季節(jié)性凍融對川西亞高山-高山森林土壤動物群落的影響.pdf

1、土壤動物群落的結(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程?，F(xiàn)在的關(guān)鍵科學(xué)問題是：受季節(jié)性雪被和凍融循環(huán)影響明顯的生態(tài)系統(tǒng)過程具有4個明顯的關(guān)鍵時期（生長季節(jié)、土壤凍結(jié)初期、凍結(jié)期和融凍期），這4個關(guān)鍵時期的土壤動物群落是否發(fā)生顯著變化?如何變化?生長季節(jié)與非生長季節(jié)的土壤動

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，這限制了人們對季節(jié)性凍土區(qū)土壤生態(tài)過程的理解。
　　 川西亞高山/高山森林地處青藏高原東緣和長江上游地區(qū)，是我國第二大林區(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)時間長達5-6個月，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、過程的理想科研場所。但迄今為止，季節(jié)性凍融對該區(qū)土壤動物群落結(jié)構(gòu)和功能影響的研究尚未見報道，更缺乏從4個關(guān)鍵時期來研究亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)過程的研究報道。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象，采用干、濕漏斗法和手揀法研究了一個季節(jié)性凍融期間和生長季節(jié)(2008-11-1～20

4、09-10-31)的土壤動物群落特征，這對于深入了解亞高山/高山森林冬季土壤生態(tài)學(xué)過程及其與生長季節(jié)生態(tài)過程的相互聯(lián)系具有十分重要的意義。初步研究結(jié)論如下：
　　 3個森林群落的土壤溫度在監(jiān)測期間表現(xiàn)出顯著的動態(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)時間分別為157天、127天、120天，完全解凍時間分別為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物159038只，原始林61313只，混交林55897只，次生林41828只，隸屬7門16綱30目?？蓹z出的土壤動物平均個體數(shù)量和類群數(shù)量以生長季節(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)量和類群的土壤動物，但

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

7、目(Spirostreptida)、膜翅目(Hymenoptera)對凍融作用響應(yīng)敏感。
　　 各群落有機土壤層的土壤動物個體密度和類群數(shù)量顯著高于礦質(zhì)土壤層，以生長季節(jié)最高，但混交林個體密度除外。原始林和次生林有機土壤層的大型土壤動物個體密度以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土壤層的中小型土壤動物個體密度以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)顯著影響了有機土壤層和礦質(zhì)土壤層的土壤動物個體密度和類群數(shù)量，表現(xiàn)為隨季節(jié)性凍結(jié)動態(tài)而先降低后增加的變化趨勢，這種趨勢在受凍融作用更為強烈、持續(xù)時間更長的原始林有機土壤層更顯著，平均密度最大比生長季節(jié)降低了201±18只，平均類群最大比生長季節(jié)降低了14個，而有機土壤層的中小型動物個體密度同樣表現(xiàn)出相似的變化，平均密度最大比生長季節(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)勢類群的大型土壤動物優(yōu)勢類群比例均以生長季節(jié)最低，混交林和次生林的中小型土壤動物優(yōu)勢類群比例變化以凍結(jié)期最低，原始林以生長季節(jié)最低。土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)顯著影響了優(yōu)勢類群蜱螨目和彈尾目個體密度及其比值(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。大型土壤動物的指數(shù)H′和J總體表現(xiàn)為以生長季節(jié)最高，凍結(jié)期最低，指數(shù)C表現(xiàn)為融凍期最高，生長季節(jié)最低。中小型土壤動物的各指數(shù)變化不明顯。
　　 與土壤動物群落相似，各森林群落土壤的可溶性有機碳、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)出明顯的動態(tài)變化。同時以受凍融作用更為強烈、持續(xù)時

11、間更長的原始林有機土壤層更顯著，特別是初凍期和融凍期。相關(guān)分析表明，土壤動物群落密度與可溶性有機碳含量存在一定的負相關(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)量和類群的土壤動物。溫度變化導(dǎo)致的土壤凍結(jié)和凍融循環(huán)對土壤動物群落施加強烈作用，顯著影響了動物群落的結(jié)構(gòu)和功能以及相關(guān)土壤生化特性，這在有機土壤層