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.

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.

潮汐涨落导致的植物残体异位分解是河口湿地最常见的分解方式,研究分解环境变化下残体的分解及其养分释放对深入了解河口湿地养分循环具有重要意义.为此,2021年3-12月,在闽江河口互花米草(Spartina alterniflora)分布区,以自然环境梯度作为分解环境变化研究的替代系统,由陆向海方向布设入侵7年的互花米草湿地(M7,残体记为L7)、新近入侵1年的互花米草湿地(M1,残体记为L1)以及入侵前的光滩(BF)3个分解样地,采用分解袋法模拟研究了分解环境变化对不同入侵年限互花米草残体(L7和L1)分解及磷养分释放的影响.结果表明,分解环境变化可对残体分解速率产生显著影响.L7在M1和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M7)更快,而L1在M7和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M1)更慢.分解环境变化导致的L7或L1分解速率的改变一方面取决于分解环境中关键环境因子(温度和pH)的变化,另一方面与分解环境变化导致的残体质量(碳氮比和氮磷比)发生改变有关.相较于原分解环境,分解环境的变化导致L7的总磷(TP)含量整体增加,而L1的TP含量降低,但二者TP含量均在M1分解环境中最高.残留率是影响不同分解环境下残体TP含量变化的共性因素,而分解环境变化引起的主要环境因子(电导率)和残体质量改变是导致TP含量存在差异的重要原因.不同分解环境下L7和L1的磷养分在分解期间均表现为不同程度的净释放.研究发现,L7和L1的分解速率及磷养分释放量均在M1分解环境中较高,说明残体在该分解环境中的磷养分归还速率可能更快,而这有利于提高对新近入侵互花米草的磷养分的供给能力.

森林粗木质残体主要包括倒木、枯立木、大枯枝、树桩和粗根等,它们是绝大多数森林生态系统的结构性成分,在全球碳循环和生物多样性保育等方面发挥着不可替代的作用.特别是近些年,极端高温、干旱、热带气旋等极端气候事件正在加速树木死亡,改变森林粗木质残体形成的方式和分解过程,森林生态系统功能和稳定性也会受到深刻影响,生态学家对此也越来越重视.如今,生态学家通过野外观测和控制实验,围绕粗木质残体的分解特征、调控机制和分解过程中粗木质残体上的生物多样性开展了大量研究,促进了粗木质残体生态学的快速发展.该文首先汇总了最常见的用于森林粗木质残体分解过程的研究方法,并且描述了各研究方法适用的情景.其次,从形态、物理和化学性状方面探讨了粗木质残体的分解特征.然后,围绕着影响森林粗木质残体分解的控制因素,系统梳理和总结了已取得的研究结果.具体来说,粗木质残体分解主要受到基质质量、分解者和环境条件的调控,其中基质质量和分解者在样点尺度上影响着分解过程,基质质量对分解者群落有自下而上的调控作用,环境条件在区域或更大研究尺度上发挥主导作用.粗木质残体在分解的同时孕育了数量巨大、种类丰富的生物,主要类群包括苔藓类附生植物、细菌、真菌和无脊椎动物.无脊椎动物对森林粗木质残体的利用方式最为复杂,可能将其作为栖息地、掩蔽所、繁殖地、取食场所.附生植物的演替过程与分解时间正相关,但与腐烂程度联系不紧密,其他生物类群的演替则更多地受到基质质量的影响.由于以往的综述鲜有涉及不同结构组分(树皮和木质部)分解的研究进展,该文补充和探讨了树皮和木质部的分解特征和潜在的相互作用过程.由于粗木质残体分解缓慢的特点和研究方法的限制,目前许多机理的相关研究仍不够深入,该文围绕粗木质残体分解机制和生物多样性保育功能探讨了未来需要重点关注的研究内容及可能的研究方法.

为探明旱区山地不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征,明确氨基糖对土壤有机碳库的贡献以及影响因素.以 2021 年 8 月在贺兰山西坡不同海拔(1848-2940 m)采集的土壤为研究对象,分析土壤理化性质、微生物群落结构、氨基糖含量、氨基糖对土壤有机碳贡献变化特征以及引起该变化的驱动因素.结果表明:沿海拔梯度上升,土壤理化性质表现出显著差异,土壤含水率、有机碳、全氮表现为升高趋势,pH和容重表现为降低趋势,全磷无明显变化规律.沿海拔梯度上升,土壤真菌、细菌、放线菌以及丛枝菌根真菌磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids,PLFAs)含量表现为先增加后减少的趋势,在中海拔区域(2110-2360 m)微生物PLFAs含量更高.沿海拔梯度上升,总氨基糖含量和氨基糖单体(氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸和氨基甘露糖)分别表现为持续增加和先减少后增加的变化趋势,并且总氨基糖和氨基糖单体含量均在最高海拔达到峰值,中海拔区域真菌和细菌残体碳对土壤有机碳的贡献率均小于高海拔(2707-2940 m)和低海拔(1848-1910 m),且在不同海拔梯度上真菌残体碳对土壤有机碳贡献率占据主导地位.方差分解结果显示,土壤理化性质和微生物PLFAs含量共同解释了土壤氨基糖含量及对有机碳贡献率的 55.2%,其中土壤理化性质解释变异的 52.9%,微生物PLFAs含量解释变异的 26.9%,冗余分析同步验证土壤理化性质是影响氨基糖及氨基糖对土壤有机碳贡献率的主要因素.本研究结果揭示了贺兰山西坡微生物驱动土壤有机碳存储与转化机制,可为进一步研究旱区山地微生物残体对土壤有机碳的贡献提供理论依据.

林隙(forestgap,FG)是森林干扰中的一种常见形式.作为森林景观流动镶嵌结构的基础,林隙对森林群落更新和物种共存具有重要作用.本文基于2022年对云南大理鸡足山半湿润常绿阔叶林动态监测样地的植物群落调查结果,统计了所有活立木和粗木质残体(coarse woody debris,CWD)的物种组成和径级结构,分析了样地内所有木本植物胸高断面积和林隙形成木(forest gap maker,FGM)数量的空间格局,并利用广义线性回归模型结合方差分解对林隙形成木定义的林隙干扰强度进行了定量环境解析.结果表明:(1)样地内粗木质残体的数量和胸高断面积之和分别相当于全部活立木的13.6％和15.8％;全部粗木质残体属于57种木本植物,共计12,317株;形成林隙形成木的有12个物种,共计2,280株.(2)活立木和粗木质残体的径级结构均呈倒"J"形,即小径级数量多、大径级数量少,反映了样地群落中的树木死亡主要源自群落演替前期的自疏过程.(3)林隙形成木的数量和平均密度按折干木、枯倒木、枯立木、活倒木依次减少.活立木、粗木质残体和林隙形成木的胸高断面积之和在样地内的分布差异显著:沟谷两侧的山坡较高,底部较低;各类林隙形成木均在浅沟沟谷侧坡数量最多,沟谷最少,除活倒木外其余3类在深沟沟谷及侧坡上均有分布.(4)环境因子对枯立木、枯倒木、折干木、活倒木的数量的解释率依次为16.7％、25.6％、37.2％和76.0％;生物竞争和自疏过程主导了枯立木和枯倒木的形成,对活倒木数量贡献最大的因子是土壤养分,而折干木的形成则由地形因子和生物因子共同驱动.

植物残体分解在湿地碳循环中起关键作用,受到输入特征(化学性状和物种多样性等)的控制.受水位变化和外来物种入侵影响,洪泽湖湿地植物群落会发生显著变化,进而影响植物残体输入特征.本研究选取洪泽湖湿地中芦苇(Phragmites australis)、菰(Zizania latifolia)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和双穗雀稗(Paspalum paspaloides)4种分布广泛的挺水植物,探究优势种和均匀度变化对其残体质量损失和碳矿化速率的影响.在单种分解模式下,芦苇分解最慢,质量损失和碳矿化常数(k)仅分别为22.2％和5.27×10-4 d-1,而双穗雀稗和喜旱莲子草有着相对高的质量损失(分别为58.4％和50.6％)和A(分别为9.52× 10-4和9.10×10-4 d-1).在混合分解模式下,喜旱莲子草和双穗雀稗占优势的组合有着更高的质量损失(均值分别为41.0％和42.8％)和k(均值分别为8.84×10-4和8.70×10-4 d-1),均显著高于芦苇和菰占优势的组合(质量损失均值分别为31.0％和32.2％,k均值分别为7.28×10-4和8.07×10-4 d-1).随均匀度升高,喜旱莲子草和双穗雀稗占优势的组合质量损失和k呈下降趋势,而芦苇占优势的组合呈上升趋势.从混合效应来看,混合残体在质量损失方面常表现为拮抗效应,而在矿化速率方面主要为加和效应或协同效应.以上结果表明,洪泽湖湿地中群落水平上的植物残体分解会随优势种和均匀度而变化,非加和效应在该过程中也发挥着重要作用.因此,关注混合分解对于准确分析淡水湿地碳循环对植物群落变化的响应具有重要意义.

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.

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,50 kg·hm-2·a-1)和高N(HN,150 kg·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,凋落物处理主要影响凋落物分解过程中Mn的含量,并且凋落物Mn含量在凋落物分解响应N输入的过程中可能起着关键作用.

以泥炭藓属(Sphagnum)植物为优势种的贫营养泥炭地是陆地生态系统重要的碳汇,其优势植物的生长与分解动态关系着贫营养泥炭地碳汇潜力,但有关氮沉降对贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的影响还存在很大争议,并且氮沉降对亚热带贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的研究鲜有报道.该研究以鄂西南贫营养泥炭地为研究对象,通过原位喷洒不同浓度的NH4Cl溶液,采用生物量收割法和分解袋法,探讨模拟氮沉降对泥炭藓(S.palustre)与金发藓(Polytrichum commune)生长及分解的影响.研究结果表明:(1)氮沉降对两种藓类植物生长高度与生物量均有明显的影响,且两种藓类植物生长存在一定的氮沉降阈值,约为3 g·m-2·a-1;(2)氮沉降对两种藓类植物生长影响程度不同,金发藓对氮沉降的响应灵敏度要大于泥炭藓;(3)高浓度氮沉降(6和12 g·m-2·a-1)抑制了泥炭藓分解,低浓度氮沉降(3g·m-2·a-1)对泥炭藓分解的影响取决于分解时间,而所有浓度氮沉降均抑制了金发藓凋落物的分解;(4)分解1年以后,泥炭藓的最终质量残留率平均值为105.99％,金发藓的最终质量残留率平均值为70.79％,金发藓的分解速率远大于泥炭藓;(5)氮沉降对两种藓类凋落物化学元素含量与化学计量比有显著影响,且与分解时间密切相关.