不同土地利用方式下土壤动物群落对氮矿化作用的影响毕业论文_生态学毕业论文

不同土地利用方式下土壤动物群落对氮矿化作用的影响毕业论文

2021-04-27更新

摘 要

本课题以东台林场内四种不同土地利用类型(杨树人工林、农田、草地、杨农复合林)为研究对象,在野外采用人工控制因素(土壤动物种类及多样性、顶盖埋管)的试验方法,探讨了苏北沿海不同土地利用方式下土壤动物及其多样性对N矿化作用的调控。研究表明:

1、作为微生物捕食者,土壤动物常常能够增加有机质的分解和氮素的矿化,其种类及生物功能与氮矿化有密切关系。土壤中的甲螨亚目、前气门亚目、弹尾目、蜈蚣目幼虫总数占土壤动物总数的90%以上。在同一系统中,土壤动物作用时间越长,越有利于氮矿化水平的提升。但动物对氮矿化的正影响大小也取决于土地的利用方式,土地利用方式与土壤动物自身生命活动相互影响,共同决定氮矿化水平。

2、杀除线虫后,杨农复合林内0-10cm和10-25cm土壤中,铵态氮含量分别下降了5.6%和13.6%,硝态氮含量则成0.5-3倍增长;农田中土壤中铵态氮含量下降50%左右,但硝态氮含量则成2-3倍增长;杨树林和草地土壤中铵态氮含量则增长了50%左右,但硝态氮含量则变幅不大。可见土壤线虫的存在虽然有利于土壤氮矿化作用,但这种有利的影响受限于线虫的数量及土壤的利用方式。

3、动物群落结构对氮矿化也有重要作用,影响效果在土壤垂直方向由上至下呈现下降趋势。同时,因土壤动物自身生命活动受限于土壤结构、环境因子、微生物因素等多方面的影响,故土壤动物群落结构对土壤氮矿化的影响也受多方面因子制约,但土壤动物数量及种类与土壤氮矿化水平总体呈正相关,显著提升了土壤氮矿化的水平。

关键词:不同利用方式;氮矿化;土壤动物;影响;

Effect of soil fauna on soil nitrogen mineralization

in different land-use types

ABSTRACT

With four different land use types (Polar plantation, Grassland, Polar-farmland, Farmland) in Dongtai Forest Farm as the object of the research, weapplied the method of manual control factors in the field to examine soil fauna species and diversity and its variety regulation of nitrogen mineralization in the coastal soil fauna under different land use types. Results showed that:

1, Soil fauna increase the decomposition of organic matter and nitrogen mineralization, its types and biological functions has a close relationship with nitrogen mineralization. The total number of Oribatida, Prostigmata, Collembola and Scolopendromorpha larvae in the soil were more than 90% of the total number of soil animals. In the same system, the longer of soil animals-affecting, the higher of nitrogen mineralized level. But animal influence on nitrogen mineralization was also depends on the land use types, the use-types and soil animals own life activities influence each other, jointly determine nitrogen mineralized level.

2, After removal nematode, the ammonium nitrogen content of 0-10 cm and 10-25 cm in the soil of Polar-farmland is decreased by 5.6% and 13.6% respectively and nitrate nitrogen content has increased by 0.5-3 times; the ammonium nitrogen content of farmland is decreased by about 50%,however, the nitrate nitrogen content has increased by 2-3 times; the ammonium nitrogen content of polar plantation and grassland was increased by about 50% but the nitrate nitrogen content has changed little. Though nematode benefits the nitrogen mineralization but its effect was limited by the number of nematode and land use types.

3, Fauna community structure is an important role on nitrogen mineralization, the effect has downward trend from top to bottom of soil vertically. Because of soil animals’ own life activities is limited by soil structure, various environmental factors and microbial factors, so the affect of soil animal community structure to soil nitrogen mineralization was controlled by many factors, but the soil animal number and species overall were positively correlated with soil nitrogen mineralized level, it significantly improved the soil nitrogen mineralization.

Keywords: different utilizations; nitrogen mineralization; soil fauna; influence

目 录

1 研究进展综述 – 5 –

1.1 国内外土壤动物对N素矿化影响的研究概况 – 5 –

1.1.1 研究内容概况 – 5 –

1.1.2 研究方法概况 – 5 –

2 研究概况 – 5 –

2.1 研究区样地设置 – 5 –

2.2 研究内容 – 5 –

2.3 研究方法 – 5 –

2.3.1 野外控制实验 – 5 –

2.3.2 土样的采集 – 5 –

2.3.3 室内试验 – 5 –

2.4 技术路线图 – 5 –

2.5 数据处理方法 – 5 –

3 分析与讨论 – 5 –

3.1 土壤动物的分类 – 5 –

3.2 不同土地利用方式下土壤线虫对氮矿化的影响 – 5 –

3.3 不同土地利用方式下土壤动物对氮矿化的影响 – 5 –

3.4 土壤动物组成结构及群落特征对N素循环的影响 – 5 –

结 论 – 5 –

致 谢 – 5 –

参考文献 – 5 –

1 研究进展综述

土壤动物是陆地生态系统结构中分解者亚系统的重要生物成员,通过粉碎植物残体,混合土壤有机物和表层无机物等直接作用,以及间接影响土壤微生物种类、数量与活性,调节并改良土壤结构,影响N矿化过程。因此,土壤动物群落对物质循环、养分的储存与释放起着重要的正反馈作用,是生态系统物质循环的重要过程之一[[1]]。从功能群水平上深入理解土壤动物对N矿化的调控,为建立土壤食物网结构奠定了理论基础;明确地上、地下生态系统间的生态过程关系,对阐明土壤动物群落结构及多样性对N矿化作用的调控、苏北沿海不同生态系统(杨树人工林、杨农复合经营系统、农田生态系统、草地生态系统)N矿化作用的影响机制有重要学术意义。

土壤动物是指栖息在包括大型植物残体在内的土壤环境中,并且在那里进行某些活动的动物群。它们是陆地生态系统重要的组成部分,也是物质循环和能量流动正常运行的关键环节。关于土壤动物在N矿化中的作用,国内外已进行了许多试验探索。由于野外测定的困难,这些研究绝大多数只是在小尺度的试验种群基础上开展,即或者利用土壤中原有的类群或者通过先清除再导入某些特定类群的方法人为构建一系列不同多样性水平的试验土壤动物群落进行研究。

1.1 国内外土壤动物对N素矿化影响的研究概况

在不同土地利用方式下,土壤动物对N素矿化的影响研究,近几年来逐渐引起了生态学和土壤学等领域的相关学者重视(H. Ferris,2011)。目前,国内有关土壤动物对凋落物分解以及N素矿化的影响报道少有(李贵才等,2001;廖中建,黎理,2007)。国外有关研究表明,土壤动物对N矿化的贡献起关键作用(Brussaard,1998),在土壤N矿化过程中,近30%的矿化贡献率来自于土壤动物的直接和间接调控(Griffithe,1994)。它们与微生物的生态交互作用可导致土壤N矿化速率增加(Michael,1992)。另外,增加食细菌和真菌的小型土壤动物(如线虫)的数量和增强线虫的生物活性,能显著促进细菌、真菌等对N素的释放和提高农业生态系统N的可利用性 (H. Ferris,2011)。

1.1.1 研究内容概况

土壤动物的群落特征、组成、结构与氮矿化关系联系紧密。研究表明,土壤动物对土壤有机质的分解和氮素的矿化起促进作用(Trofymow J A,1983)。Ferris等在用沙柱培养的对照实验中,增加了线虫的数量,研究其对土壤氮素矿化的影响,研究发现对照试验中线虫(Nematodes)的存在显著提升了氮矿化速率。另外对于单位体重的矿化量,较小的线虫大于较大的线虫(Ferris H,1998)。温带森林生态系统的研究显示,在凋落物层和腐殖质层中,土壤动物均显著促进了N矿化的速率,有些土壤动物类群的贡献率大约是微生物(真菌)的4倍 (Bergetal.,2001)。在有限的N素自然环境中,中小型土壤动物能够促进有机质转化、微生物生物量及养分的释放,对净N矿化速率的贡献大约为30%(Griffiths,1994)。在热带和亚热带地区,蚂蚁的数量极其丰富,它们的活动显著加速了有机质的分解和矿化(Gentry J B,1982)。Clarholm的研究表明,植株生长在经过灭菌后再接种细菌和原生动物的土壤中,土壤中的氮素比生长在无原生动物的土壤多达75%。蚯蚓是陆地生态系统中重要的大型土壤动物,通过混合有机质与无机质,能改变土壤的结构与理化性质,研究表明,蚯蚓可以通过直接和间接作用将枯枝落叶等有机态的氮转变为能被植物吸收利用的无机态氮,对氮素矿化具有明显的促进作用(张金波,2004;刘宾,2007;李辉信,2004)。毛小方等(2005)的研究采用悉生培养微缩体系,探讨了不同食细菌线虫取食密度下线虫对细菌数量和活性及土壤氮素矿化的影响。结果表明,线虫与细菌之间的相互作用显著提高了土壤铵态氮和矿质态氮含量,促进了土壤氮的矿化速率。不同取食密度处理间,线虫对土壤氮素矿化的促进作用与对细菌的增殖促进作用趋势一致(毛小方,2005)

1.1.2 研究方法概况

以往有关土壤动物对N矿化作用的研究,主要集中在微生态条件(microcosm)下,通过接种某些特定类群的土壤动物,探讨一类或几类土壤动物对N矿化的调控作用,其研究结果认为:大多数土壤动物单一类群对N矿化均具有促进作用(Vethoef et al.,1989;Ferris et.al.,1998),其中大中型土壤动物类群的作用似乎更加明显(Scheu and Parkinson,1994)。

目前国外学者对于研究土壤动物对N矿化的影响,己从单一类群深入到探索同种功能团(functional groups)和关键种对土壤N矿化的影响方面(同种功能团是指以同一方式利用相同资源的物种集团)。近年来人们更关心在土壤生态系统中处于食物网不同阶层的同种功能团对N矿化的影响,因为分类学意义上的物种多样性在土壤生态系统中具有局限性,丰富的土壤动物物种可以轻易的找到能利用的资源,并在生态系统中拥有较多的替代者,在某种物种缺失的情况下不会影响整个系统的功能(徐国良,2003)。

2 研究概况

2.1 研究区样地设置

试验地位于江苏省中东部的东台市林场(N 32۫۫۫۫ 52’,E121۫۫۫۫ 50’),地处黄海之滨,创建于1965年。林场东距黄海约8km,属暖温带向亚热带过渡的季风气候区,平均无霜期213d,年均温为14.6℃,年均降雨量约为1069mm,年均蒸发量约为1417mm。耕层土壤为碱性土,PH为9.0~9.5;耕层土壤含盐量为1.1~2.1g/kg。

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