北方草地土壤线虫群落多样性分布格局及其对干旱的响应

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揭示土壤生物地理分布格局及其驱动因素是生物地理学和宏观生态学研究的核心目标之一,对保护区域乃至全球生物多样性具有重要的科学意义。然而,与地上生态群落相比,人们对于土壤生物群落在较大尺度上的分布格局和生态过程仍知之甚少。深入研究土壤生物多样性分布格局及其潜在机制对于理解土壤生物地理分布格局和陆地生态系统的结构和功能至关重要。本研究以中国北方草地样带为研究对象,研究草地土壤线虫群落沿干旱梯度的变化趋势,以及土壤线虫群落β多样性沿地理距离和植物群落距离的分布格局;结合与气候因子、土壤因子及植物群落之间的相关分析,探讨区域尺度下草地土壤线虫群落多样性地理分布格局及其主要的驱动机制。研究结果表明:
  1.通过广义加性模型(GAM)拟合分析发现,沿北方草地样带土壤线虫多度、丰富度和群落相似性对干旱增加表现出非线性的响应,土壤线虫的总多度在干旱指数小于0.55的相对湿润地区下降最快,各营养类群的丰富度和群落相似性在干旱指数大于0.80的干旱地区下降最明显。结构方程模型(SEM)分析表明,线虫群落特征主要由干旱直接驱动,气候因子是影响中国北方草地土壤线虫群落最重要的环境因素。
  2.通过对线虫群落沿干旱梯度的分析表明,当气候条件变得越来越干燥时,湿润区域降水量的微小变化将导致线虫多度的显著下降;而若干旱地区发生类似的变化,则能导致线虫群落多样性的降低。由于地下生态系统功能不仅与土壤生物群落组成及多样性有关,还取决于不同营养类群的相对贡献,因此,土壤线虫群落对干旱的响应必将对草地生态系统的结构和功能产生深远的影响。
  3.通过对土壤线虫群落β多样性沿北方草地样带的分布规律研究发现,不同植被类型土壤线虫群落的分布格局主要是由物种周转组分(βsim)决定,而嵌套组分(βsne)的贡献相对较小。在荒漠生态系统中,嵌套组分的线虫群落相似性(NCSsne)随地理距离和植物群落距离的增加而增加;而线虫不同营养类群β多样性的分布格局随地理距离和植物群落距离的变化而变化,地理距离和环境筛选共同影响线虫群落β多样性的分布格局。与环境因子相比,地理距离对于线虫群落多样性的贡献率较高。因此,北方草地样带土壤线虫群落β多样性不同分解组分在地理距离和植物群落距离的分布格局取决于线虫营养级水平和特定的生态系统类型。
  本研究量化了中国北方草地土壤线虫群落在持续气候变化背景下的潜在后果,阐明了土壤动物多度及群落多样性的变化趋势是可预测的,为中国北方草地生物多样性的保护与可持续利用提供了科学依据。
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