人工林树种丰富度提升土壤线虫网络复杂性而非总体多样性的机制研究

《Journal of Plant Ecology》：Tree species richness enhances network complexity rather than total diversity of soil nematode in a plantation forest

本研究针对树种多样性如何影响地下土壤线虫多营养级相互作用这一科学问题，通过亚热带人工林生态系统调查，结合结构方程模型(SEM)和共现网络分析，发现树种丰富度虽未显著提升线虫总体多样性，但通过调控林木生产力、土壤pH和营养级互作等途径，显著增强了土壤线虫共现网络的复杂性（边数量、介数中心性等指标上升）。该成果为基于地下生态功能的森林恢复方案设计提供了理论依据。

　　

在全球森林树种多样性持续丧失的背景下，人工林恢复已成为改善生态系统功能的重要途径。虽然树种多样性对地上节肢动物的影响已有较多研究，但其对地下土壤生物系统，尤其是多营养级土壤线虫的调控机制仍不明确。土壤线虫作为土壤食物网中的关键指示生物，其群落结构变化直接影响有机质分解、养分矿化等生态功能。然而，当前研究对树种多样性如何通过资源异质性、微生境调控及营养级互作等途径影响线虫多营养组多样性及种间相互作用网络仍缺乏系统认知。

针对这一科学空白，中山大学王友仕团队在《Journal of Plant Ecology》发表研究，通过亚热带人工林控制实验，探究了树种丰富度对土壤线虫多营养级多样性及相互作用网络的影响。研究发现，树种丰富度并未直接提升线虫总体分类多样性，但通过增强林木生产力、改变土壤性质及激发营养级间调控，显著提高了线虫共现网络的复杂性。这一发现为理解植物-土壤生物互作机制及森林恢复实践提供了新视角。

本研究采用田间控制实验设计，在广东鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站建立树种丰富度梯度实验平台（8个树种，4个丰富度水平）。通过土壤线虫群落调查（Baermann漏斗法提取、属级分类鉴定）、共现网络构建（基于Spearman相关性分析）及结构方程模型（Piecewise SEM）解析，量化了树种丰富度、林木生产力（基于生物量增量测算）、土壤性质（pH、水分、养分等）与线虫多营养组（植食性、食细菌性、食真菌性、捕食-杂食性）多样性及互作关系的直接与间接效应。

树种丰富度对土壤线虫多样性的影响

研究共鉴定到107属4400只线虫，其中Pararotylenchus sp.为优势属（9.16%）。分析表明，树种丰富度对线虫总丰度和多样性（香农指数）无显著影响，但捕食-杂食性线虫的香农指数随树种丰富度增加而显著降低。进一步发现植食性线虫的丰度和属丰富度随林木生产力上升而下降，说明高生产力可能通过增强植物防御性状（如杀线虫根系分泌物）抑制植食性线虫资源获取。

树种-线虫关系的路径分析

结构方程模型揭示，树种丰富度通过正效应提升林木生产力，但未直接改变土壤性质。土壤pH通过非生物胁迫显著降低植食性和食细菌性线虫的丰度与属丰富度（标准化系数分别为-0.23和-0.24），而捕食-杂食性线虫通过自上而下调控对二者产生正向效应（标准化系数为0.23）。土壤水分则促进植食性线虫多样性（标准化系数=0.22），表明水分薄膜对线虫移动和取食的关键作用。

土壤线虫共现网络变化

网络分析显示，树种丰富度显著改变线虫互作结构。

单树种林分中节点数（互作属数）较高，但4树种和8树种混交林的边数（互作连接数）和介数中心性显著上升，表明网络复杂性随树种多样性增加而增强。单树种环境下资源均质化导致生态位重叠加剧，仅保留特化属；而多树种系统通过资源异质性促进种间互作与功能冗余，从而提升网络稳定性。

本研究通过多维度证据表明，树种丰富度对土壤线虫群落的影响主要体现在网络结构层面而非分类多样性。研究结果挑战了“多样性必然提升多样性”的经典认知，揭示了地下生物群落响应植物多样性的非线性特征。网络复杂性的增强可能通过促进营养级间能量流动和功能冗余，提升土壤养分循环效率，为人工林恢复中基于地下生态功能的树种配置提供了理论依据。未来需结合长期观测与操纵实验，进一步验证网络复杂度与土壤功能的机制关联，并关注季节动态及气候胁迫下网络稳定性的演变规律。