凋落物分解过程中无脊椎动物与微生物群落的相互作用随海拔的变化特征

摘要

以无脊椎动物为主的土壤动物和微生物群落是生态系统物质循环与能量转换的积极参与者，在凋落物分解中具有不可替代的作用。因此，理解凋落物分解过程中无脊椎动物和微生物群落动态及其交互作用，对于深入认识凋落物分解机理具有重要的意义。理论上，凋落物分解过程中的无脊椎动物和微生物群落动态及其交互作用可能随着生态系统类型，尤其是海拔梯度上的生态系统类型而发生显著的变化。然而，迄今未见相关研究报道。岷江流域作为长江上游最为重要的支流之一，在调节区域气候、保育生物多样性、涵养水源和调节河川径流等方面具有突出的战略地位。同时，该区域垂直气候分异明显，且受到地形地貌影响，形成了土壤类型和植被类型明显不同的生态系统类型，这些不同的生态系统类型为研究无脊椎动物和微生物群落对凋落物分解的相对贡献、凋落物分解过程中无脊椎动物和微生物群落动态及其交互作用提供了理想的研究场所。因此，本研究采用凋落物网袋法，研究了岷江流域海拔梯度上7种典型生态系统14种植物凋落物分解过程中无脊椎动物和微生物群落结构变化及凋落物质量损失，探讨无脊椎动物和微生物群落对凋落物分解的相对贡献以及二者的相互作用，以期为更深入地理解凋落物分解机制提供理论依据。研究表明:
　　1)随着海拔升高、降水减少，土壤无脊椎动物活性逐渐受到抑制。水热充足时，无脊椎动物不仅种类和数量多，同时多样性、均匀性和丰富度都较高。然而，当水热条件不足时，部分无脊椎动物活性受到抑制，导致群落优势度变高。这也说明海拔梯度造成的水热差异是调控无脊椎动物活性的关键因子。
　　2)无脊椎动物类群密度和多样性指数随着分解进程逐渐增加，优势度指数逐渐减小，个体密度在凋落物分解第二年12月份达到最大。不同生态系统中，凋落物分解第一年无脊椎动物类群密度和个体密度差异不显著，第二年则出现较大差异。多样性、均匀性、优势度和丰富度指数在2年的分解过程中不同生态系统间都存在较大差异。这说明不同的分解时期对土壤无脊椎动物的活性有着显著的影响。
　　3)微生物群落中，主要由细菌组成，同无脊椎动物一样，受到海拔驱动的水热条件的控制。在水热条件不足时，细菌活性受到抑制，而真菌活性却有所增加，并作用于凋落物分解。
　　4)微生物多样性指数和均匀性指数均表现为干旱河谷—森林交错带＞亚高山森林＞北亚热带森林＞高山草甸＞中亚热带森林＞高山森林＞干旱河谷;丰富度指数表现为干旱河谷＞干旱河谷—森林交错带＞亚高山森林＞北亚热带森林＞中亚热带森林＞高山森林＞高山草甸;优势度指数表现为高山森林＞干旱河谷＞中亚热带森林＞高山草甸＞亚高山森林＞北亚热带森林＞干旱河谷—森林交错带。
　　5)凋落物分解第一年冬季微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)含量和细菌PLFA含量高于生长季，第二年冬季低于生长季。真菌PLFA含量和真菌/细菌在凋落物分解初期较高，其他时期较低。凋落物分解第一年革兰氏阳性菌和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌低于普遍第二年，革兰氏阴性菌PLFA含量变化无明显规律。
　　6)在不同生态系统无脊椎动物却对凋落物中细菌、真菌PLFA含量、真菌/细菌或者微生物群落结构产生显著影响，同时显著改变了微生物群落结构，但受到生态系统、凋落物质量和采样时间的调控。高山/亚高山地区凋落物2年的分解过程中无脊椎动物和微生物存在竞争关系。干旱河谷—森林交错带和干旱河谷地区，土壤生物活性受到低温、干旱和土壤瘠薄等环境的限制，无脊椎动物的活动增加了微生物的活性，但同时也导致微生物群落结构稳定性降低。亚热带凋落物2年分解过程中，无脊椎动物数量和种类的增多促进了凋落物中细菌活性，降低了真菌活性。
　　7)无脊椎动物和微生物对凋落物质量损失具有显著作用。无脊椎动物改变了凋落物分解速率，其中促进了草本——黑褐苔草和针叶凋落物——冷杉、红桦、岷江柏（干旱河谷）、抗子梢和马尾松凋落物的分解，而对阔叶凋落物主要起到抑制作用。真菌在凋落物分解初期起主要作用，细菌主要在凋落物分解后期作用更显著。无脊椎动物和微生物对凋落物分解的贡献受到生态系统、采样时间和凋落物质量的调控。
　　凋落物分解过程不仅随着海拔梯度上升而变化，而且还受到凋落物质量和微环境的调控。无脊椎动物与微生物群落的相互作用随着海拔升高而变化，其在很大程度上控制着凋落物分解过程。然而，无论是无脊椎动物和微生物之间的关系，还是二者对凋落物分解的贡献，都受到凋落物质量、生态系统和分解时期的调控。

目录

论文说明

声明

摘要

引言

1 国内外研究进展

1．1 微生物对凋落物分解的贡献

1．2 无脊椎动物在凋落物分解过程中的地位

1．3 岷江流域生态地位

1．4 研究目的意义

1．5 研究目标与内容

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

2 试验设计

2．1 研究区域概况

2．2 无脊椎动物排除与凋落物分解实验

2．3 微生物多样性及生物量测定

2．3．1 PLFA的命名

2．3．2 PLFA提取

2．4 数据分析

3 结果与分析

3．1 环境因子特征

3．2 凋落叶初始质量特征

3．3 无脊椎动物群落结构

3．4 微生物PLFA含量

3．4．1 微生物总PLFA含量和细菌PLFA含量动态变化

3．4．2 真菌和真菌／细菌动态变化

3．4．3 革兰氏菌PLFA含量动态变化

3．4．4 微生物群落结构动态

3．4 无脊椎动物、温度特征与微生物群落的相关性

3．4．1 高山／亚高山地区无脊椎动物、温度特征与微生物群落的相关性

3．4．2 干旱河谷和交错带无脊椎动物、温度特征与微生物群落的相关性

3．4．3 亚热带森林无脊椎动物、温度特征与微生物群落的相关性

3．5 影响微生物群落的因素

3．6 凋落物质量分解率

3．7 微生物同凋落物失重率的相关性

4 讨论

4．1 凋落物质量损失对海拔的变化特征

4．2 无脊椎动物、微生物对凋落物质量损失的影响

4．3 微生物活性对季节动态的响应

4．4 无脊椎动物对微生物的影响

5 结论

6 研究展望

参考文献

致谢

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