外来种南美岸蚓关键生理生态特征及其对土壤C:N:P化学计量比的影响

A key frontier in ecology is soil biota and their role in ecosystem functioning and ecosystem services. As ecosystem engineers, earthworms play important roles in critical above- and belowground ecosystem processes through feeding, gut microbial processes, and burrows. Currently, a global thematic issue is the mechanism of earthworm invasion and the impacts of exotic earthworms on critical ecosystem processes. In this field, most studies were focused on the persistence of exotic earthworms under environmental stress conditions and the role of exotic earthworm on single soil nutrient cycling. Less attention, however, was paid on the flexibility of the earthworm’s vital physioecological characteristics (i.e. feeding, gut microbial community, and body stoichiometry) under new habitats and the impacts of exotic earthworms on soil C:N:P stoichiometry. To improve our understanding of the exotic earthworm biology and ecology, we will conduct a field survey and a laboratory incubation experiment on an exotic earthworm Pontoscolex corethrurus, which is widely distributed in the tropical and subtropical forests of China. Our aims are to: (1) analyze the variations of the key physioecological characteristics of the exotic earthworm in different invaded forest habitats; (2) investigate the effects of the exotic earthworm on soil C:N:P stoichiometry. The results will provide new insights into the mechanisms and the ecological impacts of earthworm invasion and also provide useful information for the sustainable forest management and efficient exotic earthworm control practices.

土壤生物及其在生态系统功能和服务中的作用是当今生态学研究的重要前沿。大型土壤动物蚯蚓作为“生态系统工程师”，通过取食、肠道过程和掘穴等行为，对许多关键的地上和地下生态过程产生重要影响。目前，蚯蚓入侵机理和外来种蚯蚓对新定居系统关键生态过程的影响已经成为全球关注的重大科学问题，相关研究多集中在外来种蚯蚓对环境的抵抗能力及其对单个养分元素的影响，然而关于外来种蚯蚓关键生理生态特征（取食、肠道微生物、身体组织化学计量比）的可塑性，以及蚯蚓对土壤C:N:P化学计量比的影响却少有研究。本项目针对在我国热带和亚热带主要林区广泛分布的外来种南美岸蚓（Pontoscolex corethrurus），初步开展其关键生理生态特征的研究，并结合室内培养实验探讨其对土壤C:N:P化学计量比的影响。本项目的完成有助于理解蚯蚓入侵的机制以及入侵蚯蚓的生态效应，为森林有效管理和外来种蚯蚓扩散的预测和防范提供科学依据。

外来种生物及其对新定居生态系统结构和功能的影响是目前全球关注的重要科学问题。然而，大多数外来种生物入侵的研究都集中在植物，关于外来种土壤生物的研究较少。本项目结合外来种南美岸蚓的实际分布格局和未来可能进一步加剧的发展趋势，开展野外调查和相关的室内培养实验，分析其对土壤C:N:P化学计量比的影响。主要研究结果如下：.（1）该外来种南美岸蚓已经在我国热带和亚热带森林成功建立种群，并且平均种群密度远远高于本地蚯蚓类群。如在广东鼎湖山地区主要分布在较湿润的溪边林和地势低洼林区（主要是人工林），并在雨季达到较高的种群密度（173条/m2），而在自然林中鲜有分布；然而在海南尖峰岭自然保护区内，该种蚯蚓分布较为广泛，其雨季的种群密度在人工林和原始林中分别达到150条/m2和241条/m2。.（2）南美岸蚓对土壤C和N、P养分的总量影响不大，但使土壤可溶性C均显著降低，而可溶性N显著升高，导致可溶性C:N化学计量比降低，N:P化学计量比升高。.（3）南美岸蚓活动对土壤微生物生物量C、N、P的影响依赖于林型，对人工林和原始林土壤微生物生物量影响较大，并且改变了微生物生物量的化学计量比。.（4）南美岸蚓活动显著抑制了与C、N、P矿化密切相关的β-葡萄糖苷酶（BG）、N-乙酰葡糖胺酶（NAG）和酸性磷酸酶（AP）活性。其中BG和AP的下降程度要大于NAG，导致三个林型酶化学计量比发生变化。.（5）南美岸蚓活动使得土壤总微生物生物量和细菌生物量显著下降，而真菌生物量没有受到显著影响，进而导致真菌:细菌比例升高。外来种南美岸蚓活动导致三个林型土壤微生物群落结构趋同。.（6）南美岸蚓肠道微生物生物量要远远大于土壤。在不同的土壤中生活，南美岸蚓肠道微生物总生物量和各类群生物量并无显著差别。原始林蚯蚓肠道微生物群落结构与人工林和次生林显著不同。说明，生境对外来种蚯蚓的肠道微生物群落结构有塑造作用。