Effects of grazing modes on the community structure and diversity of soil arthropod in an alpine meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau

doi:10.11686/cyxb2021309

Abstract

Abstract:

Soil arthropods are an important component of the soil ecosystem and have been used as “indicators” of environmental change， because of their sensitivity to changes in the surrounding environment. Grazing is the main use of alpine grassland in the Qinghai-Tibet Plateau. Grazing affects both the physical and chemical properties of the soil， and also the biodiversity， including soil arthropods. This research investigated changes in the soil arthropod community structure and diversity associated with grazing by different animal species. Soil arthropods were sampled in July 2020 from a grazing experiment in an alpine meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau. The grazing experiment included two single-species grazing treatments （yak only and Tibetan sheep only； YG， SG）， three mixed-grazing （MG） treatments （yak： Tibetan sheep ratios of 1∶2， 1∶4 and 1∶6） and an ungrazed control treatment （CK）. Soil samples were collected from 0-5 cm， 5-10 cm， and 10-15 cm soil depths， and the soil arthropods were separated by the dry funnel （Tullgren） method， identified， and the data statistically analysed. It was found that： 1） Of the total sampled soil arthropod population， 36.67% belonged to the taxonomic family Acaroidae and 41.14% belonged to the family Oiibatida. The highest densities of arthropods were found in the 0-5 cm soil layer. 2） The composition， community structure， density and diversity of the soil arthropod communities differed between the animal species grazing treatments. Compared with the control ， grazing decreased the proportion of Acaroidae， but increased the proportion of Oiibatida in the soil arthropod population. There were significant differences in soil arthropod community structure between CK plots and grazed plots. The species richness index， diversity index and the number of soil arthropods were highest， and the evenness index was lowest in the Tibetan sheep grazing treatment. 3） Soil arthropod evenness index was negatively correlated with soil total nitrogen， total carbon and available potassium （P<0.05 or P<0.01）， but positively correlated with soil organic matter and pH （P<0.05 or P<0.01）； soil arthropod richness index was negatively correlated with soil pH， but positively correlated with soil total nitrogen， available nitrogen and organic matter contents. Soil arthropod diversity index was negatively correlated with soil pH， but positively correlated with soil total nitrogen， available nitrogen， available phosphorus and organic matter contents. The mean density and the number of groups of soil arthropods were negatively correlated with soil pH， but positively correlated with soil total nitrogen， available nitrogen， available potassium and organic matter. 4） Soil total nitrogen， total phosphorus， total carbon， available nitrogen and available phosphorus levels were higher in the SG treatment. Available phosphorus and organic matter were highest in the CK plots. Soil water content and pH were highest in the MG1：6 treatment. In summary， only Tibetan sheep grazing had a positive effect in increasing soil arthropod density， community composition and community diversity in the alpine grassland ecosystem of the Qinghai-Tibetan Plateau.

Key words: alpine meadow, grazing modes, soil arthropods, community structure and diversity

Cai-cai SUN, Quan-min DONG, Wen-ting LIU, Bin FENG, Guang SHI, Yu-zhen LIU, Yang YU, Chun-ping ZHANG, Xiao-fang ZHANG, Cai-di LI, Zeng-zeng YANG, Xiao-xia YANG. Effects of grazing modes on the community structure and diversity of soil arthropod in an alpine meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(2): 62-75.

Figures/Tables 8

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处理 Treatment	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus（g·kg^-1）	全碳 Total carbon （g·kg^-1）	速效氮 Available nitrogen （mg·kg^-1）	速效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	pH	土壤含水量 Soil water content （%）
MG1∶2	3.151±0.061a	0.158±0.004abc	39.849±0.662b	144.333±1.700c	4.278±0.022b	109.180±4.486b	45.953±2.212a	8.002±0.013a	15.948±2.094a
MG1∶4	3.260±0.051a	0.150±0.004c	42.653±0.553a	155.556±1.425b	3.503±0.071d	96.867±5.051bc	49.223±3.292a	7.987±0.017a	16.031±0.578a
MG1∶6	3.261±0.104a	0.159±0.003ab	41.590±0.918ab	158.111±1.961b	4.246±0.029b	86.396±4.641cd	47.637±2.253a	8.071±0.044a	20.050±1.040a
SG	3.382±0.097a	0.163±0.002a	42.149±0.954ab	166.222±2.727a	4.527±0.036a	81.886±5.027d	46.508±3.264a	7.984±0.025a	16.978±0.733a
YG	3.159±0.079a	0.155±0.002abc	39.778±0.666b	155.111±1.207b	3.703±0.049c	77.358±4.134d	47.764±2.240a	8.026±0.027a	19.755±2.643a
CK	3.110±0.152a	0.152±0.003bc	42.372±0.956a	135.667±1.374d	3.449±0.041d	124.677±5.365a	52.244±2.399a	8.010±0.041a	19.755±2.643a

处理 Treatment	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus（g·kg^-1）	全碳 Total carbon （g·kg^-1）	速效氮 Available nitrogen （mg·kg^-1）	速效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	pH	土壤含水量 Soil water content （%）
MG1∶2	3.151±0.061a	0.158±0.004abc	39.849±0.662b	144.333±1.700c	4.278±0.022b	109.180±4.486b	45.953±2.212a	8.002±0.013a	15.948±2.094a
MG1∶4	3.260±0.051a	0.150±0.004c	42.653±0.553a	155.556±1.425b	3.503±0.071d	96.867±5.051bc	49.223±3.292a	7.987±0.017a	16.031±0.578a
MG1∶6	3.261±0.104a	0.159±0.003ab	41.590±0.918ab	158.111±1.961b	4.246±0.029b	86.396±4.641cd	47.637±2.253a	8.071±0.044a	20.050±1.040a
SG	3.382±0.097a	0.163±0.002a	42.149±0.954ab	166.222±2.727a	4.527±0.036a	81.886±5.027d	46.508±3.264a	7.984±0.025a	16.978±0.733a
YG	3.159±0.079a	0.155±0.002abc	39.778±0.666b	155.111±1.207b	3.703±0.049c	77.358±4.134d	47.764±2.240a	8.026±0.027a	19.755±2.643a
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纲 Class	目 Order	科 Family	占比 Proportion （%）
蛛形纲 Arachnida	真螨目 Acariformes	螨总科 Acaroidae	36.67
		走螨总科 Eupodoidae	0.84
		隐额螨科 Cryptognathidae	0.50
		甲螨总科 Oiibatida	41.14
	寄螨目 Parasiformes	蜱科 Ixodidae	0.76
		寄螨科 Parasitoidae	6.09
		厉螨科 Laelapidae	0.31
	蜘蛛目 Araneae	地蛛科 Atypidae	0.06
弹尾纲 Collembola	弹尾目 Collembola	吉圆跳科 Yosiides	0.26
		棘跳科 Onychiuridae	1.33
		等节跳科 Isotomidae	8.05
双尾纲 Diplura	双尾目 Diplura	原铗趴科 Projapygidae	0.18
昆虫纲 Insecta	缨翅目 Thysanoptera	管蓟马科 Phlaeothripida	0.54
	半翅目 Hemiptera	叶蝉科 Cicadellidae	0.04
	双翅目 Diptera	冬大蚊科 Trichoceridae	0.16
		大蚊科 Tipulidae	0.47
		摇蚊科 Chironomidae	0.02
		蠓科 Ceratopogonidae	0.23
		蚋科 Simuliidae	0.29
		蕈蚊科 Mycetophilidae	1.08
		瘿蚊科 Cecidomyiidae	0.10
		粘蕈蚊科 Cecidomyiidae	0.02
		毛蚊科 Bibionidae	0.46
		长角毛蚊科 Hesperinidae	0.01
		长足虻科 Dolichopodidae	0.12
		蝇科 Muscidae	0.12
		粪蝇科 Scathophagidae	0.15
		扁足蝇科 Platypezide	0.01

纲 Class	目 Order	科 Family	占比 Proportion （%）
蛛形纲 Arachnida	真螨目 Acariformes	螨总科 Acaroidae	36.67
		走螨总科 Eupodoidae	0.84
		隐额螨科 Cryptognathidae	0.50
		甲螨总科 Oiibatida	41.14
	寄螨目 Parasiformes	蜱科 Ixodidae	0.76
		寄螨科 Parasitoidae	6.09
		厉螨科 Laelapidae	0.31
	蜘蛛目 Araneae	地蛛科 Atypidae	0.06
弹尾纲 Collembola	弹尾目 Collembola	吉圆跳科 Yosiides	0.26
		棘跳科 Onychiuridae	1.33
		等节跳科 Isotomidae	8.05
双尾纲 Diplura	双尾目 Diplura	原铗趴科 Projapygidae	0.18
昆虫纲 Insecta	缨翅目 Thysanoptera	管蓟马科 Phlaeothripida	0.54
	半翅目 Hemiptera	叶蝉科 Cicadellidae	0.04
	双翅目 Diptera	冬大蚊科 Trichoceridae	0.16
		大蚊科 Tipulidae	0.47
		摇蚊科 Chironomidae	0.02
		蠓科 Ceratopogonidae	0.23
		蚋科 Simuliidae	0.29
		蕈蚊科 Mycetophilidae	1.08
		瘿蚊科 Cecidomyiidae	0.10
		粘蕈蚊科 Cecidomyiidae	0.02
		毛蚊科 Bibionidae	0.46
		长角毛蚊科 Hesperinidae	0.01
		长足虻科 Dolichopodidae	0.12
		蝇科 Muscidae	0.12
		粪蝇科 Scathophagidae	0.15
		扁足蝇科 Platypezide	0.01

变量 Variables	处理 Treatment	土层 Soil layer
变量 Variables	处理 Treatment	0~5 cm	5~10 cm	10~15 cm
真螨目 Acariformes	牦牛 Yak	102.45**	36.23**	112.73**
	藏羊 Tibetan sheep	1.42	16.67**	215.90**
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	20.41**	64.37**	187.12**
寄螨目 Parasiformes	牦牛 Yak	14.35**	9.26**	7.66**
	藏羊 Tibetan sheep	101.81**	243.39**	66.78**
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	76.71**	76.66**	27.43**
弹尾目 Collembola	牦牛 Yak	16.73**	12.25**	28.15**
	藏羊 Tibetan sheep	25.74**	0.72	13.17**
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	18.22**	4.38*	0.07
双尾目 Diplura	牦牛 Yak	4.73*	0.15	/
	藏羊 Tibetan sheep	12.67**	0.93	/
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	0.14	1.15	/
缨翅目 Thysanoptera	牦牛 Yak	1.30	6.12	/
	藏羊 Tibetan sheep	6.65*	5.83*	/
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	1.04	0.00*	/
半翅目 Hemiptera	牦牛 Yak	0.04	/	/
	藏羊 Tibetan sheep	0.05	/	/
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	2.77	/	/
双翅目 Diptera	牦牛Yak	0.02	0.66	18.38**
	藏羊 Tibetan sheep	9.77**	6.20*	7.89**
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	2.61	16.78**	8.40**
蜘蛛目 Araneae	牦牛 Yak	0.52	/	/
	藏羊 Tibetan sheep	4.45*	/	/
	牦牛×藏羊 Yak×Tibetan sheep	0.73	/	/