凋落物对过熟马尾松纯林及混交林土壤养分与微生物的影响

论文摘要

目前,添加和去除凋落物对人工林土壤养分和土壤微生物群落结构与功能的影响研究尚少,尤其缺乏对人工过熟纯林及其混交林的比较研究,亟待深入探讨。本研究以60年生的马尾松纯林和马尾松×红锥异龄混交林为对象,利用野外调查、生化分析、综合比较等方法,探讨过熟马尾松纯林及其混交林土壤养分、土壤微生物结构和功能对凋落物去除和添加的短期响应,以揭示过熟马尾松纯林及其混交林对凋落物去除和添加的不同的响应效应,其研究结果对马尾松人工纯林的近自然化改造及适应性管理具有重要意义。得到以下主要结论:（1）凋落物处理对土壤养分存在显著影响,但因处理时间长短而异。凋落物处理半年时（干季）,与对照相比,纯林中去除和添加凋落物处理均能显著提高土壤的有机碳含量,分别提高34.19%和29.37%（p<0.05）,而混交林却表现为土壤有机碳减少,分别降低14.07%和10.67%，但差异不显著（p>0.05）。凋落物处理一年后（湿季）,去除凋落物使纯林土壤有机碳含量下降7.37%，差异不显著（p>0.05）,而混交林却呈极显著下降（19.40%）（p<0.01）;添加凋落物均极显著提高纯林和混交林土壤有机碳含量,分别提高24.8%和17.74%（p<0.01）。三因素方差分析表明,不同凋落物处理方式、季节、林分及其交互作用对土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷和速效钾都有显著或极显著的影响。（2）凋落物处理显著影响土壤微生物群落组成和结构。在干季,纯林中,添加凋落物处理显著降低土壤细菌和总PLFAs含量,却显著提高真菌的PLFAs含量（p<0.05）;而去除凋落物处理对土壤各类群微生物的PLFAs含量影响均不显著（p>0.05）。在混交林中,去除和添加凋落物处理均能显著提高真菌、放线菌和总PLFAs含量,添加凋落物处理还能显著提高细菌的PLFAs含量（p<0.05）。在湿季,去除和添加凋落物处理对两种林分土壤细菌、真菌、放线菌、丛枝菌根真菌及总PLFAs含量均无显著影响（p>0.05）。方差分析表明,两种林分中,对照、添加、去除凋落物处理的土壤细菌、真菌、放线菌、丛枝菌根真菌及总PLFAs含量均表现为干季极显著高于湿季（p<0.01）,混交林显著高于纯林（p<0.05）。（3）凋落物处理对土壤微生物Biolog多样性影响较小,但指数间有所不同。在干季,纯林中添加凋落物处理能显著提高土壤微生物PLFAs的Simpson指数和Pielou均匀度指数;在混交林中,凋落物处理对Simpson指数和Pielou均匀度指数无显著影响。在湿季,无论是纯林还是混交林,去除和添加凋落物处理对Simpson指数和Pielou均匀度指数均无显著影响（p>0.05）。在两种林分中,无论是干季还是湿季,凋落物处理对土壤微生物Biolog多样性指数均无显著影响（p>0.05）。三因素方差分析表明,处理×季节×林分的交互作用对土壤微生物PLFA多样性与Biolog多样性的影响均不显著。（4）在干季,添加凋落物使两种林分土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、酚氧化酶活性分别提高5.57%、26.98%和28.18%、72.42%（p<0.05），而N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶活性分别降低了9.23%和17.23%。去除凋落物使纯林土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶、过氧化物酶活性显著提高15.15%、20.96%和10.06%（p<0.05）,却使多酚氧化酶活性显著降低31.97%;同样,去除凋落物使混交林土壤N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶、酚氧化酶、脲酶活性显著提高50.46%、38.62%、26.28%、111.52%和12.84%,而过氧化物酶活性显著降低32.34%。在湿季,添加凋落物使纯林土壤N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶活性显著提高25.28%，却使土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性降低12.78%（p<0.05）;而去除凋落物使纯林土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性显著降低15.18%和19.40%。在湿季,添加凋落物显著提高混交林土壤N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶、酚氧化酶、过氧化物酶和脲酶活性,分别提高13.40%、21.20%、33.49%、36.20%、17.95%（p<0.05）;而去除凋落物显著降低混交林土壤N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和脲酶活性,分别降低20.06%、20.75%、17.15%（p<0.05）。本研究还发现,凋落物处理一年后,土壤微生物主要利用碳源由酸类转变为以酯类和酸类为主。（5）相关分析表明,除土壤有效氮和全磷外,土壤有机碳、全氮、速效钾、速效钾:全钾与细菌、真菌、放线菌、丛枝菌根真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌以及群落总PLFA含量呈显著或极显著的负相关（p<0.05或p<0.01）,而土壤全钾、有效磷、有效氮:全氮、有效磷:全磷与上述7类菌群和总PLFA含量呈显著或极显著正相关（p<0.05或p<0.01）。土壤有机碳、全氮、速效钾、速效钾:全钾与N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶和脲酶活性呈极显著的正相关,却与β-1,4-葡萄糖苷酶活性呈极显著的负相关;相反,有效磷、有效氮:全氮、有效磷:全磷与N-乙酰-(p-氨基葡萄糖苷酶和脲酶活性呈显著的负相关,却与β-葡萄糖苷酶活性呈显著的正相关。土壤有机碳、全氮、速效钾、速效钾:全钾与5类碳源呈显著或极显著的负相关（醇类除外）,而全钾、有效磷、有效氮:全氮、有效磷:全磷与5类碳源呈显著或极显著的正相关（醇类除外）。（6）研究表明,马尾松纯林及其混交林土壤养分、土壤微生物群落结构和功能对凋落物去除和添加的短期响应存在较大差异,支持我们的假设。造成此种现象与样地植被类型、气候、土壤及人为活动等因素密切相关。野外调查发现,马尾松纯林林下植被多样性丰富,凋落物深厚,而马尾松红锥异龄交林林分郁闭度大,林下灌木、草本及其稀缺,凋落物虽深厚,但结构复杂。去除和添加凋落物对纯林和混交林的影响不能一概而论,存在复杂性和多变性,这是森林生物多样性及其与土壤微生物关系的复杂性决定的。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李海燕

导师: 温远光

关键词: 纯林,混交林,凋落物,土壤养分,土壤微生物群落

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 广西大学

基金: 国家自然科学基金项目:珍贵乡土树种与桉树混交修复土壤质量的效应及机理研究(31860171),国家自然科学基金项目:桉树连栽的生物多样性效应及其对长期生产力的影响(31460121),广西重点研发计划项目:石漠化植被修复与生态利用技术集成创新及示范(2018AB40007),广西科技重大专项:桉树人工林对生物多样性的影响机理与调控机制(2010GXNSFG169007),广西高等学校重大科研项目:生态高值人工林构建技术研究与示范(201201ZD001),广西林业厅科研项目:广西主要人工林生态功能研究(桂林科字[2009]第八号),广西自然科学基金项目:桉树与固氮和非固氮树种的混交对土壤活性有机碳的影响及其关键作用途径的研究(2017GXNSFAA198114),国家自然科学基金项目:南亚热带典型人工林土壤氮转化关键过程的制约因素及其调控机制(31560201),广西自然科学基金项目:固氮树种对南亚热带典型人工林土壤氮磷循环的影响及其调控机制(2016GXNSFBA380222)

分类号: S714

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