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。     

森林凋落物分解及其对全球气候变化的响应

凋落物分解是重要的森林生态系统过程之一,受到气候、凋落物质量、土壤生物群落等生物和非生物因素的综合调控．迄今,有关不同森林生态系统和不同树种地上部分的凋落物动态、凋落物分解过程中的养分释放动态、生物和非生物因素对凋落物分解的影响等研究报道较多,但对地下凋落物的分解研究相对较少．近年来,森林凋落物分解对以大气CO2浓度增加和温度升高为主要特征的全球变化的响应逐步受到重视,但其研究结果仍具有很多不确定性．因此,未来凋落物生态研究的重点应是凋落物分解对土壤有机碳固定的贡献、地上／地下凋落物的物理、化学和生物学过程及其对各种生态因子（例如冻融、干湿交替）及交互作用的响应、凋落物特别是地下凋落物分解对全球气候变化的响应机制等方面．     

三峡库区马尾松林土壤-凋落物层酶活性对凋落物分解的影响

凋落物的彻底降解是在凋落物和土壤酶系统的综合作用下完成,酶活性的提高有利于凋落物-土壤有机物质的分解和养分释放。通过对三峡库区30年生马尾松林凋落物分解、凋落物-土壤层酶活性季节动态及其对分解的影响进行研究,结果表明:30年生马尾松林凋落物经过540 d的分解后干重剩余率是59.80%;凋落物层酶活性季节动态明显,氧化还原酶活性均是11月最低,3月最高;土壤过氧化物酶活性季节变化显著且均是11月最低,多酚氧化酶活性9月较高,而过氧化物酶活性则是6月较高。马尾松林凋落物层酶活性与土壤层酶活性差异较大,且水解酶活性差异较氧化还原酶活性差异大,凋落物层脲酶活性、纤维素酶活性和蔗糖酶活性11月、6月、9月分别是0—5 cm土壤层的6.33倍、3.24倍、10.29倍,68.14倍、16.16倍、24.81倍,25.07倍、31.88倍、29.20倍。凋落物分解速率均与土壤、凋落物层氧化还原酶活性呈极显著"S"形曲线,与凋落物层水解酶活性呈二次函数关系,与土壤层水解酶均呈极显著的线性关系。凋落物质量能引起凋落物-土壤层酶活性变化,酶活性的改变反过来影响凋落物的分解,因此,凋落物-土壤层酶活性差异与凋落物分解阶段和对共同影响因素(凋落物质量、土壤温度、水分含量和土壤养分等)的敏感性不同有关,凋落物-土壤层酶的相互作用共同影响森林生态系统的物质循环和养分循环过程。     

森林生态系统凋落物的生产与分解

系统地综述了森林凋落物的生产量及其对凋落物生产的影响因素、凋落物的分解过程及影响凋落物分解的气候因素、凋落物性质、微生物因素、动物因素等。此外,总结目前关于森林凋落物的研究方法。凋落物分解受多种因素影响,其中温度和湿度是影响凋落物分解的主要气候因子。不同植物凋落物的分解速率还受到其自身化学组成的影响,凋落物中的C/N比越高、N含量越低或木质素含量越高,凋落物分解越缓慢。对寒带至热带凋落物的分解速率比较发现,各气候带凋落物的分解速率高低顺序为热带亚热带温带寒带,热带森林凋落物年平均分解速率为30%~90%,几乎为温带森林的3倍,分解速率存在明显气候地带性。     

Soil burial has a greater effect on litter decomposition rate than nitrogen enrichment in alpine grasslands

高寒草地土壤掩埋对凋落物分解速率的影响大于氮素富集 由于高寒草地退化、鼠害严重、大风频繁等原因,凋落物被频繁掩埋在土壤中。但凋落物的位置变化和氮富集对高寒草原凋落物分解速率和养分动态影响的认识尚不清楚。为了研究凋落物 位置变化(地表、掩埋10 cm和悬空60 cm)和氮富集对高寒草原优势植物凋落物分解的影响,本研究依托2009年在新疆天山巴音布鲁克高寒草原设置的长期模拟氮沉降研究平台,以对照和氮富集处理样方的优势植物羊茅(Festuca ovina)和赖草(Leymus tianschanicus)凋落物为试验材料,测定分解过程中凋落物质量损失和碳氮磷含量的变化特征。研究结果表明,掩埋凋落物分解速率显著快于地表凋落物,悬空处理凋落物分解速率慢于地表凋落物。氮富集显著影响凋落物质量,进而影响凋落物分解。而凋落物质量残留在对照与氮富集土壤掩埋之间无显著差异。这些结果表明,氮富集通过凋落物质量而不是通过土壤环境因素,影响短期凋落物分解。不同处理的所有试验凋落物均有碳和磷的释放现象。对照处理的凋落物,凋落物氮以累积为主,而氮富集处理的凋落物,凋落物氮以释放为主。这表明凋落物分解可能受到氮元素限制,氮富集改变了凋落物分解调控的氮循环过程。本研究提供了直接证据,掩埋处理的凋落物有更快的质量损失和碳元素释放,土壤掩埋是旱地凋落物分解速率比模型预测的快的一个候选解释。     

森林群落物种组成对凋落物组成的影响

在海南铜鼓岭山麓灌木林和季雨矮林固定大样地的基础上,通过收集凋落物,比较两林型的凋落物数量及其器官组成、凋落叶物种组成,探讨森林群落物种组成与凋落物组成的关系。结果表明:(1)两林型的凋落物总量及其器官组成不同,山麓灌木林(6.227 t/hm~2)比季雨矮林的年凋落量大(5.636 t/hm~2);凋落叶是凋落物的主要组成部分,能反映凋落物的凋落情况。(2)山麓灌木林凋落物优势种和主要物种为贡甲、林仔竹、橄树等15个物种,凋落叶总量占77.72%;季雨矮林的凋落物优势种和主要物种为方枝蒲桃、肖蒲桃、贡甲等17个物种,凋落叶总量占71.84%;山麓灌木林中凋落物优势种和主要物种的叶凋落量与其组成物种的株数、总断面积、树冠面积极显著正相关而季雨矮林的凋落物优势种和主要物种的叶凋落量与其组成物种的株数极显著正相关。山麓灌木林中两者的Jaccard相似性系数为20%,季雨矮林为25.93%,两林型的群落物种组成与凋落叶物种组成不一致,热带森林群落优势种不一定是凋落物优势种。     

凋落物分解对土壤生物的影响

凋落物分解是生态系统物质循环和能量流动的重要环节,而土壤生物是凋落物分解的主要完成者.大量研究分析了土壤生物在凋落物分解中的作用,然而有关凋落物分解对土壤生物影响的研究则相对较少,致使我们对凋落物分解和土壤生物的相互作用了解依然不够深入.本文综述了凋落物对土壤微生物和土壤动物的影响,并进一步探讨了其影响机制.凋落物对土壤微生物的影响与凋落物类型或组成、在土壤中的掩埋位置及其破碎化程度紧密相关;大多数研究表明凋落物对土壤动物群落结构有明显影响;凋落物对土壤生物的影响主要通过直接改变土壤生物的食源和生境.今后需要加强跨区域长期定位实验研究,注重整合研究凋落物分解和生态系统过程,深入研究凋落物分解与土壤生物的相互作用机制.     

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。     

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.     

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.     

不同林分密度杉木林养分积累与垂直空间分配

在对1800、3000和4500株hm-23种密度杉木林生长调查及生物量测定的基础上,测定3种密度杉木林各组分养分含量和养分积累量,研究其地上部分养分积累量的垂直空间分配,为杉木林高效培育提供科学依据.结果 表明:1800、3000和4500株·hm-2杉木林养分积累总量分别为1311.57、2531.55和2307....     

若干北方落叶树木叶片养分的内外迁移：Ⅰ.浓度和含量的变化

研究了北方 1 2个落叶树种单位面积叶干重、叶片灰分、有机物质和 7个元素的浓度和含量在落叶前后的变化 ,同一元素不同树种间及同一树种不同元素间有着不同的变化模式 .单位面积叶干重、叶片有机物质浓度和含量在落叶后均表现下降的趋势 ;所有树种叶片灰分浓度和大部分树种的灰分含量 (除刺槐、胡颓子、核桃楸外 )均有增加 ;落叶时 N、P、K的单位叶面积含量均可减少约 1 / 3～ 2 / 3;Mg含量的减少在胡颓子、核桃楸、春榆、蒙古栎、日本落叶松等 5个树种中发生 ,其余树种表现增加 ;落叶中 Fe含量除胡颓子下降外 ,其余均表现升高 ;落叶中 Ca、Si浓度和含量在所有分析树种中均表现增加趋势     

滨海沙地主要造林树种叶片功能性状及养分重吸收特征

为探讨不同树种对滨海沙地干旱贫瘠环境的适应策略,以滨海沙地主要造林树种木麻黄、湿地松、厚荚相思和尾巨桉为对象,研究了不同树种叶片功能性状及养分重吸收特征.结果表明:阔叶树种(厚荚相思和尾巨桉)的叶面积、比叶面积显著高于针叶树种(木麻黄和湿地松),而针叶树叶干物质含量、叶厚度最高.成熟叶和凋落叶的N、P含量表现为阔叶树高于针叶树,成熟叶高于凋落叶,但凋落叶N∶P较高.针叶树种的N、P养分重吸收效率大于阔叶树种,P重吸收效率明显高于N,木麻黄、湿地松、厚荚相思和尾巨桉的N、P吸收效率分别为64.2%、63.1%、47.0%、16.8%和92.5%、81.6%、80.3%、18.0%.比叶面积与叶片N、P含量呈显著正相关,与叶干物质含量,叶厚度以及N、P养分重吸收效率呈显著负相关;叶干物质含量与叶厚度及N、P养分重吸收效率呈显著正相关.就叶片功能的权衡关系而言,木麻黄和湿地松属于缓慢投资-收益型物种,具有较高的养分重吸收效率,而厚荚相思和尾巨桉属于快速投资-收益型物种,养分的重吸收效率较低.不同滨海沙地造林树种通过叶片功能性状及养分重吸收之间的相互协调实现对滨海沙地特殊生境的适应性.     

锐齿栎林个体光合器官生长与营养季节动态

锐齿栎林单叶面积和干重的季节生长呈不同的S型曲线,叶面积叶干重比的季节变化呈不完全S型.叶从萌动到落叶持续约160d,展叶第1周,叶重量绝对增长快于叶面积的增加,之后相反.叶季节变化表现为叶面积增长迅速且持续时间较短,叶重量增加相对缓慢且持续时间较长.刚展叶时N、P、K含量很高,展叶期明显下降,落叶前最低,Ca含量季节变化则相反;Mg含量展叶期较高,之后逐渐下降且趋于稳定.叶N、P、K、Mg间呈显著的正相关,前者与Ca间呈显著的负相关.叶在生长期内具有较高的N/P、N/K,且其季节变化比单个元素含量更稳定;展叶初期K/Ca很高,之后变化逐渐稳定;叶K/Mg的季节变化趋于降低.展叶第1周叶N、P、K和Mg积累量迅速增加,继而缓慢增加,第45～50天达峰值,之后逐渐降低;Ca积累随叶龄的增加一直处于上升的趋势.叶内N、P、K、Mg和Ca积累量与叶的生长发育期有密切的关系.     

水稻物质生产与氮、磷、钾、硅素积累特点及其相互关系

大田条件下研究了30个水稻基因型的干物质与N、P、K、Si积累特性及其相互关系.结果表明,水稻干物质积累总量随N、P、K和Si积累总量的增加呈直线增加,其相关系数早季和晚季均达极显著水平.同时,N、P、K、Si积累的平衡有利于干物质积累,干物质积累量随NBI(养分平衡指数)直线增加,随NDI(养分偏离指数)直线下降.30个水稻品种平均N、P、K、Si积累总量比值早季为3.76:1:4.55:7.10,晚季为2.88:1:4.54:8.09.干物质积累能力以中期最强,前期最弱,而N积累能力却以前期最强,后期最弱.水稻抽穗前积累的干物质主要分配在茎鞘中,当抽穗期茎鞘比率达到最大时,茎鞘重约为叶片重的2倍,而抽穗前积累的N主要分配在叶片中,叶片中N的分配比率全生育期均比干物质分配比率高.成熟期积累的干物质、N和P主要分配在穗部,早、晚季稻的平均分配比率分别为58.01%、66.42%和70.06%,而K主要分配在茎鞘中,早、晚季稻的平均分配比率为62.08%.早季Si在茎中的分配比率(43.11%)最大,而晚季却以穗中的分配比率(46.99%)最大.     

不同施肥杨树主要营养元素内外循环比较研究 Ⅱ．施肥对落叶前后杨树叶片营养元素浓度及贮量的影响

杨树叶片在凋落前将大量有机质输入干、枝、根中,在不同处理中,不施肥输出的比例大于施肥．施Ｐ并不导致杨树对Ｐ的奢侈吸收．施肥可使杨树主要营养元素的外循环通量高于不施肥．不施肥杨树叶片在凋落前Ｐ、Ｋ的输出率比施肥高约１０％．     

水稻物质生产与氮、磷、钾、硅素积累特点及其相互关系

大田条件下研究了30个水稻基因型的干物质与N、P、K、Si积累特性及其相互关系．结果表明,水稻干物质积累总量随N、P、K和Si积累总量的增加呈直线增加,其相关系数早季和晚季均达极显著水平．同时,N、P、K、Si积累的平衡有利于干物质积累,干物质积累量随NBI(养分平衡指数)直线增加,随NDI(养分偏离指数)直线下降．30个水稻品种平均N、P、K、Si积累总量比值早季为3．76：1：4．55：7．10,晚季为2．88：1：4．54：8．09．干物质积累能力以中期最强,前期最弱,而N积累能力却以前期最强,后期最弱．水稻抽穗前积累的干物质主要分配在茎鞘中,当抽穗期茎鞘比率达到最大时,茎鞘重约为叶片重的2倍,而抽穗前积累的N主要分配在叶片中,叶片中N的分配比率全生育期均比干物质分配比率高．成熟期积累的干物质、N和P主要分配在穗部,早、晚季稻的平均分配比率分别为58．01％、66．42％和70．06％,而K主要分配在茎鞘中,早、晚季稻的平均分配比率为62．08％．早季Si在茎中的分配比率(43．11％)最大,而晚季却以穗中的分配比率(46．99％)最大．     

氮素对日光温室独本菊品种‘神马’干物质分配影响的模拟

 为定量研究氮素对日光温室独本菊(Dendranthema morifolium)干物质分配的影响, 该研究以独本菊品种‘神马’为试验材料, 于2005年10月～2006年7月在北京日光温室内进行了不同定植期和不同氮素水平的栽培试验, 以生理辐热积为发育尺度, 定量分析了氮素对独本菊品种‘神马’干物质分配指数动态的影响, 建立了氮素对日光温室独本菊品种‘神马’干物质分配影响的模拟模型, 并用与建立模型相独立的数据对模型进行了检验。结果表明, 独本菊品种‘神马’叶片累积氮含量最大值出现在现蕾期, 现蕾期叶片累积氮含量适宜值为1.62 g&#8226;m^–2。模型对日光温室独本菊品种‘神马’各器官干重预测结果较好, 茎、叶和花干重的预测值与实测值之间基于1:1线的决定系数分别为0.94、0.97和0.94, 相对预测误差分别为10.3%、5.76%和4.02%。该研究建立的模型可以根据温室内的气温、太阳辐射、日长和现蕾期叶片累积氮含量预测日光温室独本菊品种‘神马’各个器官干重随生育时期的动态变化, 从而为日光温室独本菊品种‘神马’生产中氮素的优化管理提供决策支持。     

格氏栲幼苗叶绿素荧光和非结构性碳水化合物积累对种子散布位置的响应

植物种子从母树掉落形成土壤种子库时,凋落物或土壤是其最初接触的物理环境,种子所处位置(种子在凋落物上层、土壤表层或凋落物下层)影响了幼苗天然更新进程。模拟格氏栲种子在凋落物上层(种子下层铺垫2和4 cm凋落物)、土壤表层(无凋落物)及凋落物下层(种子上层覆盖2、4、6和8 cm凋落物)等3种不同散布位置,探讨种子散布位置对幼苗叶绿素荧光特性、非结构性碳水化合物、比叶面积、叶干物质含量和养分含量的影响。结果表明:不同散布位置的幼苗单位面积的叶氮含量与可溶性糖、非结构性碳水化合物含量呈显著正相关,与比叶面积呈显著负相关。适宜凋落物覆盖(2和4 cm)的幼苗通过提高叶绿素相对含量、可溶性糖含量、非结构性碳水化合物含量、叶干物质含量和单位面积的叶氮含量和叶磷含量,降低比叶面积等的资源获取策略来实现自身快速生长需求。无凋落物和深层凋落物覆盖(6和8 cm)的幼苗采取高单位重量的叶氮含量和比叶面积,低叶干物质含量和非结构性碳水化合物含量的资源保守型策略以截获更多有效光资源,进而弥补深层凋落物带来的郁闭环境,降低幼苗因“碳饥饿”而死亡的几率。下层铺垫凋落物的幼苗通过在叶片储藏淀粉,降低叶片光合组织消耗能量(低PSⅡ最大光化学效率)等维持幼苗生长。熵值法综合分析表明,浅层凋落物覆盖(2 cm)对格氏栲幼苗生长的促进作用最为显著,未来可通过调节天然林凋落物层厚度以促进格氏栲幼苗生长与更新。     

稻镰状瓶霉促进水稻生长的机制

稻镰状瓶霉Falciphora oryzae是本实验室从野生稻根系分离获得的一株DSE,具有促生、防病等作用。本研究旨在对其促生机制进行初探。在室内平板共培养条件下,对水稻种子接种稻镰状瓶霉菌饼（4个/皿）,测定植株生长指标、营养元素含量及营养吸收相关基因表达量;温室盆栽条件下,将稻镰状瓶霉以菌肥形式（60g/桶）与水稻进行盆栽共培养,测定植株农艺性状指标。结果表明,接种稻镰状瓶霉后,平板上的水稻幼苗的株高、叶宽和茎秆直径显著增加,根长并未受影响。稻镰状瓶霉能够促进水稻根系对营养元素的吸收,提高地上部分和根系组织中N、P、K、S、Fe和Mg元素的含量,诱导根部与营养元素吸收相关的调控基因OsPTR9、OsAMT3;2、OsPT4、OsSULTR3;1、OsMRS2-8、OsHAK16、OsYSL15和OsIRO2的显著上调表达。盆栽试验表明,稻镰状瓶霉显著提高了水稻各农艺性状指标,包括叶宽、茎秆直径、植株鲜重、植株干重、叶绿素含量和光合强度。结果表明,稻镰状瓶霉的根部定殖能够诱导营养元素吸收相关基因的上调表达,从而促进根系对营养元素的吸收,进而促进水稻植株的生长。