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土壤生物是地下生态系统的重要组成部分,几乎所有的土壤过程都与土壤生物有关。土壤生物多样性高,并且几乎遍布所有的生态系统类型,是一种很好的可用于评价土地利用方式变化和受干扰程度的指示生物。研究人工林经营管理措施对土壤生物的影响,可以在群落水平反映人工林经营措施的优劣。中国是世界人工林面积最大的国家,人工林往往处于频繁的管理(剔除灌草、施肥、砍伐等)之下,然而,这些经营管理措施对土壤生物群落的影响还不是很清楚。对此,本研究以中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站共和样地的乡土树种混交林和桉树纯林,以及小良人工森林生态系统定位研究站的混交林为研究对象,通过林下灌草剔除和添加、施肥以及砍伐等管理措施进行试验,探讨了这些措施对土壤生物群落(微生物、线虫和小型节肢动物)的影响,进而评价这些森林经营措施的优劣,为人工林经营提供借鉴和指导意见。本试验主要获得了以下结果:
1)在乡土树种混交人工林,剔除所有植物对土壤理化和土壤生物均造成强烈的胁迫效应,剔除灌草效应不如剔除所有植物强烈,但是在剔除灌草处理下,土壤真菌生物量降低了35%、土壤真菌细菌比降低了25.8%;另外,剔除灌草显著降低了干季线虫密度、小型土壤节肢动物密度和螨虫密度等。因此,剔除林下灌草可能不是一个可持续的森林经营方式。添加豆科植物处理下,土壤氮含量升高了0.18g/kg至0.34g/kg,土壤有机碳含量升高了1.77g/kg至4.77g/kg,并增加生态系统结构稳定性,因此添加豆科植物可以作为一个可持续的森林经营方式。
2)在尾叶桉纯林中剔除灌草后一年,凋落物的分解降低了22%,土壤温度年均升高了1.6℃,而土壤含水量明显下降,并显著影响了土壤生物群落。剔除灌草对以上指标的影响远远大于剔除乔木对它们的影响,说明林下灌草在维持生态系统上壤生态功能中的作用比乔木更重要。此外,灌草剔除显著减缓了尾叶桉的生长,说明灌草与乔木之间的协同关系可能比竞争关系更重要。施肥对尾叶桉的生长没有起到明显的促进作用,可能是由于华南地区尾叶桉本身的生长周期决定的。
3)在次生混交林中,氮添加显著提高了线虫富集指数(EI),说明土壤生物对氮添加的响应非常快速;但是磷添加对土壤线虫群落没有显著效应。因此,该次生混交林可能更倾向于是受氮限制而非磷限制。添加氮磷导致线虫结构指数(SI)下降,说明氮磷同时添加或者说过量施肥对土壤食物网结构产生了很大的扰动。