根系在凋落物层中的生长及其对凋落物分解的影响

凋落物分解是生态系统养分循环的重要过程, 直接影响着生态系统功能。植物根系作为重要的生物因子调控着凋落物分解过程, 然而这一重要作用却在凋落物分解的研究中长期被忽视。凋落物中下层养分充足、保水能力强, 为根系生长提供了良好环境; 同时, 生长进入凋落物层的根系通过激发效应、共生真菌、N吸收等方式对分解过程产生了重要影响。该文针对根系生长及其影响因素、根系对凋落物分解的影响及其内在机制等关键方面进行了综述, 并提出了根系生长与凋落物分解之间关系的概念模型, 以期引起大家对这个领域的关注, 并为根系与凋落物分解之间关系的研究提供良好的借鉴。     

枯落物分解研究方法和模型讨论

由于研究目的、尺度范围和要求精度的不同,枯落物分解的研究方法各异：野外分解袋法是最直接和最准确的方法,但是耗时太长;室内分解培养法与野外分解袋法相似,但具有灵活设计试验方案的优越性;现量估算法方法简捷,但是只对进入稳定发展和动态平衡阶段的生态系统可以获得较好的精度;综合平衡法能反映整个生长历史时期的枯落物分解速率平均水平,但其准确性取决于对历年凋落物量预测的精度。在枯落物分解模型中,分解率概算模型只适合于林地枯落物积累达到动态平衡时的情况,所以作者提出了另外的枯落物动态平衡模型予以修正;时间衰减模型以Olson指数模型为典型代表,但由于在应用过程中存在一些问题,也提出了相应的修正办法;影响因子关系模型包括基质质量因子关系模型、非生物环境因子关系模型和生物因子关系模型等类型。作者提出构建过程模型将是未来枯落物分解模型研究的方向。     

Effects of temperature and litter type on fungal growth and decomposition of leaf litter

The dependence of fungal decomposition of leaf litter on incubation temperature and litter types used as substrata was assessed under pure culture conditions. Isolates of Xylaria sp., a major ligninolytic fungus in cool temperate forests in Japan, were used as the fungal material. Xylaria sp. is mesophilic; maximum growth and decomposition occurred at 25°C. In the temperature test, the decomposition pattern of beech leaf litter by three isolates of Xylaria sp. changed at a threshold at 25°C. Cellulolytic activity increased with temperature from 5 to 25°C, whereas above 25°C ligninolytic activity increased at the expense of cellulolytic activity, leading to suppressed overall decomposition as a result of the higher temperature. The mass loss of leaf litter caused at 20°C by an isolate of Xylaria sp. was variable among 15 litter types and was correlated negatively with acid-unhydrolyzable residue (AUR) content and positively with total carbohydrate content for the 15 litter types. The effects of temperature and litter type on the growth and decomposition of leaf litter by Xylaria sp. may have implications for changes in fungal decomposition of leaf litter that would be predicted in response to future environmental changes.     

陆地生态系统混合凋落物分解研究进展

凋落物分解在陆地生态系统养分循环与能量流动中具有重要作用,是碳、氮及其他重要矿质养分在生态系统生命组分间循环与平衡的核心生态过程。自然生态系统中,植物群落大多具有较高的物种丰富度和多样性,其混合凋落物在分解过程中也更有可能发生养分传递、化学抑制等种间互作,形成多样化的分解生境,多样性较高的分解者类群以及复杂的级联效应分解,这些因素和过程均对研究混合凋落物分解过程、揭示其内在机制形成了极大的挑战。从构成混合凋落物物种丰富度和多样性对分解生境、分解者多样性及其营养级联效应的影响等方面,综合阐述混合凋落物对陆地生态系统凋落物分解的影响,探讨生物多样性在凋落物分解中的作用。通过综述近些年的研究发现,有超过60%的混合凋落物对其分解速率的影响存在正向或负向的效应。养分含量有差异的凋落物混合分解过程中,分解者优先利用高质量凋落物,使低质量的凋落物反而具有了较高的养分有效性,引起低质量凋落物分解加快并最终使混合凋落物整体分解速率加快;而凋落物物种丰富度对土壤动物群落总多度有轻微的影响或几乎没有影响,但是对线虫和大型土壤动物的群落组成和多样性有显著影响,并随着分解阶段呈现一定动态变化;混合凋落物改变土壤微生物生存的理化环境,为微生物提供更多丰富的分解底物和养分,优化微生物种群数量和群落结构及其分泌酶的活性,并进一步促进了混合凋落物的分解。这些基于植物-土壤-分解者系统的动态分解过程的研究,表明混合凋落物分解作用不只是经由凋落物自身质量的改变,更会通过逐级影响分解者多样性水平而进一步改变分解速率和养分释放动态,说明生物多样性确实在一定程度上调控凋落物分解及其养分释放过程。     

外源氮添加对温带荒漠地表凋落物分解及养分释放的影响

采用分解网袋法,在古尔班通古特沙漠南缘设置对照N₀(0 g N·m^-2·a^-1)、N₅(5 g N·m^-2·a^-1)、N₁₀(10 g N·m^-2·a^-1)和N₂₀(20 g N·m^-2·a^-1)4个施N处理,研究外源N添加对多枝柽柳、盐角草及两者混合凋落物分解过程及养分释放的影响,分析氮沉降对荒漠生态系统凋落物分解的影响。结果表明: 各物种凋落物的分解速率存在显著差异,经过345 d的分解,多枝柽柳、盐角草及混合物在不同N处理间的分解速率分别为0.64～0.70、0.84～0.99和0.71～0.81 kg·kg^-1·a^-1。凋落物分解过程中,N、P均表现为养分的直接释放,试验结束时,N₀、N₅、N₁₀和N₂₀处理单种凋落物及其混合物N分别释放60.6%～67.4%、56.7%～62.6%、57.4%～62.3%、46.8%～63.0%,P分别释放51.9%～77.9%、59.9%～74.7%、53.0%～79.9%、52.3%～76.4%。N处理对单种凋落物及其混合物的分解影响不显著,但各种凋落物的养分动态对N添加的响应不同,N处理抑制了盐角草N、P释放及混合凋落物P释放,而对多枝柽柳无影响。在温带荒漠,适量的N输入对凋落物分解速率影响不大,但可能会延缓个别物种养分向土壤系统的归还。     

亚热带溪流中树叶凋落物多酚含量对树叶分解过程的影响

利用邻二氮菲-铁(Ⅲ)分光光度法测定了蒲桃与人面子树叶在二级溪流中分解时植物多酚含量的变化,并研究了多酚含量对树叶分解速率、底栖动物定殖以及微生物呼吸量的影响。结果表明,蒲桃叶片中初始多酚含量(19%)比人面子树叶的含量高(6%),其分解速率(分解系数k=0.01d^-1)比人面子树叶慢(k=0.04d^-1)。研究还发现,蒲桃叶片上的微生物呼吸量比人面子的低(每克叶片单位时间的耗氧量分别为0.2和0.4毫克),而且底栖动物中撕食者的种类和数量也比人面子树叶少。说明蒲桃叶片中较高的多酚含量抑制了微生物的活性和底栖动物的取食,从而减缓了蒲桃树叶的分解进程,表明叶片中多酚含量与树叶凋落物分解速率呈负相关关系。     

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。     

Fungal biomass associated with decaying leaf litter in a stream

Summary Fungal biomass, measured as ergosterol content, was determined on alder leaf litter incubated during autumn in a softwater Pyrenean stream. The ergosterol content of the leaf litter increased rapidly to a maximum of 462 μg/g detrital dry mass. Ergosterol contents of aquatic Hyphomycetes grown in shake culture were typically ≤5 mg/g mycelial dry mass. Using the corresponding ergosterol-to-biomass conversion factor of 200, peak fungal mass accounted for 9.2% of total system mass, or 10.2% of leaf dry mass. For the period of highest activity (incubation days 7–28), net fungal production on leaf litter was estimated as 2.3 mg d⁻¹ g⁻¹ leaf mass. A conservative estimate of the growth efficiency for the same period was 105 mg mycelial mass per gram leaf mass degraded, assuming that non-leaf organic matter did not constitute an important carbon source supporting fungal production.     

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。     

Aphids decelerate litter nitrogen mineralisation through changes in litter quality

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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。     

根系在凋落物层生长对凋落叶分解及酶活性的影响

根系向凋落物层生长是森林生态系统存在的普遍现象,研究根系存在对凋落物分解的影响对理解森林生态系统的养分物质循环具有重要意义.在福建三明市楠木和格氏栲林进行1年的凋落叶分解试验,设置有根处理和无根处理(对照),研究根系生长对凋落叶分解速率、养分释放和酶活性的影响.结果表明:在分解360 d后,有根处理楠木和格氏栲凋落叶干...     

全球气候变暖对凋落物分解的影响

凋落物分解作为生态系统核心过程,参与生态系统碳的周转与循环,影响生态系统碳的收支平衡,调控生态系统对全球气候变暖的反馈结果。全球气候变暖通过环境因素、凋落物数量和质量以及分解者3个方面,直接或间接地作用于凋落物分解过程,并进一步影响土壤养分周转和碳库动态。气候变暖可通过升高温度和改变实际蒸散量等环境因素直接作用于凋落物分解。气候变暖可引起植物物种短期内碳、氮和木质素等化学性质的改变以及群落中物种组成的长期变化从而改变凋落物质量。在凋落物分解过程中,土壤分解者亚系统作为主要生命组分(土壤动物和微生物)彼此相互作用、相互协调共同参与调节凋落物的分解过程。凋落物分解可以通过改变土壤微生物量、微生物活动和群落结构来加快微生物养分的固定或矿化,以形成新的养分利用模式来改变土壤有机质从而对气候变化做出响应。未来凋落物分解的研究方向应基于大尺度跨区域分解实验和长期实验,关注多个因子交互影响下,分解过程中碳、氮养分释放、地上/地下凋落物分解生物学过程与联系、分解者亚系统营养级联效应等方面。     

Degradation of native and exotic riparian plant leaf litter in a floodplain pond

1. A litter‐bag experiment was undertaken in a pond on the margins of a large temperate floodplain in south‐western France to assess the potential influence of the replacement of native by exotic riparian species on organic matter degradation. We determined initial litter chemical composition, breakdown rates and the invertebrate assemblages associated with the litter for five pairs of native dominant and exotic invasive species co‐occurring at different stages along a successional gradient. 2. Litter chemical composition, breakdown rates and abundance and diversity of detritivorous invertebrates were similar for the exotic and native species overall. No overall changes in organic matter degradation can thus be predicted from the replacement of dominant natives by exotic invasives. Breakdown rates were primarily driven by the C/N ratio. 3. One invasive species (Buddleja davidii) showed significantly higher breakdown rates than its native counterpart (Populus nigra), resulting in the disappearance of leaf litter 6 months prior to the next litterfall. In some cases, therefore, invasion by exotic species may result in discontinuity of resource supply for decomposers.     

Succession of microfungi during Pistacia lentiscus litter decomposition in a Sardinian Mediterranean maquis

Abstract

Changes in the microfungal community developing on Pistacia lentiscus L. leaf litter were monitored from February 2001 (senescent leaves) to December 2002 using litter bags. The Principal component analysis of the 16 samples showed a microfungal succession related to the progressive decomposition of the substratum. The Correspondence analysis of fungal colonizers with Rf > 10 revealed three main groups succeeding during the study period. The co-occurrence relationships (on the same leaf) among the major colonizers were analysed. The specialized saprotrophs on P. lentiscus litter: Asterostomella sp. 1 and Endophragmiella boewei were identified as principal colonizers in the mature community.     

树叶凋落物在受酸性矿山废水污染溪流中的分解

为了解华南地区酸性矿山废水对溪流中树叶分解的影响,在广东省大宝山矿区附近的1条受酸性矿山废水污染（pH值为2．7—3．4且富含多种重金属元素）的3级溪流中,利用2种孔径（5ram的网袋和0．1ram的布袋）的分解网袋对2种树叶（人面子和蒲桃）进行了为期101d的树叶分解研究。结果表明,人面子树叶网袋和布袋中的树叶干重剩余率分别为39％和48％,而蒲桃树叶网袋和布袋中的干重剩余率仍保持较高的水平,分别为61％和70％。根据指数衰减模型计算出树叶分解的半衰期,人面子树叶在网袋和布袋中的分解半衰期分别为57d和69d,而蒲桃树叶则分别为14-4d和217d。蒲桃树叶的分解速率明显比人面子树叶慢。在网袋中定殖的底栖动物主要是集食者,其中优势类群为摇蚊幼虫,占底栖动物个体总数的99％。摇蚊种群在网袋中的数量波动对2种树叶分解速率的影响并不明显。结果表明,受酸性矿山废水的影响,底栖动物群落的多样性大为减少。同时由于各种金属氧化物在树叶表面的不断沉淀,使树叶处于缺氧状态,抑制了微生物的活动,导致树叶分解速率大为降低。     

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。     

The decomposition of mangrove litter in a subtropical mangrove forest

Decomposition of Avicennia marina (Forsk.) Vierh. leaf and woody litter (twigs) was studied using litter bag experiments in a subtropical mangrove forest at two tidal levels (high and low) with different inundation regimes and during two seasons (summer and winter). Losses in dry weight were best described by a single exponential model which showed loss rates of both leaves and twigs were significantly higher low down on the shoreline (greater inundation) and in summer. The time (days) required for the loss of half of the initial dry weight (t ₅₀) was summer: high 59, low 44; winter: high 98, low 78. For twigs the values (days) were summer: high 383, low 179; winter; high 1327, low 1207. There is an exponential relationship between leaf litter t ₅₀'s and latitude which indicates the importance of temperature and therefore season, to the dynamics of organic cycling and export in mangrove systems.     

Effects of litter size and quality on processing by decomposers in a tropical savannah stream

Litter fragment size and quality can have profound effects on ecosystem functioning and global biogeochemical cycling due to differential utilization by decomposers. Here we study the influence of these factors on decomposers from two guilds found in a tropical savannah stream: invertebrate shredders of the genus Phylloicus and microorganisms. Containers (16 × 16 × 12 cm, ~ 3L) with either Phylloicus (cases removed; N = 16) or stream water containing microorganisms (N = 16) were supplied with litter from the species Inga laurina, Maprounea guianensis, and Richeria grandis, and cut into disks of 18.7, 13.2, and 8.1 mm in diameter (3 sizes × 3 species = 9 disks per container). Relative decomposition was greater for smaller leaf disks and disks of higher quality in microbial‐only cultures. Phylloicus preferentially harvested large fragments for case building, also preferring the leaves of M. guianensis and R. grandis, likely due increased robustness for case formation. Microbial decomposition resulted in ~20% litter mass loss compared to 30% in Phylloicus (of which 8% was used for case building and 24% for food). Thus, changes to input litter size, such as a decrease in leaf size after drought, may alter microbial decomposition and potentially affect shredder populations by limiting the availability of casing material.     

泰山4种优势造林树种叶片凋落物分解对凋落物内细菌群落结构的影响

为研究泰山不同造林树种凋落物叶分解对细菌群落的影响。以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseucdoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象,采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4—V5区扩增产物进行双端测序,分析了4种树种叶片凋落物分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明:(1)4种树种叶片分解速率差异显著(P0.05),刺槐分解速率显著高于其他3个树种(P0.05),表现为刺槐赤松油松麻栎。(2)4种叶凋落物分解一年后化学元素含量与初始化学元素相比均存在显著差异。C、木质素含量均显著降低(P0.05);N、P含量显著升高(P0.05)。(3)所有样品一共获得643440条有效序列,分属于35门,92纲,121目,246科,410属,206种。细菌群落NMDSβ-多样性分析显示除油松和赤松间差异较小外,其他树种间差异程度均较大。其中,细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门,且在4种处理之间差异显著(PSymbol|@@0.05)。在纲水平上,α-变形菌纲、β-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲、γ-变形菌纲、δ-变形菌纲为主要的优势纲,其中不明放线菌纲和鞘脂杆菌纲差异显著(PSymbol|@@0.05)。在种水平上,Bradyrhizobium elkanii和Luteibacter rhizovicinus在4个处理中都为优势种,每个处理也都有自己所特有的优势种。(4)4个处理细菌丰富度(OUT、观测到的物种数和ACE指数)和系统发育多样性(PD指数)之间差异显著(PSymbol|@@0.05),且阔叶树种刺槐和麻栎显著高于针叶树种赤松和油松。(5)叶片凋落物性状和细菌群落NMDS分析表明,细菌群落多样性受到凋落物化学性质的影响,尤其是凋落物初始C/N比和木质素/N比。此外,在细菌群落多样性和叶片凋落物化学性质两个因素中,分解速率与凋落物化学性质相关性更大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统叶片凋落物分解的影响。