橡胶林土壤动物网络结构和功能及其对植物多样性梯度的响应

Mono-cultured rubber plantations, where over explored in tropical regions, have become a main type of land use intensity (LUI) especially in Xishuangbanna. It brought not only terrible threat to regional biodiversity, but also reduced its ecological structures and functions. It is an inevitable tendency that builds sustainable green rubber forests to be imitation of nature by increasing biodiversity and ecological functions of multi-cultured rubber plantation structure and communities; and interactions between soil food web and aboveground plants are the base and guarantee for developing this type of rubber plantations. However, the relevant studies about soil food web structure and functions in sustainable development of multi-cultured rubber forest, and to maintain soil nutrients establish efficient and coordinated maintainable capacity remain poorly investigated. Taking soil fauna community at the study core, this project is designed to build the visual network of the soil fauna community in different multi-cultured rubber forests through field investigations and manipulation experiments, meanwhile incorporating with stable isotope probing technique as well. We try to illustrate the interactions among understory plants diversity, soil nutrient patterns and soil fauna diversity in community level, then to explore the complexity of network structure and functions response to plant diversity variation, and quantizing their individual contributions of key soil fauna groups in nutrient cycling processes, then to establish predictable biological indicator system of soil quality for agro rubber forests; finally to provide relevant important data and technical support for the establishment and improvement of sustainable environmental rubber plantations.

过渡扩张的单一种植橡胶林种植模式已成为西双版纳等热带地区的主要土地利用集约化（LUI）方式，不仅对区域生物多样性带来严重威胁，也导致群落生物多样性和生态系统服务功能衰退。近自然橡胶林的构建可能是改善胶林群落生物多样性和生态功能、发展环境友好型胶林复合生态系统的重要途径之一，而土壤食物网与地上植物相互作用则是维持这一模式发展的基础和保证。但目前对维持橡胶林土壤养分协调发展的土壤食物网结构和功能知之甚少。本研究以土壤动物群落为研究对象，通过野外调查和操控试验，并结合稳定性同位素技术构建近自然橡胶林土壤动物群落可视化网络关系，在群落水平上阐明林下植物多样性、土壤养分格局与土壤动物多样性的相互作用关系，揭示网络结构复杂性和功能对植物多样性变化的响应，量化土壤动物关键类群在养分循环过程中的贡献，建立预测近自然橡胶林生态系统土壤质量的生物指标体系，为可持续发展的环境友好型橡胶林提供理论数据和技术支持。

构建橡胶林自然恢复过程中的土壤生物群落可视化网络结构及相关环境因素，分析不同种植模式橡胶林植物多样性变化对土壤生物网络结构和功能的影响，建立土壤健康评估体系是橡胶林生态系统可持续发展的重要方式和手段。 本研究通过野外调查和操控试验，研究了橡胶林生境构建者（地上植物多样性和资源输入）与土壤生物重要类群多样性、网络结构和功能（分解和矿化）的相互作用，主要结果表明：1. 橡胶林土壤动物重要类群-白蚁物种的空间分布与地形、土壤pH存在显著的正相关关系。在重度干扰（如单一橡胶林）条件下，不同繁殖体数量的外来种种群数量有2-6倍的增长。2. 在500m-700m景观尺度内土壤节肢动物物种多样性随森林覆盖率的增加（>50%）而提升；3. 橡胶林土壤质量评估体系中，总氮的贡献为36.33%，其次是总有机碳（30.5%），土壤生物（15.50%）和植物根系（9.24%），并且橡胶林植物多样性与土壤相互作用对土壤养分的增加和有效性有显著贡献；4. 近自然橡胶林植物多样性的增加显著提高了橡胶林土壤生物多样性、生态系统功能和土壤生物网络稳定性，且呈现季节和土壤生物体型大小的特异性；橡胶林土壤食物网络的稳定性与多功能性显示真菌占生态网络节点的一半以上(47.01-50.90%)，其次是细菌(18.80-20.91%)。5.橡胶林间作大叶千斤拔可提升土壤细菌丰富度，并且有利于土壤线虫丰富度增加，橡胶+茶树和橡胶+大叶千斤拔模式分别在干季(边数目增加38.26%、节点数目增加37.59%)和雨季(边数目增加23.38%、节点数目增加31.58%)显著增加了土壤多营养级生物网络的复杂性，且以植食性线虫、根结线虫、外生菌根和根瘤菌为主的连接中心和模块中心增多。亚热带针阔混交林地面净初级生产力(ANPP)正向影响表层和底土层的土壤碳组分。根系生物量和种植密度对亚、深层土壤碳组分、微生物和土壤性质(C:N)均有直接或负向影响。以上研究结果明确了土壤食物网网络结构复杂性和功能对植物多样性变化的响应，建立监测和评估橡胶林生态系统土壤质量的生物指标体系，对提升橡胶林生态功能和可持续的土地利用方式有重要意义。