氮沉降与土壤酸化影响下荷兰森林食真菌螨的多样性

《Pedobiologia》：Diversity of fungivorous mites in Dutch forests affected by nitrogen deposition and soil acidification

　　

摘要翻译
高酸化水平的森林土壤生态系统具有较低的土壤微型节肢动物密度和丰富度。与植食性和捕食性螨类相比，这种低密度和低丰富度在食真菌螨（fungivorous mites）中表现最为显著。根据文献已知的外生菌根真菌（ectomycorrhiza）可利用性降低，可解释食真菌螨的丧失。

论文解读：荷兰森林土壤酸化背景下食真菌螨多样性衰退及其生态效应

一、研究背景与问题提出

荷兰长期面临过量氮沉降的生态胁迫问题，过量氮沉降导致土壤酸化，进而引发土壤表层钙离子（Ca²⁺）、钾离子（K⁺）和镁离子（Mg²⁺）等重要阳离子的淋溶，同时释放对植物根系有毒性的铝离子（Al³⁺），造成植物物种丰富度下降。铝离子还可结合磷酸盐使其无法被植物利用，加之氮可利用性增强，导致叶片养分化学计量失衡，如氮磷比（N:P）升高，引发磷限制。氮沉降还与森林土壤有机质分解减缓有关，尤其是在长期慢性氮沉降条件下。

土壤中的分解过程主要由真菌驱动，而食真菌的土壤微型节肢动物通过取食真菌死细胞壁并循环利用其中的重要养分来刺激真菌活性。根据酶活性特征，螨类可分为不同取食功能群：食真菌啃食者（fungivorous grazers）具有几丁质酶活性，能分解真菌细胞壁并刺激微生物活性；而食真菌食液者（fungivorous browsers）仅能取食真菌活细胞内容物，无法循环利用真菌细胞壁中锁定的磷等养分。然而，持续高氮沉降如何影响这些食真菌啃食者，以及它们是否比其他土壤微型节肢动物更敏感，尚不清楚。已有关于氮沉降对土壤微型节肢动物影响的研究结果不一，且很少有研究将微型节肢动物鉴定到物种水平，而这是区分螨类取食功能群并理解食真菌啃食者状况所必需的。

二、研究目标与设计

研究人员以荷兰中部Veluwe地区的Natura 2000老酸性栎林栖息地（EU栖息地指令中的H9190）为研究对象，这一栖息地天然呈酸性且养分贫乏，对土壤酸化尤为敏感，目前表现出树木活力下降、死亡率增加和土壤有机质积累等问题。为提供参照，研究人员使用了1994年采集自同一地理区域相近栖息地类型H9120（山毛榉-栎林）的历史数据作为高生态状态参照。研究预期在退化的老栎林栖息地发现较低的土壤微型节肢动物密度和多样性，并重点比较食真菌螨类与其他功能群（植食性、植物-真菌兼食性、捕食性）的差异，同时检验参照位点在持续氮沉降下是否也已退化。

三、关键技术方法

本研究使用了以下主要技术方法：（1）土壤微型节肢动物取样：2020年2至4月从6个老栎林样地采集39个土芯样品（深5 cm矿物土层含表层凋落物，直径5 cm），参照位点使用1994年3个样地的12个历史样品，并于2023年2月对这些位置重新取样（每样地4个样品）；（2）Berlese-Tullgren漏斗法提取微型节肢动物，经梯度升温（35°C 3天，45°C 4天）后保存于70%乙醇中；（3）显微镜玻片制备与物种鉴定，基于30%乳酸透明处理，多数类群鉴定至物种水平，Prostigmata类群统一至属或科水平以确保数据集识别水平一致；（4）功能群划分依据Siepel和de Ruiter-Dijkman（1993）的碳水化合物酶分类体系；（5）采用以样地为随机效应、森林类别为预测变量的线性混合效应模型（linear mixed-effects models）进行统计分析，密度数据经log₁₀转换，比例数据经logit转换以改善正态性；（6）老栎林内土壤非生物因子与微型节肢动物密度和丰富度的关系同样使用线性混合效应模型，并采用Akaike信息准则（AIC）筛选最优模型。

四、研究结果

（1）微型节肢动物密度与多样性

老栎林的土壤微型节肢动物平均密度为64,511（± 9,943）个/m²，比1994年参照样品的160,175（± 30,867）个/m²低两倍以上，差异显著。老栎林的物种丰富度（每样品26.62 ± 1.92种）比参照样品（每样品41.17 ± 2.95种）低30%以上，差异显著。

（2）食真菌螨类的密度与多样性

老栎林中各功能群的螨类总密度均低于1994年参照位点，其中食真菌螨类（包括食真菌啃食者和食真菌食液者）的密度降幅最大，约为参照位点的四分之一（21,377 ± 5,548个/m²对比81,572 ± 19,470个/m²）。食真菌螨类在老栎林中的占比为28.98 ± 3.36%，而参照位点中食真菌螨类占所有螨类的51.80 ± 5.51%，差异显著或接近显著。植物-真菌兼食性螨类的比例在两森林类别间无显著差异。老栎林中食真菌螨类的物种丰富度比参照位点低两倍以上（7.00 ± 0.89对比17.00 ± 1.49），差异显著。老栎林的植物-真菌兼食性螨类和捕食性螨类丰富度低于参照位点，但植食性螨类无显著差异。

（3）老栎林中非生物因子与微型节肢动物密度的关系

pH和盐基饱和度无法解释老栎林各样地间密度和物种丰富度的差异。相反，锰（Mn）含量可解释微型节肢动物平均密度和平均物种丰富度的差异。物种最丰富的Maanschoten样地锰含量（200.80 μmol/L）明显高于其他样地（平均44.089 μmol/L）。

（4）参照位点的衰退

参照位点在2023年重新取样时也已发生衰退：微型节肢动物平均密度下降了42.13%，物种丰富度下降了28.35%。该衰退趋势与老栎林相似，食真菌螨类尤为明显。2023年样品中食真菌螨类仅占17.35%，显著低于1994年的51.80%，同时食真菌螨类物种丰富度也显著下降。

五、讨论与结论

研究人员指出，荷兰老栎林在持续慢性氮沉降下处于不良状态，这种不良状态同样延伸至微型节肢动物群落。参照位点在2023年也出现了类似衰退，表明过量氮沉降已使参照位点退化。虽然老栎林样地间pH和盐基饱和度差异无法解释密度和丰富度差异，但在所有样地中土壤酸度均已低于临界值，因此土壤酸度可能已不再是样地间的限制因子，而锰成为了模型中的限制因子。

食真菌螨类的严重衰退指向其食物来源的减少。已有研究表明外生菌根真菌可能是许多食真菌螨类的重要食物来源，例如某些甲螨（oribatid）物种会选择特定外生菌根真菌取食，且外生菌根的存在对部分食真菌啃食者具有正向影响。而外生菌根真菌群落本身也受氮沉降的强烈影响：氮沉降导致外生菌根真菌丰富度降低和群落组成显著变化。当植物不受氮限制时，分配给菌根的碳减少，菌根生物量降低。此外，荷兰森林还经历了气候变化引起的温度升高，可能促进了外生菌根物种的范围迁移，成为影响其群落的额外因素。并非所有老栎林样地都处于相同的衰退状态，Maanschoten样地具有较高的食真菌螨类丰富度，该样地同时也有较高的真菌子实体丰富度，表明其生物状态相对较好。

研究结论认为，氮沉降和土壤酸化已导致森林退化，并伴随土壤有机质积累。本研究表明，在分解和养分循环中起作用的微型节肢动物也在衰退，其中对刺激真菌生长和森林土壤分解过程至关重要的食真菌啃食性微型节肢动物衰退尤为严重。研究人员推测，食真菌啃食者在这些受氮影响森林中的衰退是观察到的土壤有机质积累的重要贡献因素。因此，亟需减轻氮沉降对老栎林栖息地的负面影响，改善土壤pH和缓冲能力，具体措施包括减少氮沉降以及可能施用硅酸盐岩粉以缓解酸化效应。同时，应促进食真菌微型节肢动物多样性的恢复，但大多数食真菌螨类物种的定殖能力较差，因此在改善森林非生物状况的同时，通过土壤接种进行辅助定殖可能是恢复食真菌微型节肢动物多样性和土壤分解过程的必要措施。