温带森林实验中树种多样性提升土壤线虫多样性及持久型类群密度

这篇研究通过温带落叶林实验，揭示了树种多样性（TSR）与菌根类型（AM/EcM）对土壤线虫群落的调控机制。研究发现树种丰富度显著增加线虫密度、分类丰富度和香农多样性，尤其促进植物食性（PF）和真菌食性（FF）线虫中持久型（c-p 3-5）类群；AM树种群落比EcM群落容纳更多植物食性线虫，而混合菌根类型（AM+EcM）能抑制植物食性线虫增长。该成果为森林恢复中通过调控树种组成维持土壤健康提供了新见解。

　　

摘要

温带森林实验揭示了树种多样性（TSR）与菌根类型对土壤线虫群落的深远影响。研究通过对比纯丛枝菌根（AM）、纯外生菌根（EcM）以及混合菌根（AM+EcM）树种的群落特征，发现树种丰富度显著提升线虫总密度、分类单元数和香农-威纳多样性指数，其中植物食性和真菌食性线虫的响应尤为显著。值得注意的是，持久型（K-策略）线虫（c-p 3-5）的密度增加是驱动该现象的关键因素。

1 引言

全球树种多样性下降对土壤无脊椎动物的影响尚不明确。作为占据所有营养级的土壤健康指示生物，线虫群落能敏感反映地下生态过程。本研究在德国MyDiv实验基地展开，通过控制树种组成（1/2/4种）和菌根类型（纯AM/纯EcM/混合），系统分析了6年生人工林中土壤线虫的响应规律。研究假设：（1）树种多样性通过资源稳定性促进持久型线虫；（2）AM与EcM树种形成差异化线虫群落；（3）混合菌根类型可抑制植物病原线虫。

2 材料与方法

实验采用完全区组设计，包含10种温带落叶树种（5种AM关联如欧洲白蜡，5种EcM关联如欧洲山毛榉）。通过改良Baermann法从0-10cm土层提取线虫，鉴定至属或科水平并计算功能指数（成熟度指数MI、基础指数BI等）。同步测定树木基面积、土壤微生物生物量（PLFA法）和养分参数，采用混合效应模型和NMDS分析数据。

3 结果

3.1 线虫多样性及群落组成

共鉴定48个线虫类群，真菌食性（36.5%）和细菌食性（31.9%）占主导。四树种群落比单种群落线虫密度增加47.2%，香农指数提升26.4%。AM群落中植物食性线虫密度比EcM群落高42%，而混合菌根类型逆转了树种多样性对植物食性线虫的正效应（p=0.039）。NMDS分析显示AM群落以Alaimus（BF₄）和Leptonchidae（FF₄）为特征，EcM群落则富集Acrobeloides（BF₂）。

3.2 生活史策略与功能指数

持久型线虫密度随树种丰富度显著增加（p=0.007），其中植物食性持久型贡献最大（p=0.001）。AM群落的成熟度指数（MI=2.63）显著高于EcM群落（2.41），反映更稳定的食物网结构。但菌根类型对能量通道比率FF/(FF+BF)无显著影响，表明分解途径未发生根本改变。

3.3 驱动机制

树木基面积与线虫总密度呈正相关（r=0.22），而微生物生物量与持久型线虫呈负相关。植物食性持久型与土壤全氮（TN）显著正相关（r=0.27），暗示根系资源输入的关键作用。混合菌根类型可能通过生态位互补和稀释效应抑制专性寄生线虫。

4 讨论

4.1 树种多样性的促进效应

支持"更多个体假说"，资源增量与生境异质性共同驱动线虫多样性上升。植物食性持久型响应可能与树种根系生长异步性提供的持续资源有关，而真菌食性线虫增加反映凋落物质量变化。

4.2 菌根类型的调控作用

AM树种根系缺乏菌丝鞘保护，导致更高植食线虫负载。EcM树种的防御性投资（如次级代谢物）可能形成生态过滤。混合种植通过"稀释效应"降低单种优势线虫的宿主定位效率，这对AM树种占优的生态系统尤为重要。

4.3 土壤食物网发育

尽管年轻林分的食物网成熟度尚未显著分化，但AM群落已显示更高MI值趋势。持续监测将揭示菌根类型对高阶营养级（如捕食性线虫）的长期影响。

5 结论与展望

研究证实树种多样性是土壤动物保护的有效策略，而菌根类型混合可作为调控植物病原线的生态手段。建议在森林恢复中：（1）优先选择多树种混交；（2）AM优势群落应引入EcM树种以降低植食线虫风险；（3）长期监测食物网发育动态。未来需结合分子技术解析菌根-线虫互作机制，并评估杂草控制措施对土壤生物迁徙的阻碍效应。