外来种南美岸蚓(Pontoscolex corethrurus)的入侵机制及其对土壤碳循环的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xufuen2001
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生物入侵不仅表现在地上生物和生态系统,土壤中的生物入侵同样给地下生态系统带来不良影响,进而影响到整个生态系统结构和功能,但对此的研究甚少。蚯蚓是影响土壤生态系统过程的的重要类群,因土地利用导致外来种蚯蚓入侵所产生的潜在影响极为广泛和深远。西双版纳热带地区自然林转变为橡胶林后,外来种蚯蚓P.corethrurus替代本地种蚯蚓成为优势种群。然而,我们对P.corethrurus在橡胶林成为优势蚯蚓种群的原因、入侵的潜在风险,以及入侵后对重要生态过程(如碳循环)的影响尚不清楚。为此,研究外来种蚯蚓P.corethrurus的入侵机制,探讨橡胶林干扰和食物资源对其种群发展的调控作用,阐明外来种蚯蚓对土壤生态过程的影响,进而分析该外来种的入侵潜力和途径,对有效地控制P.corethrurus入侵具有重要科学价值,同时对橡胶林及其它人工林的管理也具有重要的指导意义。  本研究通过两个人工操控试验回答繁殖体压力、干扰、凋落叶资源三因素对外来种蚯蚓P.corethrurus种群定殖和发展的影响。实验一是通过在次生林内建立干扰和非干扰的生境,并同时分别引入不同数量的外来种蚯蚓P.corethrurus繁殖体,研究繁殖体压力和干扰对P.corethrurus种群定殖的影响。实验二则通过在半自然条件下的微生态系统中引入不同数量的P.corethrurus繁殖体,并结合添加不同质量和种类的凋落叶资源,研究繁殖体压力和凋落叶资源对P.corethrurus定殖的影响,同时探讨了P.corethrurus和凋落叶资源对土壤碳循环的影响。我们的研究结果表明:  1.自然条件下围隔实验的结果表明:蚯蚓繁殖体压力和翻耕干扰可显著的影响外来种蚯蚓P.corethrurus的定殖。繁殖体压力在整个实验阶段对外来种P.corethrurus种群的定殖表现出促进作用。翻耕干扰在繁殖体引入的前期促进了P.corethrurus的定殖,而在引入的后期对P.corethrurus种群的发展有一定的抑制作用。  2.半自然条件下人工微生态系统实验的结果表明:繁殖体压力促进了P.corethrurus的定殖和种群的发展,低质量凋落叶处理下外来种数量和生物量较高质量凋落叶处理下多,而凋落叶的多样性无显著影响。繁殖体压力对P.corethrurus种群数量和生物量影响都达到了极显著水平(P<0.01),凋落叶质量对外来种种群数量的影响较小,未达到统计上的显著水平(P=0.238),而对外来种生物量产生了显著影响(P=0.027)。  3.在自然条件下,轻度翻耕干扰(翻耕一次)未对本地种蚯蚓产生足够的抑制作用,引入的外来种蚯蚓P.corethrurus繁殖体未能成功定殖或形成稳定发展的种群;在高强度的干扰条件下(清除系统中所有的本地种蚯蚓),即使较小繁殖体压力也可导致外来种蚯蚓P.corethrurus种群成功定殖并得以发展;相对于繁殖体压力和干扰,凋落叶资源对其种群定殖和发展的影响较小。  4.高密度的外来种蚯蚓可显著降低系统中总的土壤呼吸速率(测定期:1月、6月、11月差异的显著水平分别为:P=0.043,P=0.034,P=0.088),而矿质土壤来源的土壤呼吸速率仅在干季(11月)表现为高密度蚯蚓处理显著低于低密度蚯蚓处理(P=0.05);凋落叶的质量对土壤呼吸产生显著的影响(P=0.045),低质量凋落叶(C/N:36~40)条件下的土壤呼吸速率高于高质量凋落叶(C/N:29.2~29.93)。  5.在人工微生态系统条件下,外来种蚯蚓密度、凋落叶质量和多样性对土壤团聚体的平均重量直径(MWD)无显著影响,各因素对土壤有机碳含量以及土壤有机碳库的稳定性的作用也不显著。  综上所述,干扰和繁殖体压力可显著影响外来种蚯蚓P.corethrurus种群的成功定殖,而凋落叶资源的影响较弱,干扰程度的增加可相应减少P.corethrurus种群定殖所需要的繁殖体压力。自然林转变为橡胶林过程中,火烧、翻耕等干扰将对本地种蚯蚓群落造成强烈的负面作用,随后外来种P.corethrurus繁殖体随橡胶树苗移栽引入系统,在干扰的相互作用下可能促使P.corethrurus成为橡胶林中优势蚯蚓种群。这一结果为预防和制定防止外来种入侵提供了重要的参考价值和理论支持:即对干扰程度大的生态系统(包括自然林)应尽量采取措施减少人为干扰强度并杜绝繁殖体进入,而对干扰程度小的生态系统(包括自然林)应控制外来种繁殖体的数量。我们对碳循环的研究结果则提示,在橡胶林中,一定数量的P.corethrurus对减少土壤CO2的释放有积极作用,但其对土壤生态系统中其他重要过程的影响尚不清楚,如N、P、K等重要元素的循环,需进一步深入研究才能综合评价其对生态系统的影响。
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