科學(xué)通報 | 福建師范大學(xué)吳福忠教授團隊解析中國土壤動物群落分布特征及其驅(qū)動機制

● 近日，福建師范大學(xué)吳福忠教授團隊在《科學(xué)通報》發(fā)表研究論文，系統(tǒng)解析了中國土壤動物群落的分布特征及其環(huán)境驅(qū)動機制。研究整合了全國尺度的土壤動物觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建了面向不同體型土壤動物的環(huán)境響應(yīng)框架，闡明了氣候因子與土壤性質(zhì)在塑造土壤動物生物地理格局中的關(guān)鍵作用。

土壤動物是地下生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、促進有機質(zhì)分解、調(diào)控養(yǎng)分循環(huán)以及支撐生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，當(dāng)前關(guān)于土壤動物群落在大尺度上的分布特征及其環(huán)境驅(qū)動機制仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識。土壤動物的體型在很大程度上決定了其生命史特征、資源利用方式以及對環(huán)境因子的敏感性和響應(yīng)機制，因此，從體型尺度解析土壤動物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境驅(qū)動因素，有助于闡明不同體型土壤動物在生態(tài)系統(tǒng)中的功能分化及其對環(huán)境變化的響應(yīng)規(guī)律。

中國具有顯著的環(huán)境異質(zhì)性和復(fù)雜的地理格局，橫跨多個氣候帶和生態(tài)區(qū)，為探究土壤動物群落的環(huán)境驅(qū)動機制提供了獨特的天然實驗平臺。在這一背景下，聚焦中國尺度開展系統(tǒng)性的群落分布格局與驅(qū)動機制研究，不僅有助于完善對全球土壤動物生物地理格局的認(rèn)識，也為本土生態(tài)系統(tǒng)功能評估與生態(tài)管理提供重要科學(xué)支撐。

基于此，本研究整合已發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，匯總了中國土壤動物的密度與類群豐富度信息，并依據(jù)體型將其劃分為中小型土壤動物(體長<2 mm，不含原生動物)和大型土壤動物(體長>2 mm)。通過多模型選擇與機器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合的分析框架，揭示了不同體型土壤動物密度與類群豐富度的空間分布格局及其主要環(huán)境驅(qū)動因素。

研究發(fā)現(xiàn)，不同體型的土壤動物在密度和類群豐富度方面存在顯著差異。中小型土壤動物密度后驗均值為11,159個/m2 (95% CI: 8691–14,186)，而大型土壤動物僅為137個/m2 (95% CI: 111–169)。凋落物層的存在顯著提高了土層深度< 15 cm區(qū)域內(nèi)的土壤動物密度，其中大型土壤動物密度提升了約50% (95% CI: 37%–60%)。與單純增加土壤深度相比，凋落物層的存在對類群豐富度的正向影響更為顯著。大型土壤動物在不同生境的密度差異顯著，呈現(xiàn)森林(187個/m2) >草地> (138個/m2) >農(nóng)田(96個/m2)。此外，農(nóng)田里的中小型和大型土壤動物類群豐富度均顯著低于森林，分別降低了12%和25%。

不同體型土壤動物對環(huán)境因子的響應(yīng)強度存在差異。氣候變量在密度預(yù)測中占據(jù)主導(dǎo)地位，分別解釋了中小型與大型土壤動物密度變異的39%和54%。具體而言，增強植被指數(shù)是中小型土壤動物密度的最重要的預(yù)測因子，與密度呈正相關(guān)關(guān)系；而在大型土壤動物密度的預(yù)測中，溫度穩(wěn)定性為最佳預(yù)測因子。在類群豐富度方面，土壤理化性質(zhì)是關(guān)鍵驅(qū)動因子，解釋了超過50%的變異。中小型土壤動物類群豐富度與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)；而大型土壤動物類群豐富度則與土壤含水量呈正相關(guān)，與粉粒含量呈負(fù)相關(guān)，表明其對土壤水分及質(zhì)地特征具有較高敏感性。

圖1 中國土壤動物密度與類群豐富度的預(yù)測空間格局地圖

(a)中小型土壤動物群密度; (b)大型土壤動物群密度; (c)中小型土壤動物群類群豐富度; (d)大型土壤動物群類群豐富度

在全國空間尺度上，土壤動物密度呈現(xiàn)“南高北低”模式，而類群豐富度“東高西低”，體現(xiàn)氣候、水分和土壤理化性質(zhì)的綜合調(diào)控。中小型動物的高密度區(qū)域主要分布在東南丘陵、云貴高原和江漢平原等地，而大型土壤動物則更集中于長江中下游平原和東北平原。東北地區(qū)的土壤動物類群豐富度高值與地上植物多樣性模式不同，可能源于豐富的凋落物積累、復(fù)雜的植被結(jié)構(gòu)和較低的人類干擾。

本研究首次構(gòu)建了中國土壤動物群落的環(huán)境-響應(yīng)框架，揭示了不同體型土壤動物對環(huán)境因子的差異性響應(yīng)機制，闡明了氣候條件與土壤理化性質(zhì)在影響其生物地理格局中的關(guān)鍵作用。未來研究需要進一步擴展對高海拔、干旱區(qū)等數(shù)據(jù)稀缺區(qū)域的采樣，以提升模型的空間外推能力。

福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院、碳中和未來技術(shù)學(xué)院吳福忠教授團隊岳楷研究員為通訊作者，博士生趙澤敏為本文的第一作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金和福建省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項目的資助。

文章信息

趙澤敏，彭艷，武啟騫，等.中國土壤動物群落分布特征及其驅(qū)動機制. 科學(xué)通報, 2026

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2025-5709.

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