東北地理所在土壤動物上侵對山地垂直帶土壤溫室氣體排放影響方面取得重要進(jìn)展
氣候變暖下山地植被垂直帶發(fā)生顯著上移，其地下土壤動物格局是否發(fā)生相應(yīng)變化，這種改變對土壤碳庫功能的影響及途徑，受到生物地理學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的普遍關(guān)注。一般觀點認(rèn)為，山地生物多樣性隨著海拔升高呈線性下降或在中海拔達(dá)到峰值，但眾多研究結(jié)論并不一致。中國科學(xué)院東北地理所研究人員以長白山植被垂直帶為研究對象，通過野外大尺度調(diào)查和室內(nèi)培養(yǎng)相結(jié)合，旨在揭示土壤甲螨垂直帶分布格局特征和低海拔土壤動物上侵對土壤溫室氣體排放的影響及機(jī)制。
研究表明，長白山地土壤甲螨物種數(shù)隨海拔升高而下降，分布密度呈中海拔（1200m）最高的單峰型格局；此垂直帶格局由局域生境特征、氣候特征（年均溫和年降水量）和空間過程（經(jīng)緯度坐標(biāo)和海拔）共同決定。其中，土壤局域生境因子總磷（TP）、銨態(tài)氮（NH4+-N），年均溫（MAT）、年降水量（MAP）和海拔是決定甲螨群落空間格局的關(guān)鍵變量。
圖1 長白山典型植被帶土壤甲螨群落結(jié)構(gòu)（A）與形成機(jī)制（B）.
注：（a）針闊混交林帶；（b）針葉林帶；（c）岳樺林帶；（d）苔原帶.
模擬試驗表明，低海拔蚯蚓上侵及其與相應(yīng)垂直帶植物凋落物的交互作用，能夠顯著增加土壤CO2和N2O排放速率；且蚯蚓和凋落物交互處理對溫室氣體排放的影響最高，表現(xiàn)出疊加效應(yīng)（圖2）。
圖2 蚯蚓與凋落物交互作用對土壤CO2和N2O排放的影響.
注：無蚯蚓添加（S），添加蚯蚓（SE），添加凋落物（SL），添加蚯蚓和凋落物（SLE）.
同時，模擬研究表明岳樺林帶土壤動物群落整體上侵入高山苔原帶，顯著提高土壤CO2和N2O的累積排放量；且其中土壤動物作用貢獻(xiàn)大于微生物，入侵土壤動物和本地土壤動物的交互作用影響量小于二者分別作用的加和。其主要機(jī)制為，土壤動物入侵不僅直接影響土壤過程，還能有效提高土壤細(xì)菌和真菌的多樣性和豐富度，改變了微生物群落網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖3）。
圖3 土壤動物入侵對土壤細(xì)菌和真菌群落網(wǎng)絡(luò)的影響.
注：無土壤動物（S0），岳樺林帶土壤動物（SI），苔原帶土壤動物（SN），岳樺林帶和苔原帶土壤動物（SS）.
相關(guān)論文發(fā)表于國際期刊Ecology and Evolution，Applied Soil Ecology，Science of the Total Environment上，主要由濕地生物與環(huán)境學(xué)科組劉丹丹、劉學(xué)、康玉娟（第一作者）和武海濤研究員（通訊作者）等共同完成；劉冬研究員完成了分類相關(guān)工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目（U20A2083）、國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFF1300900）、吉林省科技發(fā)展計劃項目杰出青年基金項目（20230101348JC）等聯(lián)合資助。
論文目錄：
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[2] Liu,X.,Wu,Q.,Wu,H.T.*,Shi,J.X.,Zhang,Z.S. 2024. Earthworm invasion and interaction with litter increased CO2 and N2O emissions in Changbai Mountain: A microcosm study. Applied Soil Ecology. 202,105533. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105533
[3] Kang,Y.J.,Wu,H.T.*,Guan,Q.,Zhang,Z.S. 2024. Responses of soil greenhouse gas emissions to soil mesofauna invasions and its driving mechanisms in the alpine tundra: A microcosm study. Science of the Total Environment. 908,168255. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168255
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