生态学研究生开题报告.docx

1、生态学研究生开题报告研究生学位论文开题报告研 究 生： 学 号： 学 院： 专 业： 学位级别： 硕士学位 学位类型： 研究方向： 课题名称： 导 师： 指导小组： 华中农业大学研究生院制 2015 年 11 月 4 日研究生学位论文研究开题报告书撰写及开题论证说明第一条 学位论文开题报告是研究生开展论文研究的必经过程，所有研究生都必须撰写开题报告。第二条 开题报告主要检验研究生论文准备工作是否深入细致，如，文献是否翔实、全面，对国内外研究现状是否把握，论文选题是否具有创新性，技术路线是否可行，预期目标是否科学等。第三条 研究生必须根据专业培养目标，结合导师所承担的研究课题以及本人研究特长，与

2、导师协商，确定选题，广泛查阅文献，开展预期研究，制定论文工作方案，在此基础上撰写开题报告。第四条 “课题来源”指下达课题的部门；“课题性质”指纵向、横向、国际合作、自选课题。第六条 研究生进行学位论文开题报告论证要向导师提出申请，申请获准后，在规定的时间内由学院组织开题论证。参加开题论证的教师一般是指导小组成员，包括导师在内，一般不得少于5人。第六条 参加研究生学位论文开题论证的教师应当对开题报告进行评议，对选题依据、研究方案（技术路线）的科学性、可行性、先进性及创新性进行评价，提出存在的问题及改进措施，评议结果分“同意”、“不同意”、“修改补充”三种。第七条 研究生通过开题论证后，应及时登录

3、研究生管理信息系统，录入开题相关信息，并根据学院要求提交开题报告等相关材料。第八条 学院研究生教学秘书适时统计华中农业大学研究生学位论文开题报告情况汇总表并报送研究生院培养办，其他材料留存学院备查。研究生院培养办将不定期抽查研究生开题报告材料。第九条 硕士开题报告书在4000字以上；博士生开题报告书应在6000字。第十条 学位论文开题报告书需归入档案，请规范填写，可根据内容添加附页；在撰写前仔细阅读华中农业大学研究生学位论文开题报告写作规范。联系电话E-MAIL入学年月课题来源课题性质一、摘要本文通过对三峡库区秭归段典型森林群落的植被和动物进行调查，运用生物多样性原理，探明秭归县境内库区土壤动

4、物的类群与数量构成以及库区土壤动物在土层中的分布规律；揭示库区土壤动物多样性以及植物多样性与土壤动物多样性之间的关系；并对不同海拔和不同森林类型对土壤动物分布与类群的影响进行探讨，以期为三峡库区物种多样性研究和生态服务价值评价提供一定数据支持，同时也为研究三峡库区森林生态系统的恢复与重建提供依据。二、立论依据（研究问题的由来，与选题有关的国内外研究综述，选题的目的与意义，拟解决的关键问题）研究问题的由来生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，它包括地球上所有动物、植物、微生物和它们所拥有的基因，以及它们与生存环境形成的复杂生态系统。生物多样性是地球上生命有机

5、体经过近40 亿年发展进化的结果，它是生物之间以及与其生存环境之间复杂的相互关系的体现，是生物资源丰富多彩的标志，是对自然界生态平衡基本规律的一个表征，更是人类赖以生存和发展的物质基础1-4。近一个世纪以来，人类通过自身的社会、经济行为影响或改变着自然界的各种过程，给地球生物及其生态系统造成了显著的影响。许多物种在人类还未给它们命名之前，就携带着它们特有的基因资源永远消失5。生物多样性丧失的直接原因可归结为生境的丧失和破碎化、自然资源过渡开发、环境污染、外来物种的侵入、全球气候变暖和工业化的林业生产等6-11；但人口数量巨增、资源高速消耗、自然资源利用和保护产生惠益分配的不均衡以及相关法律和制

6、度的滞后等人为因素也是不可忽视的原因5。 众所周知，生物多样性一旦丧失就很难恢复12-13，生物多样性的丧失不仅导致生物基因库的丢失、削弱生物生产力和生态系统对扰动的缓冲力10,14，同时也使生物多样性的美学和商业价值丧失，进而改变和损害生态系统的服务功能8。人类面临着能否维持其固有生活方式的严峻挑战4。怎样合理利用自然资源并科学地保护生物多样性是迫切需要解决的问题，生物多样性保护目前已成为国际社会关注的三大热点研究之一。三峡工程举世瞩目，水库建成达到175 m的正常蓄水位后，将绵延 600多km，淹没总面积1045 km2，移民约 120万人，数量如此巨大的移民在世界水库移民史上尚无先例15

7、。因此，三峡库区作为一个特定的区域，工程兴建对生态与环境的影响已引起了世界的广泛关注 16-19。森林是陆地生态系统的主体，随着工程的进展，工程建设对三峡库区森林的影响将越发显现，开展三峡库区典型森林植物多样性以及土壤动物多样性的调查研究，对促进该地区生物多样性保护具有重要意义。国内外研究综述1三峡库区生物多样性研究现状目前对三峡库区生物多样性的研究包括森林群落植物多样性研究、生物量研究，以及库区生物多样性保护等方面。三峡库区森林群落类型较多，其丰富度、多样性、均匀度指数在群落梯度上呈规律性波动，乔木层植物多样性指数小于灌木层和草本层多样性指数，但是各指数在海拔梯度上并未表现出明显规律性20。

8、对三峡库区物种多样性的垂直分布格局研究表明，水分-能量的动态变化是影响三峡库区植物多样性垂直分布格局的最重要机制，地形异质性也在一定程度上影响了库区植物多样性的垂直分布特征21。三峡库区是我国中部低山向西南高山和青藏高原的过渡地带，孕育有大量起源古老的物种资源。物种的区系成分复杂，除了有代表该地区区系特征的亚热带成分外，还有热带和温带的地理成分。同时该地区又是我国南北气候的交汇地带，而且气候、植被垂直变化明显。年代初，中国科学院武汉植物研究所就对长江三峡库的植被进行了初步分析22金义兴等。之后的很多研究多是三峡库区物种丰富度的调查或是植物空间地理格局的描述，如沈泽昊23研究了三峡大老岭地区的森

9、林植被的空间格局及其地形解释。三峡库区是研究山地物种丰富度及其和环境因子关系的关键区域和理想区域，然而目前关于该区域物种多样性垂直格局及其成因机制的研究却鲜有报道。刘晔和沈泽昊24对三峡库区昆虫丰富度的海拔梯度格局做了分析并探讨其关键的影响因子。三峡工程蓄水后，库区陆生生物和水生生物的栖息环境发生根本改变，物种类型、数量、多样性等均与蓄水前明显不同，生物多样性受自然环境和人为活动影响愈加脆弱，生物多样性安全正成为三峡库区生态环境安全的重要内容之一25。因此库区生物多样性的保护工作逐渐得到社会各界人士的关注，蒋佩华等26提出建立陆生动植物和水生生物监测站网，加强对受影响物种的保护生物学研究，并建

10、立自然保护区以保护生物栖息地，减少三峡工程对生物多样性的不利影响。目前，针对三峡库区生物多样性的研究相对其他领域而言还相对较少，特别是针对库区动物、微生物多样性的研究很少见诸报道。关于三峡库区土壤动物的研究仅有杨章林等27在三峡大坝建成前调查的一些基础数据。三峡工程这一巨大的水利建设工程对库区生物多样性的影响作用极大，对库区生物多样性的研究工作还需更加注重基础理论的研究以及野外生态调查工作的开展，拓展生物多样性研究领域和研究内容。2土壤动物研究现状2.1国内土壤动物研究现状我国进入20世纪80年代以后，才开始进行土壤动物学的系统性研究，十数年来主要完成以下几方面工作：(l)土壤动物多样性和地带

11、特征的调查研究。以尹文英院士带领的大协作组,在我国地跨温带、亚热带和热带3个气候带进行了土壤动物多样性和地带性特征的调查研究。调查工作主要集中在青海门源高寒草甸草原28、吉林长白山温带湿润林区29、北京小龙门暖温带林区30-32、浙江天目山33和湖南衡山34等亚热带林区，云南西双版纳北热带沟谷雨林区35等，调查结果充分显示出我国土壤动物丰富的物种多样性，同时对各不同地带、不同类群的种类组成、分布类型、生活习性、区系组成和分布特点均作了研究和分析。我国对于土壤动物的多样性研究主要集中在森林和草地，而在农田和沙地的研究较少。(2)土壤动物生态学的试验研究。在这方面的研究主要集中于在我国不同气候带中

12、，进行了土壤动物在凋落物分解过程中和不同植被类型影响下，群落结构、演替及其动态变化等的试验研究。此外，对各类土壤动物的时空分布、生态功能和营养类型等也分别作了研究。如马树才等、钱复生、仲伟彦等、柯欣等和张雪萍等36-40分别就凋落物的分解与土壤动物群落结构、作用、相互关系以及演替变化进行了实验研究，揭示了森林土壤生态系统物质能量流动的复杂过程。(3)人类、自然对土壤动物影响的研究。在我国随着工业发展，工业污染对于环境得破坏越发显得严重，再加上人为干扰能力的不断加强，人类活动对土壤动物的影响越发显得突出。近几年，引起国内许多学者的重视。在这方面的研究多集中于农田生态系统和污染生态系统土壤动物群落

13、研究，还有少量的其它干扰形式如刀耕火种、火烧迹地、放牧强度和自然干扰等研究。如王振忠等41、邓继福等42、闫冬春43和李文芳等44分别进行了有机磷农药、重金属污染和污水灌溉对土壤动物群落结构、多样性指数以及呼吸强度等影响的研究，研究结果显示有机磷农药、重金属污染和污水灌溉对上壤动物均产生了负面的影响。项凤武45和刘永江等46进行了火生态因子对土壤动物影响的研究；刘新民等47进行了放牧强度对上壤动物影响的研究;张雪萍等48和殷秀琴等49对栽培植物、耕作制度和品种布局等一系列农业措施对土壤动物的影响进行了研究，这无疑都充分证明了人类活动对土壤动物具有很强的干扰能力。另外，李元等50在自然光条件下，

14、模拟Uv-B辐射(Uv-B,280-315mm)增强对麦田生态系统大型土壤动物的影响。2.2国外土壤动物学研究现状 土壤动物是地下生态系统重要组成部分，几乎参与所有的土壤生态过程。虽然人们对于土壤动物的研究与探索由来已久，但是直到20世纪50年代才真正作为一门学科发展起来。早期达尔文关于蚯蚓的著作引发了众多学者开展关于蚯蚓的研究，主要集中在蚯蚓的捕食、矿化及其活动在土壤形成中的重要作用51。同时，也有关于热带地区白蚁作用的研究，认为白蚁与温带的蚯蚓类似，对土壤具有同样重要的作用52。但受采集和分离方法的限制，这一时期内对土壤动物的研究仅局限于少数几个类群的观察与认识。因此，19世纪后半叶对于土

15、壤动物的研究被称为“蚯蚓时代”51。 随着人们对土壤动物的关注和认识的深入，推动了土壤动物采集方法的改进和创新。世纪初，意大利昆虫学家发明了提取土壤动物的干漏斗分离装置，后经瑞典人的改良，大大提高了土壤节肢动物的采集效果，从而为系统的土壤动物调查工作提供了条件，推动了土壤动物种类的发现和描述，以及土壤动物区系研究的开展，此阶段被称为“种类记述时代”53。 20世纪40至50年代是土壤动物的“系统研究”阶段51。二战期间，世界对食品的大量需要，使得学者们把目光集中到了土壤上，发现土壤无脊椎动物对于土壤有机物的分解起着极为重要的作用。因此，开始对不同类群进行系统研究，并发表了不少专著。Kuhnel

16、t于1950年出版第一部土壤动物著作土壤生物学54，并在同年国际土壤学会设立了土壤动物组织。1955年在英国诺丁汉大学召开的第一次国际土壤动物学术讨论会，标志着土壤动物的研究发展成一门独立的分支学科土壤动物学。以后学术讨论会不断举行，主题也不断深化52。 20世纪后半叶，人们认识到土壤生物是巨大的、潜在的、可以持续利用的自然资源，对提高土壤生产力、土地持续利用和恢复都起着十分重要的作用。1965-1974这10年间由国际学术联合会组织（ICSU）倡导的国际生物学计划项目（IBP）,进一步促进了土壤动物生态学的发展。这一时期，世界上许多国家都组织了以生态系统为研究对象的大型综合研究计划，如比利时

17、的Virelles计划、英国的Meathop森林计划、前西德的Solling计划、美国的生物群落研究计划及瑞典的针叶林计划等。在全球选择了典型的苔原、草原、森林等生态系统，涵盖了热带、亚热带、温带、寒温带和极地等典型气候带，探讨了生态系统能量流动、C、N循环、动物新陈代谢以及动物群系的生产力，评价了土壤动物在不同生态系统的功能和作用55。20世纪80年代初期，联合国粮农组织和环境开发署在其发表的“保护土壤，促进发展”等研究中指出，以生态学观点出发来研究土壤，这对保护土壤、改良土壤具有十分重要的意义53。1987年，国际上土壤生物研究最活跃的学术组织美国土壤生态学会（Soil Ecology S

18、ociety）成立。这个组织开展的工作不仅非常全面而且也具有开拓性，所涉及的方向主要包括：土壤无脊椎动物生态、土壤微生物生态、土壤化学和物理、生物地球化学和养分循环、植物根系和根际生态、植物病理、菌根、土壤过程和生物与水的相互关系等56。随着土壤动物相关研究的不断深入和土壤动物学研究的迅速发展，土壤动物生态学的研究也从描述到系统学的研究阶段进入到生物生产力对人类与环境关系的研究新阶段57。 20世纪90年代末，土壤生物的研究热点是土壤生物对环境污染物的清除功能以及土壤生物对生态系统健康的指示作用56。土壤动物尤其是中小型动物具有分布范围广、生活史短、繁殖高、迁移力弱、群落结构的季节和年际变化比

19、较稳定等特征，尤其是对其栖息地的生物和非生物环境因子变化高度敏感，具有广谱的生物地理学和生态学探针功能，而被应用到指示生态环境的演变及污染物的扩散方面56。例如线虫身体透明，并且结构与功能对应关系好等特点，而越来越多地被作为土壤指示生物来使用，特别是用来评价生态系统的土壤生物学效应、土壤健康水平、生态系统演替和受干扰程度58-60。另外，土壤生物还可以用于修复破坏后的生态环境。在国际上，已有不少应用土壤微生物修复、治理受污染的自然环境的成功范例，也有应用土壤动物与微生物之间关系治理土壤重金属污染方面的报道61,62。 本世纪初，土壤生物多样性及其在生态系统中的功能备受生态学界关注。在生物多样性

20、研究浪潮的驱动下，土壤生态学家也逐渐认识到土壤生物多样性研究的重要意义56。从1993年召开的第一次国际土壤生物多样性研讨会开始，对土壤生物多样性的研究就不断深入。1996年，在德国Giessen由欧盟陆地生态系统研究会议小组（TERI）组织召开了“土壤生物多样性功能方面的研讨会”，展示了美国、英国、德国、荷兰、法国、瑞典和芬兰等国在该领域的最新研究成果。2001年生物多样性公约（CBD）第7次会议临时议题谈到了土壤生物多样性与农业可持续发展（FAO），这些表明对土壤动物的研究开始进入了一个功能研究的新阶段53。 近20年来，地下生态系统越来越受到了国际生态学界的广泛关注，并且被Science

21、等期刊认为是最后的学术前沿，呼吁生态学家重视地下生态学63。地下土壤食物网与地上一样复杂，与系统外部生物有着复杂的联系64。陆地生态系统的地上和地下两部分是不可分割的、互相依存的整体，两者相互作用影响群落和生态系统水平的过程和特征。生态系统地上和地下过程结合研究能加深人们对生物多样性的维持机制和功能以及人类活动导致的全球变化的理解和认识65。随着全球变化生态学、恢复生态学与生物多样性和生态系统稳定性关系研究的迅速发展，目前土壤动物生态学研究的热点和趋势主要有以下几个方面：土壤生物多样性的维持机制、土壤生物多样性与生态系统功能之间的关系，土壤食物网中各生物类群间的正、负反馈作用机制、土壤生物群落

22、与植物群落之间的关系、大尺度上土壤生物地理分布格局、人类活动和全球变化对土壤生物的影响、土壤生物在环境污染治理和生态恢复中的应用56。可见，土壤动物生态学的研究领域向微观和宏观纵深发展，应用性和功能、机理研究备受关注。选题的目的与意义本研究以秭归县为例，通过对秭归县典型森林类型中的土壤动物分布特征进行研究，从土壤动物群落组成、群落垂直分布、群落多样性以及植被对土壤动物的影响规律几个方面来探讨秭归县内库区土壤动物的多样性及其分布规律，以期为该地区以及整个三峡生态系统平衡的维持和生物多样性保护、以及对三峡库区森林生态系统的恢复与重建、生态服务价值评估提供一定的理论依据和基础资料。拟解决的关键问题（

23、1）探明秭归县境内库区土壤动物的类群与数量构成；（2）揭示库区土壤动物在土层中的分布规律；（3）探明库区土壤动物多样性以及植物多样性与土壤动物多样性之间的关系；（4）探索不同海拔和不同森林类型对土壤动物分布与类群的影响。三、研究内容（对拟开展的研究工作分层次进行详尽的描述）（1）土壤动物的类群与数量构成：对土壤动物一般种类鉴定到目,少数种类鉴定到科,而有些种类只能鉴定到纲的水平。（2）土壤动物在土层中的分布规律：对统计到的土壤动物按上、中、下三土层进行类群和数量上的差异和相似性分析，得出其在不同土层中的分布规律。（3）土壤动物多样性以及植物多样性与土壤动物多样性之间的关系：分别计算土壤动物与植

24、物多样性指数，探索二者之间的关系，寻求土壤动物分布与植物分布之间的规律。 （4）不同海拔对土壤动物分布与类群的影响：通过比较不同海拔土壤动物的分布与类群特征差异，探讨海拔对其影响，并尝试分析其作用机理。 （5）不同森林类型对土壤动物分布与类群的影响：通过比较不同森林类型土壤动物的分布与类群特征差异，探讨海拔对其影响，并尝试分析其作用机理。四、研究对象（试验材料）、研究方法（试验方法）与技术路线1. 研究对象（试验材料）本文拟选择三峡库区秭归县内四种典型森林类型（针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林）中土壤动物为研究对象。2.研究方法（试验方法）2.1 数据来源与处理2.1.1植物群落调查

25、通过野外调查，选择四种不同森林类型的林分（针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林），并设置三个海拔梯度(由低到高为,)，进行样方调查，样方面积为20m*20m，每一样地均进行三组重复。根据相关文献及实地观察，选择秭归县境内库区受人为干扰较小的马尾松林、马尾松栓皮栎混交林、栓皮栎林和青冈栎林设置样方，分别代表四种森林类型：针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林，另设3个海拔梯度，每种3个重复，共计36个样地。记录海拔、地理坐标等样地因子，乔木进行每木检尺，记录树高、胸径、冠幅等指标，灌层记录种类、株数及高度，草本层记录种类及盖度。计算植物群落的多样性指数、均匀度指数、优势度指数和丰富度指

26、数。2.1.2土壤动物群落调查采用五点取样法在每个样方内选择5个面积为25cm*40cm的样点,小心去除凋落物层,用铁锨在每个样点上挖取深度为20cm的土壤剖面，分3层：0 5 cm(第1层)、5 10 cm(第2层)和10 15cm(第3层) 用容积为100cm3的土壤环刀采集土样，尽量减少对土壤动物的扰动。所取土样用于干漏斗(Tullgren)法分离提取中、小型土壤动物(限于条件湿生土壤动物不做);另外每块样地取一个50*50*5(cm2)的土样,用手拣法收集大型土壤动物。2.1.3土壤动物分离与分类采用手捡法从中分离大型土壤动物；活泼性土壤小型节肢动物以吸虫器采集。中小型土壤动物采用改良

27、的Tullgren漏斗分离装置53进行土壤动物分离,时间为24h。装置使用25W的白炽灯,一次同时进行12个样品的分离。每层取出土样300g放入筛网中,下面放置盛有酒精(75%)的接样器。收集的样品带回实验室进行镜检。土壤动物分类,根据青木淳一和尹文英的分类方法，并参照中国土壤动物检索图鉴,昆虫分类(上、下)等参考书目,在解剖镜及Olympus体视显微镜(SZ-1145)下鉴定和计数。一般种类鉴定到目,少数种类鉴定到科,而有些种类只能鉴定到纲的水平。由于土壤动物的成虫和幼虫在土壤中的作用不同,按常规将成虫和幼虫分开来统计个体数。 计算土壤动物的多样性指数、均匀度指数、优势度指数和丰富度指数。2

28、.2调查地点 以秭归县中坝子村中国林科院森林生态定位观测站为中心，沿长江周边寻找合适的样地。2.3数据处理本实验所有采集数据均用计算机进行处理,主要采用Excel电子表格建立数据库,并充分运用其公式编辑功能进行多样性指数的计算:运用Spssll.0软件包进行方差分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析。论文中所有图形和表格也都用Exeel和Spssll.0软件包绘制。运用生物多样性有关公式对群落特征进行测度的公式分别如下:2.3.1植物多样性：(l) Shannon一Winner多样性指数H表达式为: H=- (2)Simpson优势度集中性指数(C)C是从概率论出发来测度多样性,表达式为:C=

29、1- (3)Pielou均匀度指数(J)表达式为: J=H/Hmax 式中H为实际观察的物种多样性指数，Hmax为最大的物种多样性指数，Hmax=LnS（S为群落中的总物种数）(4)Margalef物种丰富度指数(D)表达式为:D=(S1)/lnN式中: Pi种的个体数占群落中总个体数的比例，Pi=Ni/N;Ni为第i种的个体数;N为样地中所有物种的总个体数;S为样地中物种数。2.3.2土壤动物多样性：采用 Shannon-Wiener 指数、密度类群指数和 Simpson 优势度指数计算各森林类型及海拔土壤动物群落多样性66。公式如下: (1) 密度类群指数(DG): DG=(g/G)(Di

30、/Dimax) 式中: g为要测度的某群落类群数, G为总类群数, Di为第i类群的密度, Dimax为所有群落中第i 类群的最大密度。 (2) Shannon-Wiener 多样性指数(H): H=ni/Nln(ni/N) 式中: ni为第i 个类群的个体数, N为群落中所有类群的个体总数。 (3) Pielou 均匀度指数: Jwx=H/lnS 式中 S 为类群个数. (4)Simpson 优势度指数: C=Pi2 式中: Pi=ni /N (5)Margalef 丰富度指数: D=(S1)/lnN 式中S为类群个数, N为群落中所有类群的个体总数。 (6) Jaccard 相似性指数q:

31、 q=c/a+bc 式中 c 为两群落的共有类群数，a 和 b 分别为群落 A 和群落 B 的类群, q 值为 0-0.25 时群落极不相似，0.25-0.5 时中等的不相似，0.5 -0. 75 时中等相似， 0.75-1 时极相似。 2.3.3多度的划分各类土壤动物的多度按以下标准划分:个体数占群落总数量10.00%以上者为优势类群,占1.00%一10.00%者为常见类群,占0.10%一.099%者为稀有类群,不足0.10%者为极稀有类群66。3.技术路线野外调查样地设置植被调查土壤动物多样性与植物多样性之间的关系土壤动物在土壤中垂直分布特征不同海拔对土壤动物分布与类群的影响不同森林类型对土壤动物分布与类群的影响森林类型海拔植物多样性类群与数量构成土壤动物的分离与鉴别土壤取样土壤动物多样性分析垂直分布物种组成4. 可能存在的问题及应对措施（1）样地的选择：实地观察后可能有些林分不符合样地条件，如交通、安全性等。应对措施：结合文献资料及当地向导，选择可能性性较强的样地。