西雙版納季節(jié)雨林生態(tài)系統(tǒng)凋落葉分解機(jī)理及生態(tài)過(guò)程研究.pdf

1、自然生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物質(zhì)的分解是一個(gè)由生物因素和非生物因素共同控制的復(fù)雜過(guò)程，其中生物(微生物和土壤動(dòng)物)因素對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分解具有不可替代的重要作用。 本研究通過(guò)野外試驗(yàn)和室內(nèi)模擬相結(jié)合，系統(tǒng)研究了西雙版納季節(jié)雨林生態(tài)系統(tǒng)混合凋落葉分解的生物學(xué)機(jī)理和生態(tài)過(guò)程。野外試驗(yàn)采用網(wǎng)袋法，即1 mm、100 μm和26μm網(wǎng)眼網(wǎng)袋，分別限制大型土壤動(dòng)物、螨類和線蟲(chóng)的進(jìn)入。從而分別觀測(cè)小型土壤動(dòng)物(螨類)、線蟲(chóng)、微生物的分解作用：室內(nèi)試驗(yàn)則通

2、過(guò)控制溫、濕度條件，采用滅菌．接種法分別觀測(cè)微生物和線蟲(chóng)對(duì)凋落葉和小麥秸稈的分解作用，以探討有機(jī)物質(zhì)分解的生物學(xué)機(jī)理和生態(tài)過(guò)程。研究結(jié)果表明： 1．有機(jī)物質(zhì)分解的生態(tài)過(guò)程及模型預(yù)測(cè)有機(jī)物質(zhì)的分解是一個(gè)先快后慢的過(guò)程。自然條件下，凋落葉分解前期(0～135d)干物質(zhì)量迅速減少到原來(lái)的41.0～47.6％，分解中、后期(135～310 d)干物質(zhì)量變化趨緩，干物質(zhì)只減少了15.3～27.6％。土壤動(dòng)物的參與加速了凋落葉后期的分解進(jìn)程

3、。室內(nèi)接種試驗(yàn)中，分解前期(0～80d)凋落葉和小麥秸稈干物質(zhì)量各處理間均未表現(xiàn)出差異，分別減少到原來(lái)的24.4～25.1％和33.7～35.9％。分解后期(80～140 d)接種線蟲(chóng)處理的兩種材料干物質(zhì)剩余量變化明顯減緩，但接種線蟲(chóng)處理干物質(zhì)減少明顯快于未接種線蟲(chóng)處理，凋落葉接種線以后干物質(zhì)減少量由1.4％增加到6.07％，小麥秸稈接種線蟲(chóng)以后干物質(zhì)減少量由8.7％增加到9.7％。線蟲(chóng)的參與在于加速了有機(jī)材料后期的分解進(jìn)程。在整體上，

4、小麥秸稈分解快于凋落葉。 有機(jī)材料分解過(guò)程中存在停滯階段，分解速率“波動(dòng)式”變化，整個(gè)分解進(jìn)程表現(xiàn)為“階梯式”的推進(jìn)，波動(dòng)的程度與參與分解的生物種類或者說(shuō)食物鏈的復(fù)雜性有關(guān)，隨著參與分解的生物復(fù)雜程度的增加，分解進(jìn)程的波動(dòng)程度也逐漸增加，即參與分解的食物鏈越復(fù)雜，波動(dòng)程度越強(qiáng)烈。 利用雙指數(shù)模型x<,t>=a*exp(-k<,a>t)+b*exp(-k<,b>t)對(duì)有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程進(jìn)行模擬，由于該模型將分解過(guò)程分為兩個(gè)過(guò)

5、程進(jìn)行分別擬合，分別表征前期(營(yíng)養(yǎng)控制階段)的快速分解過(guò)程和后期(纖維素控制階段)的慢速分解過(guò)程，因此與實(shí)際分解過(guò)程擬合效果更好，尤其對(duì)于短時(shí)間觀測(cè)結(jié)果，雙指數(shù)模型能夠更好地反映實(shí)際情況。 利用雙指數(shù)模型和生物因子模型研究生物和非生物因子對(duì)有機(jī)物質(zhì)分解速率的貢獻(xiàn)表明，土壤動(dòng)物是影響分解進(jìn)程的最重要因子，占影響因子總量的75.2％，其中線蟲(chóng)的作用為29.3％，非生物因素的作用為16.5％，微生物對(duì)分解速率的貢獻(xiàn)只有8.3％。在熱帶

6、森林生態(tài)系統(tǒng)中，土壤動(dòng)物是最重要的分解者。 2．有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中化學(xué)成分的變化有機(jī)物質(zhì)的分解過(guò)程實(shí)質(zhì)上是有機(jī)物質(zhì)中各種化學(xué)成分分解轉(zhuǎn)化的過(guò)程。不同生物組成對(duì)有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中的C含量、C/N比、纖維素、木質(zhì)素含量變化的影響存在明顯差異，但這種差異伴隨分解進(jìn)程逐漸減小，最終達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)量比，并且圍繞這一穩(wěn)定數(shù)值上下波動(dòng)，其中C/N、木質(zhì)素/N 的臨界值在20～30之間，木質(zhì)-纖維素指數(shù)的臨界值為0.7，三者與有機(jī)殘?bào)w失重

7、率之間存在良好的線性關(guān)系，是標(biāo)志分解進(jìn)程的重要指標(biāo)。土壤動(dòng)物的參與使纖維素和木質(zhì)素的分解進(jìn)程發(fā)生不同程度波動(dòng)的同時(shí)。加速了有機(jī)殘?bào)w纖維素、木質(zhì)素后期分解進(jìn)程；非生物因素則在不同程度上減緩了分解進(jìn)程波動(dòng)的程度。 3．有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中的生物演替模式生物在有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中的演替動(dòng)態(tài)遵循一定的路線。當(dāng)沒(méi)有土壤動(dòng)物的捕食壓力時(shí)，微生物一般表現(xiàn)為“單峰”或“單峰-遞減”式發(fā)展模式，即遵循“真菌-細(xì)菌-衰退”演替路線，而當(dāng)土壤動(dòng)物參與分解

8、時(shí)，捕食壓力下微生物按照“雙峰”型路線變化，一般表現(xiàn)為“真菌-細(xì)菌”生物演替模式，土壤動(dòng)物(螨類和線蟲(chóng))在有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中表現(xiàn)為“單峰”型變化趨勢(shì)，與微生物“雙峰”動(dòng)態(tài)成互補(bǔ)式動(dòng)態(tài)變化，因此。捕食者與被捕食者之間是一種“捕食-激發(fā)”作用下的種群消長(zhǎng)關(guān)系，這種關(guān)系的強(qiáng)烈程度與捕食壓力有關(guān)。捕食者和微生物之間通過(guò)“捕食-激發(fā)”作用達(dá)到一種“共發(fā)展模式”，它不僅是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程又能夠保持一定的穩(wěn)定性，在波動(dòng)中生物不斷發(fā)生演替?！半p峰”發(fā)展路線

9、在一定程度上加速了有機(jī)物質(zhì)的分解進(jìn)程。 4．有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中的酶活性變化植物有機(jī)殘?bào)w的分解實(shí)質(zhì)上是一個(gè)酶解過(guò)程。轉(zhuǎn)化酶、淀粉酶在有機(jī)殘?bào)w的最初分解階段發(fā)揮重要作用，參與易分解成分(簡(jiǎn)單含C化合物)的轉(zhuǎn)化和分解，而參與有機(jī)殘?bào)w木質(zhì)纖維素(多糖物質(zhì))分解的酶主要是C<,1>酶、Cx酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和多酚氧化酶，它們有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中一般表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，且在分解中、后期達(dá)到高峰，這些酶受非生物因素的影響較小，一般與水分狀

10、況和C含量負(fù)相關(guān)，與分解進(jìn)程正相關(guān)。直接作用于有機(jī)物質(zhì)的各類酶實(shí)質(zhì)上是一個(gè)不可分割的功能集團(tuán)，不同酶在分解的特定階段發(fā)揮作用，其動(dòng)態(tài)變化一方面受分解進(jìn)程的控制，另一方面酶變化本身就可以作為分解進(jìn)程的解釋。酶在功能劃分上存在關(guān)鍵性酶，這些酶在有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中是必不可少的。 5．有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程影響因素綜合評(píng)價(jià)利用相關(guān)和多元回歸分析研究生物因子和非生物因子之間的關(guān)系以及它們對(duì)分解進(jìn)程的綜合影響。生物因子與非生物因子之間的關(guān)系較復(fù)雜

11、，二者在有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中表現(xiàn)出一定的互補(bǔ)作用，即生物作用加強(qiáng)，非生物作用即相對(duì)減弱。食物鏈的復(fù)雜性與其作用的強(qiáng)度呈正比，即食物鏈越復(fù)雜，生物因子越成為影響分解進(jìn)程的決定因素?？s短食物鏈?zhǔn)沟梅巧镆蜃佑绕涫欠纸鈽悠繁旧淼幕瘜W(xué)組成變化成為分解進(jìn)程的因子變量。線蟲(chóng)在有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)程中處于相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，而微生物則是不穩(wěn)定因素，伴隨分解進(jìn)程不斷發(fā)生生物演替。 6．有機(jī)物質(zhì)分解的C循環(huán)模型在一系列假設(shè)條件下對(duì)有機(jī)物質(zhì)中的C循環(huán)進(jìn)行了

12、預(yù)算。在外界環(huán)境條件下，由于土壤動(dòng)物參與分解，有機(jī)物質(zhì)C的平均分解速率為17～20mg·g<'-1>AFDM(Ash-free dry mass)·d<'-1>，其中進(jìn)入大氣和土壤中的C分別占C輸入總量的78～80％和20～22％：當(dāng)環(huán)境壓力和捕食壓力減小時(shí)，有機(jī)物質(zhì)C的平均分解速率只有5～7mg·g<'-1>AFDM·d<'-1>，進(jìn)入大氣和土壤中的C分別占C輸入總量的81～82％和18～19％。有機(jī)C周轉(zhuǎn)效率與食物鏈的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性有