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.

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.

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).

凋落物分解对于维持源头溪流生态系统碳和养分平衡有重要意义.以亚热带典型源头溪流金佛山溪流为代表,选取3种河岸带常见凋落叶为分解对象,设计3个单种和4个混合物种的凋落物组合,在原位放置3种孔径的分解袋(0.05mm、0.25mm和2mm),探讨混合凋落物的性状与底栖分解类群对叶片质量损失和混合效应的影响.结果表明:(1)微生物在凋落物分解过程中相对贡献均大于50％,小型和大型底栖动物进一步加速了凋落物的分解过程.(2)单种凋落物分解速率存在显著差异:八角枫(Alangium chinense,质量损失率为 53.05％)＞缺萼枫香(Liquidambar acalycina,30.00％)＞薄叶润楠(Machiilus leptophylla,12.63％).(3)混合凋落物中仅微生物参与的处理均表现为负的非加和效应,其中八角枫+缺萼枫香、八角枫+薄叶润楠、八角枫+缺萼枫香+薄叶润楠三个处理的效应显著;小型底栖动物加入后均表现为正的非加和效应,但不显著;在微生物、小型和大型底栖动物的共同作用下,缺萼枫香+薄叶润楠和八角枫+缺萼枫香+薄叶润楠的两个处理的正的非加和效应显著.亚热带源头溪流中凋落物分解功能与河岸植物和分解者类群的复杂性密切相关.

长白山森林源头溪流每年11月至次年4月有约70％的河面被冰覆盖,季节性冻融过程特征明显.为了揭示溪流冻结初期凋落叶分解与底栖动物定殖的关系,在长白山地区1条源头溪流中,利用2种孔径(5和0.3 mm)的尼龙分解袋对色木槭、紫椴、蒙古栎的单一及混合凋落叶进行了为期35 d的分解研究.结果表明:凋落叶质量损失率在单一树种间差异显著,表现为:色木槭＞紫椴＞蒙古栎,而在4种混合凋落叶间差异不显著;除紫椴和3树种混合凋落叶外,粗、细分解袋间凋落叶质量损失率差异不显著;凋落叶混合效应仅出现在紫椴-蒙古栎混合的粗分解袋内;定殖在不同凋落叶分解袋内的底栖动物群落结构差异较大,但撕食者密度在3种凋落叶间差异不显著,撕食者对凋落叶混合效应的响应也不显著.由结果可知,溪流冻结初期微生物是凋落叶的主要分解者,底栖动物的贡献率较低.虽然撕食者密度较低,但撕食者的活动是凋落叶混合效应出现的必要条件.底栖动物对食物和栖息地有一定的选择性,但由于定殖时间较短,凋落叶对撕食者定殖的影响不显著.本研究对源头溪流生态系统的冬季生态过程研究及生态系统管理具有一定的理论意义.

凋落物分解过程中的养分释放对土壤质量、养分平衡和生产力的可持续维持发挥着重要作用.2015年5月,以辽东山区日本落叶松(Larix kaempferi)-红松(Pinus koraiensis)和日本落叶松-赤杨(Alnus japonica)人工混交林为研究对象,采用凋落物网袋法将落叶松分别与红松、赤杨叶片凋落物以75∶25、50∶50和25∶75比例混合,研究不同类型、不同比例的混合凋落物对其分解速率以及养分动态变化的影响.结果表明:在单一植物凋落物的分解过程中,赤杨叶片质量损失最高,分解最快;而红松叶片质量损失最低,分解最慢.凋落物混合分解对氮素释放的影响中,3种比例的落叶松与赤杨叶片的混合凋落物均表现出抑制作用,而落叶松与红松叶片混合凋落物(以25:75比例混合)表现出促进作用.因此,落叶松在与红松、赤杨混合分解时产生了“非加和效应”,并且其分解过程中氮和磷的养分释放状况受混合比例影响.

采用凋落物分解袋法,研究四川低山丘陵区马尾松与檫木、香椿、香樟3种阔叶树种的混合凋落叶及纯马尾松凋落叶分解过程中总酚和缩合单宁的变化特征.设置马尾松∶檫木质量比为6∶4、7∶3、8∶2,马尾松∶香椿质量比为6∶4、7∶3、8∶2,马尾松∶香樟质量比为6∶4、7∶3、8∶2混合处理.结果表明:经过180 d的分解,纯马尾松凋落叶缩合单宁的降解率为84.4％,混合凋落叶缩合单宁的降解率均高于纯马尾松凋落叶.在所有组合中,马尾松∶香樟6∶4混合凋落叶的缩合单宁和总酚降解率最高,分别为90.3％和68.6％,凋落叶的混合促进了马尾松凋落叶缩合单宁和总酚的分解.随着分解时间的延长,马尾松与3种阔叶凋落叶所有混合处理缩合单宁的降解率均呈现先上升后趋于稳定的趋势.而纯马尾松凋落叶、马尾松∶香樟(7∶3)和马尾松与香椿的所有混合处理总酚的降解率呈现在分解前90 d上升此后下降的趋势;马尾松与檫木的所有混合处理及马尾松∶香樟6∶4和8∶2混合处理总酚降解率呈现上升趋势.混合凋落叶分解过程中,单宁和总酚的变化特征还与凋落物基质质量、凋落物分解相关酶(多酚氧化酶、过氧化物酶、亮氨酸氨基肽)的活性有关.

酶是凋落物养分释放过程中必不可少的催化剂,酶活性能迅速响应凋落物分解条件的改变,并在一定程度上反映分解快慢.以四川省低山丘陵区马尾松人工林为对象,研究马尾松(M)与香樟(X)、檫木(S)、香椿(T)阔叶树种混合凋落叶(MX、MS、MT;MSX、MXT、MST;MSXT)分解初期与碳(C)、氮(N)、磷(P)循环相关酶活性的变化特征,包括β-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶(C循环水解酶),β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶(N循环水解酶),酸性磷酸酶(P循环水解酶)以及多酚氧化酶和过氧化物酶(C循环氧化酶).结果显示:(1)树种组合对酶活性影响显著,相比单一M,MT、MXT、MST、MSXT组合有助于提高C、N循环水解酶活性,而MX、MS、MSX组合则对酶活性具有一定的抑制作用;(2)混合比例对酶活性影响显著,无论一针一阔、一针两阔还是一针三阔混合模式,皆在马尾松与总阔叶量之比为6∶4时,C、N循环水解酶活性较高;(3)相比单一M,混合处理降低了P获得水解酶及C获得氧化酶活;MT6∶4和MXT6∶1∶3、MST6∶3∶1及MSXT(6∶1∶1∶2、6∶1∶2∶1)处理则有助于C、N循环水解酶活性整体提高,其中又以MT6∶4和MSXT6∶1∶2∶1处理更佳,且分别提高了63.34％、22.12％、11.93％、105.80％和53.91％、50.94％、29.10％、140.93％;(4) CCA分析表明,酶活性对树种组合、混合比例、凋落叶初始质量及微环境因子的响应不同,其中树种组合对酶活性影响最大,凋落叶初始N、N/P次之,说明凋落叶化学组成及其物理性质的某些方面共同作用于酶活性.综上,MT6∶4和MSXT6∶1∶2∶1混合更利于C、N循环水解酶活性在分解初期的稳定及提高.

橡胶树凋落叶在橡胶林生态系统养分循环中起着重要的作用,研究凋落叶的分解和养分释放特性及其影响因素,对资源的循环利用及指导高效施肥具有重要意义.在海南省天然橡胶主产区选取橡胶林地进行凋落叶原位分解试验,研究坡度和埋深对橡胶树凋落叶干物质分解特性、养分元素释放规律及其物质成分红外光谱特征的影响.结果表明,凋落叶分解速率明显受到坡度和深度的影响;分解9个月后,干物质残留率高低顺序为坡地覆盖(39.6％)＞平地覆盖(26.8％)＞平地埋深(11.2％)＞坡地埋深(6.9％);凋落叶的损失符合Olsen指数衰减模型(P＜0.01),各处理凋落叶干物质分解95％所需要的时间分别为29.3、20.5、12.8和13.2个月;各处理C/N比从最初的25.1下降到12.7、14.4、16.2和16.9.分解期间各处理养分残留率差异显著(P＜0.05);分解9个月后,坡地覆盖处理S-Ⅰ养分元素C、N、P、K、Ca、Mg的残留率最高,分别为10.9％、21.6％、10.7％、9.7％、10.4％、7.9％,而坡地埋深处理S-Ⅱ最低,分别为3.8％、6.5％、3.4％、2.3％、0.8％、2.1％.傅里叶红外光谱(FTIR)分析显示,凋落叶分解前后在3387 cm-1、1734 cm-1处的吸收峰强度明显减弱,表明纤维素、半纤维素、木质素、多糖、脂肪族等碳水化合物遭到分解;1050 cm-1处的吸收峰向低频方向位移了17 cm后变为1033 cm-1,表明分解破坏了凋落叶原有的可溶性糖和纤维素C-C键和C-O键伸缩振动.综上所述,埋深处理有利于加速凋落叶物质分解和养分元素释放速率;建议橡胶树生产中将凋落叶与表土混合或压青处理,提高橡胶林养分循环效率.

以油松(Pinus tabuliformis Carriere)和5种阔叶树的凋落叶为对象,使用分解袋法在室内进行为期6个月的针阔混合分解实验,研究产生的混合分解效应、针阔凋落叶对彼此分解速率的影响及其可能产生机理.结果 显示:(1)油松分别与红桦(Betula albo-sinensis Burk.)、灰楸(Catalpa fargesii Bur.)、太白杨(Populus purdomii Rehd.)凋落叶混合对分解速率均产生加性效应,但其中油松凋落叶分解受到显著促进,而阔叶凋落叶分解受到显著抑制.油松与杜仲(Eucommia ulmoides Oliver)凋落叶混合时两者分解速率均显著降低,油松与槭树(Acer tsinglingense Fang et Hsieh)凋落叶混合时两者分解速率均显著提高;(2)总体而言,在蔗糖酶、羧甲基纤维素酶和多酚氧化酶参与凋落叶分解的主要时期,红桦、灰楸、太白杨分别与油松凋落叶混合分解使土壤中这3种酶的活性较油松单独分解时显著提高,而较阔叶凋落叶单独分解时显著降低;油松与杜仲混合分解使这3种酶活性较两者单独分解时显著降低,而油松与槭树混合分解则产生相反效果.本研究结果表明,从凋落叶混合分解对物质循环影响的角度考虑,红桦、灰楸、太白杨和槭树可以用于油松纯林的混交改造,但应注意混交对阔叶树种分解的抑制;杜仲与油松凋落叶混合分解将会妨碍彼此养分循环,不宜混交改造.