亚热带3种树种凋落叶厚度对其分解速率及酶活性的影响

对中国亚热带树种杉木(Cunninghamia lanceolata)、香樟(Cinnamomum camphora)、银杏(Ginkgo biloba)3个树种在不同凋落物厚度下凋落物分解速率和分解酶活性进行了探究.利用分解网袋法,根据浙江省的平均酸雨水平,在酸雨(pH4.0)条件下设置了凋落物40g、凋落物20g、凋落物10g 3个梯度.结果表明:凋落物分解速率随厚度的增加呈加快的趋势,杉木凋落物10、20、40g的年分解系数K分别为0.24、0.27、0.34,香樟凋落物10、20、40g的年分解系数K分别为0.25、0.3、0.32,银杏凋落物10、20、40g的年分解系数K分别为0.42、0.5、0.58;脲酶活性表现为:凋落叶40g＞凋落叶20g＞凋落叶10g,纤维素酶活性表现为:凋落叶40g、凋落叶20g＞凋落叶10g,蔗糖酶活性表现为:后期凋落叶40g＞凋落叶20g＞凋落叶10g,凋落物分解过程是多种酶共同作用的结果.     

东北地区森林凋落叶分解速率与气候、林型、林分光照的关系

在东北长白山、张广才岭、小兴安岭、大兴安岭的主要森林类型中设置26块样地,进行为期3a(2004—2006年)凋落叶分解实验,以研究气候、林型、林冠透光率对凋落叶分解速率的相对影响大小。结果表明,不同林型凋落叶分解速率依次为:落叶阔叶林针阔叶混交林落叶针叶林常绿针叶林岳桦林。对分解速率影响因素的分析表明,气候因子(热量和水分)对分解速率有较强的解释力,分别解释了分解常数k和分解95%所需时间(t95%)的55.5%和65.0%的变异。但是,气候对分解速率的影响在很大程度上是通过与林型、林冠透光率的协同作用而实现的,其独立解释力并不大(9%)。气候的变化导致林型(物种组成)的变化、进而影响分解速率,这一因素解释了分解参数变异的46.8%(k)和56.8%(t95%)。与此同时,气候和林型的变化还导致林冠透光率的变化,随着热量水平的上升林冠透光率下降、间接提高分解速率。这一因素分别解释了k值和t95%变异的23.9%和22.3%。研究结果表明,气候对凋落叶分解的影响主要是通过对物种组成、林冠结构(影响透光率)等生物因素的间接作用实现的。忽视这些生物因素、简单研究气候和分解速率的关系可能难以正确预测未来气候变化对凋落物分解的影响。     

模拟冻融环境下亚高山森林凋落物分解速率及有机碳动态

森林凋落物分解是森林生态系统物质循环的重要环节,季节性冻融交替是影响凋落物分解的重要环境因素之一,但不同林型的凋落物对冻融响应的差异性很少被量化。为了解冻融环境对森林凋落物分解进程的影响,以川西亚高山森林地区阔叶林、针叶林和针阔混交林3种典型林型的凋落物为实验材料,从凋落物基质质量、冻融环境等影响凋落分解的因素着手,采用模拟冻融循环过程（-5-5℃）,研究了冻融循环中3种林型凋落物分解速率和有机碳含量的动态变化。结果发现,3中典型林型凋落物经过不同冻融处理后,其质量损失、质量损失速率均存在显著差异（P<0.05）。混交林凋落物和针叶林凋落物的分解速率呈慢-快-慢的趋势,而阔叶林凋落物的分解速率逐渐减小。在冻融循环处理下,3种林型的凋落物碳绝对含量呈波动下降的趋势,说明微生物固定外源碳和凋落物释放碳间存在动态平衡。相同林型的凋落物在不同冻融处理下,有机碳释放有显著差异（P<0.05）。其中,冻融环境显著（P<0.05）促进了混交林凋落物和针叶林凋落物有机碳的释放,但是对阔叶林凋落物有机碳的释放没有起到促进作用。这表明全球气候变暖情景下,亚高山森林土壤冻融事件频发将加快凋落物的分解,但变化程度受到凋落物质量控制。     

起始时间对亚热带森林凋落物分解速率的影响

运用分解袋法研究了不同布置时间的凋落物在亚热带森林分解的初期过程, 探讨了不同布置时间的凋落物经过相同时间分解的差异及环境因子对其分解速率特别是分解速率常数k的影响。结果表明: 在凋落物分解较快的鼎湖山季风常绿阔叶林, 不同时间布置的凋落物经过12个月的分解, 其残留率及k均存在较大的差异。不同布置时间的凋落物的分解率在前期(0-6个月)与其相应阶段的环境因子呈显著相关关系, 但与后期的环境因子相关性并不显著。不同布置时间的k值的变化范围为0.78-1.30, 起始于雨季的k值较大, 起始于旱季的较小(p < 0.001), 其大小与分解前期的环境因子相关性较高, 与整个分解过程中的环境因子相关性较低。因此, 凋落物的凋落时间可能影响其分解速率; 由于布置时间不同而导致k值估算的不准确将对森林生态系统的养分循环及其碳平衡的评估产生很大影响。     

森林叶凋落物混合分解的研究I.缩微实验

采用缩微实验法,初步系统研究了杉木叶凋落物分别与火力楠、红栲和木荷３个阔叶树种之一的叶落物两两混合分解的动态变化,以探明凋落物混合分解过程中可能存在的相互作用。结果表明,杉木叶凋落物与３种阔叶树种叶凋落物两两混合分解时所表现出不同的相互作用形式：杉木与木荷表现出抑制作用,杉木与红栲或火力楠表现为较弱的促进作用。     

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.     

长白山四种森林类型凋落物分解动态

2003年5月—2004年9月在长白山自然保护区北坡4个森林类型阔叶红松林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林和岳桦林内,利用凋落物原位减少法对4种森林类型的凋落物分解动态进行了研究。结果表明,凋落物现存量最大的为红松云冷杉林,依次为阔叶红松林、岳桦云冷杉林、岳桦林;凋落物分解速率与时间均呈指数关系,凋落物年分解常数为0.25～0.47,分解95%所需时间为18～39年,其中阔叶红松林凋落物年分解常数最大,依次为岳桦林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林。同一类型森林中,不同植物组分的年分解系数不同,一般是阔叶最大,针叶最小。     

亚热带森林凋落叶分解过程土壤节肢动物群落的变化特征

土壤动物群落结构和多样性可能随凋落物分解进程和基质质量的变化不断改变。为了解亚热带森林凋落叶分解过程中土壤节肢动物群落变化特征,以四川盆地亚热带森林麻栎（Quercus acutissima）和柳杉（Cryptomeria fortunei）凋落叶为对象,于2011-2015年采用分解袋法研究了2种凋落叶分解过程中土壤节肢动物组成、结构和多样性动态变化。整个研究期间,柳杉和麻栎凋落叶分解袋中共捕获土壤节肢动物3855只,分属于16目51科,且均以等节跳科和棘跳科为优势类群;麻栎凋落叶中土壤节肢动物的个体密度随分解进程呈现增加趋势,在分解的1079天达最高值后降低,而柳杉凋落叶则在分解的156天急剧增加后快速降低,2种凋落叶中土壤节肢动物类群数量具有相似的动态变化过程;2种凋落叶中土壤节肢动物总体以菌食性数量比例最高,腐食性最低,且随凋落叶分解进程,植食性土壤节肢动物占比明显下降,菌食性则上升;非度量多维尺度（NMDS）分析显示,2种凋落叶中土壤节肢动物群落组成具有显著差异,聚类分析表明,2种凋落叶土壤节肢动物群落结构相似性随分解进程不断降低。亚热带森林凋落叶分解过程中土壤节肢动物群落组成、结构和多样性受凋落叶类型影响。     

Spatial characteristics in decomposition rate of foliar litter and controlling factors in Chinese forest ecosystems

凋落物分解是森林生态系统碳循环的重要组成部分。建立中国森林凋落叶分解速率数据库, 分析凋落叶分解速率与其主要影响因素之间的关系, 对精确地预测中国森林生态系统碳收支具有重要意义。该研究通过收集已报道的中国森林凋落叶分解常数(k)及其相关变量, 分析探讨地理因素(纬度、经度和海拔)、气候因素(年平均气温和年降水量)、凋落叶质量(氮、磷、钾、木质素、木质素:氮和碳氮比)和叶特性(常绿与落叶、阔叶与针叶)对中国森林凋落叶分解速率的影响。结果表明, 在国家尺度上, k随年平均气温、年降水量、氮、磷和钾的增加而增加, 随纬度、经度、海拔、碳氮比、木质素和木质素:氮的增大而减小, 叶特性对k的影响不显著。气候与地理因素(年平均气温、年降水量和纬度)能解释k值变异的34.1%, 凋落叶质量(氮、钾、木质素和木质素:氮)能解释k值变异的21.7%, 它们能共同解释k值变异的74.4%。了解森林凋落叶分解速率在国家尺度上的格局和主控因素可为中国森林生态系统碳循环相关模型提供基础参数。     

森林凋落物分解重要影响因子及其研究进展

当前 ,森林凋落物分解被放在陆地生态系统碳平衡背景下进行研究 ,认识凋落物分解过程的影响因素和影响机理对理解地表碳平衡具有重要意义。凋落物在分解过程中 ,伴随有养分含量的变化 ,低品质凋落物在分解前期 (可达 2～ 3年 )会从环境中固定养分 ,特别是氮磷养分 ,而在后期则会释放出养分。凋落物本身的养分含量是影响分解速率的重要因素 ,高养分含量的凋落物分解快些 ,阔叶凋落物比针叶凋落物分解快些。有资料显示 ,在总分解率为2 9 4 %的构成中 ,理化因素、微生物因素与土壤动物因素对凋落物分解的贡献率分别为 7 2 %、8 0 %和 14 2 %。不同类型凋落物在分解过程中的土壤动物类群也不同 ,它也是造成凋落物分解速率不同的关键因素 ,通常阔叶树种凋落物分解过程中 ,会有更多的微节肢动物出现。CO2浓度升高将造成植物有机质含碳量与其它养分的比值升高 ,形成低品质的凋落物 ,从而间接影响凋落物分解速率 ,一般认为 ,全球CO2 浓度升高会加强土壤作为碳汇的功能。     

Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors

Aims We aim to construct a comprehensive global database of litter decomposition rate (k value) estimated by surface floor litterbags, and investigate the direct and indirect effects of impact factors such as geographic factors (latitude and altitude), climatic factors (mean annual tempePlrature, MAT; mean annual precipitation, MAP) and litter quality factors (the contents of N, P, K, Ca, Mg and C:N ratio, lignin:N ratio) on litter decomposition.Methods We compiled a large data set of litter decomposition rates (k values) from 110 research sites and conducted simple, multiple regression and path analyses to explore the relationship between the k values and impact factors at the global scale.Important findings The k values tended to decrease with latitude (LAT) and lignin content (LIGN) of litter but increased with temperature, precipitation and nutrient concentrations at the large spatial scale. Single factor such as climate, litter quality and geographic variable could not explain litter decomposition rates well. However, the combination of total nutrient (TN) elements and C:N accounted for 70.2% of the variation in the litter decomposition rates. The combination of LAT, MAT, C:N and TN accounted for 87.54% of the variation in the litter decomposition rates. These results indicate that litter quality is the most important direct regulator of litter decomposition at the global scale. This data synthesis revealed significant relationships between litter decomposition rates and the combination of climatic factor (MAT) and litter quality (C:N, TN). The global-scale empirical relationships developed here are useful for a better understanding and modeling of the effects of litter quality and climatic factors on litter decomposition rates.     

Leaf litter decomposition characteristics and controlling factors across two contrasting forest types

两种不同森林类型叶凋落物分解特征及影响因子研究 叶凋落物分解为森林生态系统提供了重要的能量和养分来源。除传统的环境因素外,叶凋落物的降解过程也受到绿叶功能性状和叶凋落物基质质量的影响。然而,在群落水平上,绿叶功能性状和叶凋落物基质质量对不同森林群落叶凋落物分解的相对重要性仍不清楚。因此,本研究以北京东灵山地区7种典型森林群落类型的混合叶凋落物为研究对象,利用分解袋法通过360天的野外相似环境分解实验对叶凋落物的分解过程进行了研究。这些森林群落包括6种分别以胡桃楸(Juglans mandshurica)、青杨(Populus cathayana)、棘皮桦(Betula dahurica)、白桦(Betula platyphylla)、油松(Pinus tabuliformis) 和华北落叶松(Larix gmelinii var. principis-rupprechtii) 为优势种的单优种群落,以及一种以大叶白蜡(Fraxinus rhynchophylla)、蒙古栎(Quercus mongolica)和蒙椴(Tilia mongolica)为优势种的共优种群落。研究结果表明,不同森林群落之间叶凋落物分解速率存在显著差异。群落聚合的植物功能性状和叶凋落物基质质量分别解释了群落叶凋落物分解速率变异的35.60%和9.05%,两者交互作用解释率为23.37%,表明群落聚合的植物功能性状及其与叶凋落物基质质量的共同作用是影响群落叶凋落物分解速率变异的主要因素。通过冗余分析发现,叶片氮含量、叶干物质含量、叶片单宁含量和比叶面积能显著影响群落叶凋落物分解速率的变异。因此,在对群落水平上叶凋落物分解的研究应该关注群落聚合的绿叶功能性状对分解的影响。     

高寒森林不同生境对凋落叶分解灰分动态的影响

灰分是凋落叶的重要组成部分,其浓度直接关系到凋落叶的分解过程及有机组分的动态特征,且可能受生境和分解时期的影响,然而有关凋落叶分解过程中灰分动态的研究鲜有报道。采用凋落袋法,以岷江上游高寒森林4种代表性植物康定柳(Salix paraplesia)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)、方枝柏(Sabina saltuaria)和四川红杉(Larix mastersiana)凋落叶为研究对象,研究了高寒森林凋落叶在3种不同环境条件下(林下、溪流、河岸带)分解过程中灰分的动态特征。结果表明,灰分量随凋落叶的分解整体呈现降低的趋势,且不同环境条件和不同物种之间存在明显的差异。与之相反,经过两年的分解,除溪流中康定柳凋落叶灰分浓度略有下降外(-0.99%),林下和河岸带中康定柳凋落叶及其它物种凋落叶中灰分浓度在所有环境条件下均表现出了增加的趋势(5.86%—72.15%)。凋落叶分解过程中灰分浓度变异量在不同分解时期存在明显或显著的差异,且受物种和环境因子的调控。这些结果表明,传统上认为凋落叶分解过程中灰分浓度比较稳定的观点是不准确的,且以凋落叶分解过程中灰分浓度不变的前提下采用无灰分质量损失(ash free mass loss)而计算凋落叶质量损失的方法存在一定的不准确性。研究为认识凋落叶分解过程中灰分的动态特征及凋落叶质量损失的测定方法提供了一定的参考。     

全球变化对陆地生态系统枯落物分解的影响

了解枯落物分解对大大二氧化碳浓度增高,气候变暖和降水变化的反应,对深入理解陆地生态系统土壤有机物形成和碳的固化能力（Carbonh sequestration)十分重要。通过分析业已发表的文献,实验室根系分解实验和美国西北部针叶林叶片的分解实验,旨在评估大气二氧化碳浓度增高,气候变暖和降水化对陆地生态系统枯落物分解的可能影响,大气二氧化碳浓度增高可通过降低枯落物质量和增加草原生态系统土壤水分间接地影响枯落物分离,根据17项研究结果,大气二氧化碳浓度加倍可导致木本和草本枯落物平均氮含量降低19．6％和9．4％;木质素／氮化值增高36．3％和5．5％,枯落物质地的降低通常导致枯落物分解减慢。气候变暖一般加速枯落物的分解,但是用于表示这种促进作用的Q10随着温度的增高而降低,全球降水变化对陆地生态系统枯落物分解的影响不但取决于现有水分条件而且还以决于降水变的程度。以美国西北部地的针叶林为例,降水改变对森林生态系统枯落物分解的影响将是 多元的,有的增加,有的降低,而有的相对不变,最后,指出了今后 在方该领域有待加强的几个研究方面。     

Long-term effects of experimental nitrogen additions on foliar litter decay and humus formation in forest ecosystems

Decomposition rates and N dynamics of foliar litter from 4 tree species were measured over a 72 month period on the Chronic Nitrogen Addition plots at the Harvard Forest, Petersham MA, beginning in November 1988. Plots received nitrogen additions of 0, 5 and 15 g N m^-2yr^-1 in two different stand types: red pine and mixed hardwood. Bags were collected in August and November of each year and litter analysed for mass remaining, nitrogen, cellulose and lignin content. Mass remaining was significantly greater for litter in nitrogen treated plots than in control plots after 48 months. Lignin content of litter was significantly higher with nitrogen treatments but there was little effect of treatment on cellulose content. N concentration was similar between treatments, but greater mass remaining in treated plots resulted in a higher total amount of N in humus produced in the high N plot. This mechanism could be a sink for up to 1.5 g N·m^-2yr^-1 of the 1.5 g N·m^-2yr^-1 added annually to the high N plots. Reduced decomposition rates in conjunction with increased lignin accumulation could impact global carbon sequestration as well.     

中国东部气候带凋落物分解特征——气候和基质质量的综合影响

凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径.凋落物分解主要受到基质质量和气候因素多因子的综合影响.目前国内尚缺乏关于凋落物分解同气候因子和基质质量关系的多元统计和综合分析.应用分解袋法,对亚热带8个主要树种的凋落叶沿中国东部气候带5个地点历时2a的分解试验研究表明,年均降水量是影响中国东部凋落叶分解速率的首要气候因子,其次是实际蒸散和年均温度.凋落叶的初始N含量是决定分解快慢的首要基质因子,其次是P含量和Lignin:N比和C:N比.     

Effects of forest gap on hemicellulose dynamics during foliar litter decomposition in an subalpine forest

 亚高山森林林窗可能通过改变冬季雪被格局和生长季水热环境影响林窗内凋落物中半纤维素的分解动态, 但目前对此还缺乏研究。采用凋落物分解袋法, 以亚高山森林5种典型物种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albosinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)、方枝柏(Sabina saltuaria)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落物为研究对象, 研究雪被形成期、雪被覆盖期、雪被融化期和生长季节从林窗中心、林冠林窗、扩展林窗到郁闭林下物种凋落物的半纤维素变化特征。经历一年分解后, 5种凋落物的半纤维素均呈现净累积现象。针、阔叶凋落物半纤维素分别在雪被覆盖期和融化期表现出相对较高的损失率。在雪被覆盖期和融化期, 凋落物半纤维素在林窗中心和林冠林窗具有相对较高的损失率; 而在生长季节, 林窗中心呈现相对较低的凋落物半纤维素累积率。统计分析结果表明凋落物分解过程中半纤维素损失率与环境因子和凋落物质量因子均显著相关。这些结果表明亚高山森林林窗对凋落物分解过程中半纤维素损失率具有显著影响, 分别促进了半纤维素在冬季的损失以及抑制了半纤维素在生长季节的累积, 意味着亚高山森林林窗的形成有利于凋落物半纤维素的降解。     

亚高山森林林窗对凋落物分解过程中半纤维素动态的影响

亚高山森林林窗可能通过改变冬季雪被格局和生长季水热环境影响林窗内凋落物中半纤维素的分解动态, 但目前对此还缺乏研究。采用凋落物分解袋法, 以亚高山森林5种典型物种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albosinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)、方枝柏(Sabina saltuaria)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落物为研究对象, 研究雪被形成期、雪被覆盖期、雪被融化期和生长季节从林窗中心、林冠林窗、扩展林窗到郁闭林下物种凋落物的半纤维素变化特征。经历一年分解后, 5种凋落物的半纤维素均呈现净累积现象。针、阔叶凋落物半纤维素分别在雪被覆盖期和融化期表现出相对较高的损失率。在雪被覆盖期和融化期, 凋落物半纤维素在林窗中心和林冠林窗具有相对较高的损失率; 而在生长季节, 林窗中心呈现相对较低的凋落物半纤维素累积率。统计分析结果表明凋落物分解过程中半纤维素损失率与环境因子和凋落物质量因子均显著相关。这些结果表明亚高山森林林窗对凋落物分解过程中半纤维素损失率具有显著影响, 分别促进了半纤维素在冬季的损失以及抑制了半纤维素在生长季节的累积, 意味着亚高山森林林窗的形成有利于凋落物半纤维素的降解。