高山林线交错带高山杜鹃的凋落物分解

凋落物分解是维持生态系统生产力、养分循环、土壤有机质形成的关键生态过程。高山林线交错带是陆地生态系统中对气候变化响应的敏感区域。季节变化和海拔梯度上的植被类型差异可能会影响该区域凋落物的分解,进而对高山生态系统的碳氮循环产生重要影响。采用凋落物分解袋的方法,研究了川西高山林线交错带优势种高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在雪被期和生长季的分解特征。结果显示:(1)季节变化和植被类型对高山杜鹃凋落物的分解均具有显著影响(P0.05),凋落叶的质量损失主要发生在生长季且在高山林线最大,暗针叶林中雪被期的质量损失略高于生长季,但差异不显著;(2)林线交错带上高山杜鹃凋落叶分解缓慢,一年干物质失重率为9.62%,拟合分解系数k为0.145;(3)高山杜鹃凋落叶的质量变化主要体现在纤维素降解显著且集中在雪被期,木质素无明显降解,在高山林线上C/N、C/P、木质素/N变化幅度较小且C、N、P的释放表现得稳定而持续。结果表明,季节性雪被对林线交错带内高山杜鹃分解的影响不仅局限在雪被期内,雪被融化期间频繁的冻融作用和雪融水淋洗作用可能会促进高山杜鹃凋落物在生长季初期的分解。总的来看,在气候变暖的情景下,雪被的缩减、生长季的延长和高山杜鹃群落的扩张可能加速高山林线交错带高山杜鹃凋落物的分解。     

川西高山林线交错带凋落叶分解初期转化酶特征

胞外酶对于有机质的降解具有重要的作用。在凋落物分解过程中,酶活性不仅受到凋落物种类或基质质量的影响,还受到环境因素的影响。转化酶催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖,因此在凋落物分解早期,转化酶比降解难分解物质的酶具有更重要的作用。以川西高山林线交错带12种代表性凋落叶为研究对象,对林线交错带不同植被类型下的凋落叶转化酶活性以及物种和环境因子对转化酶活性的影响进行了研究。结果表明:同一植被类型下,12个物种转化酶活性具有极显著差异(P0.01)。物种、环境因子及其交互作用对转化酶活性有极显著的影响(P0.01)。初始纤维素含量与转化酶活性极显著正相关(P0.01)。初始木质素和总酚含量与转化酶活性极显著负相关(P0.01),能够共同解释转化酶活性变异的50.8%。不同植物生活型中,禾草类转化酶活性均为最高,这可能与禾草类较高的初始纤维素含量、较低的木质素和总酚含量有关。多元线性回归分析表明,凋落叶含水量能单独解释转化酶活性变量的62.1%,是环境因子中最重要的变量。从植被类型来看,大多数物种的转化酶活性在针叶林中均极显著高于高山草甸和灌丛(P0.01),这可能与针叶林中凋落叶的含水量最高且雪被最厚有关。历经一个雪被期分解后,凋落叶初始质量与环境因子的综合作用能够解释转化酶活性变异的79.1%,表明川西高山林线交错带凋落叶分解前期转化酶活性主要受初始木质素含量、总酚含量和含水量的调控。在全球气候变化情景下,凋落物水分含量的变化将会强烈的影响凋落叶分解前期的转化酶活性。     

土壤动物对川西高山/亚高山森林凋落物分解的贡献

采用凋落物分解袋法,研究了土壤动物对川西高山/亚高山森林代表性植物康定柳、方枝柏、红桦和岷江冷杉凋落物在分解第一年(2011年11月-2012年10月)不同关键时期质量损失的贡献.结果表明: 在凋落物第一年的分解过程中, 不同物种凋落物的分解速率大小依次为康定柳＞红桦＞岷江冷杉＞方枝柏,且均为生长季节大于冻融季节.土壤动物对凋落物分解的贡献率(P_fau)为方枝柏(26.7%)＞岷江冷杉(18.8%)＞红桦(15.7%)＞康定柳(13.2%),其中康定柳和方枝柏的P_fau在生长季节大于冻融季节,而红桦和岷江冷杉的P_fau为冻融季节大于生长季节.冻融季节土壤动物的作用与凋落物初始C、P和N/P显著相关,而生长季节则与N、C/N、木质素、木质素/纤维素显著相关.     

川西高山林线交错带两种地被物分解的木质纤维素酶活性特征

以川西高山林线交错带两种优势地被物锦丝藓和高山冷蕨为对象,对针叶林和林线中锦丝藓植物残体及高山冷蕨凋落叶分解的质量损失和木质纤维素酶活性特征进行研究.结果表明： 锦丝藓和高山冷蕨的质量损失率在雪被期和生长季均表现为林线高于针叶林,而酶活性整体上表现为针叶林显著高于林线.两种地被物不同季节的质量损失有显著差异,雪被期林线和针叶林的锦丝藓质量损失率占全年的69.8%和83.0%;生长季林线和针叶林的高山冷蕨质量损失率分别占全年的82.6%和83.4%.高山冷蕨凋落叶在生长季节快速分解,与其生长季节末较高的纤维素酶活性相吻合,说明纤维素和半纤维素的酶解作用可能是凋落物前期质量损失的主要原因.多元线性回归分析表明,环境因子和凋落叶初始质量能共同解释酶活性变异的45.8%～85.1%,两种地被物分解过程中酶活性主要受到雪被期冻融循环的影响.     

美国南卡罗来纳州森林湿地十种典型植物凋落叶的分解特征

凋落叶分解是控制森林湿地物质循环的重要生态过程,是全球C、N等元素循环的重要一部分。以美国南卡罗来纳州10种典型植物的凋落叶为研究对象,通过2a的分解实验测定分解阶段凋落叶的生物量残留率、分解速率常数k和C、N残留百分比,探讨初始凋落叶化学性质对分解速率常数k的影响。结果表明:(1)十种凋落叶生物量在两年内降解至初始的14.5%—66.2%,种间差异可达4倍以上;分解速率常数k在0.26—1.64a~(-1)之间,针叶分解速率阔叶分解速率;(2)分解速率常数k与初始凋落叶酸溶性组分(AS)极显著正相关(P0.001),与初始C含量、酸不溶组分(AIF)和AIF/N比均显著负相关(P0.05);(3)凋落叶C残留百分比持续下降至10.2%—66.1%,而N残留百分比因物种与分解阶段不同呈现不同变化规律。结果表明,森林湿地中凋落叶初始C组分差异是其分解速率的种间极大差异的主要原因,评估森林湿地的C、N循环应充分考虑种间差异。     

雪被期川西高山林线交错带两种地被物凋落物分解与土壤动物多样性

以针叶林代表性地被植物锦丝藓和高山冷蕨为研究对象,采用凋落物分解网袋法,研究了高山林线交错带(暗针叶林-林线-高山草甸)的锦丝藓植物残体、高山冷蕨凋落叶及混合凋落物经过一个雪被期分解后的质量损失与土壤动物群落结构特征.结果表明: 雪被期林线交错带上两种地被物的质量损失率在高山草甸最大,锦丝藓表现更为显著,两种凋落物混合促进了分解过程且在林线上表现尤为显著.在交错带凋落物中共获取土壤动物968头,隶属于5纲10目35科,优势类群以弹尾目和蜱螨目为主.在林线上凋落物中获得的土壤动物个体数和类群数高于高山草甸和暗针叶林.典范对应分析(CCA)表明,土壤动物类群与雪被期平均温度关系最为密切,特有物种如等翅目和地蜈蚣目仅在暗针叶林出现,半翅目和啮目仅在高山草甸出现.地被物种类对土壤动物多样性的影响在暗针叶林和高山草甸大于林线.多元回归分析表明,日平均温度和雪被厚度能够解释凋落物质量损失率变异的30.8%,而土壤动物因子能解释质量损失率变异的8.3%,它们共同解释质量损失率变异的34.1%.雪被是影响高山两种地被物凋落物分解的最关键因子.     

降水量变化对蒙古栎落叶分解过程的间接影响

分析了在4种不同降水量条件下蒙古栎叶凋落物基质质量的变化,并应用分解袋法研究其凋落物在蒙古栎次生林内的分解过程.结果表明：与对照相比,降水量减少条件下,蒙古栎叶凋落物的初始N、P、K浓度显著升高,初始木质素浓度显著降低,凋落物分解速率大,N、P、K矿化率高,N和P固持时间缩短;降水量增加情况下,其凋落物初始N浓度显著降低、木质素浓度显著升高,N、P、K矿化率低,N和P固持时间延长.4种类型叶片凋落物的质量损失过程均符合指数降解模型,分解速率可以由凋落物木质素/N来预测.相关性分析显示,木质素浓度高、N浓度低的两种凋落物的分解速率与N浓度相关性最大;而木质素浓度低、N浓度高的两种凋落物的分解速率与木质素浓度相关性最大.说明降水量的变化显著地改变了蒙古栎叶凋落物的基质质量,进而间接地改变了凋落物的分解过程.     

降水量变化对蒙古栎落叶分解过程的间接影响

分析了在4种不同降水量条件下蒙古栎叶凋落物基质质量的变化,并应用分解袋法研究其凋落物在蒙古栎次生林内的分解过程.结果表明：与对照相比,降水量减少条件下,蒙古栎叶凋落物的初始N、P、K浓度显著升高,初始木质素浓度显著降低,凋落物分解速率大,N、P、K矿化率高,N和P固持时间缩短;降水量增加情况下,其凋落物初始N浓度显著降低、木质素浓度显著升高,N、P、K矿化率低,N和P固持时间延长.4种类型叶片凋落物的质量损失过程均符合指数降解模型,分解速率可以由凋落物木质素/N来预测.相关性分析显示,木质素浓度高、N浓度低的两种凋落物的分解速率与N浓度相关性最大;而木质素浓度低、N浓度高的两种凋落物的分解速率与木质素浓度相关性最大.说明降水量的变化显著地改变了蒙古栎叶凋落物的基质质量,进而间接地改变了凋落物的分解过程.     

退化红壤丘陵区森林凋落物初始化学组成与分解速率的关系

通过小盆+凋落袋控制试验,研究了我国南方退化红壤丘陵区8种森林凋落物和4种混合凋落物初始化学组成与分解速率的关系.结果表明:阔叶凋落物中的氮、磷、钾、镁含量显著高于针叶凋落物,木质素、碳含量显著低于针叶凋落物;凋落物分解速率与凋落物初始氮、磷、钾、镁含量呈显著正相关,与凋落物初始碳、木质素含量以及木质素/氮、木质素/磷和碳/磷值呈显著负相关;木质素含量解释了凋落物分解速率变异的54.3%,是影响分解速率的最关键因子,凋落物碳、氮、磷含量也与分解速率密切相关,它们与木质素含量一起可解释分解速率变异的81.4%.在退化红壤丘陵区植被恢复过程中,低木质素含量、高氮磷含量的阔叶物种的引入有利于加速凋落物的分解速率和土壤肥力的恢复进程.     

川西高山林线交错带凋落物纤维素分解酶活性研究

以川西高山林线交错带3种典型植被类型(针叶林、高山灌丛、高山草甸)下两个层次(LF层: 新鲜凋落物层和发酵层; H层: 腐殖质层)的凋落物为研究对象, 分别模拟凋落物分解的前期和后期阶段, 对凋落物分解过程中的纤维素酶活性及凋落物质量进行了研究。结果表明, 凋落物分解前期的纤维素酶活性和纤维素含量均显著高于分解后期, 但植被类型对LF和H层的纤维素含量的影响都不显著。双因素方差分析结果表明, 凋落物分解阶段对纤维素酶活性和纤维素含量的影响比植被类型对纤维素酶活性和纤维素含量的影响更大。不同种类的纤维素酶活性在分解前期和分解后期受到不同因子的限制。凋落物分解前期, 微晶纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性可能受N、P含量的限制, 而羧甲基纤维素酶主要受底物纤维素含量控制; 凋落物分解后期, 羧甲基纤维素酶和β-葡萄糖苷酶可能受C、N含量的限制。生态化学计量学的理论预测, 底物质量比C:N > 27或C:P > 186时会限制微生物生长, 因此判断高山林线交错带凋落物微生物生物量和纤维素酶活性同时受到底物N、P的限制, 尤其是高山草甸上微生物生物量在凋落物分解前期受到底物N、P的限制比分解后期更显著, 这充分说明了底物质量调控着凋落物分解过程中的纤维素酶活性和微生物生物量。     

中亚热带森林群落不同演替阶段优势种凋落物分解试验

选择我国亚热带森林群落3个主要演替阶段的7个优势种（其中马尾松代表演替初期优势种,木荷和香樟代表演替中期优势种,甜槠、小叶青冈栎、青冈和乐昌含笑代表演替后期优势种）的凋落物,采用网袋法进行分解试验. 结果表明:马尾松凋落物分解得最慢,年分解速率为0.51;木荷和香樟居中,分别为0.55和0.61;小叶青冈栎和乐昌含笑分解得最快,分别为0.89和1.12.沿着植被顺向演替的梯度,凋落物分解速度呈现加快的趋势. 分解速率同凋落物的初始P、N和木质素含量及木质素/N比值呈极显著相关(P<0.01),同C/N比值有显著相关关系(P<0.05).凋落物的P、N和木质素含量及木质素/N比值是预测凋落物分解快慢的良好指标.     

高浓度O3对城市蒙古栎凋落叶分解和养分释放的影响

采用开顶箱(OTCs)模拟法和分解袋法,以O₃自然浓度(40 nmol·mol^-1)为对照,研究高浓度O₃(约120 nmol·mol^-1)对城市自然环境下生长的10年生蒙古栎凋落叶分解和养分释放的影响,分解时长达150 d.结果表明：高浓度O₃未对蒙古栎凋落叶的分解产生显著影响.高浓度O₃抑制了蒙古栎凋落叶C、K释放,分解150 d,高浓度O₃处理K残留率为23.9%,显著高于对照(17.1%).高浓度O₃在分解前期(0～60 d)抑制了凋落叶N、木质素的释放,在分解后期(60～150 d)起促进作用.高浓度O₃处理与对照木质素/N变化趋势一致且无显著差异.除分解中期(60 d)外,对照P残留率始终高于高浓度O₃处理.C/P变化趋势与P相反,在整个分解过程中,高浓度O₃处理C/P高于对照,而且C、N、K残留率以及C/N与凋落叶干质量剩余率呈显著正相关.因此,高浓度O₃将对蒙古栎林的营养循环产生一定影响.     

冀北辽河源自然保护区土壤微生物碳代谢特征对凋落物分解主场效应的响应

通过凋落物袋法研究了冀北辽河源地区表层0～5、5～10和10～20 cm土壤微生物生物量碳、微生物呼吸速率和微生物代谢熵对白桦及蒙古栎叶凋落物分解主场效应的响应过程.结果表明： 主场白桦及蒙古栎凋落物处理土壤微生物生物量碳显著高于客场;而土壤微生物呼吸则差异不显著.土壤微生物生物量碳、微生物呼吸对不同植物凋落物分解主场效应的响应程度也不一致.客场蒙古栎叶凋落物处理各土层土壤微生物生物量碳相比主场降低了39.6%、34.9%、33.5%;白桦凋落物则降低了31.6%、27.1%、17.0%.客场蒙古栎凋落物微生物呼吸分别为主场的96.3%、92.4%、83.7%,白桦凋落物为99.4%、97.3%、101.3%.微生物代谢熵则呈现出与微生物生物量碳相反的变化趋势.植物凋落物在主场分解速率较快,可供微生物利用的养分较多,促进了土壤微生物的活动,且土壤中丰富的有机质削弱了植物摄取与微生物需求之间的矛盾,进而导致土壤微生物生物量碳及微生物代谢熵对叶凋落物分解主场效应产生了明显的响应.而土壤微生物呼吸由于受到林地内土壤温度、含水率以及二者共同作用的影响,对主场效应表现出了微弱的响应.此外,由于低质量凋落物会表现出更强的主场效应,从而使土壤微生物生物量碳、微生物呼吸及微生物代谢熵对白桦叶凋落物分解主场效应的响应程度低于蒙古栎凋落物.     

不同起源时间的植物叶凋落物在中亚热带的分解特性

选择9种起源时间不同的植物的凋落叶,采用分解袋法,在浙江千岛湖地区从2006年6月到2008年6月进行了分解试验,试图探索植物进化过程中凋落物分解特性的演变趋势.所选的9种植物分属于4个类群,按起源时间由早到晚依次为蕨类植物(芒萁和桫椤)、裸子植物(苏铁、水杉、杉木和马尾松)、双子叶植物(木荷和青冈)及单子叶植物(毛竹).每隔一个月取样,每种凋落物3次重复.结果表明:不同植物类群凋落物基质的氮(N)、木质素(Lignin)含量及Lignin/N比值与分解速率具有良好的相关性.起源时间越晚的植物凋落物的基质N含量越高,为单子叶植物>双子叶植物>裸子植物>蕨类植物.Lignin含量和Lignin/N比值的趋势一致,均为起源时间越晚而值越低,即蕨类植物>裸子植物>双子叶植物>单子叶植物.凋落物分解系数k值的范围在0.25～0.63之间,表现出毛竹>青冈>木荷>水杉>马尾松>杉木>苏铁>桫椤>芒萁的趋势.4个植物类群的凋落物分解速率的均值为单子叶植物>双子叶植物>裸子植物>蕨类植物.试验结果初步表明:植物凋落物分解的进化趋势是由分解缓慢逐渐演变为分解较快.     

Lignin decomposition along an Alpine elevation gradient in relation to physicochemical and soil microbial parameters

Lignin is an aromatic plant compound that decomposes more slowly than other organic matter compounds; however, it was recently shown that lignin could decompose as fast as litter bulk carbon in minerals soils. In alpine Histosols, where organic matter dynamics is largely unaffected by mineral constituents, lignin may be an important part of soil organic matter (SOM). These soils are expected to experience alterations in temperature and/or physicochemical parameters as a result of global climate change. The effect of these changes on lignin dynamics remains to be examined and the importance of lignin as SOM compound in these soils evaluated. Here, we investigated the decomposition of individual lignin phenols of maize litter incubated for 2 years in‐situ in Histosols on an Alpine elevation gradient (900, 1300, and 1900 m above sea level); to this end, we used the cupric oxide oxidation method and determined the phenols’ ¹³C signature. Maize lignin decomposed faster than bulk maize carbon in the first year (86 vs. 78% decomposed); however, after the second year, lignin and bulk C decomposition did not differ significantly. Lignin mass loss did not correlate with soil temperature after the first year, and even correlated negatively at the end of the second year. Lignin mass loss also correlated negatively with the remaining maize N at the end of the second year, and we interpreted this result as a possible negative influence of nitrogen on lignin degradation, although other factors (notably the depletion of easily degradable carbon sources) may also have played a role at this stage of decomposition. Microbial community composition did not correlate with lignin mass loss, but it did so with the lignin degradation indicators (Ac/Al)s and S/V after 2 years of decomposition. Progressing substrate decomposition toward the final stages thus appears to be linked with microbial community differentiation.     

闽江河口湿地枯落物分解及主要影响因子

以闽江河口湿地挺水植物本地种芦苇和入侵种互花米草的花和叶枯落物为研究对象,采用分解袋法分析其分解过程及主要影响因素.结果表明: 立枯分解(0～90 d)是2种湿地盐沼植物重要的分解阶段,芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(15.0±3.5)%、(13.3±1.1)%和(31.9±1.1)%、(20.8±1.4)%.倒伏分解阶段(91～210 d),芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(69.5±0.6)%、(71.5±2.5)%和(76.8±1.9)%、(67.5±2.1)%.在立枯分解阶段,2种挺水植物枯落物的分解速率与C/N呈正相关,与N/P呈负相关,分解过程受到P的限制程度较大.倒伏分解阶段,枯落物C/N、C/P和N/P的影响降低,而大气温湿度、土壤水分、酸碱度、盐度和沉积物特性等的影响加大.不同分解阶段枯落物分解影响因子的差异主要与其所处的微域环境和潮汐因素有关.