● 近日，福建師范大學(xué)吳福忠教授團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表研究論文，系統(tǒng)解析了中國土壤動(dòng)物群落的分布特征及其環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究整合了全國尺度的土壤動(dòng)物觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建了面向不同體型土壤動(dòng)物的環(huán)境響應(yīng)框架，闡明了氣候因子與土壤性質(zhì)在塑造土壤動(dòng)物生物地理格局中的關(guān)鍵作用。

土壤動(dòng)物是地下生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解、調(diào)控養(yǎng)分循環(huán)以及支撐生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，當(dāng)前關(guān)于土壤動(dòng)物群落在大尺度上的分布特征及其環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。土壤動(dòng)物的體型在很大程度上決定了其生命史特征、資源利用方式以及對(duì)環(huán)境因子的敏感性和響應(yīng)機(jī)制，因此，從體型尺度解析土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素，有助于闡明不同體型土壤動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中的功能分化及其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)規(guī)律。

中國具有顯著的環(huán)境異質(zhì)性和復(fù)雜的地理格局，橫跨多個(gè)氣候帶和生態(tài)區(qū)，為探究土壤動(dòng)物群落的環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供了獨(dú)特的天然實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在這一背景下，聚焦中國尺度開展系統(tǒng)性的群落分布格局與驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究，不僅有助于完善對(duì)全球土壤動(dòng)物生物地理格局的認(rèn)識(shí)，也為本土生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)估與生態(tài)管理提供重要科學(xué)支撐。

基于此，本研究整合已發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，匯總了中國土壤動(dòng)物的密度與類群豐富度信息，并依據(jù)體型將其劃分為中小型土壤動(dòng)物(體長<2 mm，不含原生動(dòng)物)和大型土壤動(dòng)物(體長>2 mm)。通過多模型選擇與機(jī)器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合的分析框架，揭示了不同體型土壤動(dòng)物密度與類群豐富度的空間分布格局及其主要環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素。

研究發(fā)現(xiàn)，不同體型的土壤動(dòng)物在密度和類群豐富度方面存在顯著差異。中小型土壤動(dòng)物密度后驗(yàn)均值為11,159個(gè)/m2 (95% CI: 8691–14,186)，而大型土壤動(dòng)物僅為137個(gè)/m2 (95% CI: 111–169)。凋落物層的存在顯著提高了土層深度< 15 cm區(qū)域內(nèi)的土壤動(dòng)物密度，其中大型土壤動(dòng)物密度提升了約50% (95% CI: 37%–60%)。與單純?cè)黾油寥郎疃认啾龋蚵湮飳拥拇嬖趯?duì)類群豐富度的正向影響更為顯著。大型土壤動(dòng)物在不同生境的密度差異顯著，呈現(xiàn)森林(187個(gè)/m2) >草地> (138個(gè)/m2) >農(nóng)田(96個(gè)/m2)。此外，農(nóng)田里的中小型和大型土壤動(dòng)物類群豐富度均顯著低于森林，分別降低了12%和25%。

不同體型土壤動(dòng)物對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)強(qiáng)度存在差異。氣候變量在密度預(yù)測中占據(jù)主導(dǎo)地位，分別解釋了中小型與大型土壤動(dòng)物密度變異的39%和54%。具體而言，增強(qiáng)植被指數(shù)是中小型土壤動(dòng)物密度的最重要的預(yù)測因子，與密度呈正相關(guān)關(guān)系；而在大型土壤動(dòng)物密度的預(yù)測中，溫度穩(wěn)定性為最佳預(yù)測因子。在類群豐富度方面，土壤理化性質(zhì)是關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，解釋了超過50%的變異。中小型土壤動(dòng)物類群豐富度與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)；而大型土壤動(dòng)物類群豐富度則與土壤含水量呈正相關(guān)，與粉粒含量呈負(fù)相關(guān)，表明其對(duì)土壤水分及質(zhì)地特征具有較高敏感性。

圖1 中國土壤動(dòng)物密度與類群豐富度的預(yù)測空間格局地圖

(a)中小型土壤動(dòng)物群密度; (b)大型土壤動(dòng)物群密度; (c)中小型土壤動(dòng)物群類群豐富度; (d)大型土壤動(dòng)物群類群豐富度

在全國空間尺度上，土壤動(dòng)物密度呈現(xiàn)“南高北低”模式，而類群豐富度“東高西低”，體現(xiàn)氣候、水分和土壤理化性質(zhì)的綜合調(diào)控。中小型動(dòng)物的高密度區(qū)域主要分布在東南丘陵、云貴高原和江漢平原等地，而大型土壤動(dòng)物則更集中于長江中下游平原和東北平原。東北地區(qū)的土壤動(dòng)物類群豐富度高值與地上植物多樣性模式不同，可能源于豐富的凋落物積累、復(fù)雜的植被結(jié)構(gòu)和較低的人類干擾。

本研究首次構(gòu)建了中國土壤動(dòng)物群落的環(huán)境-響應(yīng)框架，揭示了不同體型土壤動(dòng)物對(duì)環(huán)境因子的差異性響應(yīng)機(jī)制，闡明了氣候條件與土壤理化性質(zhì)在影響其生物地理格局中的關(guān)鍵作用。未來研究需要進(jìn)一步擴(kuò)展對(duì)高海拔、干旱區(qū)等數(shù)據(jù)稀缺區(qū)域的采樣，以提升模型的空間外推能力。

福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院、碳中和未來技術(shù)學(xué)院吳福忠教授團(tuán)隊(duì)岳楷研究員為通訊作者，博士生趙澤敏為本文的第一作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金和福建省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目的資助。

文章信息

趙澤敏，彭艷，武啟騫，等.中國土壤動(dòng)物群落分布特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制. 科學(xué)通報(bào), 2026

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2025-5709.

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