Haloxylon ammodendron人工林对沙漠-绿洲生态过渡带地面节肢动物营养结构的长期影响

《Global Pediatrics》：Long-term impact of Haloxylon ammodendron plantations on the trophic structure of ground arthropods in a desert–oasis ecotone

荒漠-绿洲交错带人工种植 Haloxylon ammodendron 植物园显著改变地衣类节肢动物群落结构，5-30年不同年龄阶段植物园的物种丰富度和多样性指数均高于自然荒漠，但生物量下降。肉食性节肢动物（如狼蛛科）在5年阶段达峰值，杂食性（如蜣螂科）在30年阶段减少最明显。土壤pH升高、有机碳和总氮增加是驱动群落变化的关键因素，其中灌木覆盖度与土壤理化性质交互作用解释了60.5%的群落变异。

　　在干旱的沙漠-绿洲过渡带，植物群落的建立对于稳定沙丘和控制沙尘活动具有关键作用，有效保护绿洲生态系统。然而，这些人工植被的建立对沙漠中的节肢动物群落产生了显著影响。本研究在黑河河流域的沙漠-绿洲过渡区开展，通过地表节肢动物的系统采样，比较了自然沙漠（ND）与不同年龄的H. ammodendron植物群落（5年、10年、20年和30年）之间的差异。研究结果表明，将自然沙漠转变为H. ammodendron植物群落从根本上改变了地表节肢动物群落结构，随着植物群落年龄的增长，群落组成差异逐渐扩大。尽管植物群落的建立降低了节肢动物的丰度，但它提升了分类多样性和生态多样性。捕食者和杂食性节肢动物，特别是沙蛛科和蚂蚁，表现出增加的趋势，而杂食性节肢动物的丰度则显著下降，尤其是老年的H. ammodendron植物群落中，天牛科甲虫的丰度下降尤为明显。冗余分析（RDA）表明，土壤因素与植被特征的相互作用共同决定了地表节肢动物群落的组成，其中灌木覆盖度、土壤pH值、土壤有机碳和总氮是驱动节肢动物群落分布的关键因素。这些结果表明，H. ammodendron人工造林改善了土壤条件和灌木覆盖度，从而在沙漠生态系统中诱导了节肢动物食物链结构的演替过程。

在干旱和半干旱地区，人工绿洲作为人类居住和生产的重要空间，其周边的沙漠-绿洲过渡带通过种植树木和灌木形成的人工防风固沙林带，对保障生态安全和维持绿洲生态系统的稳定性发挥着重要作用。这些植被屏障能够有效抑制沙丘迁移，减轻风沙活动对绿洲农业的不利影响。然而，恢复沙固植被会改变植被和土壤环境，植物与土壤之间的相互作用驱动了节肢动物群落在多个营养级上的演替过程。地表节肢动物作为沙漠生态系统食物网中的关键组成部分，不仅参与种子传播和枯枝落叶的分解，还调节土壤水分动态和养分循环。此外，这些节肢动物在生态系统中既作为捕食者，又作为猎物，直接影响沙漠中其他无脊椎动物和脊椎动物的种群数量。然而，我们对人工沙固植被恢复过程中节肢动物多样性及其在生态系统中的功能角色仍缺乏深入了解。因此，研究人工沙固植被对地表节肢动物多样性及功能角色的影响，对于评估这些工程生态系统健康状况和生态稳定性具有重要意义。

H. ammodendron是建立沙漠-绿洲过渡带植被的主要灌木种类，它能够稳定风沙并减缓沙漠化。该物种自然分布在戈壁沙漠和沙质沙漠，适应自然降水模式和地下水利用。人工种植的H. ammodendron群落促使沙漠植被群落发生演替，伴随着密度逐渐减少和斑块化分布模式的出现。同时，位于绿洲边缘的种植群落通过自主重组过程在20-30年内形成自我维持的结构稳定性。然而，在恢复的后期阶段，H. ammodendron群落也可能因土壤水分不足和盐分积累而导致土地退化，这会削弱群落的稳定性及其提供的生态系统服务。此外，这种退化还会引发一系列生态效应，例如病害和昆虫爆发，以及鼠类侵袭，这些都会加速群落退化，从而削弱沙漠-绿洲生态系统的结构稳定性和生态韧性。因此，在人工H. ammodendron群落的恢复过程中，保护策略应不仅关注地表节肢动物的多样性变化，还应关注其营养结构和功能动态，以提供关于群落健康和生态系统稳定性的关键见解。

将自然沙漠生态系统转化为人工H. ammodendron群落，会对地表节肢动物群落产生复杂的影响，这种影响因物种而异，受到植被结构和土壤性质变化的调节。人工H. ammodendron群落相比自然沙漠，提高了植被覆盖度和土壤肥力，但同时也导致了土壤盐碱化（通过提高电导率）和减少本土灌木覆盖度，这可能是由于竞争排斥和微生境条件的改变。研究结果还表明，H. ammodendron群落的建立显著影响了地表节肢动物的群落组成，且这种组成随群落年龄而变化。这一发现与Liu et al. (2004)和Yang et al. (2024)的研究结果一致。之前在腾格里沙漠的研究表明，人工沙固植被的建立和演替显著提高了植被覆盖度、植物多样性、生物土壤 crust 的形成和土壤肥力，这些生态改善共同促进了节肢动物多样性的增加，通过增加微生境异质性和资源可用性。成熟的H. ammodendron群落或Tamarix chinensis群落显示出比自然沙漠更高的地表甲虫物种丰富度和多样性，但较低的丰度。这一研究结果与Liu et al. (2021)和Wang et al. (2025)的研究相吻合，表明人工沙固植被的建立对节肢动物群落的多样性变化具有重要影响。

在沙漠生态系统中，许多本土节肢动物倾向于选择本土灌木的微生境或它们之间的裸露地面。这种偏好通常归因于这些植物所提供的食物资源以及为节肢动物提供躲避捕食者和恶劣环境的庇护所。例如，一些研究指出，沙漠节肢动物群落受到植被和土壤环境变化的显著影响，导致本土灌木如天牛科甲虫的丰度和多样性下降。同时，蚂蚁等杂食性节肢动物的多样性在人工H. ammodendron群落中表现出与天牛科甲虫相反的响应模式。沙漠中的甲虫依赖于自然灌木和土壤质地生存，而挖掘性节肢动物如蚂蚁则更多受到食物资源的影响。此外，人工沙固植被的建立会增加资源的数量和质量，从而显著影响地表节肢动物的群落结构。

地表节肢动物的丰度和分类多样性在人工H. ammodendron群落的建立过程中表现出不同的响应模式。在群落初期，捕食者如甲虫和蜘蛛的丰度和分类多样性显著增加，而在群落成熟阶段，这种增加趋势可能减弱。与此同时，杂食性节肢动物的丰度和分类多样性则呈现出下降趋势，尤其是在老年的H. ammodendron群落中。这种变化表明，人工沙固植被的建立可能改变了节肢动物之间的营养关系，进而影响整个食物网的结构和功能。此外，研究还发现，H. ammodendron群落的建立会提高捕食者与食草动物和杂食性动物的丰度比例，增强捕食者的捕食强度。然而，捕食者对H. ammodendron群落的响应模式可能因群落年龄而异，这一现象在一些研究中得到了支持。

在人工H. ammodendron群落的恢复过程中，植被与土壤因素的相互作用被确认为驱动地表节肢动物群落变化的主要因素。这些相互作用对节肢动物群落的影响比植被因素更为显著，这一结论与Li et al. (2016)和Liu et al. (2016)的研究结果一致。此外，土壤因素在沙固植被恢复过程中对地表节肢动物的影响也更为明显，这一现象在本研究中得到了验证。土壤化学性质的变化，如总氮、有机碳和总磷含量的增加，可能对节肢动物的栖息地和繁殖产生积极影响，这与干旱和半干旱地区的一些研究结果相符。然而，不同种类的地表节肢动物对土壤环境变化的响应模式各不相同。例如，天牛科甲虫的丰度与pH值呈显著正相关，而与土壤有机碳和总氮呈负相关，这与Linyphiinae和Formicidae的响应模式相反。因此，人工H. ammodendron群落的建立可能通过改变土壤和植被因素，影响节肢动物的营养结构和生态系统功能。

综上所述，人工H. ammodendron群落的建立显著影响了地表节肢动物的群落结构，这种影响随着群落年龄而变化。在群落层面，人工H. ammodendron群落降低了地表节肢动物的丰度，同时增加了节肢动物的分类多样性和生态多样性。在营养结构层面，人工H. ammodendron群落增加了捕食者的丰度和分类多样性，但减少了杂食性节肢动物的丰度和分类多样性。研究还发现，年轻和老年的H. ammodendron群落中，捕食者与食草动物和杂食性动物的丰度比例高于自然沙漠群落。在分类层面，人工H. ammodendron群落增加了某些分类（如Linyphiinae和Formicidae）的丰度，同时减少了其他分类（如Tenebrionidae）的丰度，尤其是在Y20和Y30的群落中。本研究的结果表明，地表节肢动物受到植被和土壤因素的复杂相互作用的影响，其中灌木覆盖度、土壤pH值、土壤有机碳和总氮含量共同解释了60.5%的地表节肢动物群落变化。节肢动物的营养结构对人工H. ammodendron群落的建立表现出不同的响应模式，从而影响了整个食物网的结构和功能。因此，人工H. ammodendron群落的建立在沙漠-绿洲生态过渡区将导致地表节肢动物营养结构的逐步变化。