浙江农林大学在森林土壤动物功能多样性领域获得新进展
植物入侵常常充当了生态系统的“简化程序”,简化了生态系统的多样性,严重威胁陆地生态系统的功能。入侵植物在破坏原生植被群落的同时,改变了凋落物和土壤性状,并影响土壤动物群落。同时,土壤动物群落的变化也影响着入侵植物的凋落物分解过程和营养循环,一定程度上促进或者减缓了植物的入侵过程。一般认为,入侵植物主要通过凋落物和根系途径来影响土壤动物。土壤动物发挥着分解者和消费者的双重角色,在凋落物的分解过程中起着至关重要的作用。
最近的几十年来,由于竹子在许多国家占领了越来越多的土地面积,竹子入侵(或扩张)已成为全球日益关注的问题。毛竹的速生性状往往会给邻近森林带来严重的入侵风险。毛竹入侵对生境的植被自然演替、生态系统功能和稳定性均有不利影响。本研究采用了高通量测序技术和分析方法,探讨毛竹入侵对中型土壤动物群落的影响,主要关注毛竹入侵不同阶段凋落物层和土壤层中的动物多样性和食性功能群的时空动态。研究选取了次生阔叶林、竹林混交林和纯毛竹林,分别代表竹林入侵的三个阶段:未被入侵、中度入侵和完全入侵。
图2. 毛竹入侵过程中3种林分的土壤动物组成
具体研究结果如下:
1)毛竹入侵降低了土壤动物的生物多样性
完全入侵后的竹林在不同土壤层次上都降低了动物的物种丰富度,以及动物群总多样性、植食动物类群和食微生物类群的多样性,但没有影响食碎屑类群和捕食性类群。次生阔叶林中特有科以及特有OTU数量均显著高于毛竹纯林,但混交林中特有OTU的数量高于次生林。
图3. 不同林分的特有及共有土壤动物类群
2)毛竹入侵对凋落物层和土壤层的影响一致
研究发现凋落物层的土壤动物群落丰富度和多样性显著高于土壤层。但是,对于毛竹入侵,凋落物层土壤动物群落并未如预期一样表现出更高的抵抗力。在毛竹入侵的影响下,两层次中各取食类群的丰富度和多样性都表现出的显著差异。
图4. 林分和层次效应对土壤动物物种丰富度的影响
图5. 林分和层次效应对土壤动物多样性的影响
3)毛竹入侵影响了土壤动物的群落结构
毛竹入侵显著影响了土壤动物的总群落及各个食性类群的结构。对于捕食性和食微生物类群,尽管入侵未影响其多样性,但群落结构发生了显著变化。对于食微生物类群,土壤层比凋落物层的动物受到入侵的影响更大。
图6. 林分和层次效应对土壤动物群落结构的影响
毛竹入侵显著降低了土壤动物多样性,并简化了土壤动物的营养结构。土壤生物多样性极大的支撑了生态系统功能。植物入侵对土壤动物的负效应,或许将进一步降低生态系统的多种功能,包括土壤养分循环和保持、地上生物多样性等。所以,毛竹入侵可能会威胁大面积的亚热带阔叶林的生态系统特征。
该研究表明毛竹入侵对土壤动物群落及其食性类群产生了负面影响,导致凋落物层和土壤层动物群落丰富度和多样性降低,且不同的食性类群会对毛竹入侵的响应有所不同。凋落物层中型土壤动物群落的变化可能进一步影响生态系统功能,特别是凋落物的早期分解。因此,在竹林入侵的情况下,有必要采取相应的预防措施,以保持土壤动物群落的多样性和复杂结构,以及生态系统的功能性和稳定性。相关研究成果由浙江农林大学林业与生物技术学院黄俊浩副教授实验室与德国亥姆霍兹生态研究中心等多个单位的合作完成,于2021年5月发表在国际知名刊物Science of the Total Environment。本研究得到了国家自然科学基金项目(31670618,31872270)的资助。
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147982
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