凋落物多样性及组成对凋落物分解及土壤微生物群落的影响——二氧化碳倍增条件下

受全球变化的影响生物多样性的丧失日益严重,及时了解凋落物物种多样性及其组成如何直接或者通过调节微生物群落来间接影响凋落物分解已经成为生态学领域的热点问题之一。在呼伦贝尔典型草原区,羊草（Leymus chinensis）为原生群落建群种,茵陈蒿（Artemisia capillaris）、麻花头（Serratula centauroides）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）在退化及恢复群落中的多度均较大,本研究以此4种植物的凋落物为研究对象,在两倍于当前大气CO₂浓度（800 μmol/mol）条件下,通过嵌套实验设计来研究凋落物多样性（凋落物组成）对凋落物质量、C、N残余率和残余C/N的影响,并深入分析凋落物初始性质以及土壤革兰氏阳性菌（G⁺）、革兰氏阴性菌（G^-）、细菌（B）、真菌（F）及土壤总微生物磷脂脂肪酸（Phospholipid Fatty Acid,PLFA）含量和F/B对凋落物分解的影响。结果表明：（1）凋落物多样性及组成对凋落物质量、C、N残余率以及残余C/N均具有显著影响;凋落物组成对G⁺ PLFAs含量具有显著影响;（2）冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）结果表明凋落物组成对凋落物分解和土壤微生物群落相关指标的影响高于凋落物多样性;（3）结构方程模型（Structural Equation Model,SEM）结果表明凋落物初始木质素含量和初始C/N均对凋落物分解具有显著影响,其中凋落物初始木质素含量起主导作用,其还可通过对土壤真菌PLFAs含量的影响来间接影响凋落物N残余率和残余C/N。所得结果可为大气CO₂浓度升高条件下退化草原生态系统的物质循环特征的预测乃至草原生态系统功能的合理评估提供数据支持。     

喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应

植被覆盖和气候变化对径流的影响可能具有尺度依赖性,而在生态环境脆弱和地质结构复杂的西南喀斯特区开展研究较少。为此,以喀斯特地貌广泛发育的西江流域为研究区,选取郁江、红水河、浔江和梧州4个流域,利用Mann-Kendall趋势检验对4个流域年径流深、NDVI、降水量、潜在蒸散发和气温(1982—2015)的变化趋势进行了分析,运用多元经验模态分解(MEMD)量化了流域径流深与植被和气候因子在不同尺度上的相关性,并预测了年径流深,旨在研究喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应。结果表明,径流深仅有红水河流域呈显著下降趋势(P0.05)。其中郁江流域径流深主要表征尺度为3年和5年,红水河流域径流深主要表征尺度为10年和22年,浔江和梧州流域径流深主要表征尺度为3年和22年。径流深与植被和气候因子的关系具有尺度依赖性,在不同尺度下,4个流域径流深与降水量和潜在蒸散发始终呈显著相关性(P0.05),而径流深与NDVI和气温的多尺度关系在某些表征尺度上并不显著。利用MEMD法对径流深的预测效果(R~2=0.81—0.86)要优于基于原始数据的多元逐步回归方法(R~2=0.69—0.78)。本研究可以为合理利用喀斯特流域水资源,促进流域社会经济可持续发展和生态环境保护提供科学依据。     

降水变化和氮沉降对荒漠草原两种多年生禾草凋落物分解的影响

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的重要过程,在生物地球化学循环过程中发挥着重要作用。全球变化是影响凋落物分解的重要因子,其对生态系统养分循环的影响存在诸多不确定性。研究荒漠草原凋落物分解对氮沉降和降水变化及其二者交互作用的响应,是揭示这些不确定性、保护草原生态系统结构和功能的科学基础。以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,选取建群种短花针茅和优势种无芒隐子草两种植物凋落物,开展为期4年的长期分解实验,探究两种植物凋落物分解特征及养分释放规律。实验采用裂区设计,主区为自然降水（C）、增雨30%（W）和减雨30%（R）3个水分梯度,副区为0（N0）、30（N30）、50（N50）和100（N100） kg hm^-2 a^-1 4个氮素梯度。结果表明：（1）增雨和氮沉降促进荒漠草原凋落物分解,减雨反之,降水对两种凋落物影响具有差异,而氮沉降的作用不依赖于物种;（2）氮沉降缩短凋落物分解周期5.12%-14.82%,增雨与氮沉降交互缩短凋落物分解周期3.69%-28.75%;（3）降水始终有利于凋落物中碳、纤维素和木质素释放,而分解后期氮沉降对其影响不显著,凋落物分解后期主要受木质素分解速率控制。综上所述,影响荒漠草原凋落物分解的主要因素为降水,其次是氮素,二者对凋落物分解具有协同作用。     

典型冷暖季沉水植物凋落物分解特性及沉积物微生物群落变化

为研究湿地沉水植物腐败分解对水体的污染状况,选择典型沉水植物金鱼藻（暖季植物）和菹草（冷季植物）进行了为期60 d的凋落物分解实验。结果表明金鱼藻和菹草凋落物分解规律相似,0—15 d快速分解,15—60 d缓慢分解,60 d凋落物失重率分别达到60.43%和66.72%。菹草的有机物释放量明显高于金鱼藻,N和P释放量相反,分解释放的N主要是NH4+-N和有机氮。三维荧光光谱（Excitation-Emission Matrix Spectroscopy, EEMs）结合平行因子分析法解析出一种类色氨酸物质C2和3种类腐殖质物质C1、C3、C4,易降解的类色氨酸有机物先增加后减少,难降解的类富里酸和类腐殖酸有机物逐渐增加。EEMs和四种组分的最大荧光强度百分比表明,溶解性有机物（Dissolved organic matter, DOM）在0—15 d以易降解有机物为主,15—60 d以难降解有机物为主。两种植物凋落物分解释放的DOM含量及特性不同,整体上呈低腐殖化特征,可能是水中难降解DOM的一个重要来源。植物凋落物的分解促进了沉积物中微生物的丰富度,降低了微生物的多样性;参与分解的主要微生物包括4 d时的Pseudomonas属（26%—35%）、15 d和30 d时的Malikia属（>8%）和Bacillus属（2.6%—9%）,分解难降解有机物的微生物逐渐增加,如Flavobacterium属;沉积物中微生物群落结构的变化受营养物质可利用性变化的影响。分析发现植物凋落物分解对水质的影响具有阶段性,0—15 d,N和P释放量增加暂时导致了水质恶化;15—60 d,N和P释放量降低,难降解有机物含量逐渐增加,可能会加剧水体甚至是沉积物的腐殖化程度。因此,在植物衰亡期应及时打捞或者做好植物平衡收割管理,避免因植物大量腐败导致水质恶化。     

降水变化和氮沉降影响森林叶根凋落物分解研究进展

全球环境变化通过改变凋落物质量和产量、土壤生物以及非生物因子调控森林凋落物分解,从而对森林生态系统物质和能量循环产生重要的影响。就森林凋落物分解对当前我国面临降水格局变化和大气氮沉降增加的响应进行了回顾和系统的分析,发现降水格局改变如降水减少可能降低凋落物质量从而减缓凋落物分解,而氮沉降增加通常提高凋落物质量从而促进凋落物分解（间接效应）;降水格局改变通过调节土壤含水量和溶解氧含量进而影响微生物参与的分解过程,或通过改变可溶性组分的淋溶量来影响凋落物分解的物理过程,而氮沉降增加主要通过提高外源氮素的有效性从而促进或抑制微生物参与的分解过程（直接效应）。现有研究大多是基于地上凋落物（例如叶凋落物）来理解和量化森林凋落物分解速率与环境因子之间的关系。但目前对降水格局变化及其与大气氮沉降增加的交互作用如何影响森林地上和地下凋落物分解,以及潜在的微生物学机制仍然缺乏统一和清晰的认识。从土壤性质、凋落物质量、微生物群落结构和功能3个方面构建了环境变化对森林地上和地下凋落物分解的概念框架,并进一步阐述未来研究的重点方向：（1）亟需查明地上和地下凋落物分解的驱动机制;（2）探明降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互作用对凋落物分解和养分释放的影响及其生物化学调控机理;（3）阐明微生物群落结构和功能对降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互的响应机制。以期为深入探讨全球环境变化对森林凋落物分解的影响,以及环境胁迫下森林土壤"碳库"维持机制的解释提供科学依据。     

氮添加对中亚热带杜鹃灌丛凋落物生产和叶分解的影响

凋落物的生产和分解是生态系统养分循环的重要过程,受到大气氮沉降的深刻影响。但目前相关研究主要集中于森林和草地生态系统,氮沉降对灌丛生态系统凋落物养分归还的影响规律尚不清楚。因此选择亚热带分布广泛的杜鹃灌丛为研究对象,进行了为期两年的模拟氮沉降试验。试验设置4个处理:对照(CK, 0 g m-2 a-1)、低氮(LN, 2 g m-2 a-1)、中氮(MN, 5 g m-2 a-1)和高氮(HN, 10 g m-2 a-1)。结果显示:CK、LN、MN和HN 4种处理下,群落年平均凋落物量分别为(1936.54±358.9)、(2541.89±112.5)、(2342.97±519.8)、(2087.22±391.8) kg/hm²,LN、MN和HN处理样地的凋落量分别比对照样地高出32.68%、21.16%和7.93%;凋落叶、花果、凋落枝和其他组分占总凋落量的比例分别为75.75%、15.09%、7.70%和1.45%,不同浓度氮处理下各组分的凋落量均高于对照样地;凋落物组分表现出明显的季节动态:凋落叶在10—11月份达到峰值,凋落枝在10月份达到峰值,花果凋落物则在5月份凋落量最高,不同氮处理下凋落物的季节动态基本一致;白檀凋落叶分解速率显著高于杜鹃,二者分解95%所需时间分别为5.08—11.11 a和7.69—17.65 a,施氮使白檀凋落叶分解周期比对照样地缩短18.18%—54.28%;凋落叶分解过程中,N元素表现为富集-释放模式,P元素表现为富集模式。研究表明,氮添加能够促进群落中白檀凋落叶分解及N、P元素的释放,说明施氮可以调节凋落叶养分释放模式,对灌丛生态系统的养分循环具有调控作用。     

喀斯特地区不同石漠化程度草地根系分解与周转特征

为探明喀斯特地区不同草地根系动态及其对石漠化的响应,本文以3种不同石漠化程度（潜在、中度和强度）的草地为研究对象,采用连续根钻法和分解袋法,于2017年3月-2018年1月,分析了不同石漠化草地的根系垂直分布、季节动态、分解、周转及其与土壤因子的关系。结果表明,3种石漠化草地的根系生物量随着土层的深度增加呈逐渐降低的趋势,潜在和中度石漠化草地的根系生物量均呈现明显的单峰型季节变化,强度石漠化草地的根系生物量变化不显著。3种石漠化草地的根系分解速率受土壤有机碳、全钾、全氮、含水量、电导率、温度等的影响显著,随分解时间均表现为"快-慢-快"的变化趋势,根系的年分解率分别为64%、56%和58%。3种草地根系完全分解（分解率为95%）时,分别需要1174天、1351天和1878天。随石漠化程度的加剧,3种草地的根系周转速率呈逐渐降低的趋势,分别为1.70次/a、1.36次/a和0.87次/a。     

半干旱草地不同植物枯落物分解对放牧和封育的响应

为探究放牧和封育对半干旱草地植物枯落物分解的影响,选取赖草、牛枝子及其混合物为研究对象,调查了不同网孔分解袋中宁夏半干旱草地植物枯落物分解特征及对放牧和封育的响应规律。结果表明：（1）放牧样地250目网孔中,枯落物质量残留率表现为牛枝子显著高于赖草和混合物（P<0.05）,而在放牧样地30目网孔、封育样地2种网孔中,枯落物质量残留率均表现为3种枯落物间无显著差异。（2）250目网孔中,放牧和封育样地枯落物分解衰减常数均表现为混合物显著高于牛枝子,而赖草居中;并且,牛枝子枯落物分解衰减常数表现为封育样地显著高于放牧样地。30目网孔中,放牧和封育样地枯落物分解衰减常数均表现为赖草、混合物显著高于牛枝子（P<0.05）;并且,牛枝子枯落物分解衰减常数表现为封育样地显著高于放牧样地（P<0.05）。（3）在放牧样地,仅牛枝子枯落物R_m表现为30目显著低于250目网孔（P<0.05）,k表现为30目显著高于250目网孔（P<0.05）;土壤动物对枯落物分解的贡献率表现为混合物显著低于牛枝子,赖草居中（P<0.05）。而在封育样地,仅牛枝子枯落物k表现为30目显著高于250目网孔（P<0.05）;土壤动物对枯落物分解的贡献率表现为混合物和牛枝子均显著高于赖草,且混合枯落物的土壤动物贡献率表现为封育样地显著高于放牧样地（P<0.05）。（4）枯落物残留率与其初始N、P、木质素/N、C/P呈显著相关性（P<0.05）;枯落物分解衰减常数与其初始N、P、木质素、N/P、C/P和木质素/P间均呈显著相关性（P<0.05）。研究表明,植物种类组成显著影响枯落物的残留率和分解衰减常数。放牧与封育管理通过影响网孔中土壤动物分布来调控半干旱区草地植物枯落物的分解,而且封育管理更有利于促进土壤动物对低质量枯落物（牛枝子）的分解。     

亚热带森林根系和菌根真菌调控凋落叶分解和主场效应

根系向凋落物层生长是森林生态系统中存在的普遍现象,研究根系和菌根真菌如何调控凋落物分解对理解森林生态系统的养分循环具有重要意义。通过在亚热带楠木(丛枝菌根树种)和格氏栲(外生菌根树种)人工林中进行了2年的凋落物互换和菌根排除实验,研究根系及其共生菌根真菌如何影响森林凋落物的分解速率和主场效应。结果发现:经过720 d的分解,在楠木人工林中,根系的存在促使楠木和格氏栲凋落物的分解速度分别提高了29%和47%,而在格氏栲人工林中,根系存在对格氏栲凋落物分解无显著影响,但增加了楠木凋落物的分解速率。此外,楠木人工林中,有根和无根处理下凋落物分解均无主场效应,而格氏栲人工林凋落物仅在根系存在的情况下显示出负的主场效应。进一步发现格氏栲凋落物的负主场效应归因于楠木人工林凋落物层更大的腐生真菌丰度和更强的磷降解酶活性。结果表明,在亚热带不同菌根类型树种中,菌根真菌与腐生真菌的相互作用(拮抗或促进),很有可能通过影响磷降解酶的活性,进而影响凋落物的分解率和主场效应。     

氮添加和凋落物处理对华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解的影响

为探究氮(N)沉降和凋落物输入量改变对凋落叶分解的影响,该研究于2014年6月至2019年6月,以华西雨屏区处于N饱和状态的常绿阔叶林为研究对象,设置N添加和凋落物处理双因素实验,其中N添加处理分别为对照(CK, 0 kg·hm^–2·a^–1)、低N(LN,50kg·hm^–2·a^–1)和高N(HN,150kg·hm^–2·a^–1),凋落物处理分别为凋落物输入量不变(L0,不改变凋落物输入),减少(L-,减少50%)以及增加(L+,增加50%)。结果表明:6年N添加处理对该森林生态系统地上凋落物产量影响不显著; N添加处理显著抑制凋落叶分解,且N添加量越高,凋落叶分解抑制作用越强;N添加显著降低分解后期凋落叶中锰(Mn)的残留率,促进Mn的释放;凋落物输入量的增减处理未显著改变凋落叶分解速率,而凋落物增减处理升高了凋落叶中Mn的残留率,减缓Mn的释放; N添加和凋落物处理交互作用不显著。该研究表明亚热带N饱和常绿阔叶林凋落叶分解受N沉降的直接影响显著,凋落物处理...