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《四川农业大学》 2017年
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岷江流域典型生态系统土壤动物对凋落叶分解过程中有机组分的影响

廖姝  
【摘要】:凋落叶分解是联系陆地生态系统植物-土壤界面碳和养分循环的重要生态学过程。已有研究表明,土壤动物通过破碎、取食和影响微生物活性,进而作用于凋落叶分解过程。然而,受土壤动物自身食性和环境条件的影响,土壤动物对凋落叶中不同难易分解程度化学组分的作用是否存在差异,这种作用是否随气候条件的变化而改变仍不清楚。因此我们提出以下科学假设:(1)土壤动物对凋落叶中易分解组分的影响更大;(2)土壤动物的影响随海拔升高而减弱。岷江流域海拔落差大于3500 m;海拔梯度上随气候条件的变化,植被垂直分异明显。我们于2013年11月至2016年10月,在岷江流域不同海拔7个典型生态系统内各选取2种优势物种凋落叶,即中亚热带常绿阔叶林(453 m;油樟Cinnamomum longepaniculatum和马尾松Pinus massoniana)、北亚热带常绿阔叶林(945 m;麻栎Quercus acutissima和柳杉Cryptomeria fortunei)、干旱河谷(1563 m;岷江柏 Cupressus chengiana和抗子梢Campylotropismacrocarpa)、森林—河谷交错带(2158 m;岷江柏Cupressus chengianauercus baroii)亚高山森林(3028 m;红桦Betula albosinensis和岷江冷杉 Abies faxoniana)、高山森林(3593;方枝柏Sabina salturaria和康定柳Salix paraplesia)及高山草甸(3989 m;黄花亚菊Ajania nubigena和黑褐苔草Carex atrofusca),采用不同孔径凋落物袋法(0.04 mm排除土壤动物,3 mm允许土壤动物进入),研究了不同分解时期土壤动物对13种凋落叶中水溶性(总水溶性、可溶性有机碳和总可溶性氮)、有机溶性、酸溶性和酸不溶性组分的影响。结果表明:经过2-3年分解,凋落叶中水溶性组分剩余0-39%,且土壤动物促进其分解。水溶性组分含量和残余量均与质量残余量呈显著负相关关系。土壤动物对水溶性组分残余量的作用与其对质量残余量的作用呈显著正相关关系,但这种作用受土壤动物类群的影响较小。高海拔生态系统(亚高山森林、高山森林和高山草甸)凋落叶中水溶性组分含量在分解第一年随海拔升高而增加。土壤动物对不同生态系统凋落叶中水溶性组分含量和残余量的作用仅在分解第一年末期有显著差异,且该作用在低海拔生态系统中更强。分解末期,凋落叶中可溶性有机碳剩余2-28%,且土壤动物促进其分解;总可溶性氮剩余6-174%。可溶性有机碳浓度和残余量及总可溶性氮残余量均与质量残余量呈显著负相关关系。土壤动物对可溶性有机碳和总可溶性氮残余量的作用与其对质量残余量的作用呈显著正相关关系,且这种作用与土壤动物类群密度、多样性指数、均匀性指数和丰富度指数呈显著正相关关系但与优势度指数呈显著负相关关系。总体上,凋落叶中可溶性有机碳浓度在高海拔生态系统高于低海拔生态系统。土壤动物作用下各生态系统凋落叶中可溶性有机碳含量在分解第一年差异显著,且这种作用在低海拔生态系统中更强。凋落叶中有机溶性组分在分解末期剩余5-52%,且土壤动物促进其分解。有机溶性组分含量和残余量均与质量残余量呈显著负相关关系。土壤动物对有机溶性组分含量和残余量的作用均与其对质量残余量的作用呈显著正相关关系,但均与土壤动物类群密度呈显著负相关关系。总体上,凋落叶中有机溶性组分含量和残余量在高海拔生态系统高于低海拔生态系统。土壤动物对干旱河谷生态系统凋落叶中有机溶性组分残余量的作用最强。经过2-3年分解,凋落叶中酸溶性组分剩余19-64%。酸溶性组分含量和残余量均与质量残余量呈负相关关系。土壤动物对酸溶性组分残余量的作用与其对质量残余量的作用呈显著正相关关系,且与土壤动物均匀性指数和丰富度指数呈显著正相关关系,但与土壤动物类群密度、个体密度和优势度指数呈显著负相关关系。总体上,凋落叶中酸溶性组分残余量随海拔升高先增加后降低,在亚高山森林达最高。土壤动物对各生态系统凋落叶中酸溶性组分残余量的作用仅在分解第一年生长季节有显著差异,且该作用在中亚热带森林生态系统中低于其他生态系统。至分解末期,各物种凋落叶中酸不溶性组分剩余57-175%,且土壤动物抑制其分解。酸不溶性组分含量和残余量分别与质量残余量呈显著正、负相关关系。土壤动物对酸不溶性组分残余量的作用与其对质量残余量的作用呈显著正相关关系,但与土壤动物类群密度和个体密度呈显著负相关关系。总体上,凋落叶中酸不溶性组分含量在高海拔生态系统更低而残余量更高。土壤动物对酸不溶性组分含量的作用在干旱河谷和高山草甸高于其他生态系统。土壤动物类群结构对凋落叶分解的直接影响大于其作用于化学组分进而调控凋落叶分解的间接影响,且土壤动物类群密度是影响凋落叶分解的主要因子。相对而言,受土壤动物作用的有机溶性组分和可溶性有机碳对凋落叶分解的解释度较大,而酸不溶性组分的解释度最小。土壤动物对凋落叶中化学组分的影响在不同生态系统(海拔)有明显差异:(1)受土壤动物作用的易分解组分对凋落叶分解的影响在不同生态系统间差异较大,具体表现为:土壤动物对水溶性组分的影响在高山草甸促进凋落叶分解而在干旱河谷和亚高山森林抑制分解,对可溶性有机碳的影响在森林-河谷交错带和高山草甸促进分解,而对总可溶性氮的影响在亚高山森林抑制分解。(2)土壤动物对中等难易分解的有机溶性和酸溶性组分的影响在低海拔的亚热带森林和高海拔的高山草甸促进分解,而在其它生态系统抑制分解。(3)土壤动物对难分解的酸不溶性组分的影响则相反,即在低海拔的亚热带森林和高海拔的高山草甸抑制分解,而在其它生态系统促进分解。总体上看,土壤动物促进凋落叶中水溶性组分、可溶性有机碳和有机溶性组分分解,抑制酸不溶性组分降解,而对总可溶性氮和酸溶性组分的影响在不同分解时期有所差异。土壤动物对易分解组分的影响较大且这种影响在不同生态系统间的变异性也更大,而对难分解组分的影响较小且这种影响在中度海拔的生态系统中具有一致性。相对而言,土壤动物类群结构是调控凋落叶分解的主要因子,而在土壤动物作用下化学组分的变化对凋落叶分解的影响相对较小。这些结果在流域尺度上揭示了土壤动物对凋落叶分解的影响及其时空变异性。
【学位授予单位】:四川农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S714

【参考文献】
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