土壤线虫群落的生物地理分布及其环境驱动因素

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土壤线虫数量多、种类丰富,生活史和取食类型多种多样,在土壤食物网中占据多个营养级,在生态系统的物质营养循环和能量流动中发挥关键作用,常被作为土壤生态系统健康状况的生物指示者。然而,当前对土壤线虫的大尺度分布格局及其影响因素却知之甚少。究其原因主要有两方面:一方面,从物种分类鉴定角度来看,线虫分离鉴定所需的专业技能以及高劳动力限制了工作的开展:另一方面,由于土壤动物特殊的生物学特性及栖息地需求,可能表现出和地上动植物不同的分布规律,然而相关的理论假说当前并不成熟。开展土壤线虫群落的生物地理学研究将不仅有助于理解物种分布的一般规律,明确土壤生物分布格局形成的生态学过程,同时也有利于预测未来环境变化条件下土壤线虫的反馈机制。此外,探索性地利用分子生物学分析手段进行土壤线虫地理分布研究具有重要的理论价值和良好的技术前景。
  本研究在中国大陆选择了具有不同水热条件的161个代表性样点,同时采用传统形态学方法和分子生物学方法对各样点土壤线虫群落进行分类鉴定,并结合当地的气候条件和土壤理化性质,明确区域水平上土壤线虫的分布格局及其主要影响因素,并着重探讨分子生物学方法在线虫群落分析方面的潜力。研究结果如下:
  (1)我国华北区(32°N-42°N,104°E-125°E)和青藏区(27°N-40°N,73°E-104°E)的土壤线虫数量比其它地区的多,且华南区和华中区(18°N-30°N,104°E-122°E)的线虫多样性高于其他地区。随着纬度的增加,线虫数量、食细菌线虫和植食性线虫的数量逐渐增多。海拔与土壤线虫数量有显著的正相关关系(P<0.05)。
  (2)在自然生态系统中(主要是森林和草地系统),纬度和海拔都与土壤线虫总数量都有极显著的正相关关系(P<0.01),且海拔升高对各营养类群数量有显著的积极影响(P<0.05)。但经度与食真菌线虫有极显著的负相关关系(P<0.001)。经纬度和海拔的变化主要通过改变样地的水热条件,再间接通过改变土壤微环境和资源间接影响了土壤线虫群落。
  (3)农田生态系统中,纬度与线虫总数量、食细菌线虫和植食性线虫数量有显著的正相关(P<0.05)。相比较其它采样地区,华北区(32°N-42°N,104°E-125°E)的土壤线虫数量较多(19.5ind.g-1soil)。与自然生态系统相比,农田生态系统样点植食性线虫所占比例高于其他营养类群线虫(20%-89%)。
  (4)气候因子比土壤理化性质对土壤线虫数量和群落组成的影响更重要。其中,年平均降水量对线虫数量及各营养类群都有不同程度的负影响:年平均温度与农田生态系统中植食性和食真菌线虫的数量有显著的负相关关系(P<0.05)。此外,与农田生态系统相比,各环境因子与自然生态系统的土壤线虫群落的相关关系更强,可能因为农业活动的长期影响导致土壤线虫群落对降水等环境因子变化的响应比较弱。
  (5)与传统形态学方法比较,基于分子方法分析所得的土壤线虫群落与之有部分相同的主要线虫属,营养类群组成基本相同,与环境因子间的关系相似,且避免了传统形态学的费时费力等缺点,能够用于批量样本的线虫群落分析。但两种方法分析的结果还是有所差异,主要体现在高通量测序的结果中,植食性线虫和捕杂食线虫所占比例差异较大。用于分析土壤线虫群落的分子生物学方法还需在线虫基因PCR扩增的引物、测序的方法等方面继续改进,以获取更可靠和精准的土壤线虫群落结构的信息。
  总之,在中国大陆纬度较高地区,线虫总数,食细菌线虫和植食性线虫的数量相对较高,且随着海拔的升高,各类线虫数量呈增多的趋势。此外,相较于土壤理化性质,气候因子是决定土壤线虫大尺度分布格局的主要因素。本研究初步证实了分子生物学方法用于批量样本线虫分析的可行性。本研究将为我国土壤线虫大尺度分布变化规律的揭示提供理论和技术支持。
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