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在全球变化背景下,氮沉降和降水格局的改变会对土壤食物网中各种土壤动物及其相关的生态系统过程产生直接或者间接的影响。蚂蚁作为大型土壤动物,一方面,作为“生态系统工程师”的蚂蚁在食物网中发挥着上行效应的作用,改变土壤的理化性质和养分的动态循环,另一方面,蚂蚁作为捕食者在食物网中通过捕食作用产生下行效应以及营养级联效应。氮沉降、降雨格局改变可能会对蚂蚁群落产生直接或者间接的影响。然而,针对氮沉降和降雨格局改变对蚂蚁的研究却是不多。并且,传统的模拟氮沉降和降雨对土壤动物的研究方法都是基于林下进行的,忽略了林冠层对氮和降雨的吸收、截留以及其他相关生态过程。不能够真实反映氮沉降和降雨格局变对森林生态系统结构和功能的影响。本实验依托于河南省信阳市鸡公山自然保护区“林冠模拟氮沉降和增雨”野外实验控制平台,共设置7个实验处理:分别为:对照(CK)、林冠施低氮(25 kg N ha-1yr-1,CAN25)、林冠施高氮(50 kg N ha-1yr-1,CAN50)、林下施低氮(25 kg N ha-1yr-1,UAN25)、林下施高氮(50 kg N ha-1yr-1,CAN50)、林冠增雨(+30%本地降雨,CW)、林冠增雨+施氮(林冠施N 25 kg N ha-1yr-1+30%本地降雨,CNW)。通过陷阱法采集各处理样方内蚂蚁标本以计算蚂蚁群落多样性,主要探究以下科学问题:(1)不同的施氮方式和施氮浓度对蚂蚁群落多样性产生怎样的影响?(2)林冠氮沉降和增雨主效应以及交互效应如何影响蚂蚁群落多样性的?针对以上科学问题,本研究通过对不同处理间蚂蚁多度、多样性指标以及土壤理化性质各指标进行测定和分析,得出以下主要研究结果和结论:(1)林冠模拟氮沉降方式和林下施氮方式对蚂蚁多度和相对多度的影响有显著的差异。与林下施氮相比,林冠施氮显著增加蚂蚁多度,但是氮沉降对于不同蚂蚁物种的影响不一致,主要表现为:对于优势种,林冠施低氮显著增加了黑沟盲切叶蚁却显著降低了上海大头蚁的相对多度;而对于较常见种,林冠施氮相比林下施氮显著降低了大阪举腹蚁和黄足尼氏蚁的相对多度。不同施氮浓度对蚂蚁多度的影响表现为:低氮与高氮水平相比显著增加黑沟盲切叶蚁的相对多度。所有施氮处理下蚂蚁的香农威纳指数和均匀度指数均显著增加,而优势度和物种丰富度指数均显著降低。林冠模拟氮沉降与林下施氮相比,尤其表现为林冠低氮水平显著增加了蚂蚁的香农威纳指数和均匀度指数,但不同施氮水平间对蚂蚁的多样性各指标均无显著差异。我们的结果表现出,林冠模拟氮沉降与林下施氮相比,显著增加了土壤含水量、微生物量碳氮、总有机碳和总磷等理化性质指标。这表明林冠氮沉降可能通过促进土壤各养分动态,进而有利于植物和其他土壤生物的生长,进一步为蚂蚁的食物来源提供了有利的环境,导致林冠施氮方式下蚂蚁的数量以及群落多样性增加。(2)林冠模拟氮沉降和增雨对蚂蚁多度以及多样性各指标的影响有显著交互作用。林冠施氮和增雨处理与对照相比均显著增加了蚂蚁多度,但是在增雨的情景下,施氮对蚂蚁多度的影响却不显著。同样,在施氮的情景下,增雨对蚂蚁多度的影响也不显著。施氮与增雨共同处理下与对照相比显著增加了蚂蚁多度。不同蚂蚁物种对于施氮和增雨的响应不一致,主要表现为:施氮和增雨与对照相比,均显著增加了优势种黑沟盲切叶蚁,却显著降低了优势种上海大头蚁的相对多度。但是对于上海大头蚁,在增雨情景下,施氮却会显著增加其相对多度。较常见种黄足尼氏蚁对于施氮的响应仅在增雨情景下表现为显著增加,但是其对增雨的响应表现为显著降低。林冠模拟氮沉降和增雨对蚂蚁多样性各指标均有显著交互效应。无论是否增雨,林冠施氮均显著增加蚂蚁的香浓多纳指数和均匀度指数。与之相反,无论施氮与否,增雨均显著降低蚂蚁香浓多纳指数和均匀度指数。但施氮与增雨共同处理下,与自然条件相比,显著增加这两个指标,这说明林冠施氮对蚂蚁多样性的促进作用更加明显。林冠施氮在无论增雨情景下均显著降低蚂蚁优势度指数和物种丰富度指数。在不施氮情景下,增雨显著增加蚂蚁的优势度指数却显著降低其物种丰富度指数,但是在施氮情景下,增雨对蚂蚁优势度指数和物种丰富度指数的影响均不显著。在施氮和增雨共同处理下,与自然条件相比,显著降低了这两个指标,这说明林冠施氮对蚂蚁优势度和丰富度的抑制作用更明显。综上所述,林冠模拟氮沉降尤其是林冠施低氮对蚂蚁数量以及多样性均有显著的促进作用。增雨尽管增加了蚂蚁的数量,但是不利于蚂蚁多样性的增加,可能原因是增雨显著增加了优势种黑沟盲切叶蚁的数量却显著降低优势种上海大头蚁和较常见种的数量,进而导致在增雨处理下蚂蚁的优势度指数增加。施氮与增雨共同处理下与自然条件相比,显著增加蚂蚁数量、香农威纳指数和均匀度指数,显著降低其优势度和丰富度,这说明蚂蚁数量以及多样性对施氮的响应更加明显。这意味着在未来全球变化背景下氮沉降和增雨多因素共同发生相互作用更有利于蚂蚁的繁殖生存,进而也更有利于蚂蚁对生态系统结构和功能的维持作用。