1、地下鼠对农业生态系统的影响生态工程地下鼠对农业生态系统的影响乌日娜,苏布道,白梦兰(1.内蒙占呼和浩特市草原工作站,内蒙古呼和浩特 010020;2.内蒙古赤峰市巴林右旗草原监理所,内蒙古巴林右旗 024000;3.内蒙古通辽市大青沟旅游局,内蒙古通辽 028000)2O 世纪 9O 年代以来,由于耕作栽培制度的改变,农业生态环境的变化,过度放牧及异常气候的影响,鼠害逐年加重,1990-1999 年,累计发生面积达 2.66 亿 hm 以上,年平均发生面积 2612 万hm.每年各级政府及业务主管部门均投入很大力量组织发动群众进行防治,但因鼠害造成田间和储粮损失仍高达 1000 万 t 左右,
2、棉花,蔬菜,果品等经济作物受害减产 1O%2O%.危害比较严重的鼠种主要是松鼠科,鼠科,仓鼠科,跳鼠科等 2O余种.而地下鼠生活型,行为,种群结构的特殊性,决定了该类动物对植被,土壤及生态系统作用的多样性.地下挖掘能改变土壤的物理环境,导致土壤类型,发育速率,营养可利用性,微地形等的变化.地下啃食直接影响植物的形态,丰富度,种间竞争,植被类型和物种多样化,生物量及群落结构组成等.地下鼠与其他植食性动物种间竞争,空间利用等关系密切,是食肉动物重要的食物来源.地下鼠对生态系统生产力,空间异质性,营养结构和循环,碳素储存以及微量气体释放等生物化学过程均能产生重要影响,显示出有别于地面植食性动物的重要
3、性和不可替代性.l 地下鼠对土壤,植被的作用地下鼠通过挖掘将土壤推至地表形成土丘是该类动物对土壤最直接,最明显的影响.为了建造地下洞道系统和维持系统的畅通,地下鼠每年都将挖掘的大量土壤推至地表,形成土丘.据报道,囊鼠推至地表的土量约为 18.5km?年.在Yosemite 国家公园 ,囊鼠形成的土丘总重至少为8000t/年.在高寒草甸地区,高原鼢鼠年推土量为2.8kg/m-年.收稿日期:21XI4-05 13作者简介:鸟日娜(1)女,畜牧师,主要研究方向为草原建设与保护.霉摘要:地下鼠的地下挖掘活动改变了土壤的物理环境,导致土壤类型,发育速率,营养可利用性,微地形等发生变化.其地下啃食行为直接
4、影响植物的形态,丰富度,种间竞争,植被类型和群落结构组成等.而土壤和植物群落的改变将直接影响到农业生态系统的物质循环和能量流动.关键词:地下鼠;土壤;植物;农业生态系统中图分类号:s433.8 文献标识码:A文章顺序编号:1672-5190(2004)06 0104-03由于地下鼠的挖掘活动,土丘的土壤硬度,水分等特征也明显不同于其周围未受干扰的地区.在某些地区,土丘土壤氮,磷,钾等营养成分的含量显着高于其周围环境.而在另外一些地区,则明显低于其周围环境.正是土丘营养成分的差异和植物生活史特征的不同,特别是植物迁移能力和混合生长能力,以及对资源竞争的差异,确立了不同植物在不同演替阶段的优势地位
5、.土壤营养成分是决定植被生产力及植物生长的关键因素.地下鼠的挖掘活动,可改变土壤的垂直分布,促使营养成分发生强烈变化.在北美CedarCreek 地区,土壤营养成分随土层深度的增加而迅速下降,囊鼠在取食过程中,将地下营养贫瘠的土壤推至地表,在土壤营养再分配的过程中,创造了新的营养成分低于周围环境的斑块;在高寒草甸地区,虽然土壤营养成分也随土层深度迅速下降,但高原鼢鼠将土壤推至地面数月后,形成了新的营养成分高于周围环境的土丘斑块.对此现象可解释为,高寒草甸地区,寒冷的气候条件不利于地下深层微生物的代谢活动和土壤的矿化作畜牧与饲料科学 E-暑il.0IlmxkviD._c0 暑用,而推至地表的土壤
6、,易受日光照射,表面温度升高,且土壤疏松透气性良好,使微生物活性增强,促进了土壤的矿化作用.地下鼠的挖掘活动还引起了土壤营养成分垂直与水平方向的变化,在许多方面影响着植物对土壤营养资源的可利用性.营养成分水平方向的变化,可增加植物对土丘及土丘边缘氮素的利用效率;挖掘使土壤的垂直结构发生变化,使土壤营养成分的异质性显着增加;挖掘使光照条件,土壤营养成分以及限制植物生长的因子发生变化.在地下鼠的栖息地区,不同植物对光和土壤营养成分的可利用性存在较大差异,但利用的水平明显高于未栖息地区.在栖息地区,植物对光和土壤营养成分利用之间的负相关关系得到缓解,可使植物在更大范围内利用资源.即使不同植物对光和土
7、壤营养成分的利用存在较大差异,但仍能使多物种共存,因此,在该类动物栖息地有较高的物种多样性.地下鼠的挖掘活动引起植物对不同资源可利用性的改变,影响了植物地上生物量及群落的组成.CedarCreek 地区,囊鼠土丘及土丘周围,一年生杂类草种类丰富度及物种多样性明显高于其他地区,而多年生禾草的生物量则显着下降.在高寒草甸地区,高原鼢鼠土丘植物种类明显不同于其他地区,但多样性指数低于未受干扰地区,在土丘周围多年生禾草的生物量显着增加,显然,在高寒草甸地区,气候寒冷,植物生长期短,种子成熟率低,限制了植物在短时期内对裸露地的利用.地下鼠的挖掘活动可改变植物群落的演替速率.由于早期演替的典型植物生长速度
8、快,迁移速率高,Tilman 由此认为,地下鼠能降低植被的演替速率,而 Andersen 等则认为 ,囊鼠的挖掘活动不仅增加土壤表面的营养成分,在提高环境异质性的同时,还可加速植被的演替.在高寒草甸地区,高原鼢鼠挖掘造成禾草生物量显着下降,杂类草种群丰富度增加,演替停留于杂类草阶段.2 地下鼠对全球气候变化的影响人类活动是引起全球变化的主要因素,过去几千年的各种社会经济活动,已完全改变了农田,草原,森林的景观特征.动,植物群落结构及功能亦发生根本性的变化.就动物本身而言,在其自身活动中通过呼吸,消化,排泄粪便等不断地向大气环境释放二氧化碳,甲烷等温室气体.动物个体生态工程大小,行为,食性特征等
9、方面的差异,在生态系统中构成了不同的营养等级.动物通过处理土壤有机物,食草以及其他活动,如地下鼠挖掘洞道,海狸修筑水坝等,均对生态系统产生重要作用.植被的改变可引起动物群落的急剧变化,由此产生许多不可预测的生态后果.植物防卫及动物种间竞争所引起的动物种群数量的变动,对生态系统营养循环,碳素储存以及微量气体释放等有着极其重要的意义 HJ.过度放牧是草地植被退化的基本原因之一,其对全球气候变化的影响也是巨大的.放牧不仅直接改变了植物群落的结构及功能,而且对动物调整种间竞争关系,选择新的栖息环境等产生不同程度的影响.在高寒草甸地区,高原鼢鼠种群数量与放牧强度呈显着的正相关关系.伴随高原鼢鼠种群数量的
10、增加,地下挖掘活动加剧,含有次生化合物的植物大量繁衍,进而有效地抵御高原鼢鼠的过度啃食.其中,以细叶亚菊,萼果香薷等植物为优势种的群落能显着降低高原鼢鼠的取食量,达到抑制其剧烈的挖掘活动的目的.然而,细叶亚菊所含单萜类和萼果香薷所含薄荷类次生化合物是主要的温室气体,在抵御高原鼢鼠啃食的同时,不断挥发,释放,增加了大气层温室气体的浓度.另外,细叶亚菊所含单萜类次生化合物,具有加强土壤的反硝化,增加 N0 的排放量的作用.显然,高原鼢鼠的啃食在改变植物群落结构的防御功能的同时,植物成倍地增加了向大气排放次生化合物类的温室气体,促进了土壤中 N0 的排放,在更深的层次对全球变化产生直接或间接的作用.
11、地下鼠挖掘活动对土壤生物化学特征的影响是任何地上食草动物无法比拟的.高原鼢鼠长期栖息的地区,土壤有机质和水分含量显着减少,植被高度及盖度降低,表明地下挖掘活动对全球变化可产生明显的反馈效应.地下鼠的地下啃食活动能改变植物根,叶的分配比例,促使地下根系向表层化发展.由于土壤表层温度相对较高,微生物活性强,因而营养循环速率明显增加,最终导致碳素从土壤向大气流动的净流量增加,并对全球气候变暖形成正反馈作用.在高寒草甸地区,高原鼢鼠地下挖掘不仅造成土壤干旱,肥力下降,长时期低植被盖度或裸露地可进一步导致土壤盐碱化,这种变化对全球气候变暖是否存在正或负反馈,目前尚不清楚.露2004 年第 6 期霉畜牧与
12、饲料科学霸tt 一.)(r_Ill_.0生态工程3 地下鼠与其他动物的种间关系长期以来,由于地下鼠的活动使栖息地物理环境和植被发生改变,因此生态学家认为,地下鼠的挖掘活动对其他植食性动物种群密度,栖息地利用等有着重要的作用,地下鼠也是其他食肉类动物主要的食物资源.在全世界,由于地下鼠频繁的活动常引起有害昆虫种群数量大爆发.在 CedarCreek 地区,囊鼠土丘密度与蝗虫种群密度呈显着的正相关关系.而其他生物及非生物环境,如植物地上生物量,盖度,多样性以及土壤营养成分的变化等均不与蝗虫种群密度呈显着的相关关系.实验证明,在 CedarCreek 地区,囊鼠与蝗虫种间存在着紧密的内在联系.伴随土
13、壤肥力的增加,蝗虫种群迅速增长,但在非囊鼠分布区,种群密度则在达到高峰后,迅速下降.与此相反,在囊鼠分布地区,蝗虫可长时期维持于较高的种群密度.这种一个主要食草群对另一个主要食草群的纯粹的正反馈效应,表明囊鼠挖掘活动对物理环境条件的改变是调节 2 个种群间关系的关键因素.囊鼠挖掘地下洞道,在地面形成土丘,不断创立土壤,植被异质性斑块,这对蝗虫在自然界的生存发展有极大的益处.蝗虫偏爱产卵于裸露的土壤表面,大多数产于囊鼠土丘上的蝗虫卵可获得充足的营养,能极显着地提高其卵和幼虫的成活率.因此,囊鼠土丘能明显地增加蝗虫卵的孵化率及幼体的成活率,导致该地区种群密度高于其它地区.囊鼠和蝗虫在北美地区均被视
14、作有害物种,二者这种相互促进的正反馈效应,对自然和农业生态系统能量,物质循环具有巨大的冲击作用.植食性无脊椎动物与地下鼠之间也存在密切的关系.食地上或地下植物的无脊椎动物被化学杀虫剂灭杀后,该地区地下鼠的取食活动明显增加,说明作为食物的植物其可利用性对调节植食性动物种间关系具有重要的作用.地下鼠取食活动显着增加,反映出其它植食性无脊椎动物去除后,植物生物量及可利用性等有显着的提高.地下鼠对其他脊椎动物行为,种群密度等也存在重要影响.地下鼠的废弃洞道通常被其他小型动物作为巢穴而利用,如两栖类,爬行类,鸟类以及某些小哺乳动物等.在高寒草甸地区,高原鼢鼠每年在挖掘新洞道的同时,都废弃大量的旧洞道,生
15、活于该地区的一些鸟类和其他小哺乳动物,如褐背地鸦(Pseudoopodoceshumilis), 高原鼠兔(Ochotonacurzoniae),甘肃鼠兔 (Ochotonacallsus),根田鼠(Microtusoeconomus) 等,均不同程度地利用废弃洞道作为其栖息和繁育后代的巢穴.利用高原鼢鼠废弃洞道,不仅可在筑巢过程中节省大量能量,同时,可使不善于挖掘的物种,充分利用废弃洞道复杂的结构系统,有效地躲避天敌的袭击,既减少能量消耗,又增加其生存的安全性.地下鼠全年活动,在不同季节储存大量食物,而这些食物并非由其自身单独消耗,储存食物的很大一部分被一些鸟类,其他哺乳动物以及蛇类等所掠夺
16、.地下鼠也是其他食肉动物重要的食物资源,北美地区囊鼠和其他小哺乳动物种群数量是猫头鹰,郊狼繁殖成功的重要因素.在高寒草甸地区,由于气候或灭鼠干扰作用,致使高原鼠兔种群数量急剧下降,栖息于该地区的艾虎(Mustelerersmanni)食物中高原鼢鼠的比例显着增加.总之,由于地下鼠生活型的特殊性,其能量分配策略及在进化中形成的生活史特征完全不同于地面活动的植食性小哺乳动物;在不同的时空上,对生态系统生产力,空间异质性,营养结构和循环,碳素储存以及微量气体释放等生物化学过程均能产生重要影响.显示出有别于地面植食性动物的重要性和不可替代性;这些特征的改变,可对包括昆虫,小哺乳动物和大型有蹄类植食性动物,在栖息地选择,斑块利用,种间竞争等产生强烈的作用.参考文献:I张堰青,周兴民.鼢鼠土丘植物群落多样性和演替规律的研究J.生态,1994,(14):4249.2王刚,杜国祯 .鼢鼠土丘植被演替过程中种的生态位分析J.生态学杂志,1990,9(1):1-6.3王权业,樊乃昌 ,高原鼢鼠的挖掘活动及其种数数量统计方法的探讨J,兽类,1987,7(4):283290.4张堰铭,刘季科 .地下鼠生物学特性及其在生态系统中的应用J.兽类.2002.22(5):144148,口畜牧与饲料科学.mail:cmxkviD.c0Hl
