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土壤动物对森林生态系统凋落物分解影响机制研究认领

被引量： 9

作者：

昝鹏

学位授予单位：

东北林业大学

摘要：

凋落物分解在陆地生态系统的物质循环和C循环中起着关键作用,其分解速度直接影响全球生态系统的能量周转和C收支平衡。了解土壤动物对凋落物分解的影响机制,对于深入理解森林碳循环和能量循环具有重要意义。目前,我国对土壤动物与森林凋落物分解之间关系的研究较少;因此,无法准确评价土壤动物对森林凋落物分解的贡献。本研究首先基于现有研究结果建立数据模型,分析土壤动物与凋落物分解的关系;同时,于2016年10月至2018年10月,通过优化设计PVC分解环模拟微观环境的野外微缩环境实验方法,对温带森林进行野外分解实验并进一步验证模型的可靠性。从而揭示土壤动物对森林凋落物分解的影响及其调控机制。主要结果如下:(1)基于已发表研究,建立涉及64种不同植物物种、120种不同凋落物组合,总计126个分解常数的数据库分析。结果表明,土壤动物促进中国森林生态系统凋落物分解提高了 65%。因气候类型差异,土壤动物对不同森林类型影响程度不同。温热潮湿环境中,土壤动物促进分解速率提高更明显,而干冷的温带森林贡献率相对较低。土壤动物对凋落物分解的影响程度依次为:热带森林>亚热带森林>温带森林。(2)中国森林生态系统中,凋落物基质在很大程度上影响土壤动物对凋落物的分解作用。通过拟合发现,土壤动物效应随着年均降水量、年均温度、凋落物中N和纤维素升高而降低(P<0.05);土壤动物效应随木质素、木质素/纤维素、木质素/N、C/N和N/P升高而升高(P<0.05)。综合分析发现,土壤动物效应受年均降水、凋落物中N含量和C/N比(P<0.001)共同调控。(3)以东北帽儿山次生林中16种常见温带乔木树种凋落物为研究对象,经2年野外分解实验后,与对照相比,土壤动物参与条件下16种凋落物分解速率表现为不同程度的提高。土壤动物参与凋落物分解时,山桃稠李(Padus maackii)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)和黄檗(Phellodendron amurense)凋落物分解速率较快,分解常数(k)依次为:1.427、1.087和0.922;而蒙古栎(Quercus mongolica)、红松(Pinus koraiensis)和春榆(Ulmus davidiana var.japonica)凋落物分解较慢,k值依次为:0.374、0.369和0.278。但是,土壤动物对不同物种分解的影响、贡献率均有差异。其中,山桃稠李凋落物2年后质量残留率仅0.5%,春榆凋落物质量残留率则高达52.9%;土壤动物对青楷槭(Acer tegmentosum)凋落物分解贡献率达的34.0%,对水曲柳凋落物分解贡献率仅2.0%。(4)温带森林土壤动物与凋落物分解的实验发现,区域环境内凋落物基质是影响土壤动物对其分解贡献的主要因素。同时,土壤动物对山桃稠李、黄檗、青楷槭和水曲柳的影响程度明显高于其他物种;蒙古栎、胡桃楸(Juglans mandshurica)和水榆花楸(Sorbus alnifolia)对土壤动物影响程度相对较小。分析土壤动物效应与初始凋落物基质关系发现,凋落物基质中N含量、Ca含量和非结构性碳水化合物(NSC)含量与土壤动物影响呈显著正相关;木质素含量、单宁酸含量、C/N和木质素/N与土壤动物效应具有较强的显著负相关关系。结果表明凋落物基质中,易分解物质含量越高(如N、NSC等)土壤动物对该物种凋落物分解影响越大;反之,难分解的木质素、单宁酸等含量越高,土壤动物效应对该物种的分解影响越低。(5)温带森林16种常见乔木凋落物按照菌根类型分为丛枝菌根(arbuscularmycorrhiza,AM)宿主和内生菌根(ectomycorrhiza,EM)宿主。经 2 年野外分解发现,土壤动物对AM宿主凋落物分解速率较EM宿主凋落物分解速率提高一倍以上。比较两种菌根类型凋落物基质,AM宿主凋落物具有较低C/N和较高NSC的特点,这种差异导致了土壤动物对凋落物分解快慢的影响。(6)凋落物种累积的氨基糖成分一定程度反应了土壤动物刺激微生物对分解的影响。凋落物中氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸含量随着分解进行而逐渐增加。同时,拟合土壤动物效应与氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸含量相关关系显著(P<0.01),微生物对凋落物分解的影响离不开土壤动物对凋落物物理结构的破坏,经土壤动物参与分解的凋落物中C源、N源等养分更容易被微生物利用。此外,凋落物基质通过影响土壤动物参与分解,进一步吸引微生物参与分解。

摘要译文

关键词：

土壤动物; 凋落物分解; 野外微缩实验; 凋落物基质; 氨基糖

学位年度：

2021

学位类型：

博士

学科专业：

植物学

导师：

毛子军孙涛

中图分类号：

S714[森林土壤学]

学科分类号：

090301[土壤学];0907[林学]

D O I：

10.27009/d.cnki.gdblu.2021.000846