土壤动物对高山/亚高山森林凋落物分解的贡献

论文摘要

凋落物分解是陆地生态系统物质循环的重要组成部分,其过程受到环境条件、凋落物质量和分解者等因素的调控。在对全球变化极为敏感的高纬度和高海拔地区,土壤动物对凋落物分解的贡献有多少?在寒冷的冬季,凋落物分解是否受到土壤动物的影响?在四个关键时期（冻融初期、深冻期、融化期和生长季节）,土壤动物对凋落物分解有何贡献?土壤动物群落结构是否变化?土壤动物对凋落物分解的贡献是否受到气候变化的影响?但迄今缺乏深入系统的研究,这极大地限制了我们对高寒地区土壤生态过程的理解。川西亚高山／高山森林作为中纬度高海拔地区最具代表性的森林生态系统,土壤冻结时间长达5-6个月,气候垂直分异明显,是研究全球变暖情景下冬季土壤生态学过程的理想科研场所。但迄今为止,土壤动物响应于该区季节性冻融期间（3个冬季关键阶段）温度变化而对凋落物分解贡献的研究未见报道,并且全球气候变暖可能直接影响冬季土壤动物贡献的凋落物分解过程,及进一步影响生长季节期间的此过程缺乏相应的研究。因此,本研究以川西高山和亚高山地区分布面积最大和范围最广的岷江冷杉（Abies faxoniana）和红桦（Betula albo-sinensis）的凋落叶作为研究对象,采用凋落物分解袋法,分别在不同海拔梯度上（3600m、3300m、3000m）,调查了一个季节性冻融期间和生长季节（2010-10-26-2011-11-09）,不同网孔（0.020mm、0.125mm、1.000mm和3.000mm）凋落物分解袋内的凋落叶质量损失及元素释放,分析了微型、中型和大型土壤动物对凋落叶分解的贡献。这对于深入了解高山/亚高山森林冬季土壤生态学过程及其与生长季节生态过程的相互联系具有十分重要的意义。季节性冻融期间及其3个不同阶段,土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献均显示出随土壤动物体径的增大而增加。在不同海拔梯度上,季节性冻融期间及其3个不同阶段大型土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献均显著高于微型和中型土壤动物的（除3300m处冻融初期的冷杉）。整个季节性冻融期间不同海拔梯度上,土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献均无显著差异。然而,深冻期3600m处微型和中型土壤动物对红桦凋落叶质量损失的贡献显著高于3000m处的,而3600m处微型土壤动物对冷杉凋落叶质量损失的贡献却显著低于3000m处。非生长季节和生长季节期间,土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献同样表现出随土壤动物体径的增大而增加,并且不同海拔梯度上土壤动物对凋落叶质量损失的贡献均无显著差异。相对于生长季节,非生长季节期间不同体径的土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献均较高。其中,3个海拔梯度上,非生长季节期间不同体径土壤动物（除3000m的微型土壤动物）对红桦凋落叶质量损失的贡献,及大型土壤动物对冷杉凋落叶的贡献均显著高于生长季节。整个1年的凋落物分解期内,土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献也均表现出随土壤动物体径的增大而增加。虽然不同体径的土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献在不同海拔梯度上均无显著差异,但是不同体径的土壤动物的贡献大致均表现出随海拔高度的升高而增加的趋势。3个海拔梯度上,大型土壤动物对红桦和冷杉凋落叶质量损失的贡献均显著高于微型土壤动物和中型土壤动物的。其中,海拔3000m处3种体径的土壤动物对红桦凋落叶质量损失的贡献均存在显著差异。总之,川西高山／亚高山典型森林群落内季节性冻融期间土壤动物对凋落物分解具有重要贡献,并且因不同海拔梯度上各阶段冻融特征的差异而显著不同。非生长季节和生长季节期间,各孔径凋落物袋内土壤动物群落结构受到气候变暖的强烈影响,但是不同体径的土壤动物对红桦和冷杉凋落叶分解的贡献却不响应于气候变暖。同样,整个1年的凋落物分解期内土壤动物的贡献不仅也表现出类似的规律,而且还暗示着在一定范围的大尺度区域内土壤动物对凋落物分解的贡献随纬度的升高而增加。这些结果可能对深入认识非生长季节土壤生态过程及其与生长季节生态学过程的相互作用与相互关系具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第1章 文献综述
• 1.1 土壤动物对凋落物分解影响的研究进展
• 1.1.1 气候环境影响土壤动物的贡献
• 1.1.2 凋落物质量影响土壤动物的贡献
• 1.1.3 生物因素影响土壤动物的贡献
• 1.1.4 网孔大小影响土壤动物的贡献
• 1.1.5 热带区域土壤动物对凋落物分解的贡献
• 1.1.6 寒带区域土壤动物对凋落物分解的贡献
• 1.2 季节性冻融的土壤生态效应
• 1.2.1 季节性冻融
• 1.2.2 季节性冻融与土壤动物群落
• 1.2.3 季节性冻融与凋落物分解
• 1.2.4 季节性冻融与全球气候变暖
• 1.3 存在的问题
• 1.4 研究的目的和意义
• 第2章 研究材料与方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气候特点
• 2.1.3 植被特征
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 凋落物分解袋实验
• 2.2.2 样地描述
• 2.2.3 实验设计与样品采集
• 2.2.4 实验方法
• 2.2.5 计算与统计分析
• 第3章 结果与分析
• 3.1 土壤温度的动态变化特征
• 3.2 凋落物分解袋内凋落叶的分解动态
• 3.2.1 凋落叶的残留量动态
• 3.2.2 残留凋落叶的C/N变化
• 3.2.3 残留凋落叶的N/P变化
• 3.3 土壤动物群落结构与凋落叶分解的动态特征
• 3.3.1 次生冷杉林群落中凋落物袋内的变化特征
• 3.3.2 针阔混交林群落中凋落物袋内的变化特征
• 3.3.3 原始冷杉林群落中凋落物袋内的变化特征
• 3.4 土壤动物对凋落叶分解的贡献
• 3.4.1 季节性冻融期间土壤动物的贡献
• 3.4.2 非生长季节和生长季节土壤动物的贡献
• 3.4.3 不同海拔梯度土壤动物的贡献
• 第4章 讨论与结论
• 4.1 季节性冻融期间土壤动物凋落物分解的特征
• 4.2 非生长季节和生长季节土壤动物对凋落物分解的特征
• 4.3 全球气候变暖背景下土壤动物对凋落物分解贡献的响应
• 4.4 小结
• 第5章 研究展望
• 参考文献
• 发表文章和参编著作
• 致谢