植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展

凋落物是植物向土壤输入有机碳的主要途径,源于凋落物的碳一部分以CO₂的形式散失到大气,另一部分以有机碳的形式输入到土壤中,在土壤微生物的作用下经过一系列的周转参与稳定有机质的形成。但土壤作为“黑箱”,凋落物向土壤有机碳转移的过程和作用机理仍不明确。结合国内外该研究领域的主要成果,简要介绍了植物凋落物分解的研究方法、土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性,并从植物凋落物分解对土壤有机碳及其组分、土壤呼吸和激发效应、土壤微生物群落结构及酶活性的影响以及植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响等方面进行概述,厘清植物凋落物分解与土壤稳定有机碳形成的关系,并提出了未来该领域亟待关注的研究方向和研究内容。     

森林凋落物分解研究进展

 森林凋落物分解是森林生态系统养分生物循环的重要环节,而分解过程中所释放的CO2是全球碳素收支的重要组分,开展森林凋落物分解研究是充分认识森林生态系统结构和功能的基础。研究认为:凋落物分解的预测指标可分为3类,即环境指标(如实际蒸散量)、凋落物物理质量(如叶抗张强度)和化学质量指标(如C/N比、木质素/N比和C/P比等);凋落物分解过程中养分释放机制极其复杂,养分动态模式主要有淋溶—释放、淋溶—富集—释放和富集—释放3种,并因凋落物种类、分解阶段和元素本身性质的不同而异;凋落物混合分解并非单一树种分解的简单叠加,因树种组成和比例不同,基质的化学组成会发生变化,从而影响分解者的多样性、丰富度和生理活性,进而直接和间接地影响其分解速率;凋落物混合分解中可能存在无效应、促进效应和抑制效应;现有的研究结果显示,凋落物混合分解的适宜比例应与群落中不同树种的种群比例相一致;CO2浓度升高不仅影响凋落物的化学性质,而且与分解环境中土壤的生物活性密切相关,但CO2浓度升高并不改变凋落物质量与分解速率之间的关系;越来越多的研究显示,CO2浓度升高的环境下,植物群落的物种组成会产生变化,这种变化对养分循环速率的影响远大于单纯大气CO2浓度变化的影响。     

内蒙古皇甫川流域凋落物分解过程中营养元素的变化特征

在内蒙古皇甫川流域,利用凋落物样袋分解法对不同植被类型凋落物分解过程中营养元素的变化特征进行了研究。结果表明:在杨树叶、油松针叶和禾草3种植被凋落物分解过程中,营养元素随凋落物失重率的增高而降低,其中一部分营养元素回归土壤后,使凋落物样袋下相对应土层的营养元素含量提高;凋落物分解对恢复、补充和提高土壤肥力,防止水土流失,具有重要的实际意义。     

杉木与阔叶树叶凋落物混合分解对土壤性质的影响

通过盆钵模拟试验对杉木与楠木、杉木与木荷叶凋落物混合分解后土壤性质进行研究,结果表明:土壤微生物区系中,细菌占微生物总数的98.18%~99.80%,真菌、放线菌在微生物总量中的比例差异不显著(P>0.05),分别为0.12%~1.01%和0.12%~1.08%;7月份土壤微生物中放线菌数量显著高于3月份土壤微生物中放线菌数量(P<0.05),而细菌数量相对较少;杉木、楠木以及木荷叶凋落物三者单独分解时,阔叶树林地细菌数量较大,杉木林地的真菌、放线菌数量较多。当杉木与楠木叶凋落物混合分解时,土壤三大微生物数量以及微生物总量都明显增加;与木荷叶凋落物混合分解时,仅细菌和微生物总量有所增加。混合分解后,林内土壤养分大体呈低~高~低的变化模式;pH值均有不同程度的,其中增加最多的是杉楠X1+3X2的处理。     

黄河三角洲不同人工刺槐混交林凋落物分解特性

为研究黄河三角洲不同人工刺槐混交林凋落物分解特性,选取白蜡刺槐混交林、臭椿刺槐混交林、国槐刺槐混交林、榆树刺槐混交林4种混交林,采用凋落物袋法进行为期1年8月的凋落物分解特性研究。结果表明:4种混交林凋落物分解速率变化规律相似,前期分解较快,后期分解较慢。4种混交林凋落物分解系数介于0.55~0.74,其中臭椿刺槐混交林凋落物分解系数最高,榆树刺槐混交林最低;臭椿刺槐混交林凋落物分解周期最短为4.03a,榆树刺槐混交林最长为5.47a。4种混交林凋落物中N、P、K、木质素含量以及木质素/N差异显著(P0.05),凋落物分解速率与其N、P含量呈显著正相关关系,与K含量以及C/N呈显著负相关关系。混交林土壤pH、含水量与凋落物分解系数呈显著正相关关系;电导率、碱解氮、有效磷、速效钾含量与凋落物分解系数呈显著负相关关系,表明土壤pH、含水量升高有利于凋落物分解,而电导率、碱解氮、有效磷、速效钾含量升高则减缓凋落物分解。     

杉木林乔木层凋落物及其在分解过程中化学成分的变化

广西龙胜县里骆林区24～28年生杉木的凋落物产量为3.749t/ha·a,其中落叶、落枝和落花果分别占55.9％,23.1％和21.0％。通过凋落物归还土壤的10种营养元素的总量,以kg/ha·a表示,为65.500,其中N 21.726,P 1.206,K 6.838,Ca 24.805,Mg 6.224,S 2.030,Mn 2.545,Zn 0.075,Cu 0.021,B 0.030。用指数衰减模型估算的凋落物分解速率为:叶子0.4988g/g·a,枝0.4154g/g·a,花果0.4166g/g·a。在分解过程中,各元素含量与分解初期相比,K的含量下降了,失重量的比率大于凋落物的;N,P,Ca,Mg,Mn,Cu的含量上升了,失重量的比率小于凋落物的;S,Zn和B的含量变化不大,失重量比率与凋落物的相当。     

连续年龄序列桉树人工林凋落物分解的研究

通过野外定位监测和取样分析,研究了连续年龄序列(3 a,4 a,5 a,6 a)桉树人工林的叶凋落物分解及养分释放动态。结果表明,经过390 d分解后,不同龄级桉树人工林凋落物的残留率分别为31.11%,28.37%,36.70%和46.99%,年平均分解系数分别为0.962 0,0.956 8,0.793 0和0.628 6,周转期分别为3.03,3.07,3.54,4.66 a,说明随着林木龄级的增加凋落物的分解速度逐渐下降。在凋落物分解过程中,N、P、K、Ca、Mg、Mn、Zn和Fe元素,均体现出比较明显的淋溶-富集-释放模式。各年龄段桉树林凋落物N元素的周转期分别为1.65,1.95,2.39,2.96 a,P为1.82,1.48,2.35,3.05 a,K为0.95,1.31,3.27,2.80a,Ca为3.39,2.74,3.49,3.29 a,Mg为1.27,2.03,3.66,2.33 a,Mn为1.98,1.01,2.67,3.38 a,Zn为2.74,1.83,2.92,4.03 a,Fe为2.96,1.07,2.84,3.19 a。从各元素的周转时间可以看出,N、P、K元素的周转速度较快,说明这些元素易淋溶,能更快地归还林地以供应林木生长的需要。     

模拟凋落物添加与氮磷沉降对红松凋落物生态化学计量特征的影响

[目的]探究红松(Pinus koraiensis)凋落物和氮(N)磷(P)沉降量、小气候因子、降水化学成分和地形对各层凋落物生态化学计量的影响,为红松林管理提供科学依据.[方法]本研究对阔叶红松混交林(天然林)和红松纯林(人工林)进行了为期712天的原位观测试验,模拟氮磷沉降与凋落物添加处理后,测定不同凋落物层次和林...     

外源氮输入对土壤有机碳矿化和凋落物分解的影响

目前,由人类活动造成的陆地生态系统氮输入量已经远远超过了其自身的生物固氮,外源氮输入的增多已经并将继续对土壤有机碳矿化和凋落物分解产生影响。本文分析了国内外有关氮输入增多对土壤有机碳矿化和凋落物分解的影响及其机理:由于研究点环境状况不同,凋落物性质的差异和分解阶段的不同等原因,氮输入对土壤有机碳矿化的结果主要表现为抑制或促进作用;对凋落物分解的影响表现为促进、无影响和抑制三种效果,有关其作用机理还有待进一步深入研究。着重指出对于作为大气CO2"汇"的沼泽湿地,氮输入的增多能够对其碳"汇"功能产生影响,因此进行氮输入对湿地土壤有机碳矿化和凋落物分解方面的研究,对于探讨湿地碳循环对外源氮输入的响应及其机理非常重要。     

杨梅生态园林下凋落物的分解状况分析

在水土流失严重区域发展杨梅林生态园,可以比一般治理区更能改善林下土壤有机质含量,提高土壤肥力,各种生化强度均比一般治理区强,氨化作用、硝化作用、固氮作用和纤维素分解作用分别比一般治理区提高15.2%、60.1%、91.6%、53.8%;土壤中的根际微生物数量高于一般治理区,从而加快了林内凋落物的分解,也有利于植物本身的生长和养分的吸收。     

浑善达克沙地以北地区沙漠化动态初探

在收集大量前人研究成果和野外调查的基础上,运用RS和GIS技术,以2000年和2005年具有相同时相(秋季)的landsat TM4,3,2波段(分别赋予红、绿、蓝3种颜色)、分辨率为30 m×30 m的标准假彩色合成卫星影像的两期TM影像为信息源,利用Erdas8.7遥感图像处理软件、Arcinfo9.0和Arcview3.3等GIS软件,对浑善达克沙地以北地区的沙漠化土地进行了动态监测研究和分析。结果表明:土地沙漠化总体呈上升扩展的趋势,5 a多来沙漠化土地面积增加了1 366.057 km2,具体表现为轻度、中度、重度沙漠化土地面积分别增加;239.806,1 025.393,850.396 km2,严重沙漠化面积减少了749.539 km2;从全区各旗、县的角度来看,其中苏尼特右旗、苏尼特左旗、西乌珠穆沁旗、锡林浩特的沙漠化发展比较快,增加的面积分别为:1 038.377,185.487,69.431,51.554 km2,克什克腾旗、阿巴嘎旗的发展速度比较慢,增加的面积分别为:5.492,15.715 km2,林西的沙漠化面积基本没有变化。     

1980-2016年科尔沁沙地土地利用重心的时空迁移特征

[目的]研究科尔沁沙地土地利用时空演变特征,为该区土地资源的合理开发和生态环境的改善提供科学依据。[方法]基于土地利用重心迁移模型,利用1980-2016年Landsat系列卫星影像,分析该地区土地利用时空格局和空间转移特征。[结果]1980-2016年科尔沁沙地植被重心向西北方向迁移,迁移速率为64.6 m/a;水体向东南方向迁移,迁移速率为389.3 m/a;建筑用地向东北方向迁移,迁移速率为53.6 m/a;沙地向西南方向迁移,重心迁移速率为379.5 m/a;耕地向东北方向迁移,重心迁移速率为148.3 m/a。[结论]1980-2016年科尔沁沙地各土地利用类型在不同时期的重心迁移速率有较大差异,建筑用地总体迁移速率最小,水体和沙地的重心迁移速率相对较大,该现象主要与科尔沁沙地生态环境脆弱有关,造成了水资源持续性减少以及沙地随时反弹。     

科尔沁沙地生物结皮的土壤种子库特征

通过野外取样和室内分析,初步研究了科尔沁沙地两种生物结皮在干、湿两种处理下土壤种子库种类组成、密度以及物种多样性等特征.结果表明①科尔沁沙地藻结皮和苔藓结皮土壤种子库的总密度为干旱藻结皮＜湿润藻结皮＜干旱苔藓结皮＜湿润苔藓结皮.两种结皮上种子库的数量存在显著差异,对于干、湿处理的两种结皮,苔藓结皮上种子库的总密度均大于藻结皮上种子库的总密度;②两种生物结皮在干旱、湿润两种处理中共出现了6科、15种植物,种子库的组成以一年生草本植物、中生植物为主,二者百分比均超过76%;③在干旱藻结皮、湿润藻结皮、干旱苔藓结皮和湿润苔藓结皮上,种子库物种多样性表现出湿润处理下的结皮高于干旱处理的结皮.由此表明,在半干旱的科尔沁沙地,水分是限制结皮土壤种子库中种子萌发的主要因子,而生物结皮则通过对水分入渗与再分配的调控作用影响结皮种子库中种子的萌发.     

半干旱区科尔沁沙地土壤水分时空特征研究

采用经典统计和地统计学的方法,分析了2013年半干旱区科尔沁沙地(1.5 hm2)不同植被类型下0~160 cm剖面土壤水分的时空变异特征。结果表明:土壤含水量在剖面上的变异系数在18%~177%之间,属于中等或强变异水平;土壤水分状况影响其变异性,湿季的变异性低于干季。草本植被和灌木通过截留降雨和根系吸水,加剧了土壤水分在空间上的变异。在同一时期,土壤水分的空间自相关性随着深度的增加而不断减小;相同深度的空间自相关性为湿季大于干季。在湿季各层土壤含水量具有较好的空间连续性,而干季各层土壤水分变化均较为剧烈,土壤水分的破碎化程度较高。降雨有促使土壤水分分布趋于均匀及增强空间相关性的效果。     

科尔沁沙地生物结皮的土壤种子库特征

通过野外取样和室内分析,初步研究了科尔沁沙地两种生物结皮在干、湿两种处理下土壤种子库种类组成、密度以及物种多样性等特征。结果表明：①科尔沁沙地藻结皮和苔藓结皮土壤种子库的总密度为干旱藻结皮〈湿润藻结皮〈干旱苔藓结皮〈湿润苔藓结皮。两种结皮上种子库的数量存在显著差异,对于干、湿处理的两种结皮,苔藓结皮上种子库的总密度均大于藻结皮上种子库的总密度;②两种生物结皮在干旱、湿润两种处理中共出现了6科、15种植物,种子库的组成以一年生草本植物、中生植物为主,二者百分比均超过76%;③在干旱藻结皮、湿润藻结皮、干旱苔藓结皮和湿润苔藓结皮上,种子库物种多样性表现出湿润处理下的结皮高于干旱处理的结皮。由此表明,在半干旱的科尔沁沙地,水分是限制结皮土壤种子库中种子萌发的主要因子,而生物结皮则通过对水分入渗与再分配的调控作用影响结皮种子库中种子的萌发。     

浑善达克沙地地区土地沙漠化初步研究

通过野外调查和对2000年TM影像的解译，分析了研究区土地沙漠化的分布格局与发展态势，以及土地沙漠化造成的负面影响。从气候因子的时空分布与变化和人地关系两大方面，探讨了研究区土地沙漠化发生、发展的原因。结果表明，沙漠化土地在空间分布上，与春季风蚀气候因子分布范围不一致；沙漠化在发展的速率上，与三大气候因子的动态变化不一致。结论指出：近50年来，气候因子的时空变化不是研究区土地沙漠化的主要原因；人畜压力与环境容量严重失衡，研究区人地关系的管理上屡有失误，落后的生产、生活方式转变缓慢，是造成研究区土地沙漠化的本质原因。     

科尔沁沙地流动沙丘沙米群落生物量特征及其防风固沙作用

沙米(Agriophyllumsquarrosum)是流动沙丘上的先锋植物群落,沙米群落的建立是群落演替和植被恢复的起点。对科尔沁沙地流动沙丘上沙米群落的研究表明,初次建立的沙米群落具有较高的生物量47.5g/m2,以及较高的空间变异程度,变异系数为1.201,反映出群落在空间分布上的斑块化程度较高。在随后的演替中,群落的活生物量迅速下降,而先前沙米群落生物量则以立枯的形式存在,沙米立枯生物量占群落总生物量的54.93%。沙米茎杆粗硬,具有较强的机械强度和抗风蚀能力,其立枯生物量可以存留2～3个生长季。保护沙米群落及其立枯生物量不受人畜破坏,对维持群落演替早期沙面环境的稳定,促进其它物种侵入和定居,从而促进群落演替并加速植被发育进程具有重要作用。     

生态工程对科尔沁沙地主要生态服务功能的影响

[目的] 研究生态工程实施下科尔沁沙地主要生态服务功能的变化特征,为该区今后生态保护建设提供科学依据。[方法] 运用已有的生态服务评估方法定量评估了2001—2018年科尔沁沙地固碳量、水源涵养及水土保持服务功能的时空变化情况。[结果] ①科尔沁沙地土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,生态工程实施期间,林地、耕地面积分别增加8 448 km²,3 280 km²,草地面积减少12 639 km²; ②科尔沁沙地固碳量稳步增长,林地和耕地的固碳量均增加,草地的固碳量减小,但草地固碳量依然最高; ③科尔沁沙地水源涵养量呈先增加后略微减少的趋势,所有土地类型中林地水源涵养量持续升高; ④科尔沁沙地水土保持量持续上升,约增加1.38×10⁷ t,林地水土保持量增加最显著。受地势的影响,区域水土保持总量呈西高东低的分布特征。[结论] 科尔沁沙地生态工程建设效果良好,创造了显著的生态效益。     

科尔沁沙地沙漠化过程中土壤碳氮特征分析

对科尔沁沙地不同沙漠化阶段土壤有机碳、全氮含量、土壤质地以及碳氮密度进行了测定与分析。结果表明,沙漠化过程中不同阶段的特征体现在土壤碳、氮、颗粒组成的有规律变化,土壤碳、氮含量衰减,质地变粗;从潜在沙漠化阶段到严重沙漠化阶段,100 cm深土壤有机碳和全氮含量分别下降91.6%和85.8%,有机碳密度从4 877.9(C)g/m2下降到481.8(C)g/m2,全氮密度从518.0(N)g/m2下降到89.4(N)g/m2;土壤有机碳、全氮与土壤细颗粒组分(<0.1mm)含量之间表现为同增同减性;沙漠化初期有机碳、氮衰减速率要快于沙漠化后期;沙漠化过程中土壤C/N比呈递减趋势,土壤有机碳衰减速率要快于全氮。     

科尔沁沙地玉米茎流变化规律研究

以Dynamax包裹式茎流测量系统对科尔沁沙地玉米的液流变化进行了连续监测,结合实验区自动气象站同步测定的光合有效辐射、气温、相对湿度和风速等气象因子以及人工记录的天气状况,分析了4种典型天气条件下玉米的茎流变化、蒸腾耗水规律及其与气象因子的关系。结果表明,不同天气条件下,玉米液流日变化波动曲线不同,影响液流量的主要气象因子也不同,光合有效辐射始终是液流变化的主导因子。晴天,玉米液流速率的日进程为"几"字型峰或单峰曲线;阴天,玉米的液流曲线通常呈多峰状态;风天和雨天是单峰曲线,或是呈不规则的多峰曲线。玉米茎秆液流通量密度的变化是各种气象因子综合作用的结果。单株日耗水量的总体变化趋势是从晴天、风天、阴天到雨天依次减少,其平均值分别为588,401,399和305g/h。