凋落物分解主场效应及其土壤生物驱动

凋落物分解主场效应是指凋落物具有在其生长的栖息地比在别的生境分解更快的特征,土壤生物的特化作用被认为是主场效应的产生机理.主场效应是除基质质量和物理化学环境外控制凋落物分解的重要因子,可影响模拟精度的8％.凋落物分解主场效应驱动机制的深入研究对促进分解模型中纳入生物因子,提高区域尺度模拟精度具有重要作用.虽然时间和基质质量可导致主场效应强度变化,但不能全面解释主场效应强度差异特别是负效应的产生.通过分析凋落物分解过程中土壤生物的作用机理,指出凋落物分解主场效应的土壤生物驱动可能包括土壤微生物的调节性适应,土壤动物的后期插入以及物理化学环境的间接影响.为深入了解主场效应土壤生物驱动机制,更好地模拟凋落物分解过程,提出延长凋落物分解交互移置实验时间,拓展实验空间,结合室内模拟分析和构建分解模型等方法与途径.     

森林生态系统凋落物多样性对分解过程和土壤微生物特性影响研究进展

凋落物的分解过程是森林生态系统养分循环的关键环节,也是林分内植被层可利用养分的重要来源.一般来说,在自然生态系统中,地上植被的种类越丰富,其凋落物的多样性也越高,多样化的凋落物在混合分解过程中存在的相互作用关系也更为复杂,对其自身的分解过程、分解生境以及分解者群体也会产生重要影响.文章以凋落物的多样性为着眼点,综述了凋...     

茂兰喀斯特森林退化区凋落物的分解动态

为了解亚热带气候型的茂兰喀斯特森林退化区次生林和灌木林的凋落物分解动态过程,该研究采用分解袋法,对茂兰喀斯特森林退化区不同类型的凋落物在不同坡位的分解状况进行了为期18个月的观测,并通过分析凋落物分解时的失重量和失重率的动态变化,比较了次生林和灌木林的凋落叶的失重率变化,探讨了不同坡位对凋落物分解的影响。结果表明:各种类型凋落物的分解速率和失重率在退化区内存在明显的差异,落叶>常绿叶>枯枝(P<0.05),三种凋落物整体变化趋势在分解过程中大致相同,它们在早期都快速分解,中期分解变慢,后期开始加速;落叶在次生林与灌木林中的前期分解速率基本同步,后期为灌木林落叶>次生林落叶,而常绿叶在灌木林与次生林中的分解速率则表现为基本同步;利用回归方程对凋落叶分解50%和95%所需时间进行估测,得出落叶和常绿叶在灌木林中分解50%和95%所需时间少于次生林的;在不同坡位,三种凋落物分解速率的总体趋势为中坡>上坡;三种凋落物的C含量波动性较大,但总体变化趋势是随分解时间的增加而减少,随着分解时间增加,N含量增加,而C/N比则降低。     

凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响

凋落物分解是生态系统营养物质循环的核心过程,而土壤微生物群落在凋落物分解过程中扮演着极其重要且不可替代的角色。随着生物多样性的丧失日益严峻,探讨凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响,不仅有助于了解凋落物分解的内在机制,而且可为退化草原生态系统的恢复提供参考。以内蒙古呼伦贝尔草原退化恢复群落中的草本植物为研究对象,依据植物多度、盖度、频度和物种的重要值及其在群落中的恢复程度筛选出排序前4的羊草（Leymus chinensis）、茵陈蒿（Artemisia capillaris）、麻花头（Serratula centauroides）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）的凋落物为实验材料,通过设置3种凋落物多样性水平（1,2,4）,包括11种凋落物组合（单物种凋落物共4种,两物种凋落物混合共6种,四物种凋落物混合共1种）,利用磷脂脂肪酸（PLFA）方法来研究分解60 d后凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响。结果表明：（1）凋落物物种多样性仅对C残余率具有显著影响,表现在两物种混合凋落物C残余率显著低于单物种凋落物,而凋落物组成对所观测的4个凋落物分解参数（质量、C、N残余率以及C/N）均具有显著影响;（2）凋落物物种多样性对细菌（B）含量具有显著影响,而凋落物组成对真菌（F）含量具有显著影响,两者对F/B以及微生物总量均无显著影响;（3）冗余分析结果表明凋落物组成与凋落物分解相关指标（凋落物质量、C、N残余率及C/N）和土壤微生物（真菌、细菌含量）的相关关系高于凋落物多样性。（4）进一步建立结构方程模型（Structural Equation Model,SEM）发现,凋落物初始C含量对凋落物质量、C、N残余率及C/N有显著正的直接影响;凋落物木质素含量对凋落物质量、C、N残余率有显著正的直接影响;凋落物初始N含量对N残余率有显著正的直接影响,而对C残余率及C/N有显著负的直接影响;凋落物初始C/N对凋落物质量、N残余率有显著正的直接影响,而对C/N有显著负的直接影响。此外,凋落物初始C、N、木质素含量及C/N均对真菌含量具有显著正影响,并可通过真菌对凋落物质量分解产生显著负的间接影响。以上结果表明该退化恢复区域优势种凋落物分解以初始C、木质素为主导,主要通过土壤真菌影响凋落物的分解进程,这将减缓凋落物的分解速率进而减慢草原生态系统的进程。这些结果为凋落物多样性及组成对自身分解和土壤微生物群落的影响提供了实验依据,也为进一步分析凋落物分解内在机制以及草原生态系统的恢复提供了数据参考。     

不同石漠化草地凋落物对土壤养分的贡献

凋落物是草地生态系统的重要组成部分和养分循环的重要途径,为探明草地凋落物对土壤养分的贡献,于2017年3月至2018年1月,采用土钻法、收集器法和分解袋法研究3种石漠化(潜在、中度和强度)草地凋落物的产量、组成、分解、养分释放及对石漠化的响应.结果表明:3种石漠化草地的凋落物组成以叶为主,占比84.39％—89.73％...     

毛竹凋落叶组成对叶凋落物分解的影响

毛竹混交林具有较高的生产力和较好的生态功能,可能与混合凋落物的养分归还特征有关。本研究采用凋落物分解袋法对不同混合比例毛竹凋落叶分解特征进行了为期1年的研究,共设置5个处理,分别为Ⅰ(毛竹纯叶)、Ⅱ(毛竹、楠木叶比例为8:2);Ⅲ(毛竹、杉木叶比例8:2)、Ⅳ(毛竹、楠木叶比例5:5)和Ⅴ(毛竹、杉木叶比例5:5)。结果表明,不同处理凋落物分解速率符合Olson指数分解模型,R2均高于0.92。5个处理分解系数的排列顺序为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅴ>Ⅳ,分别为0.68、0.66、0.58、0.55和0.49。处理Ⅰ和Ⅱ的分解速度显著高于其他处理,说明并非所有类型毛竹混合凋落叶均会促进凋落物分解,只有合适的比例和树种会促进凋落物分解。其中,竹阔混合凋落叶的分解速度高于竹针混合凋落叶的分解速度,竹阔混交可能更有利于竹林持续生产力的维持。N、P、K3种元素养分释放模式不同,N元素表现为净富集与净释放交替出现;P元素在经过4个月的快速富集后,4—5个月有短暂的净释放过程,其后呈富集状态;K元素浓度先升高后降低,在放置的前3个月净释放,随后呈富集状态。竹林凋落叶的养分含量对凋落物养分归还有重要影响,尤其是C/N和P可能作为竹林凋落...     

凋落物多样性及组成对凋落物分解及土壤微生物群落的影响——二氧化碳倍增条件下

受全球变化的影响生物多样性的丧失日益严重,及时了解凋落物物种多样性及其组成如何直接或者通过调节微生物群落来间接影响凋落物分解已经成为生态学领域的热点问题之一。在呼伦贝尔典型草原区,羊草（Leymus chinensis）为原生群落建群种,茵陈蒿（Artemisia capillaris）、麻花头（Serratula centauroides）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）在退化及恢复群落中的多度均较大,本研究以此4种植物的凋落物为研究对象,在两倍于当前大气CO₂浓度（800μmol/mol）条件下,通过嵌套实验设计来研究凋落物多样性（凋落物组成）对凋落物质量、C、N残余率和残余C/N的影响,并深入分析凋落物初始性质以及土壤革兰氏阳性菌（G+）、革兰氏阴性菌（G-）、细菌（B）、真菌（F）及土壤总微生物磷脂脂肪酸（Phospholipid Fatty Acid,PLFA）含量和F/B对凋落物分解的影响。结果表明:（1）凋落物多样性及组成对凋落物质量、C、N残余率以及残余C/N均具有显著影响;凋落物组成对G+PLFAs含量具有显著影响;（2）冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）结果表明凋落物组成对凋落物分解和土壤微生物群落相关指标的影响高于凋落物多样性;（3）结构方程模型（Structural Equation Model,SEM）结果表明凋落物初始木质素含量和初始C/N均对凋落物分解具有显著影响,其中凋落物初始木质素含量起主导作用,其还可通过对土壤真菌PLFAs含量的影响来间接影响凋落物N残余率和残余C/N。所得结果可为大气CO₂浓度升高条件下退化草原生态系统的物质循环特征的预测乃至草原生态系统功能的合理评估提供数据支持。     

光降解在凋落物分解中的作用

近年来,越来越多的研究者认识到光降解可能在凋落物分解中发挥着重要作用.本文对光降解的作用机制,光降解在碳循环、养分循环中的作用,光降解与微生物分解的关系,以及影响光降解的因素进行了综述.光降解对凋落物分解过程同时具有正效应和负效应,正效应指光降解通过氧化有机质,或是改变凋落物自身理化性质使其更易淋溶和分解,负效应指高光辐射对分解者产生不利影响从而押制微生物分解.在光降解过程中光化学矿化产生CO2是生态系统碳流失的主要机制.除紫外光外,可见光中的蓝、绿光波段也对凋落物的降解产生影响.光降解作用的大小受到水分状况、凋落物化学性质和凋落物的暴露面积的影响.最后,讨论了该领域有待深入研究的方向,指出今后应当重点对光降解研究方法,光降解与环境因子的交互作用,光降解作用的空间差异,光降解与微生物分解的相互关系及其作用强度进行研究.     

不同坡向凋落物分解对土壤微生物群落的影响

采用空间与时间序列并用的方法,对贵州茂兰喀斯特森林阳坡和阴坡凋落物的分解特征及土壤微生物进行1年的野外调查和测定,探讨凋落物分解规律及其对土壤微生物群落的影响。凋落物在分解1年后的质量损失率约为72%,在分解过程中的碳、磷元素表现为释放,氮元素表现出富集;土壤微生物各群落磷脂脂肪酸(PLFA)在分解过程中的平均含量表现为:细菌(149.8 nmol/g)放线菌(63.9 nmol/g)真菌(31.3 nmol/g),阳坡和阴坡的微生物总PLFA在180d(559.2 nmol/g)和360d(513.6 nmol/g)的含量显著高于分解前;随分解时间的增加,阳坡细菌特征磷脂脂肪酸18:1ω7c的含量增加最大,其次是cy19:0和真菌特征磷脂脂肪酸18:1ω9c,阴坡土壤微生物PLFA含量表现出减少的趋势,细菌特征脂肪酸18:1ω7c减少量最大,约9.42 nmol/g,其次是i15:0和真菌特征脂肪酸18:1ω9c,约减少4.29—4.86 nmol/g;凋落物养分释放特征与微生物群落间的Spearman相关分析表明,真菌群落与碳元素释放率呈显著正相关关系,细菌群落与凋落物碳、磷元素的释放呈极显著正相关关系,且阳坡凋落物分解对微生物群落的影响高于阴坡。坡向和凋落物养分释放量对喀斯特森林凋落物的分解及土壤微生物群落的影响较显著,特征磷脂脂肪酸18:1ω7c、cy19:0、i15:0和18:1ω9c对环境变化的响应较为敏感。     

凋落物分解过程中土壤微生物群落的变化

凋落物分解是生态系统碳循环和营养物质循环的关键过程, 受多种因素共同影响。土壤微生物是影响凋落物分解的重要因素, 其群落组成在一定程度上依赖于所处植物群落的特征。因此, 研究分解过程中微生物群落组成的变化及其对植物多样性的响应, 有利于对凋落物分解机制的理解。本文采用分解袋野外原位分解的方法, 对凋落物分解过程中微生物群落的变化及其对所处森林环境中树木的种类和遗传多样性的响应进行了研究。结果表明: (1)凋落物分解183天后, 土壤中微生物群落的多样性降低, 并且森林群落的物种多样性与微生物群落多样性呈负相关关系; (2)凋落物分解前后, 土壤中真菌和细菌群落的磷脂脂肪酸(PLFA)量均有所增加, 说明凋落物分解为微生物生存和繁殖提供了养分; (3)地形因素是影响微生物群落变化最显著的因素, 可解释微生物群落变化的29.55%; 其次是凋落物的基质质量, 可以解释15.39%; 最后是森林群落的多样性, 可以解释8.45%; 这3种因素共同解释率为2.97%。综上所述, 与森林群落的植物多样性相比, 样地的地形因素与凋落物的基质质量对微生物群落的影响更显著。     

区域互置模拟对亚热带3种典型树种凋落叶分解初期主场效应的影响

为探究亚热带3种主要造林树种（马尾松、杉木和栓皮栎）凋落叶分解初期在区域尺度上的主场效应表现及潜在驱动机制;采集南亚热带和北亚热带原生土壤和凋落叶;在室内基于两地平均温度同时模拟同区域及跨区域的凋落叶互置分解实验;比较了3种类型凋落叶126 d内在特定温度不同土壤互置条件下质量损失率和氮释放率的主场效应特征。结果发现:（1）凋落叶类型及分解时间显著影响凋落叶的质量损失率和氮释放率;整个实验期间栓皮栎凋落叶表现出最大的质量损失率和氮释放率（分别为32.43%和33.51%）;而杉木凋落叶的质量损失率相对较低（15.35%）;（2）同区域互置条件下;栓皮栎凋落叶仅在北亚热带土壤上表现出氮释放主场负效应（-28.35%）;而马尾松凋落叶在南亚热带土壤上同时表现出质量损失和氮释放的主场负效应（分别为-3.20%和-17.65%）;杉木凋落叶在南亚热带土壤上表现出质量损失正效应（2.13%）;跨区域互置条件下;无论主场在北亚热带还是南亚热带;栓皮栎凋落叶皆表现出质量损失或氮释放的主场负效应（-57.55%～-3.70%）;而马尾松和杉木凋落叶在主场为北亚热带时其质量损失或氮释放表现出主场负效应（-31.76%～-4.40%）;在主场为南亚热带时二者表现出主场正效应（3.78%～58.43%）;（3）相较于同区域互置;跨区域互置条件下凋落叶质量损失主场增加量(ADH)和氮释放ADH的幅度及其主场效应表现频次相对增加;阶段的质量损失与微生物生物量氮呈显著正相关;而同区域互置条件下;氮释放ADH与微生物量呈显著负相关;跨区域互置条件下;氮释放ADH与温度呈显著正相关。这些结果表明;亚热带3种典型树种凋落叶分解的主场效应受温度、凋落叶类型、分解时间和土壤微生物的综合影响;而除基质质量外;温度可显著制约跨区域互置条件下凋落叶的主场效应表现。     

Establishment of mixed plantations of Pinus sylvestris var. mongolica and Populus × xiaozhuanica may not be appropriate: evidence from litter decomposition

AimsMongolian pine (Pinus sylvestrisvar.mongolica) and Xiaozhuan poplar (Populus × xiaozhuanica) are two predominant afforestation tree species in the semi-arid sandy lands of northeast China, which are characterized by poor soil nutrients. Plant litter decomposition plays a critical role in regulating nutrient cycling in terrestrial ecosystems. Admixture of broadleaf litter to conifer litter is expected to improve litter decomposition and soil fertility, and thus productivity. However, the effects on the decomposition of litter mixture of the above two tree species are not well understood. Therefore, it is essential to assess the decomposition performance of litter mixture with the aim of improving forest nutrient management and the establishment of mixed plantation. Appropriate forest management practice is critical for the sustainability of site productivity in plantation forests.     

西沙永兴岛抗风桐与海岸桐群落凋落叶分解及中型土壤动物的贡献

我国南海诸岛主要是珊瑚岛。植物凋落物分解是生态系统元素循环的关键环节,但目前关于南海珊瑚岛生态系统凋落物分解的研究还是空白。以我国西沙群岛的优势树种抗风桐(Pisonia grandis)和海岸桐(Guettarda speciosa)为研究对象,采用凋落物袋法,分别于分解期间的第3、6、9、13和15个月取样,探究中型土壤动物对两种植物群落中凋落物分解过程中质量损失和养分释放的影响。结果表明:与没有中型土壤动物存在的情况(0.1 mm凋落物袋)相比,分解开始后的6个月内,中型土壤动物存在(2 mm凋落物袋)使抗风桐和海岸桐凋落叶分解速率分别提高了12.3%和4.8%(P<0.05);分解6—15个月期间,中型土壤动物存在使抗风桐和海岸桐凋落叶分解速率分别提高了33.0%和12.3%(P<0.05)。中型土壤动物排除显著影响了不同分解阶段凋落叶总碳(Total carbon, TC)、总氮(Total nitrogen, TN)、纤维素、木质素和半纤维素的残留率变化。中型土壤动物群落组成受土壤温度显著影响(P<0.05),它们对凋落叶分解的贡献可能主要受优势类群如真螨目和寄螨目的影响。相较海岸桐,抗风桐凋落叶的分解周期更短,中型土壤动物对其的贡献更大;选用抗风桐作为南海珊瑚岛退化植被恢复或新建的先锋种对促进生态系统元素循环更有利。     

干旱区人工防护林带不同林分凋落叶分解及养分释放

2007年10月下旬至2008年11月,采用原位模拟分解网袋法,对新疆克拉玛依市区北郊人工防护林新疆杨、紫穗槐及二者混合凋落叶进行为期365 d的分解及养分释放动态试验.结果表明：树种不同,凋落叶质量损失率的动态变化不同;凋落叶组成对质量损失率有显著影响,与单优林凋落叶相比,紫穗槐与新疆杨凋落叶混合后更易于分解.经修正Olson负指数衰减模型分析,新疆杨凋落叶分解系数最低(k=0.167),混合凋落叶分解系数最高(k=0.275),估测3种凋落叶半分解和95％分解所需时间为2.41～4.19 a和10.79～17.98 a.不同的分解时期3种凋落叶中N、P和K的残留率不同,分解1年后,K为净释放,N和P为固持或从周围环境中吸收而富集.分解过程中,除紫穗槐凋落叶在分解中期有机碳分解率下降外,其他处理凋落叶有机碳分解率均不断上升,1年后分解率在35.5%～44.2%之间.C/N值基本呈下降趋势,分解前期和中期下降幅度较小,后期下降较快.     

浅埋对三倍体毛白杨落叶分解的影响

凋落物分解在森林生态系统养分循环及能量流动中具有十分重要的作用,为实现三倍体毛白杨纸浆林养分的科学管理,加快落叶分解,采用网袋法研究了2、4、6年生3个不同年龄的林分落叶在浅埋条件下的分解情况.结果表明:与在地表分解相比,浅埋显著促进了三倍体毛白杨落叶的分解,1年的分解率显著提高,分别为落叶在地表年分解率的130％、194％和186％;浅埋落叶分解50％所需天数分别只有地表的58％、39％和38％,而分解95％所需的天数分别只有地表的60％、38％和36％;浅埋对不同年龄林分落叶的促进程度不同.     

毛乌素沙地黑沙蒿与赖草凋落物混合分解对增温的短期响应

植物凋落物分解过程受环境和生物因素共同调控,而气候变暖如何改变凋落物分解的物种混合效应仍存较大不确定性。采用开顶式增温箱和分解袋相结合的方法,研究增温对毛乌素沙地黑沙蒿、赖草以及两者的混合凋落物分解前150d质量损失和养分释放的影响。结果表明:增温导致赖草凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别下降7%,7.6%、12%、8.8%、20%和10%,黑沙蒿凋落物质量、P和木质素残留率分别上升2.2%、2.2%和0.8%,C、N和纤维素残留率分别下降1.1%、2%和2.5%。与单独分解相比,混合凋落物质量、C、P、纤维素和木质素残留率分别上升7.7%、8.2%、4.1%、3.9%和5.9%,N元素残留率下降4.1%,增温导致混合凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别上升16.9%、18.8%、11.4%、18.5%、21.5%和21.1%。黑沙蒿和赖草凋落物混合在前期分解过程中产生了拮抗效应,即相比于单种凋落物分解具有更低的质量损失;此外,增温处理下拮抗效应更强。本研究表明,在气候变化和植被恢复背景下,预测毛乌素沙地灌丛生态系统的生物地球化学循环时,应该考虑气候变暖和物种混合的交互因子对凋落物分解的影响。