在亚热带人工林中,凋落物经常经历干湿交替的现象.本研究选取我国亚热带典型人工林中常见的6种落叶阔叶树、4种常绿阔叶树和2种常绿针叶树的凋落叶作为研究对象,采用40天室内培养试验设置了干旱(维持凋落叶∶水的重量比小于20∶1)、湿润(维持凋落叶∶水的重量比为1∶1)和干湿交替(干旱4天湿润4天共计5个循环)3个处理,测定了凋落叶源溶解有机碳(DOC)数量和光谱特性(SUVA254、SUVA280和SUVA350值)的变化以及凋落叶质量损失,探究干湿交替对凋落物源DOC数量和特性的影响.结果表明:(1)湿润和干湿交替处理的凋落叶质量损失均显著高于干旱处理,且干湿交替处理凋落叶的质量损失与湿润处理相当;(2)对于落叶和常绿阔叶树而言,干湿交替处理凋落叶产生的DOC总量高于干旱处理,但低于湿润处理;对于常绿针叶树而言,干湿交替处理凋落叶产生的DOC总量均低于干旱处理和湿润处理;(3)在培养期间,干湿交替处理凋落叶源DOC的SUVA254、SUVA280和SUVA350值均高于干旱处理,即芳香化程度更高.综上,干湿交替是亚热带人工林中凋落物源溶解有机碳数量和质量的重要影响因素.

凋落物在分解过程中释放的酚类物质是植物影响其周边环境的主要媒介之一,然而凋落物混合分解对酚类物质释放的非加和性影响尚不清楚.本文以秦岭地区云杉、华北落叶松和华山松以及槭树、红桦和灰楸的凋落叶组成9种1∶1(w/w)针阔叶混合凋落物,采用分解袋法在室内条件(20～25 ℃、恒湿避光)下进行6个月的分解实验,研究针阔叶凋落物的存在对彼此水溶性酚和缩合单宁释放的影响.结果表明:(1)云槭和落槭凋落物混合分解初期对水溶性酚释放产生总体拮抗效应,但在试验后期转为产生总体协同效应,其中针阔叶凋落物在试验初期显著抑制彼此水溶性酚释放,随后转变为相互促进(P＜0.05).其余7种混合物分解时对水溶性酚释放产生总体拮抗效应(P＜0.05),其中在云桦、云楸、落楸和落桦混合物中,针叶凋落物的水溶性酚释放由受到显著抑制转为受到显著促进(P＜0.05)或不受影响(P＞0.05),而在华桦、华楸和华槭混合物中,针叶凋落物的水溶性酚释放倾向于受到显著抑制(P＜0.05).在以上7种混合物中,阔叶凋落物的水溶性酚释放则普遍受到显著抑制(P＜0.05)o(2)所有混合组合均对凋落物缩合单宁释放产生总体拮抗效应(P＜0.05).其中,落槭或落桦混合分解时,针叶凋落物的缩合单宁释放倾向于受到显著促进,阔叶凋落物分解则受到显著抑制(P＜0.05);其余混合物中,针阔叶凋落物倾向于显著抑制彼此的缩合单宁释放(P＜0.05).

硫(S)是植物生长发育不可或缺的营养元素之一,且在凋落物分解过程中起着重要作用,但凋落物硫的初始含量(新鲜凋落物S含量)特征仍不清楚.基于收集自83篇公开发表文献的310个观测值,整合分析了凋落物硫的初始含量特征,同时评估了菌根类型(丛枝菌根、外生菌根与两者都有,即同时含有丛枝菌根和外生菌根)、系统分类(裸子植物与被子植物)、生活型(乔木、灌木与草本植物)、叶型(阔叶与针叶)、土壤性质及气候等因子对其的影响.结果表明:(1)不同类型凋落物初始硫含量差异显著,叶、枝、根、茎、果、树皮和倒木硫含量分别为:2.22 g/kg、0.801 g/kg、0.691 g/kg、1.57 g/kg、1.31 g/kg、0.468 g/kg和 0.110 g/kg;(2)灌木植物叶凋落物初始硫含量低于草本植物和禾本植物,而外生菌根植物根凋落物的初始硫含量低于丛枝菌根和同时具有两种菌根的植物;(3)被子植物的叶、枝、根凋落物硫初始含量均高于裸子植物,阔叶树种的叶、枝、根凋落物初始硫含量显著高于针叶树种;(4)最湿月降水量、最暖月最高温以及年均温是枝凋落物初始硫含量的主要调控因子,而最冷月最低温、年均温、土壤总氮是根凋落物的主要驱动因子.研究结果为深入认识硫在凋落物分解及其伴随的物质循环过程中的作用提供了基础数据.

气候变化已经并将持续改变寒冷生物区季节性雪被厚度和覆盖时间,雪被厚度的减少可能影响高山森林凋落物分解,尤其是其早期分解过程中易分解碳的释放.该文研究了川西高山森林雪被去除处理后优势树种岷江冷杉(Abies fargesii var.faxoniana)凋落叶总有机碳、热水/冷水可溶性有机碳、非结构性碳(可溶性糖、淀粉)在冬季(雪被形成期、覆盖期、融化期)和生长季(初期、中期、后期)的释放规律.结果表明:(1)经过一年的分解,对照和雪被去除处理的凋落叶质量残留量分别为76.4％和86.2％,总有机碳残留量分别为60.5％和74.8％.(2)经过一个冬季分解后,雪被去除处理降低了凋落叶热水溶性有机碳和可溶性糖的释放,而增加了总有机碳、可溶性有机碳、非结构性碳和淀粉的富集.(3)经过生长季分解后,雪被去除处理降低了凋落叶易分解碳释放,其中总有机碳、热水溶性有机碳、可溶性有机碳、非结构性碳、可溶性糖和淀粉的释放分别降低了36.3％、0.8％、43.7％、28.3％、21.7％和33.7％.偏最小二乘法分析表明,岷江冷杉凋落叶易分解碳释放受土壤冻融循环次数、脲酶活性、土壤温度和可溶性有机碳含量影响显著.以上结果说明冬季雪被覆盖促进了高山森林凋落叶易分解碳释放,表明高山森林冬季雪被格局的改变将显著影响地表凋落叶分解过程,且这种影响将持续作用于生长季凋落叶碳释放,深刻影响高山森林土壤生物地球化学过程.

酚类物质是凋落物分解过程中难分解的有机组分,其初始含量极大地影响了凋落物的后续分解过程,但全球尺度上凋落物酚类物质的初始含量特征及影响因素并不清楚.通过meta分析己发表的相关科研论文,在全球尺度上探讨了凋落物总酚和可溶性酚(溶于水、酸、甲醇、乙醇)的含量特征及气候、菌根类型、植物生活型和土壤性质等因素对其的影响.结果表明:(1)全球凋落物初始总酚、可溶性酚平均含量分别为65和88 mg·g-1;(2)菌根类型对根凋落物总酚含量及叶凋落物可溶性酚含量有显著影响,同时具有丛枝菌根和外生菌根植物的根凋落物总酚含量显著低于具有外生菌根植物凋落物,而同时具有丛枝菌根和外生菌根植物的叶凋落物可溶性酚含量显著高于具有丛枝菌根植物凋落物;(3)系统分类(裸子植物、被子植物)和叶形态(针叶、阔叶)对叶凋落物总酚含量有显著影响,阔叶与被子植物凋落物总酚含量分别显著高于针叶和裸子植物凋落物;(4)平均气温日较差、最干旱月份降水量、最干季降水量与叶凋落物总酚含量呈显著正相关关系;(5)最暖季降水量、土壤含水率与叶凋落物可溶性酚含量呈显著负相关关系;(6)叶形态对叶凋落物总酚含量的影响最为显著.这些研究结果对了解凋落物各功能性状与酚类物质之间的关系及预测凋落物在未来气候变化条件下的分解特征具有一定意义.

叶际微生物作为最先定殖在凋落叶上的微生物类群,可能直接参与凋落叶的分解.为验证此猜想,该研究通过扩增子高通量测序技术和室内分解实验,探究了马尾松(Pinus massoniana)叶际微生物多样性及叶际微生物对马尾松凋落物的分解影响.结果表明:(1)马尾松的叶际存在着丰富而多样的微生物群体,针叶在凋亡后,叶际微生物群落发生变化.成熟针叶、凋落针叶、分解层针叶共有大量可操作分类单元(OTUs).(2)马尾松针叶分解过程可分为两个阶段:快速分解期(前8个月)和缓慢分解期(8个月以后).衰亡针叶(刚凋落但未接触土壤)叶际微生物可直接参与马尾松凋落针叶分解,且分解速率表现为叶际微生物+土壤微生物处理＞叶际微生物处理＞土壤微生物处理.在马尾松针叶分解过程中叶际微生物与土壤微生物存在协同作用.(3)凋落针叶分解速率与木质素和纤维素分解速率呈极显著正相关关系,但与木质素和纤维素分解酶活性无显著相关关系.木质素分解酶——多酚氧化酶与过氧化物酶活性极显著负相关,纤维素分解酶——β葡萄糖苷酶活性与纤维二糖苷酶活性则呈极显著正相关关系.综上,该研究结果表明叶际微生物可直接参与凋落针叶的分解,且其对马尾松凋落针叶分解速率的影响高于土壤微生物,这为进一步阐明马尾松凋落针叶的分解机理和后续分解过程中发挥主要作用的核心微生物组的发掘提供了理论依据.

该研究选择我国分布于亚热带、暖温带和寒温带的三个样点8种林分(包括阔叶林、混交林和针叶林)下表层0~20 cm的土壤为研究对象,利用干筛法进行大团聚体和微团聚体分级,测定了各团聚体组分的有机碳量和有机碳百分比,并分析他们与气候、植被和土壤环境变量之间的关系.结果表明:土壤大团聚体和微团聚体有机碳量都受到气候的显著影响,表现为土壤大团聚体和微团聚体有机碳量随年均温的增高而降低,经分析这与低温抑制土壤微生物分解活动有关.土壤团聚体有机碳百分比受到林分类型的影响显著,表现为阔叶林土壤团聚体有机碳百分比高于针叶林,这与林分凋落物的质量有关.此外,土壤pH值和土壤质地也影响土壤团聚体有机碳百分比.这表明气温上升和人为干扰导致的林分类型改变都可能引起土壤团聚体有机碳的下降,加剧气候变化.该研究结果有助于了解土壤团聚体有机碳的变异规律,为预测全球变化下土壤有机碳响应提供数据支持.

叶和细根(＜2mm)是森林生态系统的分解主体,二者是否协同分解,将极大影响所属植物在生态系统碳(C)循环中的物种效应.已有研究显示,叶和细根的分解关系具有极大的不确定性,认为很大程度上归因于细根内部具有高度的异质性,导致叶和细根在功能上不相似.为此,使用末梢1级根和细根根枝作为研究对象,它们在功能上同叶类似,称为吸收根.通过分解包法,分别在黑龙江帽儿山和广东鹤山,研究了2个阔叶树种和2个针叶树种(共8个树种)的叶和吸收根持续2a多的分解.结果发现,分解速率k(a-1,负指数模型)在8个树种整体分析时具有正相关关系(P＜0.05),在相同气候带或植物生活型水平上是否相关,受叶的分解环境及吸收根类型的影响;N剩余量整体上并不相关,亚热带树种的叶和细根根枝的N剩余量在分解1a后高度显著正相关,温带树种的叶和1级根的N剩余量在分解2a后显著高度正相关.本研究中,根-叶分解过程是否受控于相同或相关的凋落物性质是决定根-叶分解是否相关的重要原因,其中分解速率与酸溶组分正相关、与酸不溶组分负相关.比较已有研究,总结发现,根-叶分解关系受物种影响较大,暗示气候变化导致物种组成的改变将极大影响地上-地下关系,也因此影响生态系统C循环.

植物多酚类物质是森林凋落物中的重要组分,其含量的多寡在一定程度上决定了凋落物的分解速率.然而,凋落物分解过程中多酚类物质的降解动态仍不十分清楚.因此,以四川盆地亚热带常绿阔叶林最具代表性的3个针叶树种马尾松(Pinus massoniana)、柳杉(Cryptomeria fortunei)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和3个阔叶树种香樟(Cinnamomum camphora)、红椿(Toona ciliata)、麻栎(Quercus acutissima)凋落叶为对象,采用凋落物分解袋法,研究了6种凋落叶多酚类物质在第一年不同降雨期间的降解特征.结果表明:自微量降雨期起至雨季前期止,6种凋落叶多酚类物质具有一致的降解动态,降解率均表现为随着降水量的增加而增加;自雨季后期之后,多酚类物质含量均处于稳定状态.第一个分解年,6种凋落叶多酚类物质降解率大小顺序依次为:红椿(100％)＞柳杉(97.81％)＞杉木(94.45％)＞麻栎(93.67％)＞马尾松(93.06％)＞香樟(91.64％).分解初期旱季两时期(微量降雨期和春季少雨期),6种凋落叶多酚类物质均有较大的降解量,其降解率占全年降解率的42.16％-71.20％.并且,除香樟以外的5种凋落叶多酚类物质大量降解释放发生在雨季前期,占全年降解率的44.46％-55.72％.此外,凋落叶多酚类物质初始含量与其降解率呈显著的二次函数关系.可见,降雨是湿润亚热带常绿阔叶林区凋落物多酚类物质降解的关键驱动因子之一,树种组成是影响凋落物多酚类物质降解的内部因素.

树种选择是林下山参护育成败的关键,研究树叶凋落物对人参土壤养分、微生物群落结构组成的影响,旨在为林下山参护育选择适宜林地及农田栽参土壤改良提供科学依据和理论指导.通过盆栽试验,研究添加5.0g色木槭Acer mono.Maxim.var.mono (A)、赤松Pinus densiflora Sieb.et Zucc.(B)、胡桃楸Juglans mandshurica Maxim.(C)、紫椴Tilia amurensis Rupr.(D)、蒙古栎Quercus mongolica Fisch.ex Ledeb.(E)树叶凋落物到土壤中,种植人参(Panax ginsengC.A.meyer)后研究土壤理化性质以及微生物群落结构的变化.结果表明:添加不同树叶处理后人参土壤性质发生改变,土壤pH值显著高于对照土壤5.91 (P＜0.05),土壤全氮、速效氮磷、微生物碳氮在所有树叶处理中显著增加(P＜0.05),而土壤容重、速效钾和C/N在添加树叶处理中降低.18个土壤样品基因组,经16S和ITS1测序分别得到6064和1900个OUTs.其中细菌涵盖了42门、117纲、170目、213科、225属,真菌涵盖了24门、98纲、196目、330科、435属.不同树叶处理人参土壤细菌和真菌地位发生改变,细菌Proteobacteria是树叶分解的关键微生物,添加树叶后其多样性显著高于对照(P＜0.05).而细菌Bacteroidetes和真菌Basidiomycota可能是区别阔叶林和针叶林树种的关键微生物,针叶林中含量显著低于阔叶林(P＜0.05),而真菌Ascomycota是针叶林分解的关键微生物.进一步从不同分类水平上得到特定树叶凋落物的特异细菌和真菌.典型相关分析(CDA)表明细菌Bacteroidetes、Chloroflexi、Actinobacteria及真菌Basidiomycota、Zygomycota、Chytridiomycota及Ascomycota的位置及多样性的改变均与土壤因子SMBN、TN、AP、SOC、AK、C/N、pH有关.综上所述,添加不同树叶后不仅提高土壤微生物量碳氮、改善土壤理化性质,同时改变微生物群落结构组成,不同树叶处理土壤理化性质不同导致人参土壤微生物组成的差异,本结果对于林下参选地和农田栽参土壤微生物改良具有理论指导作用.