凋落物分解是森林生态系统养分循环的重要组成部分,为探究气温变化对杉木枯死叶片分解的影响,以杉木人工林的凋落叶和宿存叶为研究对象,采用分解网袋法,利用武夷山气温垂直分布特征,选择了 620 m、1003 m、1410 m和1948 m四个海拔气温梯度,采用异地移位试验模拟增温对杉木凋落叶和宿存叶分解速率及分解过程中N、P、Mg、Ca元素释放的影响.结果表明:(1)凋落叶和宿存叶的干重残留率随分解时间的延长呈下降趋势,且在不同海拔气温下存在显著差异(P＜0.05),其中凋落叶的分解速率(K)表现为K620m＞K1003 m＞K1410m＞K1948 m,宿存叶则表现为K1003 m＞K620m＞K1410m＞K1948m.增温缩短了凋落叶和宿存叶的半衰期和周转期.(2)增温显著影响凋落叶和宿存叶的N、P、Mg、Ca残留率(P＜0.05),二者整体均表现为在T620m下具有较低的养分残留率,而在300-360 d分解时段,宿存叶在T620m下具有较高的P残留率.增温并未改变凋落叶和宿存叶P、Mg、Ca素的释放模式,但改变了宿存叶N素的释放模式.(3)凋落叶和宿存叶的干重残留率与N残留率呈极显著正相关(P＜0.001),与P残留率呈显著负相关(P＜0.05).相较于N、P而言,Mg、Ca残留率与干重残留率间的相关性较弱.气温升高显著加快了凋落叶和宿存叶的质量损失速率及养分释放速率,促进杉木人工林生态系统的养分物质循环.研究结果为全面了解杉木枯死叶片分解过程中养分释放对气候变暖的响应机制提供科学依据.

植物凋落物在土壤有机质形成过程中扮演重要角色,在局域尺度上其分解速率与土壤生境密切相关.不同土壤基质下的凋落物分解快慢不同,进而影响土壤碳周转及养分利用效率.与叶凋落物分解密切相关的微生物群落主要来源于叶凋落物际,这些微生物群落在土壤养分循环和有机物分解过程中发挥着至关重要的作用,然而目前关于叶凋落物际中微生物群落动态变化的研究还相对较少.研究以喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)的叶凋落物为研究对象,通过高通量测序研究不同土壤(有机土、铁铝土、冲积土)和分解阶段(30％、60％、90％)下叶凋落物际细菌群落的动态变化及其对凋落物分解的影响.结果表明:随着分解的进行,叶凋落物际细菌群落多样性逐渐升高,并且群落多样性水平越高(Alpha多样性:有机土＞冲积土＞铁铝土),其分解速率越快(k:有机土＞冲积土＞铁铝土).研究进一步发现,叶凋落物际细菌群落组成变化受土壤类型和分解阶段显著影响(P＜0.001),但前者作用效应更大.具体而言,不同土壤基质下的叶凋落物际优势菌不同,有机土和冲积土基质中均由变形菌门(Proteobacteria)主导(分别占55.33％和53.10％),铁铝土基质中则以放线菌门(Actinobacteriota)为主(占比为63.95％).受分解阶段影响,不同土壤基质下叶凋落物际各优势菌门的平均相对丰度在分解后期均有所下降,而以绿弯菌门(Chloroflexi)为代表的寡营养菌(oligotrophic taxa)在分解后期显著增加(P＜0.05),与分解前期相比增加了 5.66-413.80倍.此外,在不同土壤中,叶凋落物际细菌群落构建均受确定性过程影响,其共现网络复杂度在冲积土、有机土、铁铝土中依次降低,变形菌门和放线菌门在整个叶凋落物际细菌群落的构建和维持中扮演着关键角色.研究揭示了不同土壤基质调控叶凋落物际细菌群落组成及多样性进而影响凋落物分解过程,这为深入理解叶凋落物际细菌群落在生态系统养分循环过程中的关键作用提供了数据支撑.

土壤有机碳(SOC)与森林地力维持和碳汇功能密切相关,土壤SOC的微小波动就能引起大气二氧化碳浓度的显著变化.凋落物管理作为人工林主要经营措施,如何影响SOC化学结构和稳定性及其机制尚不清楚.本研究以杉木(Cunninghamia lanceolata)林为对象,采用完全随机区组设置凋落物添加、凋落物移除和对照3种处理的野外控制试验.处理6年后,0～10、10～20和20～40cm三层采集土壤样品,采用透射傅里叶红外光谱法(T-FTIR)测定SOC化学结构,热重法(TG)和差示扫描量热法(DSC)分析SOC热稳定性,并测定土壤其他理化性质.结果表明:(1)凋落物移除显著降低0～10、20～40 cm 土层铵态氮(NH4+-N)和10～20 cm 土层硝态氮(NO3--N)含量;(2)凋落物添加显著降低SOC的醇酚相对占比,提高芳香族的相对占比;(3)凋落物添加显著降低热稳定系数(H),凋落物移除处理下SOC燃烧过程中质量损失50％所对应的温度显著提高(Tg-T50);(4)NH4+-N、NO3--N与Tg-T50呈显著负相关;醇酚和芳香族分别与H呈显著正相关和负相关.综上所述,凋落物移除通过降低氮有效性提高SOC热稳定性;凋落物添加通过降低SOC化学分子结构中易分解碳,增加难分解碳的形成从而提高SOC热稳定性.研究结果可为亚热带人工林通过凋落物管理措施提升土壤碳汇功能来实现"碳中和"提供科学依据.

植物功能性状是植物为适应外界环境而表现出的个体特征和属性,影响植物的存活、生长与繁殖,并且对土壤功能也产生影响.本文通过汇总已有研究,进行了如下总结:1)分析了植物功能性状的分类及其与土壤肥力的关系;2)明确了植物功能性状对土壤有机质积累的影响,以及影响方向和强度受土壤氮磷循环与碳饱和状态的作用.此外,从植物功能性状与土壤有机质组分和稳定性的关系方面探讨了植物功能性状对土壤有机质长期积累存留的影响;3)探讨了森林生态系统植物功能性状影响土壤有机质的凋落物和微生物作用机制.在此基础上,提出未来植物功能性状与土壤有机质研究重点,包括:通过先进的技术和方法,明确植物功能性状与土壤有机质积累的植物-微生物互作过程和机理,阐明全球变化背景下植物功能性状对土壤有机质积累影响的生态过程和机理.

凋落物分解释放的养分是土壤养分的主要来源,因此凋落物养分动态变化对于森林土壤肥力和林分生产力的维持具有重要的意义.然而,以往关于森林凋落物养分释放的研究均集中在地表分解的凋落物,基本忽略了空中分解的凋落物,而且所关注的养分元素均为氮、磷等大量营养元素,很少涉及钙、镁等中量营养元素.本研究以马尾松(Pinus massoniana)、湿地松(Pinus elliottii)、枫香(Liquidambar formosana)和木荷(Schima superba)4种亚热带地区常见造林树种的凋落叶作为对象,采用分解袋法调查了凋落叶在不同林分类型(马尾松、湿地松、枫香和木荷人工林)和分解位置(空中和地表)的氮、磷、钙和镁动态变化特征.结果表明,在360天的分解期内,凋落叶氮在所有人工林中均表现出先富集、后释放的格局;凋落叶磷在马尾松和湿地松人工林中呈现出先富集、后释放的模式,而在枫香和木荷人工林均出现净释放趋势;在所有人工林中,凋落叶钙和镁均呈现出净释放现象.在空中分解的枫香和木荷凋落叶养分残留量均高于地表分解的凋落叶,但马尾松和湿地松凋落叶养分残留量随着分解位置的变化没有一致性的变化趋势.本研究表明,林分类型和分解位置是凋落物养分释放的重要影响因素,而且凋落物分解过程中大量和中量营养元素的释放格局存在较大的差异.这为理解亚热带人工林养分循环过程和制定合理的养分管理措施提供数据支撑.

凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

气候变暖通过改变植物凋落物产量、质量以及分解者组成和活动来影响分解过程,从而调控生态系统的物质循环.在干旱、半干旱区,气候变暖对混合凋落物分解的影响仍不清楚.本研究利用开顶式增温箱和分解袋法,分析毛乌素沙地黑沙蒿和赖草混合凋落物在450 d分解过程中质量损失和养分的动态变化.结果表明:凋落叶对增温的响应存在种间差异,增温促进了赖草凋落叶的质量损失和N、P释放,抑制了黑沙蒿凋落叶的质量损失、P释放,但促进了 N释放.黑沙蒿和赖草凋落叶混合会抑制分解,增温加强了混合分解的拮抗效应,使混合凋落叶总质量损失减少9％,N和P释放量分别减少4.9％和12.6％.增温处理下混合凋落物质量损失和P释放的拮抗效应随时间逐渐加强,分解150 d时N释放从协同变为拮抗效应.黑沙蒿和赖草凋落叶混合分解产生的非加性效应受温度和时间共同调控,未来的混合凋落物分解研究应该考虑温度和时间的交互作用.

[目的]探讨陕北地区红枣、核桃及苹果凋落叶的化感效应,为选择经济林下适生草种提供理论指导.[方法]以室外盆栽牧草多年生黑麦草和紫花苜蓿为材料,设置不同浓度红枣、核桃和苹果凋落叶浸提液(0.1,0.05,0.025,0.012 5 g/mL)处理,测定牧草生长和生理指标.[结果](1)牧草单株干质量在3类凋落叶各浓度浸提液处理下大多比对照显著降低,且红枣浸提液的降幅较小.(2)牧草丙二醛含量在3类浸提液处理下均高于对照,而红枣浸提液的增幅较小,其叶绿素含量、抗坏血酸含量和抗氧化酶活性变化在3类浸提液间存在明显差异,且多年生黑麦草的变幅明显大于紫花苜蓿.(3)3类浸提液对牧草根系性状的影响存在明显差异,均抑制其根长生长,明显抑制多年生黑麦草根尖数,而促进紫花苜蓿根尖数.[结论]3种果树凋落叶浸提液对2种牧草生长多表现出显著抑制作用,并以红枣浸提液的抑制作用最小,且多年生黑麦草生长受抑制程度小于紫花苜蓿.

土壤生态化学计量是土壤肥力和植物养分状况的重要指标,探索森林的恢复方式对土壤生态化学计量特征的影响,可为准确评价生态系统物质循环过程对干扰和恢复的响应提供理论依据和数据支撑.该研究比较测定了东北东部山区人工恢复的3种针阔混交林和天然恢复的4种落叶阔叶林的土壤、凋落物和枯落物的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量,以及土壤pH、土壤密度等理化性质.结果显示:人工针阔混交林和天然落叶阔叶林的土壤C、N和P含量均随着土壤深度的增加而降低.各林分类型的O(有机质)层土壤C、N和P含量的波动范围分别为53.78-90.59、5.02-7.83和0.75-0.91 g?kg-1.人工针阔混交林O层土壤的C和N含量显著低于天然落叶阔叶林,而人工针阔混交林A(腐殖质)和B(淀积)层土壤的C、N和P含量均高于天然落叶阔叶林.人工针阔混交林O层土壤的C密度显著低于天然阔叶林.土壤C:N、C:P和N:P的波动范围为10.08-12.53、43.97-135.52和4.56-11.64;O层土壤的C:N在两种恢复方式的森林间无显著差异,人工针阔混交林O和A层土壤的C:P和N:P显著低于天然落叶阔叶林.土壤各层次的C和N含量均存在显著的正相关关系(R2范围0.40-0.76).除C:N以外,恢复方式、土壤发生层及其二者交互作用对土壤C、N、P含量、密度和计量比均存在显著影响.土壤密度和凋落物C含量显著影响土壤C、N和P含量.这些结果表明,通过人工恢复方式增加针叶树种的比重,使表层土壤的C、N含量降低,导致表层土壤的碳固持量减弱;但是对C:N无显著影响,表现出相对稳定的土壤C、N计量特征.

为了调整低效马尾松(Pinus massoniana,P)人工纯林的林分结构,探明其与乡土阔叶树种凋落叶混合分解过程中的可溶性有机碳(DOC)释放规律,该研究以马尾松、香樟(Cinnamomum camphora,C)和香椿(Toona sinensis,T)的凋落叶为研究对象,将其按照不同树种和质量比例组合为 15 个处理(3 个单一树种处理+12 个混合处理)后进行野外凋落叶分解实验,并探讨DOC释放最佳的凋落叶树种组合以及混合比例.结果表明:(1)马尾松和大部分混合处理凋落叶(除了PT64)在分解初期(0～6 个月)的DOC含量均显著升高,出现富集现象,之后随着分解时间的延长而降低,在分解中后期(12～18 个月)或分解末期(18～24 个月)再次出现小幅度的碳富集现象.阔叶所占比例越高,其后期DOC含量越低.(2)分解前期(0～6 个月)凋落叶DOC释放的拮抗效应较强(58.33%),仅有 8.33%(1/12)的混合处理表现出协同效应.之后(6～18个月)其协同效应逐渐增强(91.67%),分解末期(18～24 个月)凋落叶的协同效应有所减弱(66.67%).在所有混合处理中,PT64 在整个分解期间均出现协同效应,其次为PT73、PCT622 和PCT613 在大部分分解时期(3/4)出现协同效应.(3)偏最小二乘法(PLS)回归分析表明,凋落叶初始质量因子中N含量、P 含量、木质素含量、缩合单宁含量、C/N、C/P、木质素/N以及木质素/P是影响该研究区域中凋落物DOC释放的重要因素.总体而言,马尾松与阔叶凋落叶混合后的DOC释放受到树种、混合比例及分解时间的共同影响.相对于其他混合处理,阔叶占比大于等于 30.00%且含有香椿(T)的凋落叶混合处理(PT64、PT73、PCT622和PCT613)更能促进DOC的释放.