施肥对土壤动物群落的影响：野外实验和Meta分析.pdf

摘 要 土壤动物在土壤的形成、维持生态系统功能等方面起着重要的作用，受到施肥等人类 活动的影响。然而，人们关于施肥对土壤动物群落的具体影响仍然缺乏深刻的认识。关于 栖息地的变化和食物资源的改变对调控土壤动物对施肥响应的相对贡献的争论仍在继续。 因此，本人通过野外实验探讨了N 肥添加对土壤动物群落的影响及其主导调控因素，并 且通过meta 分析来探索土壤动物群落在全球尺度上对施肥的响应及其调控因素。 在第一项研究中（野外实验，第二章），本人在中国东部杨树人工林（Populus deltoids ） 中，通过模拟N 沉降（0, 50, 100, 150 以及 300 kg N ha− 1 year− 1 ）实验，探讨了总的土壤 动物以及植食性土壤动物群落在不同土层（0-10, 10-25 和25-40 cm ）对N 添加的响应。 我们将不同施N 水平所需的 NH NO 溶解于水中，采用背负式喷雾器将其均匀洒入样地 4 3 来模拟N 沉降。我们的结果表明：低浓度的N 添加显著增加了总土壤动物和植食性土壤 动物密度（D 和D ），高浓度的N 添加显著减少了D 和D ，这表明N 添加对土壤动 total p total p 物的影响存在阈值效应。此外，N 添加对总土壤动物和植食性土壤动物的类群数（G ，Gtotal 和G ）以及香农多样性指数（H ，H 和H ）均无显著影响。随着土层深度的增加，D , p total p total D , G 和G 均显著降低，表明土壤动物具有表聚性特征，但是H 和H 随土层深度的 p total p total p 增加变化并不明显。更重要的是，N 添加对Dtotal 和Dp 影响的阈值随土层深度的增加由50 − 1 − 1 − 1 − 1 和100 kg N ha year 增加到150 kg N ha year 。我们还发现细根生物量是调节Dtotal 和 Dp 变化的主导因子。我们的研究表明，N 添加可能通过改变杨树人工林的地下食物资源 来驱动土壤动物群落组成的变化。 在第二项研究中（meta 分析，第三章），本人综合分析了 35 项研究中施肥处理下土 壤动物指标的896 条数据，以探索土壤动物群落对施肥的全球响应模式。主要结果表明， 在全球范围内，施肥可以增加土壤动物的丰度。进一步的分析表明，土壤动物丰度在不同 肥料类型、不同土层深度、不同生态系统以及不同气候带，对施肥的响应都显著不同：（1） 土壤动物丰度对有机肥施用的响应高于无机肥；（2 ）底层土壤中的动物丰度对施肥的响应 高于表层土壤动物；（3 ）农田、人工林等人工系统中的土壤动物丰度比自然环境中的更容 易受到施肥的影响；（4 ）土壤动物丰度对施肥的响应在各气候带中表现为：热带 温带 寒带。同时，土壤动物丰度对不同施肥类型的响应在各生态系统以及气候带间都具有明显 差异。然而，施肥并没有显著影响土壤动物类群数和多样性指数对施肥的响应。回归分析 显示，食物资源的变化是调控土壤动物群落对施肥响应的关键因素，包括土壤养分（如土 壤有效N ）和土壤微生物。我们的研究表明，在全球范围尺度上，施肥可以通过改变食物 资源而影响土壤动物群落。 总体而言，我们的野外试验和meta 分析都表明，施肥在一定程度上可以增加土壤动 物的数量，但对土壤动物类群数和多样性的影响不显著。我们发现食物资源的变化是调控 土壤动物群落响应施肥的重要因素。我们的研究结果可能有助于建立全球土壤动物对施 肥的响应模型，并评估全球不同生态系统中适当的施肥管理措施。但是，土壤动物群落对 施肥的响应及其控制因子在不同生态系统之间是否存在共性，还需要进一步的综合分析， 从而促进全球模式的发展。