冻融作用下模拟氮沉降对松嫩羊草草原土壤动物与土壤性质的影响

发布时间：2018-10-31 09:10

【摘要】：土壤动物群落结构和功能在生态系统养分循环和能量流动中具有重要作用。在全球范围内，不同生态系统土壤动物群落的研究受到人们的广泛关注。人类活动导致的大气氮沉降等问题对全球生态系统进程具有重要影响。松嫩草原是东北地区生态建设的重点环节，在气候调节、生物多样性保护方面起到重要的作用，但很少有研究关注季节性冻融时期该区域草原的生态系统进程。土壤动物群落动态和多样性的影响是土壤生态进程的重要组成部分，但是目前为止在季节性冻融作用下大气氮沉降对草原生态系统中土壤动物的影响还不清楚。所以本文以松嫩典型羊草草原为对象，研究在季节性冻融作用下模拟大气氮沉降对土壤动物群落特征和土壤性质的影响，，同时分析了土壤动物群落特征与土壤性质之间的关系。获得以下研究结果：通过2013年12月（秋冬季节交替期）、2014年1月（完全冻结期）、2014年3月（冬春季节交替期）和2014年6月（生长季）的四次采样，共获得土壤动物21类，土壤动物个体数2604只，隶属于1门4纲14目（亚目）16科（总科）。在这四个取样时期，土壤动物优势类群包括等节跳科、甲螨亚目、辐螨亚目、革螨亚目，占土壤动物总数量的78.61%。常见类群为棘跳科、蚊科、蚁科、圆跳科和同翅目，占土壤动物总数量的16.24%。优势类群和常见类群占全部土壤动物数量的94.85%，构成了松嫩羊草草原土壤动物的组成主体。稀有土壤动物共有象甲科、步甲科、隐翅甲科等12类，占全部土壤动物数量的5.15%。土壤动物群落组成在不同取样时间存在差异，土壤动物的类群数和个体数总体呈先下降后上升的趋势，并且土壤动物类群数和个体数在2014年1月达到最低水平，在2014年6月达到最高水平。土壤动物群落组成表现出明显的表聚性。随着土层的加深，土壤动物的类群数和个体数逐步降低。氮沉降量的变化会影响土壤动物的群落动态，低浓度氮添加增加了土壤动物类群数和个体数，提高土壤动物群落多样性，而高浓度氮添加对土壤动物群落结构却表现出相反的影响效果。未刈割处理与刈割处理对土壤动物群落组成的影响与取样时间、土层深度和施氮量有关。土壤动物群落的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数随取样时间、土层深度和施氮量呈现不同的变化规律。随着冬季温度降低，冻融作用影响下土壤动物的多样性指数、优势度指数、均匀度指数和丰富度指数均表现出先降低后升高的趋势，在2014年1月达到最低值而后升高。土壤动物的多样性指数和丰富度指数随土层深度的加深而降低，优势度指数和均匀度指数随土层深度的加深而升高。土壤动物群落多样性指数和丰富度指数随着施氮量的升高先增加后降低。氮的添加导致土壤动物群落优势度指数和均匀度指数降低，多样性指数和丰富度指数总体呈先上升后下降的趋势。与未刈割处理相比，刈割处理对土壤动物群落多样性指数的影响不明显。土壤酶活性和土壤理化性质在不同取样时间、土层深度和施氮量处理中存在差异。土壤脲酶、蛋白酶和蔗糖酶活性表现为随施氮量的增加呈现先升高后降低，并与温度变化呈正相关，与土壤深度呈负相关。土壤过氧化氢酶在不同取样时间、土层深度和施氮量处理下变化不明显。土壤pH值在秋冬季节交替期和冬春季节交替期冻融作用的影响下升高，在生长季下降。表层土壤pH值普遍高于下层土壤，土壤pH值随施氮量的增加而下降。冬季冻融作用使土壤无机氮含量升高，但是春季积雪融化等因素导致土壤硝态氮含量的大幅下降，土壤无机氮含量随土层深度的加深而降低，随施氮量的增加而增加。从秋季到初春期间的冻融交替作用使土壤有机质含量略微下降，土壤有机质含量随着土层深度的加深而降低，随着施氮量的增加而增加。土壤动物群落组成、土壤酶活性和土壤性质之间存在相互联系和影响。不同的土壤酶促产物使土壤酶活性对土壤动物群落组成产生不同影响，蔗糖酶活性对土壤动物影响最大，蛋白酶次之，脲酶和过氧化氢酶的影响较小。土壤性质对土壤动物的影响与土壤酶活性的影响相似。无机氮含量对土壤动物群落组成影响最大，土壤pH值和有机质含量对土壤动物群落组成也有较大的影响。在不同取样时间、土层深度和施氮量下土壤性质的差异能够对土壤酶活性产生影响，其中土壤有机质含量对于土壤酶活性影响最大，其次是土壤pH，无机氮含量对土壤酶活影响相对较小。上述研究结果可为认识高纬度地区草原生态系统季节性冻融作用下氮沉降对生态进程的影响提供参考和依据。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812.2

【参考文献】