河西走廊中部荒漠收获蚁（ Messor desertus ）蚁穴对秋季地表节肢动物群落结构的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00055

摘要/Abstract

摘要：

收获蚁蚁穴是荒漠生态系统中重要的微生境，它的存在会改变植被和土壤环境，从而影响动植物的分布。本研究以戈壁荒漠收获蚁（Messor desertus）蚁穴为研究对象，利用陷阱法调查秋季蚁穴边缘及毗邻裸地微生境蜘蛛、甲虫、蚂蚁、螨类和跳虫5种典型地表节肢动物类群的种类组成及数量，结合植被和土壤环境要素变化确定荒漠收获蚁活动及其塑造的蚁穴对5种地表节肢动物多样性的影响。结果表明：秋季蚁穴地表节肢动物的活动密度、类群数和多样性指数均显著高于毗邻裸地微生境，分别是裸地的2.9倍、2.5倍和4.5倍；蚁穴微生境蛛形纲、蜱螨目和弹尾目的群落组成与毗邻裸地明显不同，蚁穴显著提高了蛛形纲和弹尾目的活动密度和类群数，蚁穴微生境蛛形纲的活动密度与弹尾目的活动密度呈显著正相关；pRDA排序结果表明，土壤电导率及土壤黏粒、全氮、全磷和全钾含量是影响蚁穴和裸地微生境地表节肢动物分布的主要土壤因子。荒漠收获蚁蚁穴通过富集资源和改善土壤环境强烈影响秋季蛛形纲、蜱螨目螨类和弹尾目等地表节肢动物的聚集，而阎甲科和粪金龟科等鞘翅目和蚁科的活动对蚁穴存在的响应不敏感。

关键词: 戈壁, 荒漠收获蚁（Messor desertus）, 蚁穴, 裸地, 地表节肢动物

Abstract:

Harvest ant nests are an important microhabitat in desert ecosystem that greatly affect the distribution and diversity of animals and plants by improving the vegetation and soil environment. In view of this， this paper selected gobi Messor desertus ant nests as the research object. We investigated the assemblage of five typical ground arthropod taxa， namely spiders， beetles， ants， mites and springtails in ant nest and adjacent bare ground microhabitats using pitfall traps in autumn. This study combined with the changes of vegetation and soil environmental factors to analysis the effects of M. desertus activities and their nests on the diversity of five ground arthropods. The key results were as follows. The activity density， groups richness and diversity index of ground arthropods were significantly higher in ant nests than in adjacent bare ground microhabitats in autumn， which were 2.9 times， 2.5 times and 4.5 times respectively； Arachnida， Acarina and Collembola community composition of ant nests and adjacent bare ground differed significantly. Ant nest microhabitats significantly increased the activity density and groups richness of Arachnida and Collembola， and the activity density of Arachnida was positively correlated with the activity density of Collembola； pRDA showed that soil electrical conductivity， soil clay， total nitrogen， total phosphorus and total potassium content were the main soil factors driving the distribution of ground arthropod communities between ant nest and adjacent bare ground microhabitats. In conclusion， M. desertus nests strongly affect the aggregation of ground arthropods such as Arachnida， Acarina and Collembola in autumn by enriching resources and improving the soil environment， while the activities of Coleoptera （such as Histeridae and Geotrupidae） and Formicidae are insensitive to the presence of ant nests.

Key words: gobi, Messor desertus, ant nests, bare ground, ground arthropods

中图分类号:

Q958.1

冯怡琳, 王永珍, 林永一, 刘继亮, 方静, 刘任涛, 赵文智. 河西走廊中部荒漠收获蚁（ Messor desertus ）蚁穴对秋季地表节肢动物群落结构的影响[J]. 中国沙漠, 2023, 43(6): 121-130.

Yilin Feng, Yongzhen Wang, Yongyi Lin, Jiliang Liu, Jing Fang, Rentao Liu, Wenzhi Zhao. Effects of Messor desertus ant nests in the middle of Hexi Corridor on the community structure of ground arthropods in autumn[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(6): 121-130.

图/表 6

图1 2020年1—12月2种蚂蚁活动密度的月动态变化

Fig.1 Monthly dynamic variation of activity density of two kinds of ants from January to December in 2020

图2 蚁穴和毗邻裸地微生境地表节肢动物活动密度、类群数和多样性指数的比较*代表组间差异显著（P<0.05）

Fig.2 The activity density， groups richness and diversity index of ground arthropods between ant nest and adjacent bare ground microhabitats

图3 蚁穴和毗邻裸地微生境5个地表节肢动物类群活动密度和类群数的比较*代表组间差异显著（P<0.05）

Fig.3 The activity density and groups richness of five ground arthropod communities between ant nest and adjacent bare ground microhabitats

图4 蚁穴和裸地微生境主要类群间的Spearman相关系数*P<0.05

Fig.4 Spearman's correlation coefficient of dominant groups at ant nest and adjacent bare ground microhabitats

图5 蚁穴和毗邻裸地微生境地表节肢动物与土壤因子的RDA排序图○代表蚁穴，□代表毗邻裸地。黑色箭头代表环境因子，EC为电导率，SC为土壤黏粒，TN为土壤全氮，TP为土壤全磷，TK为土壤全钾。蓝色箭头代表地表大型节肢动物，But为钳蝎科，Scl为硬体盲蛛科，Lyc为狼蛛科，Gna为平腹蛛科，Sal为跳蛛科，Eri为微蛛亚科，Tho为蟹蛛科，Car为步甲科，Coc为瓢虫科，His为阎甲科，Cur为象甲科，Sta为隐翅虫科，Geo为粪金龟科，Apho为蜉金龟科，Sio为锯谷盗科，Chr为叶甲科，Ten为拟步甲科，For为蚁科。红色箭头代表地表中小型节肢动物，Ent为长角跳科，Smi为圆跳科，Ori为甲螨亚目，Tro为绒螨科，Lea为厉螨科

Fig.5 The RDA two-dimensional ordination diagram of ground arthropods and five soil factors in ant nest and adjacent bare ground microhabitats

表1 地表节肢动物各类群的活动密度和类群丰富度与土壤因子的Spearman 相关系数

Table 1 Spearman's correlation coefficient between activity density / groups richness of ground arthropod communities and soil factors

节肢动物		土壤性质
节肢动物		电导率	黏粒	全氮	全磷	全钾
活动密度	蛛形纲（Arachnida）	-0.52^*	-0.70^*	0.34	-0.62^*	-0.67^*
	鞘翅目（Coleoptera）	-0.07	0.11	0.32	-0.20	-0.49⁺
	蚁科（Formicidae）	-0.18	-0.36	0.21	-0.48⁺	-0.40
	蜱螨目（Acarina）	-0.12	-0.39	0.59^*	-0.24	-0.30
	弹尾目（Collembola）	-0.40	-0.74^*	0.25	-0.53^*	-0.61^*
类群数	蛛形纲（Arachnida）	-0.52^*	-0.65^*	0.31	-0.69^*	-0.53^*
	鞘翅目（Coleoptera）	-0.15	0.07	0.30	-0.15	-0.46⁺
	蚁科（Formicidae）	-0.23	-0.34	0.26	-0.45⁺	-0.45
	蜱螨目（Acarina）	-0.11	-0.40	0.58^*	-0.24	-0.27
	弹尾目（Collembola）	-0.11	-0.30	-0.22	-0.13	-0.21

参考文献 39

1	Alper J.Ecosystem 'engineers' shape habitats for other species［J］.Science，1998，280（5367）：1195-1196.
2	Sanders D， Jones C G， Thébault E，et al.Integrating ecosystem engineering and food webs［J］.Oikos，2014，123（5）：513-524.
3	Noumi Z， Chaieb M， Le Bagousse-Pinguet Y，et al.The relative contribution of short-term versus long-term effects in shrub-understory species interactions under arid conditions［J］.Oecologia，2016，180（2）：529-542.
4	Farji-Brener A G， Werenkraut V.The effects of ant nests on soil fertility and plant performance：a meta-analysis［J］.Journal of Animal Ecology，2017，86（4）：866-877.
5	Parker J， Kronauer D J C.How ants shape biodiversity［J］.Current Biology，2021，31（19）：1208-1214.
6	Whitford W G， Barness G， Steinberger Y.Effects of three species of Chihuahuan Desert ants on annual plants and soil properties［J］.Journal of Arid Environments，2008，72（4）：392-400.
7	Sánchez-Piñero F， Gómez J M.Use of ant-nest debris by darkling beetles and other arthropod species in an arid system in south Europe［J］.Journal of Arid Environments，1995，31（1）：91-104.
8	Boulton A M， Amberman K D.How ant nests increase soil biota richness and abundance：a field experiment［J］.Biodiversity and Conservation，2006，15（1）：69-82.
9	Doblas-Miranda E， Sánchez-Piñero F， González-Megías A.Different microhabitats affect soil macroinvertebrate assemblages in a Mediterranean arid ecosystem［J］.Applied Soil Ecology，2009，41（3）：329-335.
10	Li X R， Gao Y H， Su J Q，et al.Ants mediate soil water in arid desert ecosystems：mitigating rainfall interception induced by biological soil crusts？［J］.Applied Soil Ecology，2014，78（1）：57-64.
11	Mohsen N， Azam N.Plant community dynamics in arid lands：the role of desert ants［J］.Journal of Arid Land，2021，13（3）：303-316.
12	Bolton B.A New General Catalogue of the Ants of the World［M］.Cambridge，USA：Harvard University Press，1995.
13	辛明.中国西北地区蚁科分类研究（膜翅目）［D］.银川：宁夏大学，2015.
14	贺达汉，辛明，长有德，等.宁夏荒漠草原针毛收获蚁对植物种子的觅食作用［J］.生态学报，2003，23（6）：1063-1070.
15	De Almeida T， Blight O， Mesléard F，et al.Harvester ants as ecological engineers for Mediterranean grassland restoration：impacts on soil and vegetation［J］.Biological Conservation，2020，245（C）：108547.
16	Brown G， Scherber C， Ramos Jr P，et al.The effects of harvester ant （Messor ebeninus Forel） nests on vegetation and soil properties in a desert dwarf shrub community in north-eastern Arabia［J］.Flora，2012，207（7）：503-511.
17	De Almeida T， Mesléard F， Santonja M，et al.Above-and below-ground effects of an ecosystem engineer ant in Mediterranean dry grasslands［J］.Biological Sciences，2020，287（1935）：20201840.
18	林永一，王永珍，赵文智，等.红外相机记录的河西走廊荒漠生态系统中兽类和鸟类的群落动态［J］.中国沙漠，2022，42（3）：159-169.
19	郑乐怡，归鸿.昆虫分类［M］.南京：南京师范大学出版社，1999.
20	Song D X， Zhu M S， Chen J.The Spiders of China［M］.Shijiazhuang：Hebei Science and Technology Publishing House，1999.
21	任国栋，于有志.中国荒漠半荒漠的拟步甲科昆虫［M］.保定：河北大学出版社，1999.
22	梁宏斌，虞佩玉.中国捕食粘虫的步甲种类检索昆虫天敌［J］.环境昆虫学报，2000，22（4）：160-167.
23	Whitford W G， Dimarco R.Variability in soils and vegetation associated with harvester ant （Pogonomyrmex rugosus） nests in Chihuahuan Desert watershed［J］.Biology and Fertility of Soils，1995，20（3）：169-173.
24	Groner E， Ayal Y.The interaction between bird predation and plant cover in determining habitat occupancy of darkling beetles［J］.Oikos，2001，93（1）：22-31.
25	Segoli M， Groner E， Ayal Y.The importance of plant cover and predation in shaping a desert community［J］.Journal of Arid Environments，2016，135：33-38.
26	Bartholomew A， Moghrabi J E.Seasonal preference of darkling beetles （Tenebrionidae） for shrub vegetation due to high temperatures，not predation or food availability［J］.Journal of Arid Environments，2018，156：34-40.
27	Liu J L， Li F R， Liu C A，et al.Influences of shrub vegetation on distribution and diversity of a ground beetle community in a gobi desert ecosystem［J］.Biodiversity and Conservation，2012，21（10）：2601-2619.
28	Li F R， Liu J L， Liu C A，et al.Shrubs and species identity effects on the distribution and diversity of ground-dwelling arthropods in a gobi desert［J］.Journal of Insect Conservation，2013，17（2）：319-331.
29	Gibb H， Grossman B F， Dickman C R，et al.Long-term responses of desert ant assemblages to climate［J］.Journal of Animal Ecology，2019，88（10）：1549-1563.
30	Taucare-Ríos A， Veloso C， Canals M，et al.Daily thermal preference variation of the sand recluse spider Sicarius thomisoides （Araneae：Sicariidae）［J］.Journal of Thermal Biology，2020，87（C）：102465.
31	赵一军，赵敏，毛文娅，等.蚂蚁对草地动植物及土壤作用的研究进展［J］.云南农业大学学报（自然科学），2019，34（5）：889-895.
32	James A I， Eldridge D J， Koen T B，et al.Landscape position moderates how ant nests affect hydrology and soil chemistry across a Chihuahuan Desert watershed［J］.Landscape Ecology，2008，23（8）：961-975.
33	Ginzburg O， Whitford W G， Steinberger Y.Effects of harvester ant （Messor spp.） activity on soil properties and microbial communities in a Negev Desert ecosystem［J］.Biology and Fertility of Soils，2008，45（2）：165-173.
34	Wagner D， Brown M J F， Gordon D M.Harvester ant nests，soil biota and soil chemistry［J］.Oecologia，1997，112（2）：232-236.
35	Boulton A M， Jaffee B A， Scow K M.Effects of a common harvester ant （Messor andrei） on richness and abundance of soil biota［J］.Applied Soil Ecology，2003，23（3）：257-265.
36	薛娟，魏雪，何先进，等.高寒草甸生态系统蚁丘对小型土壤节肢动物群落的影响［J］.生态学报，2021，41（4）：1613-1624.
37	曹乾斌，王邵军，任玉连，等.蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤碳矿化动态的影响［J］.应用生态学报，2019，30（12）：4231-4239.
38	Frouz J， Jílková V.The effect of ants on soil properties and processes （Hymenoptera：Formicidae）［J］.Myrmecological News，2008，11（11）：191-199.
39	Dostál P， Březnová M， Kozlíčková V，et al.Ant-induced soil modification and its effect on plant below-ground biomass［J］.Pedobiologia，2004，49（2）：127-137.

[1]	李亚云, 成巍, 王宁, 李欣, 高睿. 塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠春季沙尘暴特征及其气象影响因素对比[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 1-9.
[2]	陈书峄, 张伟民, 马绍休, 谭立海, 梁林昊. 戈壁近地表粉尘释放动力机制的野外风洞试验[J]. 中国沙漠, 2023, 43(2): 216-225.
[3]	罗维成, 赵文智, 刘继亮, 杨竟艺, 白雪莲, 魏乐民, 冯怡琳. 祁连山自然保护区煤矿修复区地表节肢动物分布特征及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2022, 42(6): 165-175.
[4]	林永一, 王永珍, 赵文智, 李锋瑞, 巴义彬, 刘继亮. 红外相机记录的河西走廊荒漠生态系统中兽类和鸟类的群落动态[J]. 中国沙漠, 2022, 42(3): 159-169.
[5]	刘继亮, 赵文智, 李锋瑞, 巴义彬. 河西走廊中部砾质戈壁蛛形纲节肢动物群落特征[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 155-164.
[6]	赵明珠, 俎瑞平, 王军战, 谭立海. 哈罗铁路沿线沉积物粒度特征[J]. 中国沙漠, 2021, 41(1): 19-27.
[7]	董六文, 韩佳龙, 赵文智, 刘继亮, 巴义彬. 黑河流域湖泊湿地及毗邻沙丘地表节肢动物群落结构比较[J]. 中国沙漠, 2020, 40(6): 250-258.
[8]	李夙超, 邱曼, 李孝泽, 刘景德, 王立民, 胡杨, 李志刚, 牛改红. 准噶尔盆地西缘白杨河上游莫合台冲积洪积扇戈壁的特征、时代及过程[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 1-9.
[9]	董雪, 李永华, 张正国, 李思瑶, 包岩峰, 郝玉光, 姚斌. 甘肃酒泉荒漠戈壁灌木群落优势物种生态位特征[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 138-145.
[10]	张振清, 张昺林, 张威, 刘光琇, 陈拓, 刘阳, 陈警伟, 田茂. 河西走廊黑戈壁生态系统中可培养细菌分布特征及抗辐射活性[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 52-62.
[11]	潘凯佳, 张正偲, 梁爱民, 董治宝, 李兴财. 基于倾斜摄影技术的戈壁灌丛沙丘形态反演及其对粉尘释放研究的意义[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 24-32.
[12]	马立群, 刘廷玺, 王冠丽, 段利民, 韩春雪, 何韬. 沙丘差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)群落与裸地土壤呼吸特征[J]. 中国沙漠, 2019, 39(3): 66-76.
[13]	熊鑫, 王海兵, 肖建华, 左合君. 戈壁沙砾质地表沉积物全粒径分布模式及其对分选作用的指示意义[J]. 中国沙漠, 2019, 39(2): 202-208.
[14]	孟小楠, 严平, 王振亭, 董苗, 王勇. 车辆碾压作用下戈壁地表起尘浓度[J]. 中国沙漠, 2019, 39(1): 80-87.
[15]	李继彦, 赵二丹, 柳文龙, 闫加亮, 周玲. 察尔汗盐湖线形沙丘沙物质来源及输移路径[J]. 中国沙漠, 2018, 38(5): 909-918.