萘对川西亚高山森林土壤呼吸和生物化学特性的非目标效应

发布时间：2020-04-22 08:43

【摘要】：森林生态系统植物性养分的归还经碎屑食物链并通过土壤微生物的生物化学降解完成。土壤动物不仅可以通过取食、混合以及改变土壤物理特性等方式直接参与植物残体分解和养分周转,而且通过自身迁移、搬运传播、选择性捕食控制等作用间接调控凋落物分解。因此,土壤动物的多样性和生态功能与森林地表碎屑食物链的物质循环过程密切相关。采用萘等化学抑制剂控制土壤动物是研究其生态功能的主要手段之一。然而,一些研究发现萘在抑制土壤动物的同时会对某些土壤生化特性(如土壤养分、酶活性和微生物群落)产生一定影响,即“非目标效应”,且对土壤呼吸、养分周转和微生物活性等的非目标效应及其抑制效率随土壤动物类群、植被类型和环境条件的不同存在差异。这导致对不同生态系统中土壤动物功能的研究结论具有较大的不确定性。因此,采用萘探究特定生态系统中土壤动物生态功能的关键是认识其非目标效应和抑制效率。本研究以青藏高原东缘的川西亚高山针叶林为研究对象,于2016年1月-2017年12月通过原位实验研究了萘对川西亚高山针叶林土壤动物的抑制效率及其对土壤呼吸、可溶性养分、酶活性和微生物生物量的非目标效应,以期为采用萘作为抑制剂研究亚高山森林物质循环过程中土壤动物与微生物的相互作用提供技术支撑。主要结果如下:(1)萘处理显著降低了大型和中小型土壤动物的个体数量和类群数量。对照组土壤动物的平均个体捕获量和平均类群捕获量分别为2477和162.6,而萘处理下仅为487和77.8。相对于对照,萘处理下的大型和中小型土壤动物的个体捕获量分别降低78.51%和80.79%,类群捕获量分别降低56.09%和47.14%。(2)萘处理显著影响土壤呼吸速率,但萘处理和时间的交互作用不明显。萘处理和对照的土壤呼吸速率在时间上呈单峰曲线。萘处理和对照的土壤呼吸速率均在8月最大,在1-2月最小。二者的土壤呼吸速率在2017年7月和8月表现出显著差异,其余时期均无显著差异。(3)在亚高山植被生长季节(4-10月),萘处理和对照的土壤可溶性碳(DC)、氨态氮和硝态氮含量均表现出先下降后升高的趋势,土壤可溶性氮(DN)含量则无明显变化规律。萘处理和对照的DC和DN含量均在4月最高,但DC含量在6月最低,DN含量在10月最低。萘处理显著影响DC、DN含量,但对氨态氮和硝态氮含量影响不显著。(4)在亚高山植被生长季节,蔗糖酶和脲酶活性表现出先升高后降低的趋势,而硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性表现出先降低后升高的趋势,年际间不同酶活性的变化程度存在一定差异。在两个植被生长季节,萘处理和对照的硝酸还原酶均在4月最高、8月最低,亚硝酸还原酶均在10月最高、6月最低。萘处理对蔗糖酶、脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性均无显著影响。(5)土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)具有明显的时间动态,即MBC含量表现出先升高后降低的趋势,MBN含量则表现出先降低后升高的趋势。萘处理和对照的MBC和MBN含量均在8月最低,但MBC含量在6月最高,而MBN含量在4月最高。MBC/MBN在4月较低,随后一直维持在较高水平。萘处理与对照之间的MBC在2016年4月和10月差异显著,MBN在2016年8月存在差异显著,MBC/MBN在2017年4月和6月差异显著。综上所述,萘在川西亚高山森林土壤中有效抑制土壤动物群落,其非目标效应影响并未明显改变土壤呼吸速率、土壤养分含量和微生物活性的动态特征,在某些时期对土壤呼吸和可溶性有机质具有一定程度的影响。因此,采用萘作为抑制剂研究川西亚高山森林土壤动物群落生态功能具有一定的可操作性。
【图文】：

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图 1 样地示意图Fig.1 Diagram of the sample plot每个样方内划分 4 个斑块，随机选择 1 个作为处理组和 1 个作为对照组，另外 2 个未选样方作为凋落物试验样方。4 quadrats was divided in each sample plot, one of them was selected randomly astreatment and one of them as control, and other unsekected quadrats were used in litterdecomposition test.3.3.3 环境监测与样品采集自 2015 年 11 月起，在样地内的各个斑块按照对角线均匀设置 5 个 PVC 环(直径20cm, 高 6cm，平行地表插入土壤约 3cm，环上沿平整光滑无破损)。采用 LI-8100A土壤碳通量自动测量系统(Li-Cor, Inc, NE, USA)对处理和对照样方内土壤呼吸进行监测，每月中旬测定土壤呼吸(单位 R/μmol m-2 s-1)，，测定时间为早上 10 点至 11 点。在测量的前一天整齐地剪去环内所有植物的地上部分，不破坏环内的土壤。每次测定时，

个体和类,森林土壤动物,捕获量,抑制效果

图 2 萘处理对川西亚高山森林土壤动物个体和类群捕获量的抑制效果Fig.2 Inhibitory effects of naphthalene on individual catches and group catches of soil fauna in thesubalpine forest of western Sichuan, China.A: 大型土壤动物 Macrofauna; B: 中小型土壤动物 Meso- and Microfauna.**表示萘处理极显著(P<0.01)影响捕获的土壤动物个体和类群数量.**mean naphthalene significantly affects (P<0.01) individual catches and group catches of soil fauna.表 1 川西亚高山森林土壤动物个体和类群的年平均捕获量Table1Annual average catches of individuals and groups of soil fauna in subalpine forest of westernSichuan, China.年份Year类型Monoid平均个体 Individuals 平均类群 Groups对照 Non-naphthalene 处理 Naphthalene 对照 Non-naphthalene 处理 Naphthalene2016大型 251.08±47.45 57.67±11.45 46.5±3.48 21.58±2.50中小型 987±116.16 158±21.30 35.75±0.89 17.67±2.04总计 1238.08±162.27 215.67±31.18 82.25±4.25 39.25±4.302017大型 235.5±35.64 46.92±5.93 44.67±4.84 18.5±2.07中小型 1003.67±125.56 224.42±28.63 35.67±0.24 20.08±0.72
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S714

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