蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤碳矿化动态的影响

蚂蚁作为生态系统工程师,能够通过筑巢定居活动增加有机物的输入、改变理化环境及刺激微生物活动,进而影响土壤有机碳矿化动态.本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,比较了蚁巢地与非巢地土壤有机碳矿化速率的动态特征,分析蚂蚁筑巢引起的土壤理化性质改变对土壤碳矿化速率的影响.结果表明: 蚂蚁筑巢显著影响土壤有机碳的矿化,相较于非巢地,蚁巢地平均土壤有机碳矿化速率提高19.2%;巢地与非巢地土壤有机碳矿化速率均表现为6月>9月>3月>12月;蚁巢地土壤有机碳矿化速率最大值出现在10～15 cm土层,而非巢地土壤有机碳矿化速率0～5 cm土层最高;蚂蚁筑巢对土壤理化性质产生了显著影响,相较于非蚁巢地,蚁巢地土壤温度、水分、有机碳、微生物生物量碳、全氮、水解氮、硝态氮和铵态氮平均增加幅度分别为7.6%、5.4%、9.9%、14.8%、13.4%、9.9%、24.1%、6.6%和19.4%,而土壤容重和pH平均降幅分别为1.4%和2.5%.相关性分析及主成分分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳是影响土壤有机碳矿化速率的主控因子,土壤全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮、温度和土壤含水率对土壤有机碳矿化的贡献次之.蚂蚁筑巢主要显著改变有机碳矿化的底物组分(土壤有机碳和土壤微生物生物量碳),进而调控西双版纳热带森林土壤有机碳矿化速率的时空动态.     

蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤有机氮矿化的影响

蚂蚁作为生态系统工程师能够调节土壤微生物及理化环境,进而对热带森林土壤有机氮矿化速率及其时间动态产生显著影响。以西双版纳白背桐热带森林群落为研究对象,采用室内需氧培养法测定土壤有机氮矿化速率,比较蚁巢和非蚁巢土壤有机氮矿化速率的时间动态,揭示蚂蚁筑巢活动引起土壤无机氮库、微生物生物量碳及化学性质改变对有机氮矿化速率时间动态的影响。结果表明：（1）蚂蚁筑巢显著影响土壤有机氮矿化速率（P<0.01）,相较于非蚁巢,蚁巢土壤有机氮矿化速率提高了261%;（2）土壤有机氮矿化速率随月份推移呈明显的单峰型变化趋势,即6月最大（蚁巢1.22 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.41 mg kg^-1 d^-1）,12月最小（蚁巢0.82 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.18 mg kg^-1 d^-1）;（3）两因素方差分析表明,不同月份及不同处理对土壤有机氮矿化速率、NH₄-N及NO₃-N产生显著影响（P<0.05）,但对NO₃-N的交互作用不显著;（4）蚂蚁筑巢显著提高了无机氮库（NH₄-N与NO₃-N）、微生物生物量碳、有机质、水解氮、全氮及易氧化有机碳等土壤养分含量,而降低了土壤pH值;（5）回归分析表明,铵态氮和硝态氮对土壤有机氮矿化速率产生显著影响,分别解释87.89%、61.84%的有机氮矿化速率变化;（6）主成份分析表明NH₄-N、微生物生物量碳及有机质是影响有机氮矿化速率时间动态的主要因素,而全氮、NO₃-N、易氧化有机碳、水解氮及pH对土壤有机氮矿化速率的影响次之,且pH与土壤有机氮矿化速率呈显著负相关。总之,蚂蚁筑巢活动主要通过影响土壤NH₄-N、微生物生物量碳及有机质的状况,进而调控西双版纳热带森林土壤有机氮矿化速率的时间动态。研究结果将有助于进一步提高对土壤氮矿化生物调控机制的认识。     

蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤易氧化有机碳时空动态的影响

蚂蚁筑巢定居能够形成与巢穴周围显著不同的微生境和土壤养分环境,从而对土壤易氧化有机碳(EOC)产生重要影响.本研究以中国科学院西双版纳勐仑热带植物园白背桐群落为研究对象,比较蚂蚁巢地与非巢地土壤EOC时空分布特征,并分析蚂蚁筑巢引起土壤理化性质的改变对土壤EOC时空动态的影响.结果表明: 研究区蚁巢和非蚁巢地土壤EOC随月份均呈明显的单峰型变化规律,表现为6月>9月>3月>12月;土壤EOC沿土层呈逐渐降低的变化趋势,在0～5 cm土层,蚁巢土壤EOC显著大于非巢地,在5～10和10～15 cm土层的差异不显著.蚂蚁筑巢显著提高了土壤温度、土壤有机碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物生物量碳、全氮、硝态氮和水解氮含量,显著降低了土壤含水率和容重,但对铵态氮、pH值的影响不显著.土壤有机碳、土壤微生物生物量碳是调控蚁巢和非巢地土壤EOC时空变化的主要因子,土壤温度、含水率、全氮和硝态氮等土壤指标对土壤EOC的影响次之.蚂蚁筑巢主要通过改变微生境(土壤温度和水分)及土壤养分(主要是土壤有机碳和微生物生物量碳)的状况,进而调控热带森林土壤易氧化有机碳的时空动态.     

土地利用方式对西双版纳热带森林土壤微生物生物量碳的影响

2006年1月至2007年9月,通过去除凋落物和切根控制试验,研究了热带森林不同土地利用方式(次生林/橡胶林)对西双版纳热带森林土壤微生物生物量碳的影响.结果表明:次生林转变为橡胶林后,土壤养分及植物碳输入均明显减少,土壤微生物生物量碳显著降低;两种林型雨季土壤微生物生物量碳均高于干季,其中次生林土壤微生物生物量碳与土壤温度呈显著正相关,而橡胶林则与土壤湿度呈正相关关系;次生林土壤微生物生物量碳受植物根系养分输入的调控,地上凋落物数量的影响较小,土壤微生物生物量碳与细根生物量及其C、N输入量呈显著正相关;橡胶林细根生物量及其C、N输入量,以及地上凋落物均未显著影响土壤微生物生物量碳.橡胶种植导致土壤养分含量和土壤pH值降低,加上严重的人为干扰,土壤微生物生物量碳减少,且其调控因素发生显著变化,最终可能影响土壤的其他生态过程.     

蚂蚁筑巢对不同恢复阶段热带森林土壤易氧化有机碳时空动态的影响

为探明热带森林恢复过程中蚂蚁筑巢对土壤易氧化有机碳(readily oxidizable carbon, ROC)时空动态的影响及机制, 本研究以西双版纳白背桐(Mallotus paniculatus)群落、野芭蕉(Musa acuminata)群落和崖豆藤(Mellettia leptobotrya)群落3种恢复阶段热带森林为研究对象, 设置“蚂蚁筑巢地”与“非巢地”2种处理进行野外控制实验, 对比分析蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量的时空变化特征, 并揭示这些变化与土壤微生物生物量碳及理化性质之间的相互关系。结果表明: (1)蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤ROC含量(P < 0.05), 蚁巢土壤ROC含量较非蚁巢提高了14.2%。不同恢复阶段蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量大小顺序为: 野芭蕉群落 > 崖豆藤群落 > 白背桐群落。(2)不同恢复阶段热带森林蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量均呈单峰型的时间变化趋势(P < 0.05), 最大值出现在6月, 且各月份蚁巢土壤ROC含量均高于非蚁巢。(3)不同恢复阶段热带森林蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量均随土层深度增加呈显著递减的垂直变化趋势(P < 0.05), 且蚁巢土壤ROC含量均大于非蚁巢(P < 0.05)。(4)蚂蚁筑巢引起的土壤理化性质变化对土壤ROC含量产生了一定的影响。土壤ROC含量与土壤pH和容重呈显著负相关(P < 0.05), 与土壤有机碳、微生物生物量碳、全氮、铵态氮及硝态氮呈显著正相关(P < 0.05)。土壤微生物生物量碳与总有机碳是蚁巢土壤ROC时空变化的主要贡献者, 而铵态氮、全氮和总有机碳是非蚁巢ROC时空变化的主控因子。因此, 蚂蚁筑巢改变热带森林土壤微生物量(如微生物生物量碳)及土壤理化性质(如总有机碳、铵态氮与全氮等), 进而显著影响土壤ROC的时空动态。     

南亚热带森林土壤微生物量碳对氮沉降的响应

研究了鼎湖山自然保护区3种森林生态系统土壤微生物量碳对氮沉降增加的响应.选取南亚热带代表性森林类型马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)建立野外模拟氮沉降试验样地.2003年7月开始每月进行氮处理.这些处理分别为对照、低氮处理、中氮处理和高氮处理,即0、50、100 kg N hm-2 a-1 和150 kg N hm-2 a-1.在2004年11月和2006年6月用氯仿熏蒸浸提法分别测定土壤微生物量碳和土壤可浸提有机碳.土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量均表现为2006年6月高于2004年11月;季风林高于马尾松林和混交林.随着氮沉降增加季风林土壤微生物量碳减少,但可浸提有机碳含量则增加,且此趋势在高氮处理下表现明显.然而,氮沉降增加对马尾松林和混交林土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量的影响不显著.以上结果表明,氮沉降增加可能提高季风林土壤有机碳的固持能力.     

城市不同森林土壤溶解性有机碳和微生物生物量碳特征

土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)在生态系统碳循环中发挥重要作用。为了解城市森林土壤DOC含量和MBC特征及影响因素,本研究以合肥市城市森林为对象,分析不同植被类型(水杉、香樟、雪松)土壤DOC、MBC年动态特征及影响因素。结果表明:植被类型对土壤DOC含量影响显著(P0.05),0~30 cm土壤DOC含量年均值为水杉林(80.35 mg·kg-1)雪松林(60.13 mg·kg-1)香樟林(43.36 mg·kg-1),且总体上随土层深度的增加而递减;水杉林、雪松林土壤DOC含量夏秋季高于冬季,而香樟林则6月含量最低;0~30 cm土壤MBC年均值大小依次为水杉林(412.84 mg·kg-1)雪松林(358.85 mg·kg-1)香樟林(283.40 mg·kg-1);不同植被类型土壤MBC总体上随土层深度增加而递减,且夏、秋季较高,冬季较低。相关分析表明:水杉林、香樟林土壤DOC、MBC与有机碳显著正相关(P0.01),而雪松林土壤DOC、MBC与根量呈显著正相关(P0.01),表明雪松林根系分泌及分解转化是其土壤活性碳的重要来源。     

西双版纳热带森林土壤种子库的季节变化

通过萌发实验法对西双版纳地区的一类热带季节雨林 (番龙眼、千果榄仁 )和 2类次生林(白背桐林、中平树林 )的土壤种子库的季节变化进行了探讨。结果表明 :该地区的土壤种子库动态具有明显的季节性。季节雨林的土壤种子库储量相对稳定 ,土壤上层 ( 0～ 2 cm )的种子储量在雨季末期较大。2类次生林土壤种子库的变化则相反 ,土壤种子库中的种子种类在旱季末期较雨季末期多 ,土壤上层的种子储量在旱季末期较大。各样地均有一些种类只出现在旱季末期或雨季末期。种子在土壤种子库的动态与植物的繁殖物候和所处的环境紧密相关 ,不同种类植物的土壤种子库由于植物本身的生物学特性、传播方式和所处环境的影响而表现出不同的动态模式     

五种温带森林土壤微生物生物量碳氮的时空格局

土壤微生物是森林生态系统中的重要分解者,在碳和氮循环中起着重要作用,同时也是对环境变化的敏感指示者。采用氯仿熏蒸浸提法测定了我国东北地区5种温带森林土壤微生物生物量碳(Cmic)和氮(Nmic)的季节动态及其在土壤中的垂直变化。结果表明:林型之间Cmic和Nmic差异显著(P0.01)。落叶松林、红松林、蒙古栎林、杨桦林、硬阔叶林的Cmic的变化范围依次为:278937mgkg-1、2181020mgkg-1、313891mgkg-1、5101092mgkg-1、4401911mgkg-1;其Nmic的变化范围依次为:1872mgkg-1、18103mgkg-1、2495mgkg-1、43125mgkg-1、40208mgkg-1。所有林型的Cmic和Nmic均随土壤深度的增加而下降。Cmic和Nmic基本上呈现出生长季开始之前下降、生长季结束时上升、其中出现12个峰值的季节变化格局,但峰值大小和出现时间随林型和土壤层次而变。010cm土层的Cmic和Nmic季节变化较大。Cmic和Nmic与凋落叶量、土壤有机碳含量和土壤总氮含量呈显著正相关。Cmic与土壤含水量呈正相关,而与土壤温度呈负相关。不同林型凋落物数量和组成、土壤理化性质的差异是导致其土壤微生物生物量时空格局差异的主要因素。     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

Effects of land use pattern on soil microbial biomass carbon in Xishuangbanna

In January 2006 - September 2007, a controlled litter-removal and root-cutting experiment was conducted to study the effects of different land use patterns (secondary forest or rubber plantation) on soil microbial biomass carbon in Xishuangbanna, China. After the secondary forest converted into rubber plantation, soil nutrient contents and plant carbon input decreased obviously, and soil microbial biomass carbon had a significant decrease. These two forest types had a higher soil microbial biomass carbon in rainy season than in dry season. In secondary forest, soil microbial biomass carbon was significantly positively correlated with soil temperature; while in rubber plantation, the microbial biomass carbon was positively correlated with soil moisture. In secondary forest, soil microbial biomass carbon was controlled by the nutrient inputs from plant roots, but less affected by litter amount. Also in secondary forest, soil microbial biomass carbon was significantly positively correlated with fine-root biomass and its C and N inputs. In rubber plantation, both the fine-root biomass and its C and N inputs and the litter amount had lesser effects on soil microbial biomass carbon. These results suggested that planting rubber induced the decreases of soil nutrient contents and pH value, and, added with serious artificial disturbances, reduced the soil microbial biomass carbon and changed its controlling factors, which in turn would affect other soil ecological processes.     

米亚罗林区土地利用变化对土壤有机碳和微生物量碳的影响

为了解土地利用变化对土壤有机碳和微生物量碳的影响,分析了川西米亚罗林区原始冷杉林、20世纪60年代云杉人工林、20世纪80年代云杉人工林和农地的土壤有机碳和微生物量碳状况.结果表明,土地利用变化明显地影响了土壤有机碳和微生物量碳含量.土壤有机碳和微生物量碳含量原始林最高,其次为60年代人工林和80年代人工林,农地最低.农地土壤有机碳含量分别比原始林、60年代人工林和80年代人工林低83%、53%和52%,微生物量碳含量分别低23%、25%和21%.土壤有机碳和微生物量碳含量均随土壤深度的增加而降低,并且两者在不同土地利用类型的变化趋势基本一致.相关分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳与全氮、水解氮、速效磷呈极显著相关(P＜0.01),说明土壤微生物量碳可作为衡量土壤有机碳变化的敏感指标,而土壤有机碳和微生物量碳含量可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标.     

蚂蚁筑巢对高檐蒲桃热带森林群落土壤呼吸的影响

蚂蚁筑巢能够改变热带森林土壤微生物与土壤理化性质的状况,从而对土壤呼吸时间动态产生重要影响。本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,采用Li-6400-09便携式土壤呼吸测定仪对蚂蚁筑巢地与非筑巢地土壤呼吸进行测定。研究结果表明:(1)高檐蒲桃群落土壤呼吸呈明显的单峰型季节变化趋势,且土壤呼吸速率蚂蚁筑巢地(4.96μmol CO_2m~(-2)s~(-1))高于非筑巢地(4.42μmol CO_2m~(-2)s~(-1))。(2)土壤温度和土壤水分显著影响土壤呼吸的时间动态(P0.01);蚂蚁筑巢显著改变巢内温度与水分(P0.05),进而影响土壤呼吸动态。土壤温度对土壤呼吸动态的贡献:蚁巢(83.8%—91.8%)大于非巢地(81.2%—83.1%),但由于筑巢地土壤湿度低于非巢地,土壤水分对土壤呼吸动态的贡献率表现为蚁巢低于非筑巢地。(3)蚂蚁筑巢显著增加土壤微生物生物量(P0.05),从而对土壤呼吸速率产生极显著的影响(P0.01)。蚂蚁筑巢引起微生物生物量碳的增加能够解释76.9%—71.1%的土壤呼吸变化。(4)蚂蚁筑巢引起土壤理化性质变化对土壤呼吸产生一定的影响。土壤容重与土壤呼吸速率呈显著负相关;土壤呼吸速率与土壤微生物量碳、有机质、易氧化有机碳、全氮、硝氮和铵氮显著正相关(P0.05或P0.01)。因此,蚂蚁筑巢显著改变土壤微生物(如微生物生物量碳)、土壤物理性质(如土壤温度与水分)、土壤化学性质(如碳和氮养分),进而对热带森林土壤呼吸产生重要影响。     

有机肥氮投入比例对双季稻田根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响

为探明不同有机肥氮素占总氮投入的百分比对双季稻区早、晚稻各生育时期稻田根际土壤微生物的影响,本研究以大田定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法和化学分析法系统分析了施用化肥N(M₁)、30%有机肥N(M₂)、50%有机肥N(M₃)、100%有机肥N(M₄)和无N对照(M₀)5个不同施肥处理双季稻田根际土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物熵的差异.结果表明: 在早稻和晚稻各主要生育时期,施肥措施均能提高稻田根际土壤MBC、MBN和微生物熵,各施肥处理根际土壤MBC、MBN和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期为最低值;其中,各处理双季稻田根际土壤MBC、MBN、MBC/MBN值和微生物熵一般均表现为M₄＞M₃＞M₂＞M₁＞M₀,M₂、M₃和M₄处理间均无显著差异,但均显著高于M₀处理.可见,单独施用化肥措施对提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵效果有限,施用有机肥或有机无机肥配施提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的效果较好.