干旱与凋落物质量如何影响地中海森林土壤动物对分解的贡献？

在气候变化背景下，干旱和凋落物质量对土壤动物促进凋落物分解及养分循环的影响尚不明确。研究人员以地中海森林为对象，用不同网孔大小的分解袋研究两种凋落物分解。结果发现干旱影响土壤动物数量，阻碍分解。该研究为理解生态系统变化提供依据。

　　在全球气候变化的大背景下，气候的变化正深刻地影响着地球上的生态系统。其中，预测气候变化对生物多样性与生态系统功能之间联系机制的影响，成为了科学界的重要课题。这是因为这一联系机制对全球碳（C）循环有着至关重要的反馈作用。就拿陆地生态系统中死亡有机物的分解来说，它不仅是生态系统物质循环的关键环节，也是碳循环的重要组成部分。据估算，陆地生态系统中高达 90% 的净初级生产会进入碎屑食物网，凋落物则是养分回归土壤的主要途径 。而且，土壤中有机物的分解每年会向大气释放 55Pg 的 CO₂，这可是陆地向大气排放碳的最大自然通量。

近年来，全球范围内持续的热浪和日益增多的干旱事件，让人们越发关注分解过程对温度和水分可利用性的响应。然而，大部分相关研究都集中在微生物的反应上，却在很大程度上忽视了土壤动物的重要性。实际上，土壤动物对分解的贡献可能比微生物对温度更为敏感 。不同土壤动物群体（如土壤中型动物和大型动物）在分解过程中的具体贡献、它们对资源的偏好、对养分循环的影响，以及环境压力对土壤动物动态的作用，都有待进一步深入探索。

土壤动物群落对于凋落物转化起着关键作用，每年能使有机物分解速率提高 33% - 37%。比如，动物取食凋落物时会将植物叶片破碎，增加微生物可定殖的表面积；大型土壤无脊椎动物大量摄取凋落物，其碳（C）和氮（N）同化效率不同，取食后产生的粪便 C:N 比更低，溶解态 C 和 N 更高，能刺激微生物生长，加速碳和养分循环 。土壤食碎屑动物通常偏好氮含量较高、木质素和单宁含量较低的凋落物类型，尽管凋落物经过它们的肠道后，不同物种凋落物的理化变异性会趋于均衡，为后续微生物降解提供更均质的资源 。土壤中型动物，如甲螨和跳虫，在土壤中数量众多，也是碎屑食物网的重要成员。虽然它们对分解速率的直接影响小于大型动物，但通过摄食微生物群落，对分解过程产生间接影响 。

干旱通常被认为会降低凋落物分解速率，这主要是因为微生物分解者面临更严重的水分限制。但长期干旱还会引发一系列连锁反应，像植被覆盖减少、树冠开阔度增加（因森林落叶），这会使更多阳光穿透到地面，促进凋落物的光降解 ；还可能导致植物群落优势种发生转变，耐旱的高大灌木逐渐取代树木 。此外，干旱会使叶片凋落物的 C:N 和 C: 磷（P）比升高，这是由于植物在落叶前提高了养分利用效率，从而降低了凋落物的营养质量，进一步加剧了微生物和土壤动物分解者面临的养分限制 。尽管气候和凋落物质量是分解过程的主要控制因素，但小尺度的生物因素也能缓冲限制因素的影响，比如微生物群落对自然共生凋落物的分解速度更快（即主场优势），以及土壤动物能在一定程度上缓解微生物群落的养分限制 。然而，干旱会显著降低土壤动物种群密度，这种直接的负面影响可能会抵消干旱对分解的间接促进作用。

为了深入探究干旱和凋落物质量对土壤动物在分解过程中贡献的影响，来自国外（位于伊比利亚半岛东北部普拉德斯山脉研究站点相关研究人员，文中未明确研究机构具体名称 ）的研究人员，在一个经历了超过 20 年降雨调控实验的地中海森林开展研究。地中海气候区生物多样性丰富，但由于日益干旱，也是气候变化影响较为显著的区域。温度变化和水分限制可能会减缓地中海森林有机物分解速率，进而影响养分循环 。研究人员选取了研究区域内两种常见植物 —— 冬青栎（Quercus ilex L.）和阔叶十大功劳（Phillyrea latifolia L.）的凋落物，通过不同网孔大小的分解袋进行孵化实验，以此估算土壤中型和大型动物对凋落物质量损失的净贡献。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是野外实验法，在 8 个 150m²的地块中设置长期干旱处理组和对照组，模拟不同的水分条件；其次是凋落物分解袋实验，用不同网孔大小的分解袋装入两种凋落物，在野外放置一年，定期测量凋落物生物量损失；另外，在实验过程中多次对土壤中型动物进行采样，分析其群落变化。同时，研究人员还测定了各地块的凋落物产量、叶片和凋落物中的氮浓度以及光合有效辐射等指标。

凋落物质量损失及土壤动物对分解的影响

实验结果显示，干旱处理使阔叶十大功劳（P. latifolia）的叶片凋落物分解量显著增加，而冬青栎（Q. ilex）凋落物在对照和干旱地块的质量损失没有明显差异（处理与凋落物物种之间的相互作用：P < 0.001）。完整的土壤动物群落能够促进凋落物分解，但这一效应仅在干旱条件下的阔叶十大功劳凋落物上具有统计学意义（凋落物分解袋网孔大小与凋落物之间的相互作用）。这表明干旱对不同物种凋落物分解的影响存在差异，土壤动物在干旱条件下对阔叶十大功劳凋落物分解的促进作用更为突出。

讨论

研究发现，灌木阔叶十大功劳的凋落物在干旱条件下质量损失更高，这与通常认为干旱会减缓分解过程的预期相悖。虽然土壤动物普遍更偏好阔叶十大功劳的凋落物，但由于干旱导致其数量大幅减少，总体对分解的贡献反而降低。这说明干旱对土壤动物群落的直接影响可能限制了它们促进凋落物分解的能力，进而阻碍了其在气候变化背景下，对地中海生态系统养分循环减缓的缓解作用。

综上所述，该研究揭示了干旱和凋落物质量对土壤动物促进凋落物分解过程的复杂影响。研究结果表明，干旱对土壤动物群落数量的抑制作用，削弱了它们在分解过程中的积极作用，这对于理解地中海生态系统在气候变化下的养分循环和生态功能具有重要意义。同时，研究结果也为预测生态系统对气候变化的响应提供了关键依据，提醒人们在研究生态系统过程时，不能忽视土壤动物的重要作用以及环境变化对其产生的影响。未来的研究可以进一步探讨在不同生态系统和更复杂环境变化情景下，土壤动物与微生物之间的相互作用，以及这种相互作用如何影响有机物分解和养分循环，为生态系统保护和管理提供更全面的理论支持。该研究成果发表在《European Journal of Soil Biology》上，为相关领域的研究开辟了新的思路和方向。