文摘
蚂蚁在三个栖息地调查圣海伦火山在2008年。1980年爆发的区域影响最大的浮石平原。更少的影响就是树木的排污区由于爆炸被推翻。两个栖息地调查浮石平原不同植被密度(浮石普通Low-Vegetation (PPLV)和浮石平原High-Vegetation (PPHV)),和一个栖息地调查在排污区(BDZ)。十蚂蚁收集从BDZ收集的大多数物种栖息地和至少从PPLV栖息地。蚂蚁BDZ丰度较高,PPHV栖息地比PPLV栖息地。蚂蚁生物多样性最高的BDZ栖息地比PPHV和PPLV栖息地。重要的蚂蚁群落参数和植物群落参数之间的相关性也被发现。一些植物PPLV栖息地可能导致缺乏蚂蚁。蚂蚁物种丰富度高的BDZ栖息地可能是由于复杂的植物结构。 Results from this study suggest that ants are important focal species in tracking biotic recovery following disturbances.
1。介绍
1980年5月18日圣海伦火山爆发,强烈影响600公里2北部地区由于横向爆炸的火山1]。与5.1级地震火山爆发开始,脱落的山的北坡导致最大的滑坡历史记录1]。材料从泥石流覆盖60公里2区域称为岩屑崩落[1]。滑坡后火山爆炸推翻森林在370公里2区域称为排污区因为成熟的树木了底部的影响(1]。火山碎屑流来自火山覆盖15公里2北部的土地立即火山,这是现在被称为浮石平原(1]。生物体在浮石平原被蒸发的火山爆炸(1]。
自1980年以来,许多生态学研究记录的火山喷发的影响植物和动物群落和生态系统动力学(2]。有机反应中最令人印象深刻的是先锋节肢动物的发现殖民者浮石平原喷发后一年内(3,4]。即使植物迅速应对草原狼的植物,Lupinus三头1981年,被发现在浮石平原(5]。
先锋节肢动物中殖民者发现浮石平原带翅膀的蚂蚁(蚁科)6]。蚂蚁已经知道应对急剧变化的环境和物种可能是有用的指标在评估后复苏的环境干扰(7]。蚂蚁的调查在2008年7月执行三种生境类型在圣海伦火山国家火山纪念碑来帮助记录轨迹节肢动物的社区康复的重要子集。
2。材料和方法
2.1。研究地点
经过广泛徒步旅行在浮石平原2008年7月,很明显,这不是一个均匀的环境。明显,由两个截然不同的栖息地类型与植被繁茂的区域边缘的浮石平原(称为浮石高的植被(PPHV)栖息地类型)和地区缺乏几乎所有植被浮石平原的中心(称为浮石Plain-Low植被(PPLV)栖息地类型)。
两个研究地点随机选择在每个浮石平原的栖息地类型(表1和数字1(一)- - - - - -1 (b))。PPLV学习网站主要是覆盖着沙子,浮石岩,玄武岩岩石。只有两个小草本植物在这些网站包括遇到的Penstemon cardwellii(Cardwell penstemon)和1Spraguea umbellata(Pussypaws)。PPHV研究网站填充更密集的植物群落包括以下种类:Lupinus三头(草原狼),Hypochaeris新品种(毛猫的耳朵),Hieracium albiflorum(白花的山柳菊),Penstemon cardwellii(Cardwell penstemon),Anaphalis margaritacea(珍珠永恒的),Castilleja miniata(红色画笔)蓍属原(蓍草),Agrostis exarata(斯派克bentgrass),身份不明的草。
(一)
(b)
(c)
提供一个栖息地类型在浮石平原相比,一个额外的栖息地类型调查以外的浮石平原东部的排污区风岭附近(称为排污区(BDZ)栖息地类型)。两个研究地点内随机选择第三个栖息地类型(表1和图1 (c))。这些网站在较小程度上影响的研究相比1980年火山爆炸浮石平原研究网站和位于松林为主冷杉属procera(高贵的冷杉)。其他植物中发现的BDZ学习网站Vaccinium membranaceum《哈克贝利·费恩(山),Anaphalis margaritacea(珍珠永恒的),Hypochaeris新品种(毛猫的耳朵),Penstemon cardwellii(Cardwell penstemon),Hieracium albiflorum(白花的山柳菊),Epilobium angustifolium(杂草),草莓属virginiana(野生草莓),柳树spp。(杨柳)苔属植物spp。(莎草),Juncusspp。(冲),身份不明的蕨类植物和草。
2.2。调查
蚂蚁的调查研究在每个站点之间进行了22日和7月25日,2008年。在这个时间内空气温度最大值范围从15.6到25.9°C,和空气温度极限范围从5.1到9.1°C;没有沉淀,一些低洼雾早在早晨,云和太阳那天其余的时间,有时活泼的条件(8]。在每个研究站点75米样了,标记被每25 m总共4调查网站在每个样(0 m, 25米、50米和75米)。在每个标记4米直径圆划定的标记位于圆的中心。白天在10分钟的时间内,尽可能多的蚂蚁从圈内吸气。为了在10分钟内覆盖整个区域,圆是分解为季度和2.5分钟花在每个季度吸引蚂蚁。蚂蚁在吸气器收集保存在70%异丙醇为未来的识别。一旦ant完成愿望,0.52样在圆圈的中心,放下所有样方内植物物种,和百分比覆盖植物样的决心。陷阱陷阱就坐落在圆圈的中心,由沉没的16盎司的塑料水杯到地面,这样,嘴唇是充裕的地形。泉水是倒进杯子,直到它达到了2.5厘米从底部的水平。那么两滴布朗博士的无味Baby-Mild纯橄榄香皂被添加到破坏水的表面张力。内容的陷阱陷阱是24小时后收集和保存在70%异丙醇在实验室进行识别。
2.3。数据分析
统计分析进行评估栖息地类型之间的差异在蚂蚁社区在圣海伦火山国家火山纪念碑。丰富和大量的蚂蚁社区比较生境类型中使用嵌套方差分析与研究网站嵌套在栖息地类型。丰富的统计分析和大量的蚂蚁社区进行untransformed数据因为所有方差分析假设得到满足。方差分析分析后,图基的两两比较测试被用来阐明不同的丰富和大量的蚂蚁社区收集在不同的生境类型。
蚂蚁社区的Shannon-Wiener生物多样性指数的数据,植物丰富,百分比地面覆盖植物并不是正态分布。没有标准化的数据转换,所以非参数统计进行了测试。具体地说,克鲁斯卡尔-沃利斯进行了测试寻找蚂蚁社区的Shannon-Wiener生物多样性指数的差异,植物丰富,和百分比之间的地面覆盖植物的栖息地类型(一个等价的非参数测试不存在一个嵌套方差分析(9),因此沿横断面调查网站在每个研究网站被视为独立的样品)。当克鲁斯卡尔-沃利斯测试了重要结果,Mann-WhitneyU测试(Bonferroni调整)进行,以确定哪些栖息地类型是不同的。
植物群落之间的关系(丰富性和地面覆盖植物百分比)和蚂蚁社区(丰富性、丰度和Shannon-Wiener生物多样性指数)被执行斯皮尔曼等级次序相关性研究。非参数的相关性是用来代替皮尔逊积差相关,因为植物丰富的数据和百分比的地面覆盖植物并不是正态分布。
3所示。结果
总共有987属于十个不同种类的蚂蚁收集过程中调查(表2)。的十个蚂蚁收集,收集的最常见马尼卡省hunteri(由一个单例)和Lasius alienus(由双张中的一张牌表示),它被发现只有在BDZ栖息地类型。最常见的包括收集蚂蚁胶木lasioides和胶木蒙大拿,收集所有的栖息地类型。有趣的是,五个蚂蚁BDZ特有生境类型(Camponotus莫多克人,Tapinoma固着,胶木银膜,l . alienus,m . hunteri),而只有一个蚂蚁是独特PPHV栖息地类型(胶木obscuripes)。只有两个最常见的收集蚂蚁物种被发现在PPLV栖息地类型。收集所有蚂蚁通过愿望和陷阱诱捕技术除了收集的最常见的物种,l . alienus和m . hunteri仅能通过陷阱诱捕,收集。
丰富(表3,图2),丰富(表4,图3),Shannon-Wiener生物多样性指数(图4)的蚂蚁社区不同生境类型之间的圣海伦火山国家火山纪念碑。具体来说,蚂蚁物种丰富度之间明显不同生境类型最丰富发现BDZ栖息地类型和最低的丰富性发现PPLV栖息地类型(方差分析其次是图基的两两比较测试,丰富:BDZ > PPHV > PPLV,)。蚂蚁数量是最低的PPLV栖息地类型相比BDZ和PPHV栖息地类型(方差分析其次是图基的两两比较测试,丰富:BDZ,,)。事实上,总共只有11蚂蚁收集从PPLV栖息地类型。Shannon-Wiener生物多样性指数有显著差异的栖息地类型(克鲁斯卡尔-沃利斯检验统计量= 15.2,)与生物多样性明显高于BDZ栖息地类型相比PPHV和PPLV栖息地类型(表5)。然而,即使在Shannon-Wiener BDZ栖息地类型多样性指数非常低(意思是生物多样性指数±1 SE:)表明蚂蚁社区没有多样化(Shannon-Wiener生物多样性指数范围从0,低至4.5,高)(10]。
PPLV栖息地类型内的研究地点是几乎完全缺乏植物导致植物物种组成的明显差异(表6)、植物丰富(克鲁斯卡尔-沃利斯检验统计量= 16.41,,图5)和地面覆盖植物百分比(克鲁斯卡尔-沃利斯检验统计量= 16.61,,图6)之间的三种生境类型。具体来说,PPLV栖息地类型的植物丰富性和百分比有显著降低地面覆盖植物比PPHV BDZ栖息地类型(表7)。然而,没有明显差异在植物丰富性或百分比之间的地面覆盖植物PPHV和BDZ栖息地类型(表7)。
一些积极的植物群落和蚂蚁社区特征之间的相关性被发现在这个调查(表8)。蚂蚁之间的相关性最强的是丰富和百分比的地面覆盖植物(图7蚂蚁之间)和丰富和植物丰富(图8)。下一个最强的蚂蚁丰富性和百分比之间的关系之间的植物和地被植物ant丰富性和植物丰富性。蚂蚁生物多样性相比,有显著的正相关关系与地面覆盖植物百分比而不是植物丰富性。
4所示。讨论
总共有10个不同的蚂蚁收集三种生境类型在圣海伦火山国家火山纪念碑在这项研究中,这是2008年7月在为期4天内进行。最蚂蚁(共9)收集在BDZ栖息地类型,而最小的蚂蚁(共2)收集在PPLV栖息地类型。有趣的蚂蚁社区之间的比较可以发现在这项研究中发现的圣海伦火山在先前的研究更好地理解这一重要的生物群落的复苏的轨道。
最有趣的对比会比较蚂蚁收集的圣海伦火山在这项研究中,那些在该地区在1980年爆发之前确定蚂蚁社区是否恢复到原来的成分或成分是完全不同的。不幸的是,没有任何文档,生物群落的圣海伦火山在1980年之前(11]。然而,在1980年代搁浅船受浪摇摆(11)采样蚂蚁社区明显削减圣海伦火山北部的森林没有1980年爆发的强烈影响。蚂蚁社区收集从这些明显的削减是有用的作为一个代理圣海伦火山的蚂蚁社区爆发可能是什么样的,如果没有发生。的16个蚂蚁收集从明显的削减11),6也收集在这个研究包括c .莫多克人,f . lasioides,Leptothorax muscorum,m . hunteri,Myrmica fracticornis(归类为Myrmica latifrons在[11)这是一个初级的同义词Myrmica fracticornis(12)),t .固着。蚂蚁物种的相似性明显减少,目前在圣海伦火山表明,路径上的蚂蚁社区可能会恢复到原来的成分。然而,有足够的物种组成上的差异(当前的圣海伦火山蚂蚁社区缺乏一些物种中发现明显的削减和也有一些物种,没有发现明显的削减)对全面复苏困难做出预测。只有时间能告诉如何紧密的轨迹蚂蚁社区恢复圣海伦火山将匹配原始的成分,特别是在物种贫穷PPLV栖息地类型。
下一个比较有趣的是蚂蚁社区之间目前在圣海伦火山和发现立即在1980年爆发。详细研究蚂蚁社区的圣海伦火山是由搁浅船受浪摇摆(11),爱德华兹和搁浅船受浪摇摆6),搁浅船受浪摇摆和爱德华兹(41981年和1983年之间)。搁浅船受浪摇摆和爱德华兹(4)收集了27种不同蚂蚁在浮石平原网站在此期间通过陷阱诱捕。然而,除了四个胶木fusca工蚁,被认为是被风吹的(11),所有收集到的蚂蚁都有翼的抵达浮石平原上飞行。搁浅船受浪摇摆(11)从这些研究得出结论认为,蚂蚁(和他们的殖民地)没能活下来1980年喷发的位置现在被称为浮石平原。二十五年后,这个研究发现五个蚂蚁(没有一个由有翼的)蚂蚁社区的浮石平原表明复苏正在发生,不是很快。
除了收集蚂蚁浮石平原,搁浅船受浪摇摆(11]也采样周边排污区通过将超过200陷阱陷阱在16个不同的位置。19个不同的蚂蚁(除了两个身份不明的蚂蚁)收集的网站内的排污区1981年和1983年之间。搁浅船受浪摇摆(11)得出的结论是,一些蚂蚁排污区喷发中幸存了下来,如果他们能够找到足够的食物,如果有一个低程度的干扰环境中(例如,更少的火山碎屑脱落)。只有9个蚂蚁(7的搁浅船受浪摇摆(收集的相同11])收集在BDZ栖息地类型在目前研究相比很低在1980年代早期被发现。蚂蚁收集数量的差异这两个研究最有可能是由于不同长度的研究,研究调查网站的数量,和陷阱陷阱的数量。
最常见的收集蚂蚁在这项研究来自属福米卡(的优势:f . lasioides,f·蒙大拿、和f . obscuripes)。考虑到这并不奇怪福米卡是北美最大的蚂蚁发现属(13]。胶木lasioides不仅是在这项研究中最主要的蚂蚁收集但也发现栖息地类型。胶木lasioides常与开放的栖息地(14),如发现在圣海伦火山国家火山纪念碑,在土壤中形成小殖民地在岩石或其他对象(13]。所展示的搁浅船受浪摇摆(11),一些f . lasioides殖民地幸存下来的排污区在1980年爆发。这些幸存的殖民地最有可能担任殖民者浮石平原的来源。此外,喂养的偏好f . lasioides表明它是杂食性14),通常是一个多面手捕食者(15]。有人建议,异养生物,如食腐动物和捕食者应该第一个殖民者主要社区大会期间16),解释了为什么f . lasioides会发现即使在PPLV栖息地类型,这是几乎没有植物。
最常见的收集在这个调查是蚂蚁m . hunteri,由一个唯一的个体,被发现在BDZ栖息地类型。马尼卡省hunteri通常是在原始森林中发现,不是很密集,有大量的开放区域17),准确地描述了排污区位于圣海伦火山周围。自然历史的细节m . hunteri在很大程度上是一个谜;然而,人们认为殖民地非常小(< 1000人),工人出去的殖民地少数只有短时间的白天,晚上很少(17]。此外,它已建议m . hunteri吃root-mycorrhizae地下(17]。如果知道是什么m . hunteri自然历史是准确的,这不是一个意外,这些封闭的蚂蚁并不代表在这圣海伦火山ant调查。应该注意的是,搁浅船受浪摇摆(11)收集m . hunteri从排污区1980年爆发后,表明这是一个火山喷发蚂蚁物种幸存下来。
的10个蚂蚁在这项研究中,收集f . obscuripes不是收集BDZ栖息地类型,相反,发现在PPHV独特的生境类型。胶木obscuripes众所周知,建立大型成堆的茅草在草原和干燥的森林生态系统在美国西部18),它可以很容易地描述环境发现圣海伦火山国家火山纪念碑。然而,从这个栖息地偏好描述一个希望找到f . obscuripes在BDZ栖息地类型而不是PPHV栖息地类型。Jurgensen et al。18提到的分布f . obscuripes可能会受到他们的交互与木蚁(Camponotusspp)。人们认为,木蚁的分布影响f . obscuripes通过直接与或比竞争f . obscuripes殖民地(18]。有趣的是,木蚁(c .莫多克人)收集只在BDZ栖息地类型而不是PPHV栖息地类型说明f . obscuripes可能已经能够逃脱掠夺性木匠蚂蚁通过避免排污区。
的分布c .莫多克人只有在BDZ栖息地类型而不是PPHV栖息地类型也是有趣的。这种分布模式的存在与否取决于死木头c .莫多克人喜欢住。死杉树中常见排污区圣海伦火山周围,因为他们被1980年爆发的力量推翻。树木现在被称为浮石平原地区蒸发站爆炸所以很少有残余的或无用的。此外,浮石平原上的演替阶段植被恢复还没有进展,导致缺乏保护有许多树c .莫多克人殖民地。
蚂蚁物种丰富度和ant丰度都明显高于BDZ和PPHV栖息地类型比PPLV栖息地类型。此外,蚂蚁参数之间有整体显著相关性(丰富性和丰富)和植物参数(丰富性和地面覆盖百分比)。这些结果似乎与“分类学多样性假说”提出的默多克et al。19),假设一个更大的多样性的植物会伴随更大的多样性的动物吃它们。积极的植物物种丰富度和蚂蚁物种丰富度之间的关系在许多研究曾被观察到。例如,Fergnani et al。20.发现植物物种丰富度的增加和放牧干扰的鼓励蚂蚁物种丰富度的增加Subantarctic-Patagonian过渡区。同样,在一项由西芒et al。21)在实验情节在印第安纳州(美国)很强的相关性被发现之间的总节肢动物的丰度和丰富性和植物物种丰富度的地区原生植物物种丰富度已经减少了外来的入侵日本stiltgrass (Microstegium vimineum)。最强烈的节肢动物对植物物种丰富度的变化是蚂蚁,蚜虫(蚜科),和闪亮的花甲虫(Phalacridae) [21]。蚂蚁物种丰富度和数量之间的正相关和植物物种丰富度观察到圣海伦火山在这次调查可能归因于食品供应更多的蚂蚁。具体来说,收集所有的蚂蚁可以伺机杂食动物的特点,吃各种各样的食物包括植物渗出液、种子和生活或昆虫尸体14,22]。因此,栖息地与高等植物物种丰富度(BDZ和PPHV栖息地类型)应该港大蚂蚁物种丰富度和丰富的栖息地植物物种丰富度很低(如PPLV栖息地类型)仅仅由于扩大食物的选择。
从这个调查是另一个有趣的发现地面覆盖植物百分比之间的正相关和蚂蚁物种丰富度和丰富。两种解释这个观察涉及住所和遮荫对蚂蚁的重要性。安徒生(23)表明,植物垃圾可能会产生重要的神秘物种的蚂蚁藏匿的地方。白天收集蚂蚁的愿望在圣海伦火山,作者观察到蚂蚁常常试图逃避躲在植物集合。这表明百分比地面覆盖植物可能是重要的蚂蚁在圣海伦火山的收容所,或提供“隐藏的地方,”捕食者。阴影的重要性,探讨了蚂蚁的很(24在一项研究探索的行为Forelius nigriventris用植物覆盖在阿根廷查科降温。植物覆盖可能也很重要的蚂蚁浮石平原通过提供热的聚集地,特别是在夏天。
正如前面讨论的,蚂蚁物种丰富度明显高于BDZ和PPHV栖息地类型比PPLV栖息地类型。做进一步的调查,结果表明BDZ栖息地蚂蚁物种丰富度明显高于相比PPHV栖息地类型。乍一看没有明确解释这种差异考虑到植物物种丰富度和地面覆盖植物百分比不BDZ和PPHV栖息地类型之间的明显不同。然而,代表PPHV和BDZ栖息地类型(数据的图像1 (b)- - - - - -1 (c))表现出明显的区别在植物群落的结构。具体来说,BDZ栖息地类型植物高度差异很大(树木、灌木、年度花)PPHV栖息地类型相比,这是由地势低洼的植物。默多克et al。19)假设更大的植物结构的异质性可能会导致更大的多样性的动物通过开放访问更加多样化的觅食区和类型的避难所。沿着这些线路,植物架构已经发现很大程度上影响着丰富的蚂蚁社区不同的栖息地。在探索亚马逊森林演替的一项研究中,发现了树高的最强预测蚂蚁物种丰富度(25]。此外,da Costa et al。26)发现的高度Copaifera langsdorffii(豆科)树木呈正相关,蚂蚁物种丰富度。da Costa et al。26]表明,更大的树木提供了更复杂的植物结构导致栖息地的多样性喂养,隐藏,和产卵,使多个物种共存的蚂蚁。尽管植物架构不是量化在这项研究中,可能更多的变量树冠结构在BDZ栖息地类型PPHV栖息地类型相比,导致更大的资源分区启用更多种类的蚂蚁在相同的环境中共存。进一步探索植物群落之间的关系(多样性和架构)和蚂蚁社区在圣海伦火山可能在更充分地测试分类多样性和结构异质性假设。
总之,本研究蚂蚁的生态响应文件(蚁科)1980种圣海伦火山的喷发记录分布在2008年三种生境类型。蚂蚁之间的正相关性丰富性和丰富和植物丰富性和地面覆盖百分比被发现在圣海伦火山表明有一种强烈的蚂蚁和植物群落恢复之间的联系。进一步的研究探索蚁树可能帮助我们更好地理解复杂的相互作用机制推动生物群落的恢复后火山爆发等自然灾害。
确认
作者要感谢博士威廉·f·费根的圣海伦火山追求研究的机会。她还感谢Ted Suman博士(史密森研究所)识别蚂蚁物种标本。此外,作者大大赞赏博士的建议和帮助在约翰主教,克里斯•Che-Castaldo和雷伊莉斯·拉森Yurkewycz。作者想表达她诚挚的感谢珍妮和沃尔特Ratterman提供欢迎回家离家和Shane Ratterman他所有的支持。作者还谢谢两个匿名评论者的评论改进摘要的质量。这个项目得到了环境生物学的NSF部门通过LTREB奖0614263。