林窗干扰对凋落叶分解过程中微生物生物量和细菌群落结构的影响

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基于“人工林近自然化改造”的思想,通过人工采伐林窗,探索了林窗干扰及林窗干扰下土壤动物对马尾松凋落叶分解过程中微生物生物量和细菌群落结构以及红椿凋落叶分解过程中微生物生物量的影响。试验从2013年11月起,选取长江上游低山丘陵区(四川宜宾高县境内)42年生成熟马尾松人工林为研究对象,通过砍伐形成了7种大小不等的近似正方形林窗斑块(G1:100 m2、G2:225 m2, G3: 400 m2、G4:625 m2、G5:900 m2、G6:1225 m2、G7:1600 m2),以纯林林下为对照。采用凋落物袋分解法和孔径排除法分析了林窗大小、林窗位置(林窗中心和林窗边缘)、物种、分解时间以及林窗干扰下土壤动物对马尾松凋落叶分解过程于中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和细菌群落结构的影响。此外,还监测了温度(AT)、凋落叶含水率(WC)等生态环境因子,测定了凋落物的全碳(C)、全氮(N)、全磷(P)、可溶性有机碳(DOC)含量,分析了因林窗干扰引起的环境变化和凋落物化学特性与微生物生物量和细菌群落多样性的相关性。结果如下:(1)林窗大小和分解时间对凋落叶中的MBC和MBN都有显著影响,但林窗位置对MBC和MBN的影响不显著。凋落叶中的MBC和MBN分别在中型林窗(G3和G4)和小型林窗(G1和G2)较高。总体来看,中小型林窗(G1-G4)更有利于凋落叶中微生物生物量的增加。从凋落叶中微生物生物量随分解时间的变化来看,红椿凋落叶中的MBC和MBN分别在分解90 d和30 d时最高,而马尾松凋落叶中的MBC和MBN都是在分解180 d时达到最高值。红椿凋落叶中的MBC和MBN显著高于马尾松凋落叶。凋落叶中的MBC和MBN除了与AT、WC显著相关外,与凋落叶的化学特性(C、DOC、DOC/C、N、C/N、P)也密切相关。(2)林窗大小、林窗位置、分解时间以及它们之间的交互作用影响着林窗干扰下土壤动物对马尾松凋落叶中MBC和MBN的作用。从马尾松凋落叶一年的分解过程来看,在G1林窗,土壤动物对凋落叶中MBN的增加有显著的促进作用。在林窗边缘,土壤动物也能显著增加凋落叶中的MBN。从分解时间来看,分解30 d和90 d时,土壤动物分别对凋落叶中MBN和MBC的增加有显著的促进作用;但分解180 d时,土壤动物显著降低了凋落叶中的MBC,而在分解270 d和360 d时,土壤动物对凋落叶中的MBC和MBN都无显著影响。(3)林窗大小和分解时间对马尾松凋落叶中的细菌群落结构和多样性都有显著影响。林窗的形成改变了凋落叶中的细菌群落结构和组成,减小了细菌群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数,但增大了优势度指数。分解90 d和270 d时的马尾松凋落叶中的细菌群落结构差异较大,分解90 d时的细菌类群(7大门10大纲)高于分解270 d的(5大门7大纲)。分解90 d时的细菌群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均高于分解270 d的,但优势度指数低于分解270 d的。分解90 d时,细菌群落的多样性与林窗大小(GS)、WC、AT、凋落物的C、N、DOC含量显著相关;分解270 d时,细菌群落的多样性仅与AT和C含量显著相关。总体来看,变形菌门是马尾松凋落叶第一年分解过程中的优势类群,有利于凋落叶分解过程中的碳氮循环。(4)林窗干扰下,林窗大小影响着土壤动物对马尾松凋落叶中细菌群落结构的作用,但无明显的规律。分解时间显著影响着土壤动物对细菌群落结构的作用。分解90 d时,土壤动物对马尾松凋落叶中的优势类群并无显著影响,但对凋落叶中不同细菌类群所占比例有所影响,这种影响随林窗大小的变化尚无明显规律。在分解270 d时,不同孔径处理下的凋落叶中的细菌优势类群存在显著差异,土壤动物对凋落叶中的优势类群有着显著影响。在试验区域及类似地区对马尾松人工林进行“近自然化改造”时,可采用100~625m2尺度的林窗干扰,这有利于凋落叶分解过程中微生物生物量碳和氮的增加,加快凋落叶的分解,提高人工林林地的土壤肥力。同时,中小尺度的林窗干扰还能促进凋落叶分解初期土壤动物对马尾松凋落叶中微生物生物量的作用。
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