氮沉降和降水变化对短花针茅荒漠草原土壤动物群落结构和多样性的影响与机制

Soil fauna plays an important role in nutrient cycling and energy flow in grassland ecosystems. N deposition and precipitation change, as two important components of global changes, can have profound impacts on grassland soil fauna. Most studies have focused on the effects of global changes on plant community, soil microorganism, litter decomposition and nutrient release. There have been, however, few studies on soil fauna and ground arthropods. Especially, the effects of nitrogen deposition and precipitation change as well as their interactions on soil fauna, ground arthropods in a desert steppe, and the relationships between soil fauna, ground arthropods and soil, plant community have not been reported. In order to examine the effects of N deposition and precipitation change on soil fauna and ground arthropods and their interactions, a field manipulative experiment with N addition and rainfall increase/reduction should be conducted in Stipa Breviflora Desert Steppe in Inner Mongolia of northern China.We studied the effects of nitrogen deposition and precipitation change and their interactions on soil fauna , ground arthropod community by observing plant community and soil environmental changes , to explore the interactions between soil fauna , ground arthropod community structure and diversity and plant community diversity as well as soil environmental factors, to clarify the response mechanism of soil fauna and ground arthropod community to climate change.These findings will provide theoretical basis for soil zoology index system for grassland soil quality assessment.

土壤动物在草原生态系统养分循环和能量流动过程中起重要作用。作为全球变化的主要成分，氮沉降和降水变化会对草原土壤动物产生深刻影响。然而已有研究多集中在全球变化对植物群落、土壤微生物、凋落物分解和养分释放等领域，对土壤动物、地面节肢动物的研究较少，尤其氮沉降和降水交互作用对荒漠草原土壤动物、地面节肢动物与土壤、植物的影响及其相互关系研究尚未报道。针对这问题，本项目以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象，通过外源氮素和水分输入，模拟氮沉降和增雨、减雨的控制试验，观测植物群落及土壤环境变化的基础上，研究氮沉降和降水变化及其交互作用对土壤动物和地面节肢动物群落变化的影响，探讨土壤动物和地面节肢动物群落结构和多样性与植物群落多样性、土壤环境因子之间的互作效应，阐明土壤动物和地面节肢动物群落对气候变化的响应机理，为草原土壤质量评价的土壤动物学指标体系提供理论依据。

氮沉降和降水格局变化作为全球变化的重要现象，其导致的一系列生态问题对草地生态系统影响日趋显著。土壤动物是草原生态系统土壤有机质分解及养分矿化的主要调节者之一，在驱动生物地球化学循环过程中发挥着重要作用。内蒙古荒漠草原受养分和水分的双重限制，对全球变化响应敏感。而氮沉降和降水变化对荒漠草原土壤动物群落的影响尚存在诸多不确定性。本项目以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象，依托长期氮沉降和降水变化野外控制试验平台，探究氮沉降和降水变化对荒漠草原土壤动物和地面节肢动物群落组成、结构和多样性的影响及其驱动机制，揭示短花针茅草原土壤动物和地面节肢动物群落对氮沉降和降水变化的响应机制。试验采用裂区设计，主区为3个水分处理，分别是自然降雨（CK）、增水30 %（W）和减水30 %（R），副区为4个氮素处理，分别是施氮0（N0）、30（N30）、50（N50）和100（N100） kg·hm-2·a-1，共计12个处理。研究明确1）荒漠草原中小型土壤动物区系组成为甲螨亚目、前气门亚目、中气门亚目和弹尾目，表聚性特征明显；2）地面节肢动物区系组成为膜翅目、鞘翅目和双翅目；3）掌握其个体密度季节动态变化规律为秋季>春季>夏季；4）水氮添加有助于提高短花针茅荒漠草原土壤动物个体密度、类群数和α多样性，增雨与施氮交互（WN30）对其影响尤为显著，更利于腐食性和捕食性土壤动物生存；5）施氮100 kg·hm-2·a-1时，土壤动物个体密度平均降低18.56 %，适量氮可以促进土壤动物活性，过量氮则产生负效应 ；6）甲螨亚目对气候变化响应最为敏感具有指示性。降水不足时，植物生长缓慢，土壤动物可利用资源减少，抑制其生存；当降水量相对充足时，地上生物量显著增加，土壤动物可利用资源增多，降低了氮添加对土壤动物的负效应。本研究将为荒漠草原土壤生物多样性维持和保护提供理论基础，为制定应对氮沉降增加和降水变化的适应性管理对策提供科学依据。