荒漠草原土壤节肢动物多样性及分布对降雨变化的响应

宁夏荒漠草原降雨量年内、年际间分布极度不均，生态系统高度脆弱，对气候变化十分敏感。土壤动物是荒漠草原生态系统的重要组成部分，在维持生物多样性、生态系统结构与功能及其稳定性等方面扮演着关键角色。但是，在气候变化背景下降雨变化对土壤动物多样性影响以及土壤动物对降雨变化响应机制，尚不清楚。本项目将通过对宁夏封育荒漠草原夏季干旱与增雨控制试验条件下土壤因子和植被特征测定，和土壤节肢动物群落结构、多样性与功能群特征季节变化规律，以及土壤节肢动物时空分布与迁移特征调查，分析土壤节肢动物多样性及时空分布与夏季降雨控制条件下环境因子间的关系，探讨土壤节肢动物对降雨变化的响应特征和机制，以期为我国荒漠草原生物多样性保护、生态系统恢复和有效管理及应对全球变化提供基础理论和试验依据，并丰富与深化中国干旱、半干旱区全球变化响应与适应的研究内容。

经过3年项目组全体人员共同努力，全面完成了各项研究内容和任务指标，达到了预期目的。主要研究结果包括：(1)掌握了土壤动物季节分布格局与降雨变化的关系，夏季“雨热同季”对大型土壤动物多样性影响较大，而对中小型土壤动物多样性影响相对较小。随着季节更替，不同大型土壤动物类群对气候因子变化产生了不同的响应和适应性，夏季表现出较高的大型土壤动物多样性。（2）确立了不同年龄柠条灌丛林中地面节肢动物月动态规律与季节性降雨变化的关系，6-24年生柠条林地面节肢动物群落月动态波动剧烈，36年生柠条林地面节肢动物群落月动态趋于相对稳定，食物网结构趋于复杂。其中，8和9月地面节肢动物群落受到柠条年龄的影响较大。（3）分析了夏季降雨变化对沙质草地土壤性质和地表植被的影响，土壤特性如机械组成、有机碳和总氮含量、C/N以及电导率和pH等指标受夏季降雨变化的短期影响较小，而土壤温度受到的后续影响存在一个降雨量阈值水平，并且在不同季节其影响程度不同。荒漠草原地表植被群落特征受土壤水分驱动，土壤水分的改变可以显著影响地表植被的高度、密度、丰度及生物量特征。（4）确立了地面节肢动物对夏季降雨变化的响应规律，夏季降雨变化对地面节肢动物群落分布的影响有限，在试验开展的当年，仅在储水期的秋季地面节肢动物个体数和类群数均随着降雨量的增加而呈现出增加趋势。在试验开展的第二年，在夏季和秋季随着增雨试验的进行，地面节肢动物类群数在不同处理样地之间均发生显著性变化。（5）明确了沙丘不同部位地面节肢动物分布对降雨变化的响应规律，沙丘不同坡位类群结构分布格局不同于群落结构分布格局，前者受到降雨量的年际变化影响较大，而后者受到年际和年内降雨变化的共同作用。（6）确立了不同水热地带沙地土壤性质和地表植被的变化特征，水热等气候条件的改变不仅对沙质草地土壤理化性质产生深刻影响，而且亦影响到植物群落组成与结构特征，但对植物多样性的影响有限，可能存在一个水热阈值条件。（8）确立了不同水热地带的不同功能群灌丛对土壤动物分布的影响规律，群落水平上，毛乌素沙地灌丛“虫岛”作用强度高于科尔沁沙地，与水热等沙地气候条件密切相关，而与灌丛功能特性无关。种群水平上，不同土壤动物类群具有不同的灌丛“虫岛”现象，灌丛功能特性、沙地水热条件或者二者交互作用是其原因。