雪被期川西高山林线交错带两种地被物凋落物分解与土壤动物多样性

以针叶林代表性地被植物锦丝藓和高山冷蕨为研究对象,采用凋落物分解网袋法,研究了高山林线交错带(暗针叶林-林线-高山草甸)的锦丝藓植物残体、高山冷蕨凋落叶及混合凋落物经过一个雪被期分解后的质量损失与土壤动物群落结构特征.结果表明: 雪被期林线交错带上两种地被物的质量损失率在高山草甸最大,锦丝藓表现更为显著,两种凋落物混合促进了分解过程且在林线上表现尤为显著.在交错带凋落物中共获取土壤动物968头,隶属于5纲10目35科,优势类群以弹尾目和蜱螨目为主.在林线上凋落物中获得的土壤动物个体数和类群数高于高山草甸和暗针叶林.典范对应分析(CCA)表明,土壤动物类群与雪被期平均温度关系最为密切,特有物种如等翅目和地蜈蚣目仅在暗针叶林出现,半翅目和啮目仅在高山草甸出现.地被物种类对土壤动物多样性的影响在暗针叶林和高山草甸大于林线.多元回归分析表明,日平均温度和雪被厚度能够解释凋落物质量损失率变异的30.8%,而土壤动物因子能解释质量损失率变异的8.3%,它们共同解释质量损失率变异的34.1%.雪被是影响高山两种地被物凋落物分解的最关键因子.     

高山林线交错带高山杜鹃的凋落物分解

凋落物分解是维持生态系统生产力、养分循环、土壤有机质形成的关键生态过程。高山林线交错带是陆地生态系统中对气候变化响应的敏感区域。季节变化和海拔梯度上的植被类型差异可能会影响该区域凋落物的分解,进而对高山生态系统的碳氮循环产生重要影响。采用凋落物分解袋的方法,研究了川西高山林线交错带优势种高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在雪被期和生长季的分解特征。结果显示:(1)季节变化和植被类型对高山杜鹃凋落物的分解均具有显著影响(P0.05),凋落叶的质量损失主要发生在生长季且在高山林线最大,暗针叶林中雪被期的质量损失略高于生长季,但差异不显著;(2)林线交错带上高山杜鹃凋落叶分解缓慢,一年干物质失重率为9.62%,拟合分解系数k为0.145;(3)高山杜鹃凋落叶的质量变化主要体现在纤维素降解显著且集中在雪被期,木质素无明显降解,在高山林线上C/N、C/P、木质素/N变化幅度较小且C、N、P的释放表现得稳定而持续。结果表明,季节性雪被对林线交错带内高山杜鹃分解的影响不仅局限在雪被期内,雪被融化期间频繁的冻融作用和雪融水淋洗作用可能会促进高山杜鹃凋落物在生长季初期的分解。总的来看,在气候变暖的情景下,雪被的缩减、生长季的延长和高山杜鹃群落的扩张可能加速高山林线交错带高山杜鹃凋落物的分解。     

雪被期川西高山林线交错带凋落物可溶性有机碳的淋失特征

凋落物可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)是土壤DOC的主要来源之一,同时,凋落物DOC的淋失过程是生态系统碳循环的重要环节。本文采用凋落物分解袋法,于2012年10月—2013年5月,以川西高山林线交错带12种代表性植物的凋落物为材料,研究了冬季雪被期凋落物DOC在暗针叶林森林、高山林线和高山草甸3种分解生境中的淋失特征。结果表明:1)凋落物初始DOC含量为22.78~178.8 g·kg-1,物种间差异显著;2)经过一个雪被期(182 d),凋落物DOC淋失率为18.92%~62.33%,各物种DOC的淋失率对分解生境的响应差异较大;3)分解生境差异对凋落物DOC的淋失产生了显著影响,暗针叶林生境中凋落物DOC的淋失率显著高于林线和高山草甸生境;4)雪被是影响冬季高山林线交错带凋落物DOC淋失的主要环境因素。因此,高山林线交错上雪被期DOC淋失的空间变异性主要是景观尺度分布的雪被差异造成的,分解生境中较厚的雪被更利于凋落物DOC的淋失。     

川西高山林线交错带土壤动物对岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献

土壤动物是调控凋落物分解的重要生物因素.为了探究川西高山林线交错带土壤动物对两个优势物种岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献,在3个海拔梯度(针叶林-林线-高山草甸)采用凋落物分解袋试验,通过不同孔径的网袋(0.04 mm,基本排除土壤动物;3 mm,允许土壤动物通过),研究了分解554 d(2013年5月—2014年11月)土壤动物对凋落物的影响.结果表明: 在整个林线交错带上,岷江冷杉的分解速率(k)为0.209～0.243,高山杜鹃的k为0.173～0.189,岷江冷杉的k大于高山杜鹃.土壤动物的参与显著加速了两种凋落叶分解,同时土壤动物对两种凋落物分解的作用和贡献随海拔升高而降低.自针叶林、高山林线至高山草甸,土壤动物对岷江冷杉分解的质量损失率为15.2%、13.2%、9.8%,对高山杜鹃分解的质量损失率为20.1%、17.5%、12.4%;土壤动物对岷江冷杉分解的平均日贡献率为0.17%、0.13%、0.12%,对高山杜鹃分解的平均日贡献率为0.26%、0.25%、0.23%,土壤动物对高山杜鹃的分解影响相对较大.海拔、凋落物自身性质及其交互作用对土壤动物作用下凋落物的质量损失率和贡献率均表现出显著影响.土壤动物的作用于岷江冷杉和高山杜鹃分解的平均日贡献率在当年生长季(0.25%和0.44%)和次年生长季(0.10%和0.19%)均高于雪被期(0.07%和0.12%).回归分析表明,环境因子(日平均气温、冻融循环次数以及雪被厚度)可以解释土壤动物作用于岷江冷杉和高山杜鹃质量损失率的42.7%和50.9%,贡献率的43.2%和55.6%,这对了解土壤动物在凋落物分解中的作用和深入认识高山生态系统物质循环具有重要意义.     

不同演替阶段热带森林地表凋落物和土壤节肢动物群落特征

为了解不同演替阶段热带森林土壤节肢动物群落结构特征及其与地表凋落物的关系, 2001年9月采用样线调查法对西双版纳23年次生林、35年次生林、季节雨林地表凋落物及其中的土壤节肢动物进行了调查。所获数据表明, 地表凋落物数量(现存量干重)和质量(N和C/N)总体上表现为35年次生林最好, 23年次生林次之; 蜱螨目和弹尾目为3林地地表凋落物土壤节肢动物群落优势类群, 膜翅目蚂蚁、马陆目、鞘翅目、双翅目和半翅目为常见类群。土壤节肢动物个体密度和个体相对密度均表现为35年次生林>季节雨林>23年次生林。群落的丰富度指数以季节雨林最高, 多样性和均匀度指数显示为23年次生林最高, 35年次生林的优势度指数最高, 3林地土壤节肢动物群落类群组成相似性达到较好水平。相关分析表明, 3种不同演替阶段热带森林土壤节肢动物个体密度与林地地表凋落物现存量呈正相关, 而现存凋落物N元素储量与土壤节肢动物的相关性仅表现在23年次生林和季节雨林。研究认为, 热带森林土壤节肢动物群落的发展与森林植被演替密切相关, 其群落个体数量和多样性受森林地表凋落物数量、质量的调控, 但其他环境因素如捕食效应、人为干扰等影响亦不可忽视。     

川西高山林线交错带两种地被物分解的木质纤维素酶活性特征

以川西高山林线交错带两种优势地被物锦丝藓和高山冷蕨为对象,对针叶林和林线中锦丝藓植物残体及高山冷蕨凋落叶分解的质量损失和木质纤维素酶活性特征进行研究.结果表明： 锦丝藓和高山冷蕨的质量损失率在雪被期和生长季均表现为林线高于针叶林,而酶活性整体上表现为针叶林显著高于林线.两种地被物不同季节的质量损失有显著差异,雪被期林线和针叶林的锦丝藓质量损失率占全年的69.8%和83.0%;生长季林线和针叶林的高山冷蕨质量损失率分别占全年的82.6%和83.4%.高山冷蕨凋落叶在生长季节快速分解,与其生长季节末较高的纤维素酶活性相吻合,说明纤维素和半纤维素的酶解作用可能是凋落物前期质量损失的主要原因.多元线性回归分析表明,环境因子和凋落叶初始质量能共同解释酶活性变异的45.8%～85.1%,两种地被物分解过程中酶活性主要受到雪被期冻融循环的影响.     

西双版纳热带季节雨林凋落叶分解与土壤动物群落：两种网孔分解袋的分解实验比较

 以西双版纳热带湿性季节沟谷雨林混合凋落叶作为分解基质,在不同位置季节雨林样地,采用不同网孔（ 2和0.15 mm）分解袋,开展大中型土壤动物对雨林凋落叶分解影响的实验,测定了不同网孔分解袋土壤动 物多样性、凋落叶分解速率和主要养分元素释放状况。结果显示：2 mm网孔分解袋土壤动物类群相对密度 年均值为2.67～2.83目•g－1凋落物干重,个体相对密度年均值为22.3～21.77个•g－1凋落物干重,显著 高于0.15 mm网孔分解袋的类群相对密度0.27～0.28目•g－1凋落物干重和个体相对密度2.88～2.77个•g－ 1凋落物干重（p<0.01）,并且0.15 mm网孔分解袋中极少量的动物个体主要为小型类群弹尾目和蜱螨目（ 原生动物、湿生土壤动物线虫不计）,由此我们视2 mm网孔分解袋凋落叶分解由绝大多数土壤动物和其它 土壤生物共同作用,而0.15 mm网孔分解袋基本排除了大中型土壤动物对袋内凋落叶分解的影响。2 mm网 孔分解袋凋落叶物质失重率（71%左右）、分解率指数（1.88～2.44）和主要养分元素释放率明显高于 0.15 mm分解袋（34%～35%,0.48～0.58）。通过比较两种不同网孔分解袋凋落叶失重率和元素释放率的 差异,显示出季节雨林大中型土壤动物群落对凋落叶物质损失的贡献率为年均值46%左右,并使凋落叶C/N 和C/P明显降低,而对不同元素释放率的影响不同,其中对N、S和Ca元素释放率的影响较大,而对K素释放 的影响作用最小。相关分析显示,2 mm网孔分解袋内土壤动物群落类群和个体的相对密度与凋落叶物质残 留率有较好的负相关关系,而群落香农多样性指数与凋落叶分解率指数表现出一定的正相关关系。     

长白山森林生态系统凋落物层和土壤层跳虫物种多样性和功能多样性对海拔梯度的响应

山脉是生物多样性研究的热点地区,以往关于山脉的研究多集中于地上植物和脊椎动物,无脊椎动物相关的研究明显滞后。跳虫(Collembola)是土壤无脊椎动物的主要类群之一,在分解有机质、疏松和活化土壤过程中发挥着重要的作用。以跳虫为研究对象,采用梯度格局法,在长白山北坡自海拔800 m至1700 m,每隔150 m进行凋落物层和土壤层样品的采集,对比分析了土壤层和凋落物层的群落组成与群落结构,采用4个物种多样性指数(丰富度指数、Pielou均匀度指数、Shannon-Weiner多样性指数和Simpson多样性指数)和4个功能多样性指数(功能丰富度FRic指数、功能均匀度FEve指数、二次熵Rao''s Q指数和功能离散FEiv指数),探讨了多样性沿海拔梯度的分布格局。共获得跳虫5542头,隶属于12科42属83种,其中等节跳科为绝对优势类群(相对密度>50%)。非度量多维尺度分析结果表明,凋落物层和土壤层的跳虫群落结构差异显著,长角跳科、鳞跳科和疣跳科物种多分布于凋落物层,而棘跳科物种多分布于土壤层。线性或二次回归模型结果表明,在凋落物层跳虫的丰富度指数,Shannon-Weiner多样性指数和Simpson多样性指数沿海拔梯度的变化呈增加格局;但在土壤层跳虫物种多样性指数沿海拔梯度的变化无明显趋势。在凋落物层,跳虫的功能丰富度指数和功能离散度Rao''s Q指数随海拔梯度的变化呈现单峰分布格局;在土壤层,跳虫的功能丰富度指数随海拔梯度的变化也呈现单峰分布格局,但其他功能多样性指数沿海拔梯度的变化无明显趋势。研究表明凋落物层和土壤层跳虫的群落组成,群落结构及多样性存在显著差异,跳虫的物种多样性指数和功能多样性指数对海拔梯度变化的响应不同,未来在探讨土壤动物沿海拔梯度的分布格局及其物种共存机制时,应综合考量垂直分层(凋落物层和土壤层)和多个度量维度(物种多样性和功能多样性)。     

川西高山林线交错带凋落叶分解初期转化酶特征

胞外酶对于有机质的降解具有重要的作用。在凋落物分解过程中,酶活性不仅受到凋落物种类或基质质量的影响,还受到环境因素的影响。转化酶催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖,因此在凋落物分解早期,转化酶比降解难分解物质的酶具有更重要的作用。以川西高山林线交错带12种代表性凋落叶为研究对象,对林线交错带不同植被类型下的凋落叶转化酶活性以及物种和环境因子对转化酶活性的影响进行了研究。结果表明:同一植被类型下,12个物种转化酶活性具有极显著差异(P0.01)。物种、环境因子及其交互作用对转化酶活性有极显著的影响(P0.01)。初始纤维素含量与转化酶活性极显著正相关(P0.01)。初始木质素和总酚含量与转化酶活性极显著负相关(P0.01),能够共同解释转化酶活性变异的50.8%。不同植物生活型中,禾草类转化酶活性均为最高,这可能与禾草类较高的初始纤维素含量、较低的木质素和总酚含量有关。多元线性回归分析表明,凋落叶含水量能单独解释转化酶活性变量的62.1%,是环境因子中最重要的变量。从植被类型来看,大多数物种的转化酶活性在针叶林中均极显著高于高山草甸和灌丛(P0.01),这可能与针叶林中凋落叶的含水量最高且雪被最厚有关。历经一个雪被期分解后,凋落叶初始质量与环境因子的综合作用能够解释转化酶活性变异的79.1%,表明川西高山林线交错带凋落叶分解前期转化酶活性主要受初始木质素含量、总酚含量和含水量的调控。在全球气候变化情景下,凋落物水分含量的变化将会强烈的影响凋落叶分解前期的转化酶活性。     

热带季节雨林凋落叶分解过程中的中小型土壤节肢动物的群落结构及动态

2000年5月-2001年4月,采用尼龙网袋法,以西双版纳热带季节雨林混合凋落叶作为分解基质,在3个季节雨林样地开展分解实验,对实验过程中分解袋内的中小型土壤节肢动物(meso—microarthropod)进行取样调查。根据所获数据探讨了中小型土壤节肢动物群落在分解过程中的结构和动态。结果显示：(1)在季节雨林凋落叶分解过程中,中小型土壤节肢动物群落组成始终以弹尾目和蜱螨目相对数量较高(均在30％以上),成为优势类群。(2)分解中期,土壤节肢动物群落多样性指数,类群、个体及重要类群的数量均处于整个分解过程中的较高水平,分解初期和后期相对较低,且波动性大,其中分解初期各多样性指标在波动过程中呈逐步增长趋势,而后期逐步降低,其变化过程受凋落叶数量和质量、林地降雨量变化的影响。土壤动物群落类群和个体相对密度(每克凋落叶干重的类群数和个体数)的变化可在一定程度上反映土壤动物与凋落物质量的动态关系。(3)不同样地间,土壤节肢动物群落结构及动态差异在分解前期不明显,而分解后期差异有所增加,但3样地凋落叶分解物质损失率没有明显差异。     

神农架国家公园林线过渡带土壤真菌多样性

林线过渡带是陆地生态系统对气候变化响应的敏感区域,研究林线过渡带土壤真菌的群落结构和形成机制,对于预测气候变化对土壤养分循环和维持陆地生态系统功能的影响具有重要意义。利用Illumina高通量测序技术分析了神农架国家公园林线上下的灌木林和针叶林的土壤真菌群落结构和多样性。结果表明,在真菌物种组成上,两种植被类型的土壤优势菌门、属和种类不同,针叶林和灌木林的优势菌门分别是担子菌门(Basidiomycota)和接合菌门(Zygomycota)。除趋势对应分析(DCA)和不相似性检验(Dissimilarity test)表明两种林型的土壤真菌群落结构组成存在显著差异,且针叶林土壤真菌Shannon指数、Chao值和Richness指数均显著(P0.05)高于灌木林。典范对应分析(CCA)和Mantel检验显示土壤真菌群落结构与土壤p H、植物多样性、土壤温度和土壤湿度存在显著相关性。因此,林线过渡带上下的土壤真菌群落结构和多样性存在显著差异,土壤p H、植物多样性、土壤湿度和土壤温度可能是影响土壤真菌群落结构的重要因素。     

云南省三种典型气候带凋落物层弹尾类多样性分布格局

弹尾类是土壤动物中常见的优势类群,其作为土壤微食物网的重要组成部分,参与凋落物分解、土壤团聚体形成等重要生态过程。以往对弹尾类分布格局的研究通常关注其在不同海拔梯度或者不同生境类型下的分布情况,但在不同气候带下弹尾类多样性沿纬度分布格局仍不清楚。为讨论不同气候带下弹尾类沿纬度的分布格局及其潜在的环境影响机制,于2017年10月(雨季末期)在云南省同一经度(E 101°)分布的三种典型气候带设置海拔梯度样带:热带雨林(西双版纳,800 m、1000 m、1200 m、1400 m)、亚热带常绿阔叶林(哀牢山,2000 m、2200 m、2400 m、2600 m)、亚高山针叶林(丽江玉龙雪山,3200 m、3400 m、3600 m、3800 m),采集凋落物层弹尾类并调查分析土壤温度、土壤含水量、凋落物厚度、土壤pH、土壤容重及土壤孔隙度等环境因子。利用Berlese-Tullgren法收集土壤动物,共获得弹尾类19150只,隶属于10科29属,其中符■属(39.9%,等节■科)数量最多,其余优势属为棘■属(21.7%,棘■科)和球角■属(10.1%,球角■科),这3个属合计占总体的71.7%。凋落物层弹尾类的密度在亚高山针叶林明显高于热带雨林和亚热带常绿阔叶林,弹尾类的属数排序由多到少依次为热带雨林、亚高山针叶林、亚热带常绿阔叶林。通过最小二乘回归法对弹尾类多样性的海拔格局进行回归分析,得出弹尾类的丰富度指数(Margalef′s指数、Menhinick′s指数)、多样性指数(Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数)和均匀度指数(Pielou均匀度指数)沿热带雨林、亚热带常绿阔叶林、亚高山针叶林呈单调递减格局。通过全模型子集回归筛选最佳环境模型表明,温度是影响弹尾类多样性沿不同气候带分布格局的主要环境因子。本研究为预测不同气候带下弹尾类多样性如何响应环境变化提供参考。     

川西高山典型自然植被土壤动物多样性

为了解川西高山不同自然植被类型下土壤动物的多样性差异,于2008年8月至2009年6月对该地区代表性植被--针叶林、灌木林和草甸下的土壤动物群落进行调查.从3种植被下共捕获土壤动物48343只,隶属于7门16纲31目117科.不同植被类型的大型土壤动物优势类群差异较大,其土壤动物类群数存在显著差异(P＜0.05).3种植被下土壤动物个体密度与类群数的垂直分布均具有明显表聚性.针叶林苔藓层的土壤动物个体密度与类群数极显著高于凋落物层和土壤层（P＜0.01）.不同植被下土壤动物密度 类群指数(DG)存在极显著差异(P＜0.01).大型土壤动物生物量在6月达到最大值.Jacard相似系数显示:受干扰草甸的土壤动物群落与其他植被相似程度最低.表明植被类型对土壤动物群落结构特征影响显著;坡向、海拔以及干扰等因素对土壤动物群落结构也有影响.     

金佛山亚热带常绿阔叶林地表土壤动物群落特征及其影响因素

为探讨小尺度下不同微生境的土壤动物群落特征及其与环境因子之间的关系,于2018年10月在金佛山西坡亚热带常绿阔叶林样带内,对其凋落物层及腐殖质层两类微生境的土壤动物群落进行调查及相应环境因子的测定。此次调查共捕获地表土壤动物12381头,隶属于3门9纲22目。其中优势类群为蜱螨目和长角虫兆目,个体数占比为75.24%;常见类群为原虫兆目、愈腹虫兆目、短角虫兆目、双翅目、鞘翅目和膜翅目,个体数占比为21.23%。同时,土壤动物的密度（M）、Shannon-Wiener多样性指数（H）、Simpson优势度指数（D）及Pielou均匀度指数（E）均表现为腐殖质层极显著高于凋落物层（P<0.01）。根据回归分析及冗余分析结果发现,两类微生境的土壤动物群落特征与环境因子的关系存在一定差异;影响凋落物层土壤动物群落特征的重要环境因子为凋落物的总有机碳、碳氮比、湿度及pH,而影响腐殖质层土壤动物群落特征的重要环境因子为腐殖质的干重、总氮、总磷、湿度、pH及微生物生物量氮。研究表明,常绿阔叶林生态系统的不同微生境间土壤动物多样性特征存在显著差异,小尺度下环境因子对土壤动物群落特征具有重要影响。     

季节性冻融期间土壤动物对高山草甸两种凋落叶失重的贡献

季节性冻融期间高山草甸凋落叶的分解可为生长季节植物生长提供必要的养分,对于维持生态系统物质循环和养分平衡具有重要作用。然而,土壤动物对凋落叶分解是否具有明显的贡献仍然缺乏一致认识。因此,以高山草甸代表性植物黄花亚菊(Ajania nubigena)和黑褐苔草(Carex atrofusca)凋落叶为研究对象,采用不同孔径凋落叶袋排除土壤动物的方法,研究冬季不同冻融时期(冻结前期、冻结期和融化期)土壤动物对凋落叶失重的贡献。整个季节性冻融期间土壤动物对黄花亚菊和黑褐苔草两种凋落叶失重率的作用分别为12.07%和4.03%,总贡献率分别为46.39%和24.14%。土壤动物对两种凋落叶失重率的作用均在融化期最大,而土壤动物对黄花亚菊凋落叶失重率的作用在冻结初期最小,土壤动物对黑褐苔草凋落叶失重率的作用在冻结期最小。整个季节性冻融期,土壤动物对凋落叶失重率的作用和贡献率与正积温和凋落叶初始C、N浓度和C/N比均呈显著的正相关关系。因此,季节性冻融期间土壤动物对高山草甸凋落叶分解具有明显的贡献,但这些过程受冻融格局和凋落叶初始质量的调控。