肢动物可以用作反映土壤养分和环境扰动的指示种，且不同地表节肢动物类群对环境变化的敏感度不同。因此，研究地表节肢动物群落结构和指示种对监测矿区不同植被恢复方式下的土壤环境质量以及影响因子具有显著意义。

植被-土壤环境因子与土壤动物群落结构及多样性特征密切相关，矿区生态恢复与重建的过程是土壤生态系统中动植物及微生物交互影响及共同作用的结果，因此对土壤生态系统质量的评价是矿区恢复工作中不可缺少的环节。近年来，国内外学者主要选取植物群落、土壤理化性质和微生物群落等指标对矿区复垦后生态恢复的效果进行评价。已有研究表明，在矿区进行人工生态恢复可以改善植物群落结构，提高植物物种多样性，且恢复时间越长，生态系统的抵抗力和恢复力越强，但矿区生态系统恢复是一个漫长的过程，恢复过程中人工干扰的程度不同，矿区生态系统恢复的效果和速度也不同。目前关于矿区复垦方式的选取及复垦后生态系统的评价开展了一系列研究，但对小区域种植不同果树下地表节肢动物的响应鲜有报道，且对土壤动物类群如何指示矿区土壤恢复质量的认识还很有限。辛未冬研究团队以煤矸石山地表节肢动物为研究对象，揭示不同植被恢复方式下地表节肢动物群落多样性及差异，利用指示值法确定不同植被恢复方式下地表节肢动物指示类群，分析地表节肢动物群落多样性与土壤环境因子之间的关系，探讨地表节肢动物多样性的维持机制，为今后完善煤矸石山的生态恢复策略提供科学依据。

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数据图表

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研究结论

（1）4个样地地表节肢动物活动密度和群落多样性指数均有显著差异。活动密度、Simpson优势度指数和Shannon-wiener多样性指数均表现为石榴地与其他样地存在显著差异；Margalef丰富度指数表现为玉米地显著高于其他样地；Pielou均匀度指数表现为草地最高，石榴地最低。

（2）CCA排序结果表明，土壤速效磷和含水量是影响地表节肢动物分布的主要土壤环境因子，且不同地表节肢动物类群对土壤环境因子的响应不同，其中疣跳科（Neanuridae）的活动密度与土壤速效磷和含水量显著正相关。

（3）地表节肢动物对不同恢复样地有较强指示作用，其中卷壳虫科（Armadillidae）可指示山楂地，蓟马科（Thripidae）等可指示石榴地，缘腹细蜂科（Scelionidae）等可指示对照玉米地，草地无指示种。

研究表明，天然恢复不利于提高地表节肢动物活动密度和类群数，但可以维持较高的Shannon多样性指数；人工恢复虽然有较高的地表节肢动物活动密度和类群数，但Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数较低；两种恢复方式在提升地表节肢动物类群数目方面与对照玉米地相比仍有差异，未来还需参考各恢复植被的功能特征，制定因地制宜的恢复策略。

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本文编辑：刘立宝

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