季节性冻融期间土壤动物对岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献

冬季凋落物的质量损失是中高纬度和高海拔地区凋落物分解的关键, 但冬季凋落物分解是否与土壤动物的贡献有关, 不同冻融时期(冻融初期、深冻期和融化期)的土壤动物对凋落物分解的贡献是否存在差异? 对这两个问题仍缺乏必要的关注。为了解季节性冻融期间土壤动物对岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落物分解的贡献, 采用凋落物分解袋法, 调查了季节性冻融期间(2010年10月底至2011年4月中旬), 不同网孔(0.020 mm、0.125 mm、1.000 mm和3.000 mm)凋落物分解袋内的岷江冷杉凋落叶质量损失, 分析了微型、中型和大型土壤动物对岷江冷杉凋落叶分解的贡献。在季节性冻融期间, 0.020 mm、0.125 mm、1.000 mm和3.000 mm分解袋内的岷江冷杉凋落叶质量损失率分别为12.13%、13.07%、14.95%和18.74%。不同体径的土壤动物对季节性冻融期间岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献率总共为35.28%; 不同孔径凋落物袋内土壤动物的类群和个体相对密度与凋落叶的质量损失率呈现相对一致的变化趋势。在季节性冻融的3个阶段中, 土壤动物对岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献率均为: 微型土壤动物<中型土壤动物<大型土壤动物。其中, 微型、中型和大型土壤动物分别在深冻期、冻融初期和融化期表现出最高的贡献率, 分别为6.56%、11.77%和21.94%。然而相对于其他冻融时期, 深冻期中型和大型土壤动物对岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献率最低。这些结果清晰地表明了川西高山季节性冻融期间土壤动物调控着凋落物分解的生态过程, 是高山冬季凋落物分解的重要因素之一。     

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.     

季节性冻融期间土壤动物对高山草甸两种凋落叶失重的贡献

季节性冻融期间高山草甸凋落叶的分解可为生长季节植物生长提供必要的养分,对于维持生态系统物质循环和养分平衡具有重要作用。然而,土壤动物对凋落叶分解是否具有明显的贡献仍然缺乏一致认识。因此,以高山草甸代表性植物黄花亚菊(Ajania nubigena)和黑褐苔草(Carex atrofusca)凋落叶为研究对象,采用不同孔径凋落叶袋排除土壤动物的方法,研究冬季不同冻融时期(冻结前期、冻结期和融化期)土壤动物对凋落叶失重的贡献。整个季节性冻融期间土壤动物对黄花亚菊和黑褐苔草两种凋落叶失重率的作用分别为12.07%和4.03%,总贡献率分别为46.39%和24.14%。土壤动物对两种凋落叶失重率的作用均在融化期最大,而土壤动物对黄花亚菊凋落叶失重率的作用在冻结初期最小,土壤动物对黑褐苔草凋落叶失重率的作用在冻结期最小。整个季节性冻融期,土壤动物对凋落叶失重率的作用和贡献率与正积温和凋落叶初始C、N浓度和C/N比均呈显著的正相关关系。因此,季节性冻融期间土壤动物对高山草甸凋落叶分解具有明显的贡献,但这些过程受冻融格局和凋落叶初始质量的调控。     

季节性冻融期间亚高山森林凋落物的质量变化

凋落物质量是影响凋落物分解的重要生物因子,其在季节性冻融期间的变化可能对亚高山森林生态系统过程产生显著的影响。因此,采用凋落物分解袋法,研究了岷江冷杉(Abies faxoniana)和白桦(Betula platyphylla)凋落物质量在一个季节性冻融期间(2006年10月至2007年4月)的变化。季节性冻融期间,岷江冷杉和白桦凋落物的木质素(L)和纤维素的降解率为全年降解的70%-75%,岷江冷杉和白桦凋落物的C/N、L/N和纤维素/N均显著增加,而纤维素/P均有所降低。岷江冷杉凋落物的C/P和L/P有所增加,但白桦凋落物的C/P和L/P有所降低。可见,季节性冻融期间,亚高山森林凋落物的质量发生了较为显著的变化,其显著影响了亚高山凋落物分解过程。     

高山森林林窗对凋落叶分解的影响

林窗对降水和光照等环境条件的再分配以及分解者群落的影响可能深刻作用于森林凋落物分解过程,但有关高山森林林窗大小对凋落物分解的影响尚无研究报道。采用凋落物分解袋法,研究了川西高山森林不同大小林窗对非生长季节和生长季节红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落叶质量损失的影响。结果显示,经过1a的分解,不同生境下红桦和岷江冷杉凋落叶分别分解了27.25%—30.12%和27.04%—27.96%,其中非生长季节占53.83%—60.18%和50.23%—59.09%。林窗对红桦和岷江冷杉凋落叶质量损失的影响因物种不同而呈现季节差异。总体上,林窗加快了岷江冷杉凋落叶的分解而延缓了红桦凋落叶的分解。与郁闭林下相比,林窗显著增加了2种凋落叶非生长季节的质量损失速率,显著降低了生长季节2种凋落叶的质量损失速率;2种凋落叶质量损失速率在非生长季节随林窗面积增大而加快,在生长季节随林窗面积增大而减慢。林窗显著影响了初冻期、深冻期和融化期岷江冷杉凋落叶的质量损失率,但对红桦凋落叶质量损失率影响不显著。可见,高山森林凋落物分解过程受到林窗的显著影响,并且阔叶和针叶凋落叶在非生长季节和生长季节对林窗的响应具有明显差异。     

川西高山林线交错带土壤动物对岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献

土壤动物是调控凋落物分解的重要生物因素.为了探究川西高山林线交错带土壤动物对两个优势物种岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献,在3个海拔梯度(针叶林-林线-高山草甸)采用凋落物分解袋试验,通过不同孔径的网袋(0.04 mm,基本排除土壤动物;3 mm,允许土壤动物通过),研究了分解554 d(2013年5月—2014年11月)土壤动物对凋落物的影响.结果表明: 在整个林线交错带上,岷江冷杉的分解速率(k)为0.209～0.243,高山杜鹃的k为0.173～0.189,岷江冷杉的k大于高山杜鹃.土壤动物的参与显著加速了两种凋落叶分解,同时土壤动物对两种凋落物分解的作用和贡献随海拔升高而降低.自针叶林、高山林线至高山草甸,土壤动物对岷江冷杉分解的质量损失率为15.2%、13.2%、9.8%,对高山杜鹃分解的质量损失率为20.1%、17.5%、12.4%;土壤动物对岷江冷杉分解的平均日贡献率为0.17%、0.13%、0.12%,对高山杜鹃分解的平均日贡献率为0.26%、0.25%、0.23%,土壤动物对高山杜鹃的分解影响相对较大.海拔、凋落物自身性质及其交互作用对土壤动物作用下凋落物的质量损失率和贡献率均表现出显著影响.土壤动物的作用于岷江冷杉和高山杜鹃分解的平均日贡献率在当年生长季(0.25%和0.44%)和次年生长季(0.10%和0.19%)均高于雪被期(0.07%和0.12%).回归分析表明,环境因子(日平均气温、冻融循环次数以及雪被厚度)可以解释土壤动物作用于岷江冷杉和高山杜鹃质量损失率的42.7%和50.9%,贡献率的43.2%和55.6%,这对了解土壤动物在凋落物分解中的作用和深入认识高山生态系统物质循环具有重要意义.     

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。     

长白山地区溪流冻结初期凋落叶分解与底栖动物定殖的关系

长白山森林源头溪流每年11月至次年4月有约70%的河面被冰覆盖,季节性冻融过程特征明显.为了揭示溪流冻结初期凋落叶分解与底栖动物定殖的关系,在长白山地区1条源头溪流中,利用2种孔径(5和0.3 mm)的尼龙分解袋对色木槭、紫椴、蒙古栎的单一及混合凋落叶进行了为期35 d的分解研究.结果表明: 凋落叶质量损失率在单一树种间差异显著,表现为:色木槭＞紫椴＞蒙古栎,而在4种混合凋落叶间差异不显著;除紫椴和3树种混合凋落叶外,粗、细分解袋间凋落叶质量损失率差异不显著;凋落叶混合效应仅出现在紫椴-蒙古栎混合的粗分解袋内;定殖在不同凋落叶分解袋内的底栖动物群落结构差异较大,但撕食者密度在3种凋落叶间差异不显著,撕食者对凋落叶混合效应的响应也不显著.由结果可知,溪流冻结初期微生物是凋落叶的主要分解者,底栖动物的贡献率较低.虽然撕食者密度较低,但撕食者的活动是凋落叶混合效应出现的必要条件.底栖动物对食物和栖息地有一定的选择性,但由于定殖时间较短,凋落叶对撕食者定殖的影响不显著.本研究对源头溪流生态系统的冬季生态过程研究及生态系统管理具有一定的理论意义.     

土壤线虫群落对森林凋落物分解主场效应的作用

以大连西郊国家森林公园作为样地,以黑松和辽东栎两种叶凋落物作为分解基质,采用两种不同网孔的凋落物袋法,从土壤线虫群落组成、凋落物分解速率、凋落物养分释放、土壤线虫群落多样性及其与凋落物理化指标的相关性等几个方面来探究森林凋落物分解的主场效应及土壤线虫群落的作用。结果表明:研究期间共鉴定出4570条土壤线虫,隶属于35个属。0.1mm网袋中共鉴定4407条线虫,远高于0.02mm网袋的163条;而0.02mm网袋控制了土壤线虫参与凋落物分解,可视为仅由微生物参与分解过程。凋落物在主场与客场分解损失率差值(Ph-Pa、Qh-Qa)、元素残留率差值(Pa-Ph、Qa-Qh)总体呈增加趋势,说明土壤线虫对主场凋落物分解作用明显。凋落物质量损失和C、N释放量表现为0.1mm网袋0.02mm网袋,主场客场,主场与客场存在一定差异,表明土壤线虫促进了凋落物分解,且对主场凋落物分解贡献较大。主场线虫数量和种类较多,调控着微生物的群落结构及活动,进而加速了凋落物分解和养分释放,同时主场效应又决定着凋落物的分解速率和养分释放。研究结果可为今后森林凋落物分解的相关研究中主场效应、客场效应以及土壤生物驱动效应研究提供参考。     

季节性冻融期间亚高山森林凋落物的质量损失及元素释放

季节性冻融期间的凋落物分解对季节性冻土区的森林生态系统过程可能具有重要的影响,但已有的研究报道很少.因此,采用凋落物分解袋法研究了岷江冷杉 (Abies faxoniana Rehder & E. H. Wilson)林和白桦(Betula platyphylla Sukaczev)林凋落叶的分解.一个季节性冻融期间,冷杉林和白桦林凋落物的质量损失率分别为(19.4 ±2.0)%和(21.5±3.5)%,约为1a中凋落物分解的64.5%和65.6%,表明季节性冻融对亚高山森林凋落物分解影响显著.冷杉凋落物中C、N、P、K、Ca和Mg的释放率为(15.0±1.0)%、(34.1±3.6)%、(17.0±0.9)%、(22.8±5.9)%、(20.1±0.1)%和(36.3±2.1)%,白桦凋落物中C、N、P、K、Ca和Mg的释放率为(20.7±0.1)%、(29.4±3.4) %、(15.7±1.3)%、(16.8±5.1)%、(21.3±1.8)%和(20.5±2 8)%.结合叶凋落物产量可以推断,冷杉林凋落物在一个季节性冻融期间释放到土壤的N、P、K、Ca、Mg为(10.17±1.14) kg · hm-2、(0.68±0.08) kg · hm-2、(4.08±0.46) kg · hm-2、(0.46±0.05) kg · hm-2、(0.09±0.01) kg · hm-2,白桦林为(5.61±1 12) kg · hm-2、(0.34±0.07) kg · hm-2、(1.21±0.24) kg · hm-2、(0.300±0.059) kg · hm-2、(0.051±0.010) kg · hm-2,这对于春季亚高山森林植物生长具有重要的生态学意义.     

Microbiota, fauna, and mesh size interactions in litter decomposition

Plant litter decomposition is a key process in carbon and nutrient cycling. The critical role of soil-faunal community composition in decomposition has been demonstrated using different mesh size litterbags to control exposure of litter to different faunal size classes. However, the faunal community surrounding the litterbags has not been manipulated despite potentially large indirect effects of their activity on biotic and abiotic processes that control litter decomposition at the habitat-scale.
We combined microcosm and litterbag techniques to facilitate a more comprehensive understanding of the role of direct and indirect effects of soil-faunal community composition on litter decomposition. We placed litterbags of three mesh sizes across model grassland miniecosystems manipulated to enable communities containing 1) microfauna; 2) micro- and meso-fauna; 3) micro-, meso- and macro-fauna. All communities contained bacteria and fungi. The approach permitted correction of mesh size artefacts inherent to field studies. Indirect effects have been divided into two separate terms, direct-indirect effects and indirect effects.
Decomposition in micromesh litterbags was significantly decreased by the indirect effects of meso- and macro-fauna. In macrofauna communities, increased mesh size significantly increased decomposition through mesh size per se and faunal effects. Relative effects of manipulated faunal community composition on litter mass loss and C:N ratio were equivalent for green and senesced litter. The presence of meso- and macro-fauna increased litter decomposition rate overall despite inhibiting decomposition by microfauna, bacteria and fungi through indirect effects.     

Contribution of meso- and macro-fauna to nitrogen release in needle litter decomposition of Abies faxoniana during the freeze-thaw period

The litterbags with different mesh sizes (0.125, 1.000 and 3.000 mm) were placed on the forest floor in October 2010, and collected after each of the three stages in the freeze-thaw season (OF: the onset of freezing stage; DF: the deeply frozen stage; and TS: the thawing stage). Over the whole freeze-thaw period, 14.01% ± 1.26, 20.64% ± 1.61 and 30.89% ± 0.70 of N released from fir litter in the litterbags with 0.125, 1.000 and 3.000 mm, respectively. The contributions of meso- and macro-fauna to N releases were 21.45% ± 3.80 and 33.18% ± 5.39, respectively. Macro-fauna contributed more to N releases than meso-fauna regardless of decomposition stages in the freeze-thaw period. Compared with other stages in the freeze-thaw period, higher contributions of both macro- and meso-fauna were observed at DF stage, and the lower contributions at TS stage. The results suggested that soil fauna have a great contribution to N releases during litter decomposition in the freeze-thaw period, but the contribution was significantly affected by temperature dynamics and the body size of soil fauna.     

土壤动物对川西亚高山和高山森林凋落叶第一年不同分解时期N和P元素动态的影响

土壤动物对高寒森林凋落物养分元素动态具有重要影响, 但这种影响受控于凋落物质量及环境条件。为了解土壤动物对高寒森林凋落物不同分解时期凋落物中N和P元素动态的影响, 采用凋落物分解袋的方法, 于凋落物第一年分解的不同时期, 即冻结前期、冻结期、融化期、生长季节初期、生长季节中期和生长季节末期, 研究了3.00和0.04 mm孔径凋落物袋中川西亚高山和高山森林的代表性植物——康定柳(Salix paraplesia)、方枝柏(Sabina saltuaria)、红桦(Betula albosinensis)和岷江冷杉(Abies fargesii var. faxoniana)凋落物中的N和P元素动态特征。结果表明: 康定柳和红桦凋落物中的N元素呈现出释放—富集—释放的模式, 方枝柏、岷江冷杉凋落物中的N元素则表现为释放—富集模式; 凋落物P元素总体表现为释放模式, 但4种植物凋落物均在生长季节中期具有明显的富集过程; 从凋落物分解的第一年来看, 土壤动物明显促进了4种植物凋落物N的释放, 而抑制了P的释放; 不同时期土壤动物对凋落物中N和P释放量的影响存在显著差异, 且分别与正积温呈极显著正相关和极显著负相关关系; 相对于阔叶植物凋落物, 土壤动物对针叶植物凋落物中N和P元素动态的影响更为显著。这些结果为深入了解高寒森林生态系统土壤动物与凋落物分解等物质循环过程的相互联系具有重要意义。     

雪被斑块对高山森林两种灌木凋落叶质量损失的影响

高山/亚高山森林灌木层植物凋落物的分解对于系统物质循环等过程具有重要意义, 并可能受到冬季不同厚度雪被斑块下冻融格局的影响。该文采用凋落物分解袋法, 研究了高山森林典型灌层植物华西箭竹(Fargesia nitida)和康定柳(Salix paraplesia)凋落物在沿林窗-林下形成的冬季雪被厚度梯度(厚型雪被斑块、较厚型雪被斑块、中型雪被斑块、薄型雪被斑块、无雪被斑块)上在第一年不同关键时期(冻结初期、冻结期、融化期、生长季节初期和生长季节后期)的质量损失特征。在整个冻融季节, 华西箭竹和康定柳凋落叶的平均质量损失分别占全年的(48.78 ± 2.35)%和(46.60 ± 5.02)%。冻融季节雪被覆盖斑块下凋落叶的失重率表现出厚型雪被斑块大于薄型雪被斑块的趋势,而生长季节无雪被斑块的失重率明显较高。尽管如此, 华西箭竹凋落物第一年分解表现出随冬季雪被厚度增加而增加的趋势, 但康定柳凋落物第一年失重率以薄型雪被斑块最高, 而无雪被斑块最低。同时, 相关分析表明冻融季节凋落叶的失重率与平均温度和负积温呈极显著正相关, 生长季节凋落叶的失重率与所调查的温度因子并无显著相关关系, 但全年凋落物失重率与平均温度和正/负积温均显著相关。这些结果清晰地表明, 未来冬季变暖情境下高山森林冬季雪被格局的改变将显著影响灌层植物凋落物分解, 影响趋势随着物种的差异具有明显差异。     

亚高山森林林窗大小对凋落叶木质素降解的影响

木质素降解是认识高寒森林凋落物分解过程的关键环节,可能受到林窗大小及其在不同季节水热环境的影响。采用分解袋法,研究了川西亚高山森林不同面积大小林窗下红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落叶在初冻期、深冻期、融化期、生长季节初期、生长季节中期和生长季节后期的木质素分解动态特征。研究结果表明,采样时间和林窗面积大小对两种凋落叶的木质素降解均有显著影响。经历1a分解,红桦凋落叶的木质素降解了21.53%—27.65%,而岷江冷杉凋落叶的木质素富集了7.95%—19.40%。较大林窗促进了冬季岷江冷杉凋落叶和生长季节红桦凋落叶木质素的降解,抑制了冬季红桦凋落叶木质素的降解;而生长季节岷江冷杉凋落叶木质素富集速率则为林下大林窗中林窗小林窗。逐步回归分析表明,凋落叶木质素的降解过程在冬季主要受到负积温和土壤冻融循环次数的影响(木质素结构的物理破碎),而在生长季节则主要受到平均温度和正积温的影响(木质素的生物降解)。可见,川西亚高山森林木质素降解受林窗格局变化的显著影响,且林窗大小对凋落叶木质素降解的影响与物种和分解时期有关。     

季节性雪被对高山森林凋落物分解的影响

季节性雪被可能对高山森林凋落物分解产生重要影响, 但一直没有深入的研究。该文采用凋落物分解袋法, 于2010-2012年雪被覆盖下几个关键时期(冻结初期、深冻期和融化期)以及生长季节, 研究了川西高山森林代表性树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albosinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)和方枝柏(Sabina saltuaria)凋落叶在不同厚度冬季雪被下的分解动态。经过两年的分解, 不同雪被覆盖下岷江冷杉凋落物分解率为33.98%-39.55%, 红桦为46.49%-48.22%, 四川红杉为42.30%-44.93%, 方枝柏为40.34%-43.84%。相对于无雪被覆盖环境, 厚型雪被覆盖均小幅提高了4种凋落物两年的失重率(1.57%-5.57%)。3个针叶树种(岷江冷杉、四川红杉和方枝柏) Olson凋落物分解系数k均以厚型雪被覆盖最大, 薄型雪被覆盖最小, 而阔叶树种红桦分解系数k则表现为无雪被>薄型雪被>较厚型雪被>厚型雪被>中型雪被。尽管在第二年生长季中雪被对红桦凋落物分解的促进作用不明显, 但雪被覆盖明显促进了两年各个关键时期岷江冷杉、四川红杉和方枝柏凋落物的分解。第一年雪被期凋落物分解对当年分解总量的贡献达42.5%-65.5%, 季节性雪被变化明显改变了凋落物冬季分解格局, 对深冻期凋落物分解过程影响尤为显著。综上所述, 当前气候变化情景下冬季雪被的减少可能减缓该区森林凋落物分解过程, 但相对于易分解的阔叶凋落物, 针叶凋落物的响应特征可能更为强烈。