金龟亚科蜣螂在大西洋森林生物群落退化牧场中的生态功能与多样性

《Journal of Insect Conservation》：Ecological function and diversity of scarabaeine dung beetles at degraded pastures in the Atlantic Forest biome

　　

牧场退化是一个全球性环境问题，严重影响土壤质量，降低养分循环效率，加剧土壤侵蚀与CO2排放，并减少整体土壤生物多样性。金龟亚科（Scarabaeinae）蜣螂因在生态平衡与养分循环中扮演关键角色而受到显著影响。研究人员在巴西大西洋森林生物群落中，针对两种退化程度的牧场，评估了土壤物理、化学及生物学属性，以及蜣螂的多样性和生态功能。工作于21个样地开展：7个原生森林片段（FF）、7个低度退化牧场（LDP）与7个高度退化牧场（HDP）。研究人员量化了二氧化碳（CO2）排放、土壤物理穿透阻力、土壤温度、土壤湿度及碳库（总有机碳、活性碳与难降解碳）；同时测定了蜣螂物种丰富度、多度及其在粪便掩埋与土壤挖掘中的功能贡献。牧场退化降低了环境复杂性，对土壤质量与甲虫种群产生负面影响。相较FF，牧场的总有机碳（?39%）、活性碳（?36%）、难降解碳（?47%）与CO2排放（?38%）均下降，而土壤物理穿透阻力（+34%）与土壤温度（+7%）上升。总体而言，牧场蜣螂多度降低55%，物种丰富度降低49%。值得注意的是，LDP的蜣螂多度与多样性为HDP的两倍，后者滚球型（roller）种群与粪便掩埋活动显著减少。对昆虫保护而言，大西洋森林农业景观需改进土地管理以缓解牧场退化、提升土壤质量；恢复并维持较低退化水平的牧场对保护蜣螂多样性至关重要，进而保障有机碳固存与土壤养分循环等关键生态系统服务。

研究背景方面，牧场退化作为与畜牧业相关的全球环境问题，在巴西大西洋森林生物群落中表现为自然林转为牧场后土壤碳（C）损失、养分循环效率下降与侵蚀加剧，并改变土壤动物生物多样性。金龟亚科蜣螂作为生态系统工程师，通过掩埋有机物、改善土壤团聚体与通气影响养分循环，但其对大西洋森林不同退化程度牧场的响应尚缺乏系统认知。为此，研究人员在巴西圣埃斯皮里图州卡帕劳（Caparaó Capixaba）区域设置21个150×150 m样方（7 FF、7 LDP、7 HDP，样区间距≥3 km），于2019年2月旱季—雨季过渡期开展综合观测，以验证“牧场退化程度升高负向影响土壤质量（碳库与穿透阻力）与蜣螂多样性，并削弱其粪便掩埋与土壤挖掘功能”的假设。论文发表于《Journal of Insect Conservation》。

主要关键技术方法概括：研究人员采用线路点截法（line–point intercept）按植被盖度将牧场划分为低度退化（LDP）与高度退化（HDP），以原生森林片段（FF）为对照；土壤指标在0–10 cm与10–20 cm分层采集混合样，测定总有机碳（TOC）、活性碳（CL）与难降解碳（CR）及微生物量碳氮（C-MB、N-MB），田间同步测定CO₂排放（LI-8100）、穿透阻力、温湿度；蜣螂群落用诱饵 pitfalls trap 捕获并鉴定至物种，按居留型（resident）、滚球型（roller）、隧道型（tunneling）划分功能类群；生态功能通过1 m直径围栏竞技场（arena）放置500 g牛粪24 h后称量剩余粪量与翻出土量获得；统计上采用Hill数（q=0,1,2）测度多样性，并用覆盖度标准化稀化/外推（iNEXT）校正抽样完整度，再以广义线性混合模型（GLMMs，glmmTMB）将样点为随机截距、环境类型为固定效应，对多度、Hill数与功能量进行Wald检验与Bonferroni事后比较。

研究结果部分，各小节结论如下：

植被盖度描述：LDP较HDP裸土、入侵种、白蚁丘更少，牧草与枯落物盖度更高，证实退化等级划分有效。

土壤碳特征：相较FF，牧场0–10 cm层TOC、CL、CR分别降39%、36%、47%，10–20 cm层降44%、19%、50%；LDP在两层均显著高于HDP（TOC +38%/+24%，CL +26%/+26%，CR +40%/+23%）。C-MB与N-MB在牧场高于FF，且LDP 0–10 cm的C-MB较HDP高46%。

土壤物理与通量：牧场CO₂排放较FF降38%，LDP较HDP高66%；0–10 cm穿透阻力牧场较FF高34%，HDP较LDP在0–10与10–20 cm分别高200%与60%；土壤温度牧场较FF高7%；LDP湿度较HDP高31%。

蜣螂群落：共录28种，FF独有20种，仅4种三环境共享；HDP无滚球型。GLMM显示多度以FF最高（截距12.585），牧场整体显著下降（估计?2.780），HDP较LDP再降（估计?4.388）。Hill数⁰D（丰富度）FF最高，HDP显著低于FF（估计?0.339），LDP不显著；¹D（Shannon指数有效数）各环境无显著差异；²D（Simpson倒数）仅HDP显著低于FF（估计?0.642）。粪便掩埋量FF最高，LDP仍显著为正（估计+4.78），HDP不显著；翻土量FF最高，LDP显著为正（估计+4.515），HDP显著为负（估计?2.641）。

讨论部分总结：研究人员指出高退化牧场伴随盖度丧失、碳输入减少与微生物底物受限，使土壤物理化学与生物属性恶化，进而压缩蜣螂微生境——尤其隧道型与滚球型对紧实度与温湿敏感，导致HDP功能类群丢失与粪便掩埋效率骤降。⁰D与²D对退化响应灵敏反映稀有种丧失与优势度改变，而¹D稳定提示早期干扰下常见种组成暂稳；LDP因盖度高、紧实度低、大型隧道种（如Dichotomius属）留存，其生态功能量甚至接近或局部超过FF，说明功能维持可由少数大体型隧道种驱动而非单纯依赖丰富度。森林片段作为物种源对牧场群落恢复具缓冲作用。

结论部分翻译：大西洋森林生物群落中牧场退化致使土壤质量显著下降，总有机碳降幅达50%，土壤紧实度与温度分别升高至多35%与7%。这些变化负向影响金龟亚科蜣螂的丰富度、多度与组成，改变生态系统运行，削弱其提供的粪便掩埋、土壤团聚与养分循环等服务。此类损失可能降低有机物分解速率、改变植物可利用养分并加剧侵蚀，最终威胁牧场可持续性与生态系统韧性。为逆转该过程，可持续牧场管理应增加植物多样性以提升盖度与有机质输入，实施轮牧以降低紧实与过牧，并合理施肥以改善牧草生长并支撑微生物与无脊椎动物群落。

全文浓缩自所传文档，未引入原文外推测。