鸡公山蚯蚓群落对模拟氮沉降和增雨的响应及其影响因素

发布时间：2020-07-08 03:04

【摘要】：氮沉降和降水格局变化是全球变化的重要内容。作为“生态系统的工程师”,蚯蚓对地上地下关键生态过程均有深刻的影响。蚯蚓群落对全球变化的响应和反馈是生态学和全球变化相关领域的研究前沿。了解氮沉降及降水格局对蚯蚓群落特征的影响,是系统开展蚯蚓与全球变化研究的重要切入点。处于我国南北气候过渡带的河南信阳鸡公山地区,其生物群落兼具温带和亚热带的特征,对气候变化可能相对敏感。本研究基于2012年建立的鸡公山模拟氮沉降和增雨实验平台,在施氮和增雨处理5年后,于2018年5月对蚯蚓群落、蚯蚓的潜在食物来源以及蚯蚓生存的环境条件(理化环境及微生物群落)等进行了较系统的调查。因为蚯蚓营养级特征在一定程度上可以反映蚯蚓潜在的生态功能,本研究可以较全面的揭示我国南北气候过渡带森林蚯蚓群落对氮沉降和增雨的敏感性。探究了蚯蚓群落结构(物种组成、数量和生物量)和营养级(~(13)C和~(15)N自然丰度)特征对施氮方式(林冠和林下)和施氮浓度(25 N ha~(-1)yr~(-1)和50 kg N ha~(-1)yr~(-1))的响应规律;同时,探究了林冠低氮(CN25)和林冠增雨(+30%本底降雨,CW)对上述蚯蚓群落特征的主效应和交互效应。结果表明,尽管鸡公山地区的蚯蚓群落组成理论上可能兼具古北界和东洋界的特定,但本研究仅发现少量的古北界的蚯蚓类群(正蚓科蚯蚓),而东洋界的代表性蚯蚓(环毛类)为优势类群。林下林冠模拟氮沉降实验发现:1)林冠模拟氮沉降与传统的林下模拟氮沉降对蚯蚓群落结构的影响不完全一致。林下低氮处理未显著影响蚯蚓的数量和生物量,林下高氮处理则显著降低了蚯蚓的数量和生物量。但是,所有林冠施氮处理均未显著影响蚯蚓的数量和生物量。可见,传统的林下高氮模拟氮沉降实验可能会高估了氮沉降对蚯蚓的负效应。2)施氮方式对两个代表性蚯蚓种类(Amynthas sp.1和Amynthas sp.2)的营养级没有显著影响,但林下和林冠高氮处理均提高了蚯蚓的营养级。3)林冠施氮显著增加了土壤总氮和硝态氮含量,显著降低了土壤pH值、土壤总磷和有效磷含量;林下施氮显著降低了凋落物钙含量,土壤pH值、土壤碳、总磷以及铵氮含量。4)施氮方式和施氮浓度对主要土壤微生物类群的生物量没有显著影响。5)RDA的结果表明蚯蚓群落结构与凋落物和土壤的理化性质以及微生物群落结构等都有紧密的联系。凋落物的总氮含量及土壤微生物主要类群的生物量与蚯蚓群落大小负相关,而土壤pH值和DOC含量与蚯蚓群落大小正相关。可见,虽然土壤微生物与蚯蚓群落关系密切,上述氮沉降对蚯蚓群落特征的影响,并非通过改变土壤微生物主要类群的生物量而实现,更可能与氮沉降对凋落物和土壤理化性质的改变有关。林冠模拟氮沉降和林冠增雨实验发现:1)林冠施氮和增雨对蚯蚓数量和生物量均无显著影响,但施氮和增雨交互时显著降低了蚯蚓数量以及表栖型蚯蚓Amynthas sp.1的生物量。2)林冠施氮和增雨均对Amynthas sp.1营养级无显著影响,但增雨有提高Amynthas sp.2营养级的趋势(P=0.063)。3)林冠施氮显著降低了凋落物总磷、土壤总磷和钙含量及土壤pH值;增雨则显著提高了凋落物总磷和土壤总磷含量,显著降低了土壤铵氮含量;林冠施氮和增雨共同作用时显著降低了凋落物碳、氮和钙含量。4)林冠施氮和增雨均对土壤微生物主要类群的生物量无显著影响,但在施氮的基础上增雨显著提高了土壤细菌胁迫指数。5)RDA结果表明,土壤理化性质的变化可解释94.67%的蚯蚓群落结构的差异,但土壤微生物群落结构和凋落物理化性质也与蚯蚓群落结构有一定联系。其中,凋落物氮磷比,土壤DOC与蚯蚓群落大小正相关,土壤有效磷和细菌胁迫指数与蚯蚓群落大小负相关。可见,林冠施氮和增雨共同作用下,蚯蚓群落和土壤细菌活性都被抑制,具体机制仍不清楚,但可能与氮磷有效性的明显增加有关。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q958
【图文】：

鸡公山,样地

2 研究区概况地介绍公山国家级自然保护区，位于河南省信阳市李家寨镇（31°46′N-4°06′N），地处豫鄂两省交界处，总面积 2917hm2。海拔最高为北亚热带、暖温带森林生态系统的自然保护区[72]。地处北亚热带边影响，四季分明，光、热、水同期。年平均气温 15.2℃，年平。样地的主要优势乔木有枫香（Liquidambar formosana）、三角）和栓皮栎（Quercus variabilis）等，灌木主要有野桐（Mallotus Lindera glauca）等[73-74]。土壤类型为黄棕壤。鸡公山背景氮沉yr-1[73-76]。

施氮,林冠,鸡公山

UN50、CW、CNW，共计 28 个样方，每个样方约为 907m。CK 既不增雨也不加 N 溶液，CN25 为林冠施氮 25 kg N ha-1yr-1，UN25 为林下施氮 25 kg N ha-1yr-1，CN50 为林冠施氮 50 kg N ha-1yr-1，UN50 为林下施氮 50kgNha-1yr-1，施氮处理用水量相当于每次多施加 3mm 的降水量。CW 为额外增加当地年降雨量（1101.7±67.2 mm）的 30%，约 330mm降水量，CNW 为林冠施氮 25 kg N ha-1yr-1，同时额外增加当地年降雨量的 30%。每年处理时间为生长季即每年的 4-10 月份，CN25、CN50、UN25、UN50、CNW每月喷洒一次，CW 和 CNW 每月喷洒水 4 次。均选择在晴朗无风的傍晚，以最大限度的减少其他因素带来的误差，氮素采用硝酸铵（NH4NO3）（纯度为 99.9%，广州化学试剂总厂生产）[73-76]。平台建成于 2012 年，2013 年 04 月开始运行。主要包含了两个试验：施氮方式和施氮浓度的处理（CK、CN25、CN50、UN25、UN50），以及林冠施氮和林冠增雨的处理（CK、CN、CW、CNW）其中 CK 和 CN25 为两个试验共用，施氮方式和施氮浓度试验中的 CN25 即为施氮增雨试验中的 CN。

氮沉降,蚯蚓,生物量,显著影响

图 4-1-1 氮沉降对蚯蚓数量和生物量的影响4.1.3 模拟氮沉降对鸡公山两种优势种蚯蚓数量和生物量的影响施氮方式对 A.sp.1 数量的影响虽然未达到显著水平，但与林冠施氮（CN25、CN50）相比，林下施氮（UN25、UN50）降低了 A.sp.1 的数量（P = 0.071）；施氮浓度对 A.sp.1数量并无显著影响（P = 0.143）；施氮方式与施氮浓度交互时对 A.sp.1 数量同样无显著影响（P = 0.143）。与 CN25 相比，CN50 对 A.sp.1 数量并无显著影响（P = 1），UN25对 A. sp.1 数量同样无显著影响（P = 0.807）；与 UN25 相比，UN50 显著降低了 A.sp.1数量（P = 0.039）；与 CN50 相比，UN50 显著降低了 A.sp.1 的数量（P = 0.021）（图4-1-2A）。林冠施氮对 A.sp.1 数量并无显著影响（P = 0.486），与 CK 相比，CN25 对A.sp.1 数量并无显著影响（P = 0.299），CN50 对 A.sp.1 数量同样无显著影响（P = 0.299）；林下施氮则对 A.sp.1 数量有显著影响（P = 0.028），与 CK 相比，UN25 对 A.sp.1 并无

【参考文献】