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.     

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微生物生物量碳及熵的影响

蚂蚁筑巢能够改变热带森林土壤理化环境,从而对土壤微生物生物量碳及熵的时空动态产生重要影响.本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为对象,采用氯仿熏蒸法对蚂蚁巢地和非巢地土壤微生物生物量碳及熵时空动态进行测定.结果表明: 1)蚁巢地平均微生物生物量碳及熵(1.95 g·kg^-1,6.8%)显著高于非巢穴(1.76 g·kg^-1,5.1%);蚁巢地和非蚁巢地土壤微生物生物量碳呈单峰型时间变化趋势,而土壤微生物熵呈“V”型变化格局.2)蚁巢地和非巢地土壤微生物生物量碳及熵均具有明显的垂直变化:微生物生物量碳随土层加深显著降低,微生物熵则沿土层加深显著升高,但蚁巢微生物生物量碳及熵的垂直变化较非巢穴显著. 3)蚂蚁筑巢引起了巢内水分和温度的显著改变,进而影响土壤微生物生物量碳及熵的时空动态.土壤水分分别解释微生物生物量碳及熵的66%～83%和54%～69%,而土壤温度分别解释土壤微生物生物量碳及熵的71%～86%和67%～76%. 4)蚂蚁筑巢引起土壤理化性质变化对土壤微生物生物量碳和熵产生重要影响.蚁巢土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、温度、全氮、含水率呈极显著正相关,与容重、硝态氮,水解氮呈显著正相关,与土壤pH呈极显著负相关;除土壤微生物熵与pH呈显著正相关外,与其他土壤理化指标均呈显著负相关.土壤总有机碳、全氮和温度对微生物生物量碳的贡献最大,而土壤总有机碳和全氮对微生物熵的负作用最小.因此,蚂蚁筑巢能够显著改变微生境(如土壤水分与温度)及土壤理化性质(如总有机碳及全氮),进而调控热带森林土壤微生物生物量碳及熵的时空动态.     

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。     

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.     

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     

蚂蚁筑巢对热带次生林土壤N2O排放季节动态的影响

采用静态箱-气相色谱法，对西双版纳热带次生林崖豆藤群落中的蚁巢土壤N₂O排放通量的季节动态进行定位研究，分析蚂蚁筑巢引起土壤碳氮库及温湿度等土壤性质变化对N₂O排放的影响特征。结果表明：蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤N₂O排放，蚁巢土壤N₂O排放通量(0.67 mg·m^-2·h^-1)显著高于非蚁巢土壤(0.48 mg·m^-2·h^-1),较非蚁巢土壤增加了40.2%;蚁巢与非蚁巢土壤N₂O排放通量具有显著的季节变化，6月分别为0.90和0.83 mg·m^-2·h^-1,显著高于3月(分别为0.38和0.19 mg·m^-2·h^-1);蚂蚁筑巢显著增加了土壤含水率、温度、有机碳、全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮和微生物生物量碳，相较于非蚁巢增加了7.1%～74.1%,蚁巢土壤pH相较于非蚁巢土壤降低了9.9%。结构方程...     

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。     

西双版纳不同热带森林土壤氮矿化和硝化作用研究

1998年7月,用埋袋法对西双版纳热带季节雨林、崖豆藤（Mellettialeptobotrya）次生林、季节雨林内林窗和轮歇地土壤的氮矿化和硝化作用进行了研究。研究结果表明季节雨林和崖豆藤次生林的格局基本相同,氮净矿化速率分别为6．55mgN·kg－1·30d-1和6．37mgN·kg-1·30d-1,硝化速率分别为16．28mgN·kg－1·30d-1和16．38mgN·kg-1·30d-1。而林窗下和轮歇地土壤的氮净矿化速率和硝化速率均为负值,氮净矿化速率分别为-7.85mgN·ks-1·30d-1和-10．69mgN·kg-1·30d-1,硝化速率分别为-2．78N·kg-1·30d-1和-3．69mgN·kg-1·30d-1。从实验结果看,在30d的培养过程中,NH4－N消耗较多,导致硝化速率大于氮净矿化速率。     

西双版纳热带森林土壤种子库与地上植被的关系

通过实验研究探讨了西双版纳几类热带森林的土壤种子库与地上植被的关系．结果表明,在森林演替的初期,土壤种子库与地上植被共有的种类和种子储量较多,随着林龄的增大,外来种子的比例逐渐增加,到季节雨林阶段,土壤种子库中的种子大部分为来自群落外的先锋种类．这些种子在郁闭的林冠下很难萌发,一旦森林受到干扰出现林窗或空旷地,这些潜在的种源将迅速萌发,参与植被的恢复或演替     

外源碳输入对中亚热带森林深层土壤碳矿化和微生物决策群落的影响

在陆地生态系统中,深层土壤是重要的有机碳库.外源碳输入可改变土壤有机碳(SOC)矿化速率(激发效应),进而影响土壤碳排放.然而深层土壤对外源碳输入的响应程度和方向如何还不清楚,引起激发效应的机理尚不明确.本文利用¹³C标记葡萄糖添加试验,分析亚热带森林不同层次SOC矿化的激发作用,并通过微生物决策群落(r-K策略者)的相对变化来探讨激发效应的机理.结果表明: 深层土壤矿化速率显著低于表层土壤,添加标记葡萄糖后能增加所有层次土壤原有SOC的矿化(正激发效应),但是深层土壤的激发效应强度(156%)显著高于表层土壤(45%).葡萄糖添加显著降低了各层次土壤微生物的最大比生长速率,表明r策略者相对比例下降而K策略者相对比例增加.推测SOC矿化的正激发效应主要由K策略者的相对比例变化引起.此外,葡萄糖添加后可溶性有机碳和可溶性氮的比值在深层土壤中(76.03)显著高于表层土壤(13.00),暗示深层土壤存在更为强烈的氮限制作用.深层土壤微生物为获取氮源,可能会加剧对原有SOC的矿化,进而产生更强烈的激发效应.深层土壤SOC矿化受碳源和氮源的限制,更容易受外源碳输入的影响,对未来气候变化也更敏感.     

Mineral control of organic carbon mineralization in a range of temperate conifer forest soils

Coupled climate–ecosystem models predict significant alteration of temperate forest biome distribution in response to climate warming. Temperate forest biomes contain approximately 10% of global soil carbon (C) stocks and therefore any change in their distribution may have significant impacts on terrestrial C budgets. Using the Sierra Nevada as a model system for temperate forest soils, we examined the effects of temperature and soil mineralogy on soil C mineralization. We incubated soils from three conifer biomes dominated by ponderosa pine (PP), white fir (WF), and red fir (RF) tree species, on granite (GR), basalt (BS), and andesite (AN) parent materials, at three temperatures (12.5°C, 7.5°C, 5.0°C). AN soils were dominated by noncrystalline materials (allophane, Al‐humus complexes), GR soils by crystalline minerals (kaolinite, vermiculite), and BS soils by a mix of crystalline and noncrystalline materials. Soil C mineralization (ranging from 1.9 to 34.6 [mg C (g soil C)^?1] or 0.1 to 2.3 [mg C (g soil)^?1]) differed significantly between parent materials in all biomes with a general pattern of ANδ¹³C values of respired CO₂ suggest greater decomposition of recalcitrant soil C compounds with increasing temperature, indicating a shift in primary C source utilization with temperature. Our results demonstrate that soil mineralogy moderates soil C mineralization and that soil C response to temperature includes shifts in decomposition rates, mineralizable pool size, and primary C source utilization.     

Formation and mineralization of organic sulfur in forest soils

The incorporation of sulfur from inorganic sulfate into organic matter was examined using³⁵S for O1, O2 and A-horizon samples from two hardwood forests located at the Coweeta hydrologic laboratory, near Franklin, NC. This temperature-dependent transformation was stimulated by increased availability of sulfate or energy and the process was inhibited by sodium azide, erythromycin and candicidin. These data suggest that bacteria and fungi mediate sulfur incorporation via the formation of the covalent linkages. The latter possibility was confirmed by characterization of the organic sulfur fraction after isolation and partial purification from O2 layer material. Evidence is presented which indicates that the sulfur of this fraction is subject to mineralization after depolymerization of the carbon matrix and methods are given for the direct and indirect assessment of potential turnover rates. The availability of sulfate from mineralization appears to depend upon the rate of incorporation of sulfur into organic matter. Thus, substantially higher levels of extractable sulfate were detected when turnover of the isolated organosulfur fraction was assayed for in the presence of azide, an inhibitor of sulfate incoporation. However, the reverse was true when turnover was monitored in the presence of glucose and succinate which stimulate sulfate incorporation.Contribution from a symposium on the role of sulfur in ecosystem processes held August 10, 1983, at the annual meeting of the A.I.B.S., Grand Forks, ND; Myron Mitchell, convenor.     

温度对不同粘粒含量稻田土壤有机碳矿化的影响

模拟了亚热带地区3种不同粘粒含量的水稻土(砂壤土、壤粘土、粉粘土)在5种温度(10、15、20、25和30℃)下的有机碳(SOC)矿化特征,分析SOC矿化对温度变化的响应.结果表明:在160d的培养期内,温度对3种水稻土SOC矿化量的影响有一定差异,30℃时砂壤土、壤粘土和粉粘土SOC矿化量分别是10℃时的3.5、5.2和4.7倍.在较低温度(≤20℃)下,SOC矿化速度较低且相对稳定;在较高温度(≥25℃)下,前期SOC矿化速度较高,随着培养时间的延长逐渐降低,并趋于稳定.3种水稻土SOC矿化的温度系数(Q10)随培养时间出现波动,砂壤土的Q10平均值最低,为1.92,壤粘土和粉粘土的Q10平均值较接近,分别为2.37和2.32;3种土壤矿化速率常数(k)与温度呈极显著的指数相关(P<0.01).3种水稻土有机碳矿化对温度变化的响应敏感度依次为壤粘土>粉粘土>砂壤土.     

Iron oxidation stimulates organic matter decomposition in humid tropical forest soils

Humid tropical forests have the fastest rates of organic matter decomposition globally, which often coincide with fluctuating oxygen (O₂) availability in surface soils. Microbial iron (Fe) reduction generates reduced iron [Fe(II)] under anaerobic conditions, which oxidizes to Fe(III) under subsequent aerobic conditions. We demonstrate that Fe (II) oxidation stimulates organic matter decomposition via two mechanisms: (i) organic matter oxidation, likely driven by reactive oxygen species; and (ii) increased dissolved organic carbon (DOC) availability, likely driven by acidification. Phenol oxidative activity increased linearly with Fe(II) concentrations (P < 0.0001, pseudo R² = 0.79) in soils sampled within and among five tropical forest sites. A similar pattern occurred in the absence of soil, suggesting an abiotic driver of this reaction. No phenol oxidative activity occurred in soils under anaerobic conditions, implying the importance of oxidants such as O₂ or hydrogen peroxide (H₂O₂) in addition to Fe(II). Reactions between Fe(II) and H₂O₂ generate hydroxyl radical, a strong nonselective oxidant of organic compounds. We found increasing consumption of H₂O₂ as soil Fe(II) concentrations increased, suggesting that reactive oxygen species produced by Fe(II) oxidation explained variation in phenol oxidative activity among samples. Amending soils with Fe(II) at field concentrations stimulated short‐term C mineralization by up to 270%, likely via a second mechanism. Oxidation of Fe(II) drove a decrease in pH and a monotonic increase in DOC; a decline of two pH units doubled DOC, likely stimulating microbial respiration. We obtained similar results by manipulating soil acidity independently of Fe(II), implying that Fe(II) oxidation affected C substrate availability via pH fluctuations, in addition to producing reactive oxygen species. Iron oxidation coupled to organic matter decomposition contributes to rapid rates of C cycling across humid tropical forests in spite of periodic O₂ limitation, and may help explain the rapid turnover of complex C molecules in these soils.     

西双版纳白背桐群落生物量研究

对云南西双版纳热带次生演替初期的白背桐群落生物量进行了测定.结果表明,10龄群落总生物量为57.819 t·hm-2,其中乔木层为51.019 t·hm-2(占群落生物量的88.24%),灌木层5.644 t·hm-2(占9.76%),层间植物1.013 t·hm-2(占1.75%),草本层0.143 t·hm-2(占0.25%).与其5龄群落相比,10龄群落乔木层、灌木层和层间植物的生物量分别增长了105.04%、122.73%和93.32%,草本层生物量降低83.53%.在演替过程中群落乔木层生物量主要集中于少数优势树种,白背桐、木姜子、榕树的生物量合计26.170 t·hm-2(占乔木层生物量的51.29%).群落乔木层生物量主要以小径级树木的生物量为主,其器官生物量积累的大小顺序依次为干＞枝＞根＞叶.