【摘要】：凋落物是連接地上、地下生態(tài)系統(tǒng)的重要樞紐。森林凋落物的分解由凋落物質(zhì)量和分解者共同決定,而后兩者又直接或間接的受到氣候環(huán)境的影響。土壤動(dòng)物是凋落物分解過(guò)程中的重要參與者,腐食性大型土壤動(dòng)物主要通過(guò)調(diào)節(jié)土壤微生物活性和群落結(jié)構(gòu)影響凋落物的分解。鈉是土壤動(dòng)物和土壤微生物活動(dòng)所必需的一種元素,但是在植物凋落葉中含量甚微。因此凋落物分解者的活性極易受鈉元素短缺的限制。目前鈉元素匱乏對(duì)亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)凋落物分解的影響還知之甚少。此外,隨著大氣氮沉降的不斷加劇,其對(duì)凋落物分解系統(tǒng)的影響也引起研究者的廣泛關(guān)注。目前森林凋落物分解系統(tǒng)對(duì)氮沉降的生物響應(yīng)機(jī)制研究主要集中于低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的土壤微生物和微型土壤動(dòng)物,氮沉降對(duì)高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的大型土壤動(dòng)物(如等足類)及其交互作用對(duì)微生物的影響的研究較少。因此研究土壤動(dòng)物和土壤微生物對(duì)鈉元素以及氮沉降的響應(yīng),探究凋落物分解系統(tǒng)中可能的反饋機(jī)制勢(shì)在必行。本研究選擇中國(guó)東部的紫金山地區(qū)作為實(shí)驗(yàn)樣地。首先,通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)評(píng)估大型土壤動(dòng)物卷甲蟲(chóng)及其排泄物-三種不同質(zhì)量的糞便對(duì)凋落物分解的影響。在本研究中,選擇針葉林馬尾松、闊葉林栓皮櫟和豆科植物刺槐的凋落物作為材料喂養(yǎng)卷甲蟲(chóng),并分別收集相應(yīng)的糞便。其中,卷甲蟲(chóng)食用馬尾松后的排泄物為低質(zhì)量糞便,而食用刺槐后的糞便為高質(zhì)量糞便。實(shí)驗(yàn)選取栓皮櫟和馬尾松兩種凋落物為分解材料,分別與其原生土混合培養(yǎng)六個(gè)月,期間用五種不同處理(馬尾松糞便、栓皮櫟糞便、刺槐糞便、卷甲蟲(chóng)以及雙蒸水對(duì)照)進(jìn)行增施處理。以此為基礎(chǔ),通過(guò)野外控制實(shí)驗(yàn)探究針葉林和闊葉林凋落物分解過(guò)程中土壤動(dòng)物和土壤微生物對(duì)不同濃度鈉元素的響應(yīng)。在本研究中,選取5 mm和0.2 mm孔徑的凋落物袋將微型土壤動(dòng)物、土壤微生物與大中型土壤動(dòng)物分離,分別研究它們對(duì)鈉元素的響應(yīng)以及鈉施加下對(duì)凋落物分解的影響。以紫金山中兩種優(yōu)勢(shì)林型針葉林和闊葉林作為實(shí)驗(yàn)樣地,每月分別用三種不同濃度的鈉鹽(0.005%,0.05%and 0.5%質(zhì)量的NaCl水溶液)以及雙蒸水(對(duì)照)噴施針葉林和闊葉林中的凋落物袋,共噴施八個(gè)月。最后,在室內(nèi)展開(kāi)模擬實(shí)驗(yàn)探究中國(guó)亞熱帶森林凋落物分解過(guò)程中土壤動(dòng)物和土壤微生物交互作用對(duì)大氣無(wú)機(jī)氮沉降的響應(yīng)。將闊葉林栓皮櫟和針葉林馬尾松的凋落物分別與其原生土混合培養(yǎng)六個(gè)月,培養(yǎng)期間分別進(jìn)行添加卷甲蟲(chóng)、添加硝酸銨、同時(shí)添加卷甲蟲(chóng)和硝酸銨以及加雙蒸水對(duì)照四種處理。在上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)期間,跟蹤測(cè)定凋落物的失重速率、土壤微生物量、土壤pH以及相關(guān)分解酶的活性等。主要研究結(jié)果如下:(1)土壤動(dòng)物對(duì)凋落物分解有顯著的間接作用,在針葉林中卷甲蟲(chóng)食用刺槐后的糞便顯著加快了馬尾松凋落物的分解,在闊葉林中作用不顯著。三種類型的糞便處理對(duì)土壤微生物的作用非常顯著:與空白對(duì)照相比,兩種林型中大部分土壤微生物的生物量、微生物胞外酶活性均顯著增加。刺槐糞便處理顯著促進(jìn)了分解速率與酚氧化酶、過(guò)氧化物酶之間的關(guān)系。本研究結(jié)果表明高質(zhì)量的糞便可調(diào)節(jié)木質(zhì)素、酚類等難分解物質(zhì)的分解,在大型土壤動(dòng)物數(shù)量較多的生態(tài)系統(tǒng)中,這一調(diào)節(jié)作用可能對(duì)凋落物的分解有重大意義。此外,大型土壤動(dòng)物等足目對(duì)凋落物分解的間接作用(糞便)取決于等足類所食用的凋落葉質(zhì)量和所分解的凋落物類型。本研究結(jié)果也進(jìn)一步揭示了等足目土壤動(dòng)物的重要作用:通過(guò)代謝高質(zhì)量凋落物為糞便來(lái)促進(jìn)低營(yíng)養(yǎng)的難降解凋落物的分解。(2)三種濃度的鈉鹽添加處理均促進(jìn)了針葉林和闊葉林凋落物的分解,說(shuō)明鈉元素限制存在于中國(guó)東部亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)中。鈉添加顯著增加了土壤動(dòng)物對(duì)凋落物的貢獻(xiàn)率,卻降低了土壤微生物的貢獻(xiàn)率:高濃度的鈉鹽抑制了土壤微生物的活性。高濃度鈉鹽對(duì)微生物的抑制作用表現(xiàn)在顯著減弱了凋落物分解速率和與碳、氮、磷相關(guān)的土壤酶活性之間的關(guān)系。但低濃度的鈉鹽增加了針葉林土壤微生物活性。本研究結(jié)果表明鈉濃度對(duì)亞熱帶森林凋落物的分解有著直接的影響,無(wú)論鈉限制還是鈉飽和都會(huì)增加陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳的儲(chǔ)存。(3)無(wú)機(jī)氮沉降顯著促進(jìn)了闊葉林凋落物的分解,卷甲蟲(chóng)的取食作用加快了凋落物的分解,但降低了土壤微生物量和土壤酶活性。氮沉降減弱了卷甲蟲(chóng)對(duì)闊葉林凋落物分解的貢獻(xiàn),與單一卷甲蟲(chóng)處理,凋落物分解速率下降了 8.64%。此外,氮沉降抑制了與木質(zhì)素、酚類等難分解物質(zhì)相關(guān)的土壤微生物酶的活性。本研究結(jié)果說(shuō)明無(wú)機(jī)氮沉降能夠通過(guò)干擾土壤動(dòng)物與微生物間的取食關(guān)系來(lái)抑制凋落物的分解過(guò)程。根據(jù)本研究結(jié)果,長(zhǎng)期的氮沉降對(duì)森林凋落物分解系統(tǒng)的抑制效應(yīng)可能導(dǎo)致土壤碳庫(kù)的積累,從而改變生態(tài)系統(tǒng)碳流動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)循環(huán)及腐殖質(zhì)形成之間的平衡,進(jìn)而對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)造成多重影響。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S714

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本文編號(hào)：2800013