生长季与非生长季增温对内蒙古典型草原土壤线虫群落的影响

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人类活动引起的气候变暖已严重影响了陆地生态系统过程。气候变暖不仅改变了物种的分布范围和相互作用,还影响了生物多样性和生态系统服务与功能。在目前观测到的气候变暖趋势中,出现了显著季节性差异,即非生长季变暖的幅度高于生长季。在目前的模拟增温研究中,很少有实验考虑生长季增温与非生长季增温幅度的差异及其对生态系统结构和功能的交互影响。土壤线虫是陆地上数量最多的后生动物群落,对环境变化非常敏感。它不仅是决定营养循环的重要成员,还是最常用的环境指示生物之一。但是,在目前关于增温对土壤线虫群落影响的研究中,缺少关于气候变暖幅度季节波动对土壤线虫群落结构和功能影响的实验验证。本研究于2016年在内蒙古自治区典型草地建立了一项包括对照、生长季增温、非生长季增温、全年增温的季节非对称性模拟增温控制实验平台,采用开顶箱(open top chambers,OTC)增温的方式进行实验处理。在2020年4月、6月、8月、10月4个时期分别采集并分析了不同处理下0-10 cm和10-20 cm的土壤,采用改良的贝尔曼漏斗法进行土壤线虫提取,并根据形态学分类方法进行线虫鉴定。根据线虫鉴定结果分析生长季增温、非生长季增温、及其交互作用对线虫群落结构的影响。并结合不同处理下土壤温度、土壤含水量、土壤营养元素含量以及植物群落多度、盖度、地上生物量、根系生物量的变化,探讨不同季节增温对土壤线虫群落结构的影响机制。研究结果发现:1.生长季增温使0-10 cm土层中铵态氮含量显著提高了30.19%,使p H值显著上升了0.28,总氮含量降低了5.65%。对于土壤线虫群落,生长季增温分别使0-10 cm和10-20 cm土层中食细菌线虫相对多度显著降低了12.24%、8.78%,分别使线虫通道指数降低了0.09、0.08。此外,生长季增温使0-10 cm土层土壤线虫群落营养多样性指数显著增加了1.94,使10-20 cm土层土壤线虫群落基础指数降低了7.50,使结构指数增加了7.59。表明生长季增温显著降低了土壤线虫群落抗干扰能力,并且使群落的联通度和食物网长度增加。除此之外,生长季增温对食细菌线虫多度、结构指数等指标的影响幅度在不同月份间波动。在0-10 cm土层,生长季增温使食细菌线虫相对多度在4月、8月显著降低,使结构指数在8月、10月显著增加,在6月显著降低。2.非生长季增温使0-10 cm土层地下生物量显著增加了22.02%,土壤线虫群落多度显著降低了20.07%。此外,在10-20 cm土层,非生长季增温使土壤铵态氮含量显著降低了17.38%。对于线虫群落,非生长季增温使杂食-捕食线虫相对多度显著降低5.42%,使基础指数显著增加了6.41,使结构指数显著降低了11.11,同时。非生长季增温提高了土壤线虫群落的抗干扰能力,降低了食物网的联通度和长度。此外,非生长季增温对杂食-捕食线虫相对多度等指标的影响幅度在不同月份间波动。3.生长季与非生长季增温对土壤线虫群落结构及生物与非生物因子有显著交互影响。非生长季增温抑制了生长季增温对各营养类群相对多度等指标的效应。比如在0-10cm土层,在无非生长季增温处理下,生长季增温使地下生物量和碳氮比降低了25.57%、0.22;但是在非生长季增温处理下,生长季增温使地下生物量和碳氮比分别提高了33.34%、0.36。在10-20 cm土层,无非生长季增温处理下,生长季增温使食真菌线虫相对多度、基础指数、富集指数分别降低了7.84%、14.70、1.77,使杂食-捕食线虫相对多度、线虫通道指数、结构指数分别增加了6.13%、0.06、18.43。但是在非生长季增温处理下,生长季增温使食真菌线虫多度和富集指数分别增加了8.83%、8.20,使基础指数、杂食-捕食线虫多度、线虫通道指数、结构指数分别降低了0.30、2.24%、0.22、3.26。本论文结果表明:生长季和非生长季增温在不同月份对土壤线虫群落结构的影响幅度和机理是不一样的,在未来的气候变暖研究中考虑不同季节增温幅度的差异,将有助于更准确地评估气候变暖对陆地生态系统过程的影响。此外,生长季增温与非生长季增温对土壤线虫群落结构的交互作用影响表明:非生长季气候变暖对生态系统结构的影响不可被忽视。因此,在未来的全球变化研究中应更加关注气候变暖幅度的季节性差异,尤其是非生长季增温对生态系统结构的影响,以便进一步理解全球气候变化调控生态系统过程的机理。
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