林下植物功能群丧失对桉树人工林土壤生态系统多功能性的影响

发布时间：2017-12-11 21:01

  本文关键词：林下植物功能群丧失对桉树人工林土壤生态系统多功能性的影响

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【摘要】：生态系统多功能性不仅是生态系统功能和健康的重要标志,也是森林和人类社会可持续发展的重要基础。生物多样性与生态系统多功能性(BEMF)的整合研究是对生物多样性与生态系统功能(BEF)关系研究的深化,是当今国际生态学研究的前沿和热点,同时也是全面认识和准确评估生态系统结构、功能及可持续性的最有效途径。桉树人工林是我国南方重要的短周期人工用材林,面积450万hm2,居全球第二位。目前,人工林地上、地下生物多样性对土壤生态系统多功能性的影响研究尚少,尤其缺乏短周期桉树人工林下植物功能群丧失对地下生物多样性和地上地下生物多样性对土壤生态系统多功能性的影响研究,亟待深入探讨。本研究基于野外桉树人工林林下植物功能群调控试验、土壤氮转化试验、凋落物分解试验以及植物群落、土壤微生物群落、土壤理化性质的调查分析数据,研究了林下不同植物功能群丧失、土壤微生物群落结构和功能改变对土壤理化性质、土壤氮转化、土壤碳氮磷储量、以及凋落物分解等主要土壤生态系统功能和过程的影响,较系统的探讨了地上地下生物多样性与土壤生态系统多功能性的关系;通过建立结构方程模型,探讨了生物和非生物因素对土壤生态系统多功能调控的路径及相对贡献。主要结果如下:(1)不同植物功能群与土壤养分循环功能的关系具有不一致性。去除林下木本植物功能群将显著降低土壤养分的有效性,而去除草本和蕨类植物功能群则显著提高土壤养分的有效性。林下植被由多功能群组成(多样性高)的群落比单一功能群组成(多样性低)的群落更有利于凋落物的分解。(2)土壤氮转化速率对植物功能群去除的响应不一致。去除木本植物功能群将显著降低土壤氮氨化速率、硝化速率及矿化速率,而去除草本(含禾草)植物功能群则提高土壤氮氨化速率、硝化速率及矿化速率。木本植物功能群丧失导致土壤养分有效性降低和草本植物功能丧失导致土壤养分有效性提高是产生这一结果的主要原因。(3)去除林下木本植物功能群和去除林下草本(包括禾草和杂草)植物功能群将产生完全不同的土壤生态效应。去除木本植物功能群将显著降低土壤微生物碳氮含量、土壤微生物PLFAs含量以及土壤酶活性,去除草本植物功能群则反之。木本植物功能群丧失导致的土壤养分有效性显著降低是主因。(4)地上植物多样性与地下微生物多样性存在明显的正相关关系。地上、地下群落间的多样性指数具有显著的线性正相关关系,地上植物群落多样性指数与地下土壤微生物群落PLFAs含量也呈显著或极显著正相关。去除木本植物功能群对土壤微生物群落PLFAs多样性指数的影响最大,而去除草本植物功能群对土壤微生物群落PLFAs多样性指数的影响较小。其影响机制是去除木本植物功能群植物多样性丧失率高(40%～75%),而去除草本植物功能群物种丧失率低(8%～25%)。林下木本植物功能群是影响土壤微生物多样性最重要的驱动因子。(5)地下土壤微生物群落多样性和土壤生态系统功能关系与地上植物多样性和土壤生态系统功能关系存在一致性。地上植物物种多样性的增加有利于地下土壤微生物群落多样性发展和土壤生态系统多功能的维持。(6)不同植物功能群提供或维持土壤生态系统多功能性的能力并不一致。桉树人工林下,木本植物功能群提供或维持土壤生态系统多功能性的能力显著强于草本植物功能群。导致这种现象的主要原因是,木本植物功能群因其能提供更多样化的凋落物及根系分泌物,能为地下微生物群落提供更多底物和生境,从而增强了土壤养分循环、养分储量、氮转化及酶活性等土壤生态系统多功能性。(7)桉树人工林连栽生态系统退化的机制,主要是通过连栽导致木本植物功能群丧失,引起土壤微环境质量恶化、养分有效性降低,影响土壤微生物多样性和土壤酶活性,使生态系统维持土壤多功能性的能力下降,最终导致整个生态系统退化。因此,在桉树人工林抚育中应保留林下的木本植物功能群,以增强土壤养分的有效性,提高土壤微生物生物量及酶活性,维持土壤生态系统多功能性。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S718.5
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本文编号：1279878