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土壤动物对茂兰喀斯特森林凋落物的分解及成土作用研究

张明江  
【摘要】:森林凋落物的分解在森林生态系统有机质贮存和养分循环等方面起着重要作用,土壤动物对凋落物的分解作用因气候条件、凋落物性质等因素在空间和时间上存在着差异性,开展不同区域、不同类型凋落物分解的研究有助于探讨土壤动物和凋落物分解作用和关系,对提高森林生态系统生产力和生物多样性保护有重要的现实意义。茂兰喀斯特森林是世界上亚热带同纬度地区残存下来的一片相对集中、原生性强、相对稳定的喀斯特森林系统,也是岩溶区原生性森林分布面积最大的地区,具有一定的代表性和典型性。然而,目前关于典型喀斯特地区土壤动物对凋落物分解的研究报道还较为少见。为了量化不同类型土壤动物对茂兰喀斯特森林凋落物分解作用,选取茂兰喀斯特原生林中两种典型常绿树种青冈(CG,Cyclobalanopsis glauca)与单性木兰(KD,Kmeria septentrionalis Dandy)凋落物作为研究对象,采用3种不同孔径(5 mm,2 mm,0.03 mm)的网袋进行为期1年野外分解实验,旨在探究土壤动物对茂兰喀斯特地区森林凋落物的分解及生物成土作用机制,为喀斯特森林生态系统维持地表养分、提高生产力及生态恢复等方面提供科学依据。主要结论如下:(1)本实验在茂兰喀斯特森林凋落物中共收集到土壤动物个数4203只,隶属于3门11纲25目。该地区土壤动物优势种群为弹尾目(Collembola)和蜱螨目(Acari),分别占比37.62%、45.78%,共计83.39%。不同类型凋落物中土壤动物丰度和多度均随着分解时间不断增加,而土壤动物丰度、多度及其多样性之间未出现显著性差异,表明土壤动物多样性不受凋落物种类的影响。在5 mm和2 mm孔径的分解网袋中,土壤动物多样性并未产生显著性差异,可能的原因是茂兰喀斯特地区森林中中小型土壤动物种类相对较多,在两种类型土壤动物群落之间可能有功能冗余性存在。(2)不同网袋孔径中,3种凋落物的年分解速率大小均为:5 mm2 mm0.03 mm,其范围分别为1.23~1.35 g/年,0.66~0.01 g/年,0.53~0.66 g/年,凋落物分解半衰期分别为0.48~0.59年、0.73~0.98年和0.97~1.20年,其周转期分别为2.18~2.46年、3.01~4.47年和4.44~5.52年。在凋落物的前期分解过程中,土壤动物显著促进了茂兰喀斯特地区凋落物的质量损失,在12个月的分解过程中,土壤动物对其质量损失贡献率为42.0%~45.9%。不同类型土壤动物对不同类型凋落物的质量损失作用表现各异,大型土壤动物对混合凋落物(CG+KD)的分解作用最大,而中小型土壤动物对单性木兰凋落物(KD)的分解作用最大,凋落物性质的不同是造成不同类型土壤动物作用差异的主要因素。(3)在茂兰喀斯特森林凋落物的前期分解过程中,土壤动物对不同凋落物中N、P、K、Ca元素的释放有促进或抑制作用,对Mn元素的释放有促进作用,对C、Mg元素的分解影响较小。土壤动物对高质量(低C/N)的单性木兰(KD)凋落物的分解作用较为显著,各元素含量变化和凋落物质量损失率之间的关系较为复杂。土壤动物对凋落物中部分元素释放过程中的促进作用,促进了凋落物向土壤中的转移和输入,加快了森林生态系统物质循环过程,说明土壤动物对茂兰喀斯特地区森林生态系统的生物成土作用具有一定的正效应。


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