全球植物凋落物纤维素分解速率的变化特征及其影响因子

纤维素作为凋落物的关键组分之一, 其分解过程在陆地生态系统碳循环中具有重要作用。该研究汇集了现有研究关于凋落物纤维素分解的时间序列数据, 根据一级指数动力学方程估算了凋落物纤维素分解常数(k), 探索了k在不同气候带、生态系统和叶形态的分布格局, 以及气候、地形、土壤性质、凋落物底物质量对k的影响。结果表明: (1) k在不同气候带与叶形态上差异显著, 表现为: 热带(0.086) >亚热带(0.069) >温带(0.048), 阔叶树种(0.069) >针叶树种(0.059); (2)考虑了随机效应后, k随凋落物初始碳氮比、木质素纤维素比增加而下降, 而随年平均气温升高而增加。该结果表明, 凋落物底物质量和气候对纤维素分解具有重要影响。该研究深化了对凋落物纤维素分解规律的认识, 有助于优化植物凋落物周转和生态系统碳循环模型。     

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。     

森林凋落物分解速率的影响因素研究进展

凋落物作为森林生态系统的重要功能组成部分,其分解过程不仅是生态系统物质循环和能量流动的主要途径,还是构成生物地球化学循环的关键环节,深刻影响着土壤肥力、碳储存与释放以及生物多样性等多个方面,对维持生态平衡具有重要意义。该文系统性地总结归纳了影响凋落物分解的主要因素,具体包括凋落物的化学组成、物理结构等质量特征,气候条件的变化,以及土壤分解者的种类与活性等。同时,该文还深入梳理了近些年来国内外在凋落物分解领域的研究进展和热点话题,这对深化森林生态系统管理、推动物质循环研究以及应对全球气候变化等都具有重要的理论与实践意义。未来研究应在整合不同森林生态系统的背景下,进一步深化对主场效应、土壤动物作用、光降解等话题的认识,并建立系统的分解机制研究框架。此外,构建一个针对全球气候变化背景下不同凋落物处理(包括添加与去除)的长期固定实验网络平台,对于深入揭示凋落物分解对土壤有机碳转化与稳定性机制具有重要意义。在全球气候变化的大背景下,该文为进一步探索凋落物分解过程的影响因素及其响应机制提供了生态学视角的见解与建议。     

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。     

土壤基质影响下叶凋落物际细菌群落特征及其与分解速率的关联性

植物凋落物在土壤有机质形成过程中扮演重要角色,在局域尺度上其分解速率与土壤生境密切相关。不同土壤基质下的凋落物分解快慢不同,进而影响土壤碳周转及养分利用效率。与叶凋落物分解密切相关的微生物群落主要来源于叶凋落物际,这些微生物群落在土壤养分循环和有机物分解过程中发挥着至关重要的作用,然而目前关于叶凋落物际中微生物群落动态变化的研究还相对较少。研究以喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)的叶凋落物为研究对象,通过高通量测序研究不同土壤(有机土、铁铝土、冲积土)和分解阶段(30%、60%、90%)下叶凋落物际细菌群落的动态变化及其对凋落物分解的影响。结果表明：随着分解的进行,叶凋落物际细菌群落多样性逐渐升高,并且群落多样性水平越高(Alpha多样性：有机土>冲积土>铁铝土),其分解速率越快(k:有机土>冲积土>铁铝土)。研究进一步发现,叶凋落物际细菌群落组成变化受土壤类型和分解阶段显著影响(P<0.001),但前者作用效应更大。具体而言,不同土壤基质下的叶凋落物际优势菌不同,有机土和冲积土基质中均由变形菌门(Proteobacteria)主导(分别占55.33%和53.10%),铁铝土基质中则以放线菌门(Actinobacteriota)为主(占比为63.95%)。受分解阶段影响,不同土壤基质下叶凋落物际各优势菌门的平均相对丰度在分解后期均有所下降,而以绿弯菌门(Chloroflexi)为代表的寡营养菌(oligotrophic taxa)在分解后期显著增加(P<0.05),与分解前期相比增加了5.66—413.80倍。此外,在不同土壤中,叶凋落物际细菌群落构建均受确定性过程影响,其共现网络复杂度在冲积土、有机土、铁铝土中依次降低,变形菌门和放线菌门在整个叶凋落物际细菌群落的构建和维持中扮演着关键角色。研究揭示了不同土壤基质调控叶凋落物际细菌群落组成及多样性进而影响凋落物分解过程,这为深入理解叶凋落物际细菌群落在生态系统养分循环过程中的关键作用提供了数据支撑。     

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.     

我国中东部不同气候带成熟林凋落物生产和分解及其与环境因子的关系

在大尺度气候梯度上研究森林凋落物生产分解与气候因子的关系,对于了解森林生态系统碳循环有着重要的作用.在寒温带的黑龙江呼中、温带的吉林长白山、暖温带的北京东灵山、北亚热带的湖北神农架、中亚热带的四川都江堰和浙江古田山,选择典型地带性成熟林,设置72个样地.观测和研究各地点森林凋落物的产量、凋落动态和分解速率,分析三者与环境因子之间的关系,结果表明:不同气候带森林生态系统凋落物年产量为亚热带森林＞暖温带森林＞温带森林＞寒温带森林.随纬度的增加,凋落物产量逐渐减少,凋落物产量与森林类型极显著相关,与年均温显著相关,而与年均降水关系不显著.凋落物生产动态表现为亚热带地区3个类型森林生态系统为双峰型,暖温带、温带、寒温带3个类型森林生态系统为单峰型.凋落物分解速率k表现出了与凋落物产量相似的变化趋势,即随着纬度的增加,分解速率k值逐渐降低,分解速率与年均温极显著相关,与年均降水显著相关.     

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。     

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。     

模拟雪被变化对水曲柳和兴安落叶松凋落叶分解的影响

气候变化引起的雪被变化会深刻地影响森林凋落物的分解过程.本研究采用人工控雪处理(对照、增雪、除雪)模拟研究雪被变化对两种温带树种——水曲柳和兴安落叶松凋落叶分解动态的影响. 为期一年的分解试验表明: 不同控雪处理下水曲柳和落叶松的凋落叶年分解率的变化范围分别为51.3%～57.4%和21.7%～31.4%;两者的分解系数(k)变化范围分别为0.048～0.057和0.022～0.030,其中增雪处理的k值最大、除雪处理的k值最小.与对照相比,增雪处理下水曲柳凋落叶50%和95%分解的时间分别缩短了1.1月和4.2月,落叶松则分别缩短了3.7月和15.5月;相反,除雪处理下相应的分解时间分别延长了1.8月和6.4月(水曲柳)及5.0月和21.1月(落叶松).此外,凋落叶分解率与树种、雪深、分解时间、土壤温度等密切相关,但其主要影响因子随分解阶段而异,表现为雪被期主要受土壤温度影响,而随后的无雪期主要受凋落叶初始质量的影响.本研究突显了雪被变化对凋落叶分解有显著的瞬时效应和延迟效应.     

森林凋落物研究进展

对森林凋落物的概念、研究方法及主要研究内容作了阐述,特别就凋落物收集面积和分解袋孔径大小、凋落量时空动态和凋落物分解速率等问题进行了综合分析。目前森林凋落物研究的重要结论有：海拔和纬度因子是通过对光、温、水等生态因子的再分配来影响凋落量,其中主导气候因子是年均温。凋落物的分解与化学组成和环境因子有关,C／N和N含量在凋落物分解过程中起着重要作用。土壤水分是影响凋落物分解主要环境因子之一;土壤微生物对凋落物的影响,前期是通过真菌破碎凋落物表层使内居性动物得以侵入凋落物内部,后期则以细菌降解有机物为主。凋落量、凋落物分解的影响因子,以及凋落物的生态作用等内容应是凋落物研究的重要方向。     

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。