小兴安岭阔叶红松林地表和地下土壤跳虫功能性状时空分异及物种共存机制

Co-occurrence mechanisms are one of the central questions for soil animal community ecology. Functional traits can reflect the adaptation of organisms to environment, which are the most effective methods to reveal the co-occurrence mechanisms for a community.In this project, we will select the permanent plot as a platform in a broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest at Liangshui Natural Reserves,Heilongjiang Province, China. Next, we will establish soil animal permanent plots with "Central-Satellite" pattern. Based on species functional traits data in different spatio-temperal scales, we will discuss the spatio-temporal co-occurrence patter of functional traits and functional diversities in aboveground and belowground soil collembolan communities. Then, we will analyze the responses of functional traits and functional diversities to environmental gradients for unveiling the adaptation strategies of the aboveground and belowground collembolan communities to environment. After that, to identify the co-occurrence mechanisms of aboveground and belowground soil collembolan communities, the driver intensities of the ecology niche theories (including interspcific compitation, environmental filtering, vertical heterogeneity, temporal heterogeneity) and neutral theory (such as randomly dispersal) will be verified in community structuring of the aboveground and belowground soil collembolan communities. Finally, we will uncover the spatio-temporal pattern of functional traits and co-occurrence mechanisms of the aboveground and belowground soil collembolan communities in broad-leaved Korean pine mixed forest in Xiaoxing'an Mountains. In practice, accomplishment of this project will enhance the development of soil animal community ecology of our country.

物种共存机制是土壤动物群落生态学的核心问题，功能性状能够表达生物对外部环境的适应特征，是揭示群落物种共存机制的新途径。本项目以凉水国家级自然保护区阔叶红松林固定样地为平台，构建"中心-卫星"式土壤动物固定监测样地，通过不同时空尺度的定位调查监测，基于功能性状数据，探讨地表和地下土壤跳虫功能性状和功能多样性的时空分异格局；筛选对环境具重要表达功能的功能性状，继而分析地表和地下土壤跳虫功能性状和功能多样性对环境梯度的响应特征，以阐明地表和地下土壤跳虫对生存环境的适应策略；对基于生态位理论的种间竞争、环境过滤、垂直异质性、时间异质性和基于中性理论的随机扩散等机制的调控方式和强度进行验证，以阐明地表和地下土壤跳虫群落物种共存机制。最终揭示小兴安岭阔叶红松林土壤跳虫功能性状时空分异格局和物种共存机制，以推动我国土壤动物群落生态学进展。

物种共存机制是土壤动物群落生态学的核心问题之一，以功能性状为途径的群落共存机制研究是目前群落生态学的重点内容之一，然而基于功能性状的土壤动物群落维持机制研究非常缺乏。本项目在小兴安岭凉水阔叶红松林建立“中心—卫星”式土壤动物固定监测样地，同时在丰林阔叶红松林和帽儿山天然次生林建立长期监测样地，基于地表甲虫和地下土壤跳虫的物种多样性、功能多样性，探讨了功能性状特征和功能多样性时空分异格局，分析了基于功能性状的地表甲虫和地下土壤跳虫对生存环境的适应策略，阐明了种间竞争、环境过滤和随机扩散对地表甲虫和地下土壤跳虫的调控作用。本研究发现，（1）地表甲虫和地下土壤跳虫的时空格局为异质性特征，主要表现为斑块和孔隙镶嵌分布的异质性格局，且这些空间格局具有时间变异性，在不同的季节和年份表现不同。（2）基于体长、体宽、体色等功能性状特征的研究表明，体长对生境有较好表达能力，地表甲虫和地下土壤跳虫的功能多样性为明显的时空异质性特征，其中原始阔叶红松林地表甲虫占据的功能生态位空间最大，次生白桦林与云冷杉林地表甲虫群落内部竞争激烈，人工红松林地表甲虫群落种内与种间的功能性状差异较大。（3）基于功能性状的分析表明，扩散过程是地表和地下土壤动物对环境适应的一个重要策略。地表甲虫和地下土壤跳虫具有不同的扩散能力和扩散模式，因而选择不同的扩散过程来适应环境。扩散限制可能调控地下土壤跳虫形成特定的时空格局，而较强的扩散能力使地表甲虫能突破环境生态位的限制并到达适宜生境。（4）证明在局地空间尺度种间竞争可能不是土壤动物群落的主要调控机制；发现食物资源添加显著的影响地表土壤动物时空格局和维持机制；最后提出地表和地下土壤动物受到环境过滤和空间过程的共同调控，其中空间过程的调控能力相对较强。本项目的执行证明基于功能性状的研究是揭示土壤动物群落维持机制的重要途径，说明土壤动物群落同时受到生态位理论和中性理论的共同调控，为推动我国土壤动物空间格局及其维持机制研究提供了有效的途径和方法。