三江平原典型湿地土壤动物群落结构演替和功能响应研究

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中文摘要：土壤无脊椎动物是湿地生态系统结构的重要组成部分，对湿地生态系统物质循环和能量流动具有重要的作用；但迄今为止，对于土壤生物多样性及其如何影响湿地系统功能的报道十分有限，以致人们对其认识仍非常模糊。土壤生物区系在土壤生态系统过程中的作用、土壤生物多样性与生态系统功能的关系等方面是现代土壤生态学和湿地科学新的重要研究内容。本论文以三江平原不同演替阶段典型湿地系统作为研究对象，按照“结构演替-过程变化-功能响应”的基本思路，通过野外定位、野外控制、室内模拟培养和多因子比较等方法，研究了土壤动物群落结构演替过程，探讨了湿地土壤动物枯落物分解、影响土壤理化性质及微量气体排放和对土壤、植物元素的富集和传递等过程-功能对结构演替的响应。主要得出以下结论：沼泽湿地土壤动物既包括典型陆生土壤动物物种，也包括水生系统底栖物种；代表了沼泽湿地系统的过渡性。湿地土壤动物的个体总数、类群数和丰富度指数最大值都出现在夏季7、8月份。土壤动物垂直分布格局，整体表现出明显的表聚性。在局域尺度内，土壤营养物质含量、容重和湿度是主要的影响因子。土壤动物功能类群上表现为腐食性土壤动物＞捕食性土壤动物＞植食性土壤动物。典型沼泽湿地向沼泽化草甸和草甸方向演替，动物类群数量增加；优势类群和常见类群的种类和数量都发生明显的变化。群落上随着湿地系统演替，也由真螨-蜘蛛-柄眼目向真螨-线虫-鞘翅目成虫演替。螨类和弹尾目土壤动物的数量比(A/C)呈现整体下降趋势，也很说明了土壤动物向旱生方向发展。不同演替阶段湿地枯落物分解过程中土壤动物作用明显，且参与分解的土壤动物的类群越多，枯落物质量损失率越大。土壤动物对三种枯落物质量损失的平均总贡献率为总损失量的35.35％。湿地土壤动物分解作用力大小和显著性随着湿地类型演替而发生变化，且具有季节动态差异。土壤动物对小叶章枯落物中C、P含量和毛苔草中P含量变化产生显著影响。三种枯落物的C/N和C/P变化过程也对不同类群土壤动物作用表现出不同程度的响应。土壤动物作用下生长季164 d，小叶章、乌拉苔草和毛苔草枯落物分解的失重率分别为初始重的31.98％、32.99％和28.91％。分解过程中小叶章和毛苔草枯落物中有机碳浓度波动较大，而乌拉苔草枯落物中持续下降；三种枯落物有机碳绝对含量都表现为净释放。小叶章、毛苔草和乌拉苔草枯落物中N绝对含量分别发生净释放、净增加和净释放。三种枯落物中P浓度都表现为净释放。多因子控制实验表明，土壤动物一定程度地影响枯落物分解过程主要营养物质含量变化，特别是在TP的释放和固定中起着显著的作用；在TN含量的变化中土壤动物的作用也明显大于环境要素。因此，土壤动物的分解功能不容忽视。三江平原小叶章沼泽化草甸和小叶章草甸过渡地带经常是蚂蚁活动的频繁区域，分布有凹唇蚁、黄毛蚁和黑毛蚁等多种蚂蚁类群，形成了不同的巢丘。蚂蚁构筑体(biogenic structures)改变了微土壤本身的质地和微土壤环境的温湿度；打破了湿地原有的微地貌格局，改变了原有的微水文地貌环境。蚂蚁巢丘土壤改变了自然湿地土壤中C、N和P的分布格局与含量特征。蚯蚓能够提高湿地土壤CO2和CH4的释放，而且是N2O重要的生物源；且随土地利用方式的变化而发生变异。蚯蚓不同程度的增加了湿地土壤TN、NH4+-N、NO3--N、TP、AP的含量；而减少了土壤TOC的含量；同时激发了微生物的活性，增加了土壤MBC和MBN。同一湿地中典型植食性、多食性和捕食性土壤动物体内大量和微量营养元素的含量特征不同，湿地演替改变了湿地土壤动物体内营养元素的含量特征。同功能群中不同种土壤动物对土壤、植物和次级消费者体内微量元素的富集能力不同，而且同种类土壤动物在不同演替阶段湿地中的富集能力也不同。

作者：

武海涛

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关键词：

土壤动物枯落物分解微量气体元素富集三江平原湿地群落结构演替功能响应湿地生态系统

授予学位：

博士

学科专业：

环境科学

导师：

吕宪国

学位年度：

2009

学位授予单位：

中国科学院东北地理与农业生态研究所

语种：

中文

中图分类号：