多尺度条件下东北典型森林土壤动物空间异质性及形成机制

空间异质性是指某种生态学变量在空间分布上的变异性、不均匀性和复杂程度，土壤动物空间异质性是揭示地上、地下空间格局与生态过程相互关系的重要基础。本项目采用传统研究和空间直观研究相结合的方法，探讨东北典型森林土壤动物空间异质性的形成、动态及与生态过程的相互关系。通过设置研究地点尺度、群落尺度和景观尺度，研究多尺度条件下东北典型森林土壤动物空间异质性特征及形成机制；通过长期定位监测的方法，阐明多尺度条件下土壤动物空间异质性短期、中期和长期的动态特征；探讨主要土壤动物类群空间集群特征出现的尺度范围；揭示土壤动物空间异质性与地下生态过程的相互作用关系。以前面的研究为基础，构建多尺度的基于个体的土壤动物空间异质性的空间直观模拟模型，并通过与情景设置相结合的方法，模拟土壤动物空间异质性与环境因子的互动特征。本项目的研究，将促进我国土壤动物空间生态学的发展，为森林生态系统管理和生物多样性保护提供科学依据。

群落构建机制是群落生态学研究的重点内容之一，即为什么许多物种会共存在特定的时空范围内。分析群落空间格局并进一步揭示这种格局的形成机制，是群落生态学构建机制研究的重要途径。然而群落的空间格局表现为尺度依赖性，不同尺度条件下的群落物种共存机制可能有所差异。因而，阐明不同尺度条件下群落空间格局及形成机制，便成为揭示群落物种共存和生物多样性维持的重要途径。土壤动物是地下生态系统重要组分，其物种丰富、数量巨大、分布广泛，在生态系统结构稳定和功能维持中发挥着重要作用，不同尺度条件下土壤动物空间格局及形成机制的研究，是地下生态系统生物多样性维持的重要部分。然而，多尺度条件下土壤动物群落空间格局及调控机制研究明显不足。本项目在东北帽儿山温带落叶阔叶林和三江平原农田生态系统，建立小型土壤动物长期固定监测样地，基于空间直观定位调查监测的方法，利用地统计分析、零模型、中性模型和meta分析等方法，探讨多尺度条件下土壤动物空间异质性特征，分析土壤动物空间格局与环境因子空间格局的空间作用关系，验证生态位理论和中性理论在群落构建中的作用，并最终揭示研究区土壤动物群落空间异质性的形成机制。结果表明，土壤动物群落具有明显的多尺度空间自相关性特征，在局部地区形成“聚集”斑块和“孤立”斑块并存的异质性格局，这种空间异质性主要受到结构性因素或者是受到结构性因素和随机性因素的共同调控。土壤动物群落与环境因子之间表现为多尺度的正的或者负的空间作用关系，但是较少通过显著性检验，土壤含水量、有机质、pH值和凋落物重量等对土壤动物空间异质性有重要影响。研究区多尺度条件下，土壤动物群落受到生态位理论和中性理论的共同调控，环境过滤和扩散限制可能是土壤动物群落共存的重要调控机制，而生物间相互作用的调控作用并不明显。基于前面的研究积累，搭建了基于个体的土壤动物空间直观种群模型框架，为该类模型的成功构建奠定基础。本项目研究结果说明土壤动物群落具有明显的多尺度空间异质性，且这种异质性不是随机性的过程，主要受到扩散限制和环境过滤的调控，该结果为区域尺度和景观尺度土壤动物群落物种共存机制研究奠定基础，促进地下生态系统生物多样性维持机制研究。