季節(jié)性凍融對(duì)川西亞高山-高山森林土壤動(dòng)物群落的影響.pdf

1、土壤動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)和功能在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中具有十分重要且不可替代的作用和地位，因而全球范圍內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和功能等受到普遍的關(guān)注。季節(jié)性凍融是全球中高緯度和高海拔地區(qū)普遍存在的氣候變化過(guò)程?，F(xiàn)在的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是：受季節(jié)性雪被和凍融循環(huán)影響明顯的生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程具有4個(gè)明顯的關(guān)鍵時(shí)期（生長(zhǎng)季節(jié)、土壤凍結(jié)初期、凍結(jié)期和融凍期），這4個(gè)關(guān)鍵時(shí)期的土壤動(dòng)物群落是否發(fā)生顯著變化?如何變化?生長(zhǎng)季節(jié)與非生長(zhǎng)季節(jié)的土壤動(dòng)

2、物群落結(jié)構(gòu)和功能有何聯(lián)系?但迄今缺乏深入系統(tǒng)的研究，這限制了人們對(duì)季節(jié)性凍土區(qū)土壤生態(tài)過(guò)程的理解。
　　 川西亞高山/高山森林地處青藏高原東緣和長(zhǎng)江上游地區(qū)，是我國(guó)第二大林區(qū)（西南林區(qū)）的主體，在水源涵養(yǎng)、生物多樣性保育、全球碳循環(huán)、指示全球氣候變化、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候等方面具有十分重要且不可替代的作用和地位。作為中緯度高海拔地區(qū)最具代表性的森林生態(tài)系統(tǒng)，土壤凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5-6個(gè)月，氣候垂直分異明顯，是研究全球變暖情景下冬季土壤生態(tài)學(xué)

3、過(guò)程的理想科研場(chǎng)所。但迄今為止，季節(jié)性凍融對(duì)該區(qū)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和功能影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，更缺乏從4個(gè)關(guān)鍵時(shí)期來(lái)研究亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的研究報(bào)道。因此，本研究以川西亞高山和高山地區(qū)分布面積最大和范圍最廣的原始冷杉林(Abies faxoniana)、針闊混交林(A. faxoniana，Betulaalbosinensis)和次生冷杉林為研究對(duì)象，采用干、濕漏斗法和手揀法研究了一個(gè)季節(jié)性凍融期間和生長(zhǎng)季節(jié)(2008-11-1～20

4、09-10-31)的土壤動(dòng)物群落特征，這對(duì)于深入了解亞高山/高山森林冬季土壤生態(tài)學(xué)過(guò)程及其與生長(zhǎng)季節(jié)生態(tài)過(guò)程的相互聯(lián)系具有十分重要的意義。初步研究結(jié)論如下：
　　 3個(gè)森林群落的土壤溫度在監(jiān)測(cè)期間表現(xiàn)出顯著的動(dòng)態(tài)變化特征，土壤平均溫度均以8月最高，1月最低。2008年11月～2009年4月為各森林群落的季節(jié)性凍融期，土壤12月上旬完全凍結(jié)，次年4月下旬完全解凍。原始林、混交林、次生林的土壤季節(jié)性凍融的起始時(shí)間分別為11月8日、1

5、1月9日、11月23日，凍結(jié)持續(xù)時(shí)間分別為157天、127天、120天，完全解凍時(shí)間分別為4月13日、3月15日、3月22日，凍融循環(huán)次數(shù)分別為20次、18次、11次。
　　 研究森林群落中共檢出土壤動(dòng)物159038只，原始林61313只，混交林55897只，次生林41828只，隸屬7門(mén)16綱30目。可檢出的土壤動(dòng)物平均個(gè)體數(shù)量和類群數(shù)量以生長(zhǎng)季節(jié)最高，凍結(jié)期最低。雖然各森林土壤在季節(jié)性凍融期間仍存在相當(dāng)數(shù)量和類群的土壤動(dòng)物，但

6、土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)顯著影響了可檢測(cè)的土壤動(dòng)物個(gè)體和類群數(shù)量，平均個(gè)體數(shù)量最大比生長(zhǎng)季節(jié)少3379只，類群數(shù)量最大比生長(zhǎng)季節(jié)少18個(gè)。
　　 所選森林群落的土壤動(dòng)物群落以鞘翅目(Coleoptera)、雙翅目(Dipter)、蜱螨目(Acarina)、線蟲(chóng)綱(Nematoda)、彈尾目(Collembola)為優(yōu)勢(shì)類群，土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)顯著影響了土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)，蜘蛛目(Araneae)、帶馬陸目(Polydesmida)、異蛩

7、目(Spirostreptida)、膜翅目(Hymenoptera)對(duì)凍融作用響應(yīng)敏感。
　　 各群落有機(jī)土壤層的土壤動(dòng)物個(gè)體密度和類群數(shù)量顯著高于礦質(zhì)土壤層，以生長(zhǎng)季節(jié)最高，但混交林個(gè)體密度除外。原始林和次生林有機(jī)土壤層的大型土壤動(dòng)物個(gè)體密度以8月5日最高，混交林以3月25日最高，而類群數(shù)量均以12月15日最低。原始林和混交林有機(jī)土壤層的中小型土壤動(dòng)物個(gè)體密度以11月3日最高，次生林以10月20日最高，而原始林和混交林有機(jī)土壤

8、層類群數(shù)量以12月15日最低，次生林以11月19日最低。土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)顯著影響了有機(jī)土壤層和礦質(zhì)土壤層的土壤動(dòng)物個(gè)體密度和類群數(shù)量，表現(xiàn)為隨季節(jié)性凍結(jié)動(dòng)態(tài)而先降低后增加的變化趨勢(shì)，這種趨勢(shì)在受凍融作用更為強(qiáng)烈、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的原始林有機(jī)土壤層更顯著，平均密度最大比生長(zhǎng)季節(jié)降低了201±18只，平均類群最大比生長(zhǎng)季節(jié)降低了14個(gè)，而有機(jī)土壤層的中小型動(dòng)物個(gè)體密度同樣表現(xiàn)出相似的變化，平均密度最大比生長(zhǎng)季節(jié)降低了169±19(103)只，

9、但類群數(shù)量不明顯。
　　 原始林、混交林、次生林群落優(yōu)勢(shì)類群的大型土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類群比例均以生長(zhǎng)季節(jié)最低，混交林和次生林的中小型土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類群比例變化以凍結(jié)期最低，原始林以生長(zhǎng)季節(jié)最低。土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)顯著影響了優(yōu)勢(shì)類群蜱螨目和彈尾目個(gè)體密度及其比值(A/C)，以原始林最顯著，最大分別降低了286±26(102)只、134±22(102)只、0.94±0.21，特別是初凍期和融凍期。
　　 3個(gè)森林群落的Shannon

10、-Wiener指數(shù)H'、Pielou均勻性指數(shù)J和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)C同樣受土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)影響顯著。大型土壤動(dòng)物的指數(shù)H′和J總體表現(xiàn)為以生長(zhǎng)季節(jié)最高，凍結(jié)期最低，指數(shù)C表現(xiàn)為融凍期最高，生長(zhǎng)季節(jié)最低。中小型土壤動(dòng)物的各指數(shù)變化不明顯。
　　 與土壤動(dòng)物群落相似，各森林群落土壤的可溶性有機(jī)碳、可溶性氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮含量受土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)顯著影響也表現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)以受凍融作用更為強(qiáng)烈、持續(xù)時(shí)

11、間更長(zhǎng)的原始林有機(jī)土壤層更顯著，特別是初凍期和融凍期。相關(guān)分析表明，土壤動(dòng)物群落密度與可溶性有機(jī)碳含量存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與微生物生物量碳含量存在正相關(guān)關(guān)系。
　　 綜合分析表明，川西亞高山/高山典型森林群落具有明顯的季節(jié)性凍結(jié)和凍融交替特征。森林土壤即使在氣候寒冷的冬季仍存在相當(dāng)數(shù)量和類群的土壤動(dòng)物。溫度變化導(dǎo)致的土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)對(duì)土壤動(dòng)物群落施加強(qiáng)烈作用，顯著影響了動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)和功能以及相關(guān)土壤生化特性，這在有機(jī)土壤層