拉沙山區域不同時空條件下的土壤線蟲群落多樣性分析

摘 要 為了解土壤線蟲群落結構在不同時空條件下的分布差異，于2021年春季（5月）和秋季（10月）對拉沙山區域13個綜合監測樣地采集的104個混合土壤樣品，進行土壤線蟲群落組成及多樣性差異分析。利用宏基因技術共獲取線蟲擴增子序列變體（Amplicon Sequence Variant， ASV）931個，隸屬于2綱10目46科75屬，其中2個優勢類群、14個常見類群和59個稀有類群。在空間分布格局上利用方差分析及獨立樣本t檢驗方法發現，不同海拔、坡向及水陸的土壤線蟲群落結構均不具有顯著性差異（p＞0.05）；在時間分布格局上利用配對t檢驗方法發現，在秋季（10月）比春季（5月）的土壤線蟲群落的多樣性更高，且差異極顯著（p＜0.01）。

關鍵詞 土壤線蟲；群落多樣性；時空分布；拉沙山區域

中圖分類號：Q938.1 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.07.032

土壤線蟲作為土壤動物中分布最廣泛且數量龐大的后生動物，其占據了食草（植食性線蟲）及食肉（食真菌性線蟲、食細菌性線蟲、雜食/捕食性線蟲）的營養級[1-2]，是土壤生態系統重要的消費者和分解者。它們通過自身的活動和攝食行為參與土壤有機質分解和礦化，改善土壤結構和質量，在整個生態系統中具有不可替代性[3]。土壤線蟲對土壤環境中各種因素的變化相當敏感[4]，環境條件的改變會影響其種類及數量的變化[5-6]，從而對環境變化起到指示作用。

以往的研究結果表明，土壤動物類群多樣性受氣候、土壤和植被等環境因子的影響及調控，在森林生態系統中具有較大的空間異質性[7]。同時，光照、溫度、水分和植物群落的季節變化也會導致不同群落土壤動物類群組成變化[8]。因此，土壤動物群落結構具有明顯的時間動態，其中對體形更小的土壤線蟲來說，時空的動態變化是否更明顯尚未可知。同時，在全球生物多樣性劇減的時代背景下，土壤線蟲成為已知的利用生物手段最經濟且最直觀的探索生物多樣性變化的指示動物，其生物多樣性對人類和環境具有重要的價值[9-10]，不但可以直接提供生態服務，而且其潛在價值也會間接影響人類的健康和生存。當前生物多樣性的迅速喪失給人們敲響了警鐘，研究者們正在追尋生物多樣性保護的新手段。而當前的研究不僅豐富了土壤動物的研究內容，也填補了對于海拔梯度、季節變化缺乏的綜合分析。

本研究擬在中國西南山地、橫斷山脈區系的中國西南邊陲怒江、瀾滄江、金沙江——“三江并流”的世界自然遺產核心區，對其土壤線蟲的群落結構及多樣性的時空差異進行深入分析，旨在了解不同時空條件下土壤線蟲群落的生物多樣性變化，為生物多樣性保護及監測提供理論依據。

1 "研究方法

1.1 "研究區域

拉沙山區域（26°20′N，99°15′E）位于蘭坪云嶺省級自然保護區（見圖1-a），作為滇西北地區的一塊難得的保存著古老動植物的物種基因庫，在此開展生物多樣性研究和保護工作具有不可替代性[11]。

1.2 "土壤樣品采集

2021年春季（5月）和秋季（10月）在拉沙山區域海拔2 500～3 700 m的13個綜合監測樣地（100 m×100 m）進行2次采集，以海拔200 m為間隔梯度沿著主溝（從海拔2 500 m開始）和側溝（從海拔3 100 m開始）采集土壤（圖1-b），每個綜合監測樣地采集4個樣方的土壤樣品（圖1-c），即在陸地的河流兩側采集2個樣方（圖1-c中01、03點），水中采集2個樣方（圖1-c中02、04點）。每個樣方的土壤樣品采集均采用五點采樣法（圖1-d），利用土鉆采集土層10～15 cm處的土壤[12]，使每個土壤樣品質量不低于1 kg，于4 ℃條件下冷藏保存。

采集當天將樣品帶回實驗室后進行土壤預處理：利用電子秤稱取充分混合的土壤樣品5.00 g，編號1～52號（春或秋），記錄相應位置及環境信息，于48 h內利用干冰保存方式快遞至測序公司進行DNA提取及測序。

1.3 "土壤線蟲的擴增子高通量測序

委托深圳微生態科技有限公司利用美國Illumina公司的Novaseq 6000 PE 250平臺進行測序；將代表序列上傳到Greengenes數據庫得到各ASV的初步分類信息表。再將每個ASV代表序列上傳到NCBI的Genebank核酸數據庫進行對比鑒定，得知52個樣品共產生963個ASV。將分類單元（科、屬）參考《中國淡水和土壤線蟲的研究》[13]、《長白山森林土壤線蟲》[14]及De nematoden van Nederland[15]再次核對注釋。

1.4 "土壤線蟲群落分析

本文采用利用Shannon-Wiener diversity（H）表示物種多樣性；采用Pielou evenness（J）表示物種均勻度；采用Marglef richness（F）表示物種豐富度指數；采用Berger-Parker index（D）表示優勢度；以下公式進行計算[16-19]：

H=-[（Pi×LnPi）] （1）

J=[Hlog2S] （2）

F=[S-1log2N] （3）

D=[NmaxN] （4）

式中，S表示物種的序列數；Pi為第i個分類單元中個體序列數所占總序列數的比例；N為樣地所有ASV數；Nmax為優勢種序列數。

按照線蟲個體序列數進行優勢度的劃分：個體序列數占總序列數10%以上者為優勢類群，1%～10%為常見類群，1%以下為稀有類群[20]。

1.5 "數據分析

選擇方差分析驗證不同海拔之間土壤線蟲群落多樣性的差異；選擇獨立樣本t檢驗探究水陸、坡向之間的土壤線蟲群落多樣性的差異；選擇配對t檢驗探究不同季節的土壤線蟲群落多樣性的差異。

2 "結果與分析

2.1 "土壤線蟲群落組成

拉沙山研究區域于春季（5月）和秋季（10月）進行2次采樣，在13個綜合樣地共計采集104個混合土壤樣品，得出931個線蟲ASV序列，隸屬于2綱10目46科75屬（見表1）。

2.2 "土壤線蟲群落的空間分布特征

2.2.1 "垂直分布特征

由表2可見，土壤線蟲群落的香農-威納指數在垂直分布上不具顯著性差異（p＞0.05），而且土壤線蟲群落物種豐富度、均勻度、ASV數量也具有相同趨勢（p＞0.05），表明土壤線蟲群落多樣性受海拔的影響不顯著。

拉沙山流域的土壤線蟲類群有廣布屬和特有屬分布（見圖2）。海拔2 500～2 700 m均有的土壤線蟲類群有5個屬，即5個廣布屬；在海拔2 500 m有1個特有的土壤線蟲類群分布，即1個特有屬；在海拔2 700 m區域分布6個土壤線蟲特有屬，海拔2 900 m區域分布特有屬2個，海拔3 100 m區域分布特有屬3個，海拔3 300 m、3 500 m、3 700 m區域特有屬均有4個。

2.2.2 "水、陸分布特征

由圖3可見，陸地土壤線蟲群落的多樣性（香農-威納指數）略高于河流，但差異不顯著（p=0.78＞0.05），且土壤線蟲群落的物種豐富度和均勻度也具有相同的趨勢，水、陸分布無顯著差異（p＞0.05），僅土壤線蟲群落的ASV數量（p=0.04＜0.05）具有顯著性差異。

2.2.3 "坡向分布特征

南坡的土壤線蟲群落的多樣性（香農-威納指數）略高于北坡，但差異不顯著（p=0.86＞0.05）；土壤線蟲物種豐富度、均勻度和ASV數量也具有相同趨勢，各指數南北坡向之間無顯著差異（p＞0.05）（見圖4）。

2.3 "不同季節的土壤線蟲群落結構差異

秋季（10月）的土壤線蟲群落的多樣性（香農-威納指數）、物種豐富度、ASV數量極顯著高于春季（p＜0.01），但土壤線蟲群落均勻度差異不顯著（p＞0.05）（見圖5）。

3 "小結與討論

拉沙山研究區域各海拔的土壤線蟲有一定的特有屬和共有屬，這與Guan等人的研究具有一致性[21]，即異質性的生態環境會催發特有屬的產生[22]；還發現海拔2 700 m區域的土壤線蟲特有屬分布最多，該區域生態類型主要是落葉闊葉林，其土壤中的營養物質更豐富[23-24]，因此催發了更多特有屬；在海拔2 500 m區域的土壤線蟲特有屬分布最少，該區域生態類型主要是退耕還林[25]，其正慢慢恢復的土壤環境具有較少的特有屬；各海拔有5個土壤線蟲共有屬，說明研究區域可能具有一定的連通性。

拉沙山研究區域土壤線蟲群落的多樣性指數在垂直分布上差異不顯著，在水陸、坡向上分布也不具有顯著性差異，說明研究區域的土壤線蟲群落受生活環境影響的差異不大，其植被覆蓋的蔭蔽土壤及枯枝倒木環境類似；有研究表明枯木覆蓋會增加地表徑流[26]，導致在空間上的環境格局具有很強的連通性[27-28]；研究區域的土壤線蟲多樣性無顯著差異，可能是沒有下滲的地表水匯聚流動形成較強的地表徑流，提高了空間結構連通性，進而致使土壤線蟲具有相似的生活環境而無顯著差異性。

在研究區域秋季（10月）的土壤線蟲群落多樣性指數極顯著高于春季（5月）（p＜0.0１），說明秋季比春季的生物多樣性更高，這可能是由于春季（5月）的降水量多于秋季（10月），過多的雨水會帶走土壤里的營養物質，導致土壤線蟲多樣性降低[29]，降水量的差異可能是秋季（10月）土壤線蟲多樣性高于春季（5月）的原因之一。另外，進入秋季以來，枯枝落葉會增加土壤中的腐殖質和營養物質[30-32]，為土壤線蟲提供了十分豐富的食物資源，進而促使秋季（10月）的土壤線蟲多樣性提高。

拉沙山研究區域探究土壤線蟲群落結構的時空變化，土壤線蟲群落結構的差異性在時間上比空間上更大。未來需要進一步開展拉沙山區域的植被類型、溫度及土壤理化因子等生態因子的監測，深入研究引起土壤線蟲多樣性和群落結構組成差異的影響因素。

本研究表明在垂直海拔、坡向空間尺度下土壤線蟲的群落結構無顯著差異；在不同時間尺度下土壤線蟲的群落結構差異顯著，且秋季土壤線蟲多樣性高于春季。

參考文獻：

[1] YEATES G W， BONGERS T， DE GOEDE R G， et al. Feeding habits in nematode families and genera： An outline for soil ecologists[J]. Nematology， 1993， 25（3）： 315-331.

[2] JI Y T， DE DEYN G B， ZHANG N L， et al. Combined effects of aboveground herbivores and belowground microorganisms on dynamics of soil nematode communities in grassland mesocosms[J]. Applied Soil Ecology， 2023， 192： 1384-1393.

[3] 董煒華，李曉強，宋揚.土壤動物在土壤有機質形成中的作用[J].土壤，2016，48（2）：211-218.

[4] MENEZES-OLIVEIRA V B， BIANCHI M O， ESPíNDOLA E L G. Changes in soil mesofauna structure due to different land use systems in south Minas Gerais， Brazil[J]. Environmental monitoring and assessment， 2021， 193（7）： 431.1-431.9.

[5] 李偉，崔麗娟，趙欣勝，等.太湖岸帶濕地土壤動物群落結構與多樣性[J].生態學報，2015，35（4）：944-955.

[6] 劉艷方，劉攀，王文穎，等.土壤線蟲作為生態指示生物的研究進展[J].生態科學，2020，39（2）：207-214.

[7] 林英華，孫家寶，劉海良，等.黑龍江帽兒山土壤動物群落組成與多樣性分析[J].林業科學，2006（4）：71-77.

[8] 焦向麗，朱教君，閆巧玲.遼東山區次生林生態系統大、中型土壤動物組成與季節動態[J].生態學報，2009，29（5）：2631-2638.

[9] HAAHTELA T. A biodiversity hypothesis[J]. Allergy， 2019， 74（8）： 1445-1456.

[10] 靳彤，彭昀月，曾麗詩，等.基于自然的解決方案：推動生物多樣性保護主流化[J].自然保護地，2023，3（3）：35-44.

[11] HUANG Z P， CUI L W， SCOTT M B， et al. Seasonality of reproduction of wild black-and-white snub-nosed monkeys （Rhinopithecusbieti） at Mt. Lasha， Yunnan， China[J]. Primates，2012， 53（3）： 237-245.

[12] LONDONO-CRUZ， EDGARDO. Distribution of macroinvertebrates on intertidal rocky shores in Gorgona Island， Colombia （Tropical Eastern Pacific）[J]. Revista de BiologiaTropical， 2014， 62： 189-198.

[13] 張曉珂，梁文舉，李琪.長白山森林土壤線蟲[M].北京：中國農業出版社， 2013.

[14] 吳紀華.中國淡水和土壤線蟲的研究[D].武漢：中國科學院水生生物研究所，1999.

[15] Hartwich G， Bongers T. De nematoden van Nederland： Een identificatietabel voor de in Nederland aangetroffen zoetwater-en bodembewonende nematoden[C].Utrecht： Koninklijke Nederlandse Natuurhistorische Vereniging， 1988.

[16] QIU R H， CHEN H. Effects of selective cutting of different intensities on the tree layer structure and species diversity of evergreen broadleaved forest[J]. Chinese Journal of Eco-agriculture， 2005， 13（3）： 158 - 161.

[17] ZHANG F， ZHANG J T， SHANGGUANG T L. Plant diversity of forest community in Zhuweigou of Lishan Mountain Nature Reserve[J]. Acta Phytoecologica Sinica， 2002， 26（S1）： 46-51.

[18] SHANNON C E， WEAVER W. The mathematical Theory of Communication[D]. Urbana， Illinois： University of Illinois， 1949： 107-117.

[19] URZELAI A， HERNáNDEZ A J， PASTOR J. Biotic indices based on soil nematode communities for assessing soil quality in terrestrial ecosystems[J]. Science of the Total Environment， 2000， 247（2-3）： 253-261.

[20] GRIFFITHS B S， BOAG B， NEILSON R， et al. The use of Eol-loidalsiliea to extract nematodes from small samples of soils and sediment[J]. Nematology， 1990， 36： 465-473.

[21] GUAN P T， ZHANG X K， YU J， et al. Variation of soil nematode community composition with increasing sand-fixation year of Caragana microphylla： Bioindication for desertification restoration[J]. Ecological Engineering，2015，81： 93-101.

[22] 陳德來，普布，巴桑，等.西藏拉魯濕地夏季土壤線蟲群落特征[J].動物學雜志，2014，49 （5）：744-753.

[23] WEBSTER J R， BENFIELD E F. Vascular plant breakdown in freshwater ecosystems[J]. Annual Review of Ecology and Systematics， 1986， 17： 567-594.

[24] HISABAE M， SONE S， INOUE M. Breakdown and macroinvertebrate colonization of needle and leaf litter in conifer plantation streams in Shikoku， southwestern Japan[J]. Journal of Forest Research， 2010， 16： 106-115.

[25] KOOCH Y， GHORBANZADEH N， KUZYAKOV Y， et al. Investigation of the effects of the conversion of forests and rangeland to cropland on fertility and soil functions in mountainous semi-arid landscape[J]. Catena， 2022， 210： 105951.

[26] MERGANI? J， DUDáKOVá Z， MERGANI?OVá K， et al. Impact of fine woody debris on surface water run - off[J]. European Journal of Forest Research， 2023， 142（2）： 381-393.

[27] RODRíGUEZ F， MAYOR á G， RIETKERK M， et al. A 1 model for assessing the cover-independent role of bare soil connectivity as indicator of dryland functioning and dynamics[J]. EcologicalIndicators， 2018， 94： 512-519.

[28] WANG Z， TIMLIN D， KOUZNETSOV M， et al. Coupled model of surface runoff and surface-subsurface water movement[J]. Ade Water Resour， 2020， 137： 103499.

[29] 鄭志杰，劉仁燕，陳寧，等.三峽庫區2種土地利用方式下土壤鹽基離子及碳氮含量對氮添加的響應[J].水土保持學報，2023，37（1）：197-203.

[30] URBINA I， GRAU O， SARDANS J， et al. High foliar K and P resorption efficiencies in old-growth tropical forests growing on nutrient-poor soils[J]. Ecology and Evolution， 2021， 11： 8969-8982.

[31] MANTOVANI V A， TERRA M D C N， RODRIGUES A F， et al. Biotic and abiotic drivers of stemflow carbon enrichment ratio in tropical trees[J]. Trees， 2023， 37（2）： 467-483.

[32] SONGWE N C， FASEHUN F E， OKALI D U U. Leaf Nutrient Dynamics of Two Tree Species and Litter Nutrient Content in Southern Bakundu Forest Reserve， Cameroon[J]. Journal of tropical ecology， 1997， 13（1）： 1-15.

（責任編輯：易 "婧）