【摘 要】
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滩涂围垦是沿海地区的主要土地利用方式,由于成土母质来源于海洋,新围垦地往往盐碱度高,养分含量低。随时间推移,土壤理化性质逐渐改善,动植物种类组成会发生有规律的改变。因此,由不同围垦时间形成的明确土壤时间序列是研究人类土地利用与自然过程如何影响动植物群落动态的理想对象。土壤动物是滩涂围垦过程中土壤生态功能的关键参与者,由于不同时期围垦地土壤性质和植被组成改变,土壤动物的群落结构和物种功能策略也会发生
【基金项目】
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上海市科学技术委员会重大项日《环滴水湖河流及滨岸带生态功能提升与透应性管理技术研究与示范》(17DZ1202800);
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滩涂围垦是沿海地区的主要土地利用方式,由于成土母质来源于海洋,新围垦地往往盐碱度高,养分含量低。随时间推移,土壤理化性质逐渐改善,动植物种类组成会发生有规律的改变。因此,由不同围垦时间形成的明确土壤时间序列是研究人类土地利用与自然过程如何影响动植物群落动态的理想对象。土壤动物是滩涂围垦过程中土壤生态功能的关键参与者,由于不同时期围垦地土壤性质和植被组成改变,土壤动物的群落结构和物种功能策略也会发生显著更替。在以往的研究中,虽已有关于滩涂围垦过程中植被组成和土壤动物群落结构变化特征的探索,但是由于受限于土壤动物功能性状的复杂性和难以获得性,有关围垦过程对土壤动物群落功能结构和群落构建机制影响的研究还非常欠缺。基于此,本研究在上海横沙岛选择如下5个时期的滩涂围垦地:1年裸地、3年盐生植物柽柳群落、5年草地、10年和50年人工林,研究土壤动物群落结构与功能结构随围垦过程的变化特征及其影响机制。2019至2020年,在调查不同围垦阶段植物群落组成、土壤理化性质的基础上,分季节调查土壤线虫、螨类和跳虫群落组成,测量和整理与其运动扩散、环境耐受与资源需求相关的形态学和生活史功能性状,包括体型、体壁特征、运动器官、生活史策略、感觉器和食性等。主要结果如下:1.研究期间,共采集到土壤线虫50属,螨类58属(或科),跳虫21属。随围垦年限增加,土壤有机质、总氮、植被盖度、植物物种丰富度和地下根生物量增大,土壤p H、电导率和容重减小。围垦过程中植被结构和土壤肥力的变化显著影响土壤动物群落结构,三类土壤动物多样性均随围垦年限增加而增加,但其类群组成的变化格局显著不同。线虫在围垦初期可快速定殖并适应不同时期围垦地其中,中矛线属(Mesodorylaimus)和拟丽突属(Acrobeloides)在1-10年围垦地占优势,螺旋属(Helicotylenchus)在50年围垦地占优势。螨类群落组成在不同时期围垦地更替显著,优势类群由围垦早期的前气门亚目(Prostigmata)、内气门亚目(Endeostigamta)或无气门亚目(Astigmata)更替为围垦中期的中气门亚目(Mesostigmata),围垦后期转为甲螨亚目(Oribatida)。跳虫在围垦1年裸地较难定殖,围垦早期的优势类群为陷等跳属(Isotomurus)、原等跳属(Proisotoma)和裔符跳属(Folsomides),围垦后期的优势类群为类符跳属(Folsomina)、符跳属(Folsomia)和滨棘跳属(Thalassaphorura)。2.围垦过程中三类土壤动物的群落功能组成发生显著变化。随围垦年限增加,线虫群落的r策略者和食细菌者比例减少,K策略者、食真菌者和植食者比例增多,体型、尾长、侧器、体壁环纹的变化不显著;螨类群落中,体型大、体壁骨化程度高、K策略者和初级分解者比例增多,携播螨比例减少。土壤跳虫在围垦早期多为体型大、弹器、色素和单眼发达的表土栖种类,围垦后期以弹器、色素和单眼退化、角后器和假眼发达、食真菌的真土栖类型为主。多元线性回归表明,植物物种丰富度、植被盖度、根生物量和土壤肥力是驱动围垦过程中土壤动物性状变化的主要因子。3.基于功能性状的群落构建机制分析发现,线虫多维功能多样性不随围垦阶段而变化,表明了中性随机过程的影响。相比,螨类和跳虫的多维功能多样性由早期的收敛转变为后期的发散,表明其群落构建过程由环境过滤主导向种间竞争主导的转变。单性状功能多样性表明线虫食性功能多样性、螨类各个单性状功能多样性以及跳虫角后器、假眼和弹器功能多样性在围垦过程中由收敛转变为发散,但在围垦50年阶段非对称竞争可能导致了螨类性状收敛。多元线性回归表明,土壤p H和容重这些胁迫因子的增加普遍导致性状收敛,而植物物种丰富度、植被盖度和土壤肥力的增加通常导致性状发散,但土壤有机质的增加导致螨类性状收敛,这可能来源于优势类群对有机质资源的非对称竞争。综上所述,本论文系统揭示了滨海滩涂围垦过程对中小型土壤动物群落结构、功能组成和功能多样性的影响及其驱动机制。研究结果表明,随着围垦地植被组成的改变和土壤质量的改善,中小型土壤动物群落结构、功能组成和功能多样性均发生了显著改变。围垦早期的资源短缺和环境胁迫限制土壤动物多样性,环境过滤作用选择那些具有扩散优势、耐受性高、生长快速等功能性状的类群。围垦后期,资源可利用性的增加和种间竞争的加剧促进了更高的土壤动物多样性。本研究结果深化了我们关于土壤动物群落功能结构的时空动态和群落构建机制的理解,也为滨海围垦区生态恢复与生物多样性保护提供了研究支撑。
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