小兴安岭阔叶红松林土壤动物集合群落多尺度格局和维持机制

Multiple patterns and their maintaining mechanisms are important topics in soil animal geography and soil animal community ecology. However, the most related studies focused on one or more spatial scales and few studies tried to research interactions between different driving processes from different scales. This deficiency is responsible for the slow development of researching maintaining mechanisms of soil animal biodiversity. Metacommunity theory can integrate driving processes from different spatial scales and it is a useful approach to research community multiple patterns and their maintaining mechanisms. We will establish multiple soil animal metacommunities in broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forests in Xiaoxing’an Mountains, that is habitat-, local- and regional scales. We will reveal the soil animal diversity and their scale effects. Next, we will recognize the spatial and temporal patterns on multiple scales. Then, we will identify the relative roles of dispersal, environmental filtering and biotic interactions on soil animal metacommunity patterns and explain the interactions among these three processes across different scales. Finally, we will uncover the function of metacommunity theory on soil animal metacommunities and the multiple patterns and maintaining mechanisms of soil animal metacommunities in broad-leaved Korean pine mixed forests in Xiaoxing’an Mountains.The accomplishment of this project will provide a novel method for researching soil biodiversity maintenance and enhance the development of soil animal geography.

群落多尺度格局和维持机制是土壤动物地理学和群落生态学的核心内容，然而相关研究多针对一个或几个尺度，很少关注不同尺度之间的交互作用，这阻碍了土壤动物多样性维持机制研究。集合群落理论能整合不同尺度的调控过程，是揭示群落多尺度格局和维持机制的有效途径。本项目在小兴安岭阔叶红松林，建立生境、局域和区域3个尺度的土壤动物集合群落，研究土壤动物集合群落多样性及其尺度效应；阐明土壤动物集合群落多尺度时空格局；揭示扩散、环境过滤和生物间作用对集合群落格局的调控能力，说明这三个过程在不同尺度间的交互作用。最终阐明集合群落理论对土壤动物群落的作用规律，揭示小兴安岭阔叶红松林土壤动物集合群落多尺度格局和维持机制。本项目将为地下生物多样性维持机制研究提供新思路，推动我国土壤动物地理学研究进展。

针对土壤动物群落多尺度格局及其维持机制这一科学研究的重点和难点问题，本项目以胜山、丰林、凉水和长白山阔叶红松林为基地，组建了东北原始阔叶红松林土壤动物多尺度集合群落样地，以揭示土壤动物集合群落多尺度格局及其维持机制这一科学问题。基于多尺度的野外调查与实验，本项目主要研究了阔叶红松林土壤动物集合群落多样性及其尺度效应，阐明了阔叶红松林土壤动物集合群落多尺度时空格局，揭示了扩散、环境过滤和生物间作用对土壤动物集合群落多尺度格局的影响。取得如下成果：（1）北方花葬甲（Nicrophorus tenuipes）是东北阔叶红松林内的广布物种，而黑葬甲（Nicrophorus concolor）等五个物种具有明显的生境偏好，仅分布在单个局域物种库内。（2）胜山、丰林、凉水和长白山这四个局域物种库内，葬甲物种数量、个体数量、总体长未发现随纬度的明显规律性变化。但总体看来，在高纬度地区葬甲物种数量、个体数量和总体长的数值相对较低，而低纬度地区则相对较高。（3）葬甲物种多样性和beta多样性随着空间尺度的增加而增加。在各空间尺度葬甲集合群落的beta多样性主要由空间物种周转组成，表明集合群落物种组成变异主要是由物种替换引起的。（3）葬甲集合群落的格局未出现明显尺度效应，三种尺度下葬甲集合群落最优格局为镶嵌型格局。在胜山和丰林样地，葬甲群落物种数量、个体数量和总体长存在显著的空间自相关性，在凉水和长白山样地未呈现显著的空间自相关性。（4）葬甲集合群落表现为非随机性的共存格局，这种共存格局具有一定的尺度稳定性。同位素分析结果表明，步甲、隐翅虫和葬甲的食源组成复杂，碳氮比值范围跨度较大，食源多样化，摄食特化程度低，这种高强度的食性分化进一步说明种间竞争的影响微弱。本项目说明东北阔叶红松林甲虫群落主要受到确定性和非确定性过程的调控，其中随机过程和环境过滤的作用相对显著。研究结果为原始阔叶红松林生物多样性保护提供了理论依据和数据支撑。