气候变化下喀尔巴阡生态区土壤线虫多样性的变化：趋势、驱动因素与生态意义

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《Communications Biology》：Divergent alpha and beta diversity trends of soil nematode fauna along gradients of environmental change in the Carpathian Ecoregion

【字体：大中小】 时间：2025年04月10日 来源：Communications Biology 5.2

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　　当前对气候变化如何影响土壤生物多样性的长期时间趋势研究不足。研究人员以喀尔巴阡生态区为对象，研究土壤线虫群落的时间变化及气候变化相关变量的影响。结果表明线虫 α 和 β 多样性趋势相反，且受气候影响。该研究为土壤生物多样性监测提供重要依据1217。

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　　在地球生态系统因人类活动而不断改变的当下，生物多样性的变化成为了科学界关注的焦点。以往的研究多聚焦于植物和脊椎动物，土壤生物多样性却常常被忽视。然而，土壤生物在地球生态系统中占据着极为重要的地位，土壤生物多样性约占地球所有物种的 59%。其中，土壤线虫作为土壤中最为丰富的动物类群之一，在土壤生态系统的物质循环和能量流动中扮演着关键角色，对维持土壤健康意义重大35。

目前，关于气候变化如何影响土壤生物多样性长期时间趋势的研究存在显著空白。虽然已知土地利用变化和气候变化是生物多样性变化的关键决定因素，但对于土壤生物多样性在不同生态系统类型和土壤深度中的时间变化规律，以及背后的驱动因素，我们知之甚少。此外，以往研究多关注 α 和 γ 多样性，对群落组成的时间变化（如 β 多样性）研究较少，而这对于全面理解和预测人为导致的生物多样性变化至关重要26。

为了填补这些研究空白，来自西班牙国家研究委员会可持续农业研究所（IAS）、罗马尼亚生物研究中心、瑞典农业科学大学、德国综合生物多样性研究中心（iDiv）等机构的研究人员，开展了一项针对喀尔巴阡生态区土壤线虫群落的研究4。该生态区生物多样性丰富且对气候变化敏感，研究数据来自 1986 - 1999 年对该地区森林和草原有机及矿质土壤层线虫群落的广泛调查，调查时间跨度达 14 年，符合土壤生物多样性时间研究应超过 10 年的建议78。

研究人员通过多种研究方法，得出了一系列重要结论。在气候方面，研究区域呈现出气温相对稳定，年降水量显著增加、降水变率增大以及气候湿润度增加的趋势。在土壤线虫多样性方面，线虫 α 多样性（分类群丰富度）随时间显著增加，平均从 19 个分类群增加到 26 个分类群；而 β 多样性则逐渐下降，表明线虫群落的空间周转减少。同时，土壤稳定性指数（SSI）随时间增加，意味着土壤干扰减少，土壤食物网更加成熟和复杂101118。

从功能组成来看，土壤线虫的功能组成也发生了变化。植物取食线虫的比例逐渐增加，而真菌取食线虫的比例则大幅下降。此外，线虫群落沿 colonizer - persister（cp）尺度也有显著变化，cp2 线虫减少，cp3 和 cp4 线虫增加，反映出土壤环境逐渐变得更有利于对干扰敏感的物种生存1214。

结构方程模型（SEM）分析表明，线虫多样性的时间变化主要归因于气候变化，特别是标准化降水蒸散指数（SPEI）的变化。SPEI 的增加对线虫多样性（分类群丰富度）和 SSI 有正向影响。同时，栖息地类型（生态系统类型和土壤层）对 SSI 有显著影响，对土壤线虫多样性也有一定影响1516。

该研究成果发表在《Communications Biology》上，具有重要的意义。它首次揭示了喀尔巴阡生态区森林和草原土壤线虫多样性在 14 年间的时间变化趋势及驱动因素，为理解气候变化对土壤生物多样性的影响提供了重要依据。研究结果强调了线虫作为土壤生物多样性变化指示生物的重要性，也表明考虑不同生物多样性指标对于评估环境变化对生物多样性影响的必要性。此外，研究结果还为区域尺度的生物监测和气候变化综合保护策略提供了有价值的参考数据1917。

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研究人员在开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：

样本采集与处理：在 120 个采样点采集土壤样本，包括森林和草原，涵盖不同海拔。在每个采样点的多个样地采集有机和矿质土壤层样本，共收集 1069 个样本。线虫通过离心法提取，并用 TAF 或 4% 甲醛溶液固定2021。
多样性指数计算：通过计算线虫分类群丰富度评估 α 多样性；对 nematode 丰度矩阵进行 Hellinger 变换后，用 S?rensen 相异矩阵和多元组分散同质性评估 β 多样性2326。
构建综合指标：结合成熟度指数（MI）和结构指数（SI）构建土壤稳定性指数（SSI），以评估土壤生态系统健康状况及对气候变化的响应2425。
数据分析模型：运用线性广义最小二乘法（GLS）、线性混合效应模型（LMM）和结构方程模型（SEM）等分析气候数据、线虫多样性、SSI 之间的关系及时间趋势2728。

研究结果主要包括以下几个方面：

气候变化趋势：通过区域站点水平的时间变化模型，发现研究区域在 1986 - 2000 年期间，年降水量（P）显著增加（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"），降水变率（ΔP）也大幅增加（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"），气候湿润度（SPEI）升高（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"），极端寒冷事件（NSCD）减少（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"），而温度相关变量相对稳定910。
线虫多样性和 SSI 的时间趋势：线虫 α 多样性（分类群丰富度）随时间显著增加（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"），β 多样性逐渐下降（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"）。SSI 随时间增加（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"），且在不同生态系统类型和土壤层中变化趋势一致，但生态系统类型和土壤深度对其数值有显著影响1113。
线虫功能指数和群落组成的时间变化：植物取食线虫比例增加，真菌取食线虫比例下降。线虫群落功能均匀度随时间增加（span data-custom-copy-text="\(P0.01\)"），且与 SSI 呈正相关（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"）。cp2 线虫减少，cp3 和 cp4 线虫增加1214。
稳定性和多样性效应的时间变化：SEM 分析表明，线虫多样性的时间变化主要受气候变化影响，尤其是 SPEI。同时，线虫多样性和 SSI 与线虫群落功能组成相关，栖息地类型对 SSI 有显著影响，对土壤线虫多样性也有一定影响1516。

研究结论和讨论部分再次强调了该研究的重要意义。研究表明，气候变化是驱动喀尔巴阡生态区土壤线虫多样性变化的重要因素，且线虫多样性变化与湿润条件增加相关。群落同质化可能对生态系统功能、抗性和恢复力产生显著影响。然而，研究也存在一定局限性，如采样时间和海拔存在一定差异，且多为属级分类信息。未来需要更全面的生态系统监测方法，以更深入地了解土壤生物多样性变化的原因和后果。同时，还需进一步研究缓解气候变化影响、保护土壤生物多样性和健康的策略1722。

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