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大老岭国家森里公园自70年代末开始引种日本落叶松以来,到如今已大面积种植。以往对外来种方面的研究,大多集中于地表植物及动物群落组成和变化,却常常忽略了广泛存在的外来种土壤微生物多样性和微生物群落的变化以及其凋落物的动态变化。本研究通过采用BIOLOG ECO微平板技术,研究日本落叶松林下土壤微生物活性和功能多样性,以及通过设置凋落物收集装置研究凋落物的时间动态特征。实验结果可探讨微生物与土壤、微生物与凋落物、凋落物与土壤之间的关系以及揭示引进外来种对本地土壤和植被产生的影响提供科学基础,同时为大老岭地区森林土壤肥力的提高以及林业的经营管理提供参考依据。 本研究分三个部分进行,分别包括以不同林龄下的23年生日本落叶松林、17年生的日本落叶松林以及针阔混交林为研究对象,研究不同林龄下的日本落叶松林土壤理化性质、微生物功能多样性和活性;以23年生不同人为扰动强度下的日本落叶松林为研究对象,分A、B、C、D四个扰动强度(A到D逐渐减小)和E(未经人为干扰),研究不同扰动强度下的日本落叶松林土壤理化性质、微生物活性和功能多样性;以23年生日本落叶松林、17年生日本落叶松林和针阔混交林为研究对象,研究凋落物的动态变化特征。 (一)不同林龄日本落叶松林下土壤微生物活性和功能多样性研究表明: 随着培养时间的增加,平均光密度值逐渐增大,在培养240小时之后,平均光密度值(AWCD)、丰富度指数(H)、底物碳源利用数(S)的大小均为针阔混交林>17年生林>23年生林, AWCD值的大小分别为1.22>1.20>1.10;H值的大小分别为3.29>3.28>3.23;S值的大小为27.79>27.43>26.76。主成分分析表明,3种植物群落类型的主成分得分系数的差异在主成分1和主成分2上均达到显著水平(F=195.998,P<0.01;F=195.998,p<0.001)。其中23年生年林与17年生林和针阔混交林具有显著的分异。在对碳源的利用率上,微生物对碳源利用效率最高的是氨基酸类和酸类,但是23年生林、17年生林和针阔混交林土壤微生物对氨基酸类和酸类的利用率之间没有显著性的差异。 (二)不同扰动强度下日本落叶松林下土壤微生物活性和功能多样性研究表明: 随着培养时间的增加,各扰动强度下的微生物平均光密度值均增加,在培养216小时之后,从A到E的AWCD值分别为1.11、1.08、1.10、1.12、1.18;H值分别为3.21、3.16、3.20、3.21、3.25;S值分别为25.40、24.80、25.75、27.50。通过对不同扰动强度下代谢类型的主成分分析,结果表明,逐渐递减的扰动强度B、C、D、E,落叶松林代谢类型具有较大的分异,主成分1和主成分2的A、B、C强度下的代谢类型与D和E均有极显著性的差异,(F=78.102,P<0.01;F=96.512,p<0.01)。对碳源的利用率上,微生物对氨基酸类的利用效率最高,对单糖及糖苷类的利用效率最低,但是对单糖及糖苷类的利用率,B强度下的利用率与C和E之间呈显著性的差异。 (三)凋落物动态研究结果表明: 两次收集到的凋落物量为针阔混交林328.54 g/m2>17年生林225.53 g/m2>23年生林314.46 g/m2。日本落叶松凋落物的全氮和全磷含量要高于针阔混交林中的全氮和全磷含量,并且养分归还量也是日本落叶松的全氮和全磷养分归还量高于针阔混交林的全氮和全磷养分归还量。17年生的日本落叶松凋落物的全氮含量和全磷含量均高于23年生的日本落叶松凋落物和针阔混交林的凋落物,并且各处理之间具有显著性的差异。从地上凋落物的失重率的结果来看,夏季凋落物的失重率要高于秋季凋落物的失重率,针阔混交林中凋落物的失重率要高于日本落叶松林中凋落物的失重率。从地下凋落物失重率结果可知,仍然是夏季的凋落物失重率要高于秋季凋落物失重率,针阔混交林凋落物的失重率要高于日本落叶松林的失重率。