青藏高原东部土壤线虫群落对温度与降水的响应

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土壤线虫是数量和多样性最多的土壤动物,土壤线虫分布于多个营养级,是土壤食物网的重要组成部分。因此,我们有理由认为了解土壤线虫的空间分布格局,对于进一步揭开土壤食物网结构与功能的变化的规律与潜在机制具有重要的意义。近年来,关于土壤线虫空间分布格局的研究受到越来越多的关注,然而在中国的青藏高原地区,相关的研究仍然很少。为此,我们调查了青藏高原东部高寒草地生态系统中的118个自然样点(北纬29.14-38.85°,东经88.15-101.51°,海拔2793-5217米)共计590个土壤样品中的土壤线虫群落,测定了土壤性质(土壤水分、p H、有效磷、铵态氮、硝态氮、碳氮比、碳磷比、氮磷比),记录了植物群落特征(植物丰富度、植物盖度),结合气候和地理因素(年平均温度、年平均降水、经度、纬度、海拔)。我们主要利用(广义)线性混合效应模型和结构方程模型探讨了青藏高原东部高寒草地生态系统中土壤线虫群落(多度、丰富度、群落组成和采样点内群落相似性)对气候和地理因素的响应模式,对比了线虫各营养类群与群落水平响应模式的异同,并推测出现该响应模式的潜在机制。本研究主要有以下发现:(1)与多数研究不同,在青藏高原东部,总体线虫多度受到年平均降水和年平均温度的共同调控(即显著的年平均降水和年平均温度的交互作用;值得注意的是本研究中年平均降水和年平均温度并无显著相关关系):年平均降水较低时(低于400毫米),线虫多度随年平均温度的增加显著上升,在年平均降水较高时(高于400毫米),线虫多度随年平均温度的降低逐渐下降。而在营养级水平,线虫各营养类群多度的响应模式与群落水平基本一致。结合结构方程模型的结果,我们推测土壤水分可能是出现这一响应模式的潜在机制。(2)对于丰富度来说,总体线虫丰富度随着年平均降水的增加而增加、随着年平均温度的升高而减少;与土壤线虫多度不同的是,年平均温度和年平均降水的交互作用并未显著影响土壤线虫丰富度。土壤线虫各营养类群丰富度沿年平均温度和年平均降水的响应模式也与群落水平基本一致。结合结构方程模型的结果,我们推测该响应模式的出现可能与土壤碳氮比、碳磷比、有效磷含量和植物盖度有关。(3)根据基于距离的冗余分析结果,我们发现土壤线虫群落组成主要与土壤碳氮比和年平均降水显著相关。根据非度量多维尺度分析我们发现,在年平均温度较高(高于2.5°C)以及年平均降水低于300毫米或高于500毫米时,土壤线虫群落组成呈现分散模式;在营养类群水平,部分杂/捕食线虫分布较其它营养类群更为分散。对于采样点内群落相似性来说,总体土壤线虫采样点内群落相似性随着年平均降水的增加而增大,随着年平均温度的升高而降低;年平均温度和年平均降水的交互作用并未显著影响土壤线虫采样点内群落相似性。在营养类群水平,各营养类群采样点内群落相似性的响应模式与群落水平均有不同:食细菌线虫和食真菌线虫采样点内群落相似性仅随着年平均降水增加而增大;植物寄生线虫和杂/捕食线虫采样点内群落相似性受到年平均降水和年平均温度的共同调控:在年平均降水低于400毫米时,植物寄生线虫和杂/捕食线虫采样点内群落相似沿年平均温度升高而减小,在年平均降水高于400毫米时,植物寄生线虫和杂/捕食线虫采样点内群落相似随温度升高而增大。但在结构方程模型的结果中,我们并未发现影响该响应模式的土壤与植物因素。本研究揭示了青藏高原东部高寒草地中,土壤线虫群落多度、丰富度、群落组成和采样点内群落相似性对气候和地理因素的响应模式,弥补了对青藏高原线虫群落分布研究匮乏的现状,有助于我们更好的理解土壤线虫群落的地理分布格局。此外,在本研究区域内,尽管土壤线虫群落对温度和降水的响应模式表现出了一定的规律性,但其往往受到温度和降水的共同调控(即交互作用),这可能与青藏高原生态系统普遍具有“高”“寒”的特点有关,也意味着该规律性仍有必要进一步研究。为此,有必要在一些地点(如年平均降水量400毫米处)开展包含土壤温度处理和降水处理的控制实验,以便深挖形成上述响应模式的驱动机制。最后,尽管当前已有一些全球尺度、跨洲际尺度的土壤线虫研究,但是这并不意味着土壤线虫的分布模式已经了解清楚。相反,我们的研究表明,在一些具有独特特点的生态系统中,利用调查和控制实验研究土壤线虫群落分布规律及其机制仍很有必要。
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