森林凋落物研究进展

主要论述了森林凋落物对森林生态系统的物质循环和能量流动所起的重要作用,森林凋落物分解的影响因素,以及在小尺度下对林木更新和群落演替的正副效应。森林凋落物在森林生态系统中发挥着重要的作用,它的分解使得被植物有效利用的养分元素重新释放到环境中去,参与生物地球化学循环,从而有机生命体赖以生存的营养物质不会因为植物的利用而枯竭,维持了植物种群、群落、生态系统乃至整个生物圈的持续生存和发展。但森林凋落物由于覆盖于森林地表,使得其对处于土壤表面的微环境系统产生重要影响,因为整个森林生态系统的发育就是从这个系统开始的,所以凋落物会对整个森林生态系统产生重要影响。以往的研究往往注重森林凋落物对森林生态系统的正面影响,忽略了其对森林更新的负面影响,而森林凋落物的负面影响是存在的,而且这些影响在一定程度上决定着森林的更新成败乃至整个生态系统的平衡、协调、持续和健康发展。     

四川盆地亚热带常绿阔叶林不同物候期凋落物分解与土壤动物群落结构的关系

为了解植物生长不同物候时期凋落物分解过程中土壤动物群落结构动态及其与凋落物分解的关系,以四川盆地亚热带常绿阔叶林典型人工林树种马尾松和柳杉,次生林树种香樟和麻栎凋落物为研究对象,采用凋落物分解袋试验研究,凋落物分解过程中土壤动物的群落特征。4种凋落物分解袋共获得土壤动物8047只,其中,柳杉(2341只)>香樟(2105只)>马尾松(2046只)>麻栎(1555只)。其中,秋末落叶期、萌动期和展叶期,马尾松凋落物袋中主要以捕食性土壤动物为优势类群,而后以菌食性土壤动物为主;香樟凋落物袋中除秋末落叶期和叶衰期以菌食性土壤动物为主要优势类群外,其他各时期均以捕食性土壤动物为主要优势类群;柳杉凋落物分解各时期均以菌食性土壤动物为主要优势类群;麻栎凋落物分解在前3个时期以菌食性为主,而后以植食性土壤动物为主要优势类群。相关分析表明,在秋末落叶期和萌动期土壤动物的个体密度主要和氮、磷含量及其格局密切相关,叶衰期主要和难分解组分木质素显著相关。除在秋末落叶期土壤动物对凋落物分解的贡献率与土壤动物的个体密度显著相关外,其余主要物候关键时期均与土壤动物的类群密度及其食性显著相关。     

大连城市森林群落植物功能性状对土壤环境的响应

对大连城市森林群落植物功能性状及其与土壤环境因子的相关性随演替阶段的变化,包括不同群落演替中植物功能性状叶厚度、比叶面积、叶干物质含量、平均冠幅、平均胸径、平均盖度、平均树高、叶碳量的变化规律,以及植物功能性状与土壤环境(土壤养分、植物凋落物重量及分解与地下食物网)的关联进行研究。结果表明,自然群落黑松林、黑松-栎树混交林、栎树林演替过程中叶干物质含量呈上升趋势,叶厚度、比叶面积呈下降趋势;而半人工群落黑松林、黑松洋槐混交林、洋槐阔叶林演替过程叶干物质含量下降、叶厚度下降,比叶面积呈上升的趋势。黑松林、黑松-栎树混交林、栎树林平均胸径、平均冠幅、平均盖度呈上升趋势;而在黑松林、黑松洋槐混交林、洋槐阔叶林呈下降趋势。平均树高在黑松林、黑松-栎树混交林、栎树林呈下降趋势,在黑松林、黑松洋槐混交林、洋槐阔叶林呈上升趋势,其与土壤有机碳显著负相关。围绕植物功能性状与生态系统养分循环功能的关系,进一步讨论了其在群落演替过程中的变化规律,可为研究大连城市森林群落水平的植物功能性状对土壤环境的响应提供科学依据。     

氮沉降对凋落叶分解前期土壤酶活性的影响

为了解凋落叶分解前期土壤酶活性对氮沉降的响应,通过室内模拟自然氮沉降(30 kg N·hm~(-2)·a~(-1)),设置无凋落叶(bare soil,BS)、马尾松凋落叶(Pinus massoniana litter,PL)、杉木凋落叶(Cunninghamia lanceolata litter,CL)及木荷凋落叶(Schima superba litter,SL)4种处理,恒温恒湿的条件下研究不同树种(马尾松、木荷、杉木)凋落叶分解率、土壤理化性质和土壤天冬酰胺酶及纤维素酶活性动态。结果表明:模拟氮沉降232 d后,杉木凋落叶分解最快,其次是木荷凋落叶,马尾松凋落叶分解最慢。随着外源氮的累积与凋落叶分解,凋落叶全氮含量增加,C∶N减小,土壤pH值下降显著。添加硝酸铵明显提高土壤氮素有效性。外源氮的持续输入能促进土壤纤维素酶活性增加,抑制土壤天冬酰胺酶的活性。凋落叶在分解前期抑制了土壤纤维素酶活性而后期起促进作用,但凋落叶分解对土壤天冬酰胺酶活性的影响无显著规律性。因此,氮循环将改变森林土壤C∶N比,从而影响森林生态系统的物质循环和能量流动。     

CO_2体积分数升高对土壤-植物系统碳过程的影响

从土壤和植物2个方面,综述了大气二氧化碳体积分数升高对生态系统碳过程的影响。大气CO2体积分数升高,提高了植物的光合速率,促进了生物量的累积,改变了植物的碳结构。高CO2体积分数导致植物基质（C／N）的变化将直接影响枯落物的分解速率。大气CO2体积分数升高通过影响植物生长而间接地对土壤生态过程产生影响。由于高CO2体积分数下碳输入和输出的关系还存在很多不确定性,因此还不能推断高CO2体积分数下土壤碳库是增加还是减少。不同的生态系统类型,对高CO2体积分数的响应状况也不一致。今后应定量研究CO2体积分数升高条件下生态系统各分室碳库的动态,明确土壤、植物和大气碳库储量变化及其之间的碳通量,以便定量化生态系统碳收支对高CO2体积分数升高的响应。另外,还应加强CO2体积分数升高与其他全球变化因子的耦合作用研究,探讨其相互作用的机制,将有助于全面了解全球变化条件下生态系统的碳循环过程。     

氮沉降对草原凋落物分解的影响

大气氮沉降增加是全球变化的重要现象之一,草原生态系统对氮沉降增加的响应成为草地生态学的研究热点之一。凋落物分解是草原生态系统养分循环和能量流动的主要途径,氮沉降增加引起草原植物群落结构变化,导致凋落物质量、土壤肥力、土壤微生物和土壤动物的变化,最终影响凋落物的分解。本文综述了氮沉降对草原凋落物结构、化学组成和分解环境的影响等方面的国内外最新研究进展,讨论了需进一步加强研究的内容,以期为进一步拓展该领域研究的广度和深度、为全面分析和评估全球变化对草原生态系统的影响提供参考。     

氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制

氮沉降持续增加背景下土壤C∶N∶P化学计量比和pH环境等的改变及其可能的土壤微生物学机制已经成为陆地生态系统与全球变化研究的新生长点和科学研究前沿.以生态化学计量学和土壤微生物生态学为理论基础,综述了氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进全球变化背景下陆地生态系统地下生态学的研究.氮沉降持续增加会导致森林生态系统磷循环加速,导致磷限制.氮沉降不但改变森林土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比和降低土壤pH值,而且改变土壤微生物生物量碳氮磷、细菌、真菌和放线菌的组成以及影响碳氮磷分解的关键酶活性.氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响表现为促进、抑制和无影响,其影响的差异可能来源于微生物效应的不同.叶片在凋落前有显著的氮磷养分回收,但是根无明显的养分回收,造成土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比存在明显差异.基于DNA/RNA等分子生物学方法为土壤微生物生态学研究提供了强有力的手段,将促进氮沉降对森林土壤有机质和凋落物化学计量比改变的微生物学机制研究.     

人工生境缀块对受损河岸生态系统的修复作用

利用生态工程学方法,在长春市西小沿子河研究了人工生境缀块对受损河岸生态系统的修复作用.结果表明,实验区经过人工生态修复和近4年的自然演替,新增加了3个草本植物种,植物群落结构得到优化,形成了较为稳定的乔-灌-草群落结构,植被覆盖率达到95%以上,为动物提供了栖息空间.生境缀块内的土壤微生物数量、土壤生化作用强度、土壤酶活性、有机质含量、全N、全K、底栖动物种类及数量均较对照区增加,其中微生物数量、呼吸强度、纤维分解强度、固氮作用强度、过氧化氢酶活性、脲酶活性和有机质含量均达到显著差异水平（P＜0.05）.人工生境缀块使受损河岸的稳定性增加,改善了河岸生态系统功能,使生态系统发生正向演替,土壤环境向良性方向发展,同时成功地控制了土壤侵蚀.生态护岸不仅降低经济成本,而且具有生态价值、环境价值、景观价值、教育价值和社会价值,为混凝土河岸的生态改造和受损河岸的生态修复提供了新的模式.      

短期封育对博乐绢蒿荒漠群落特征和碳密度的影响

【目的】研究封育对荒漠草地群落特征和物种多样性影响,分析生态系统碳库对草地封育的响应规律,为退化荒漠草地的修复和科学管理提供科学依据。【方法】以新疆博乐绢蒿荒漠为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对封育4 a的荒漠草地群落数量特征、物种多样性和生态系统碳库(生物量碳库,凋落物碳库和土壤碳库)测定分析。【结果】(1)与自由放牧区(FG)相比,封育4 a后博乐绢蒿荒漠草地的植被高度、盖度、密度、多样性指数、均匀度指数和丰富度指数降低了6.2%~48.4%(P>0.05)。(2)封育不利于生物量的积累,茎、枯落物和地下(0~100 cm根系)生物量封育后显著下降了18.6%~31.1%(P<0.05),但根冠比没有显著变化。(3)封育降低了博乐绢蒿荒漠草地地上生物量碳密度、表层土壤有机碳含量,且土壤上层(0~50 cm)有机碳密度降低幅度为53.5~233.6 g/m²。【结论】短期封育不利于博乐绢蒿荒漠草地生物多样性的维持和生态系统碳库的积累,在封育措施的基础上配合施肥、补播等其他恢复措施。     

武夷山土壤动物群落结构在凋落物分解过程中的变化

采用凋落叶分解样袋法,对北亚热带常绿阔叶林米槠凋落叶分解过程中土壤动物群落结构动态进行研究。结果表明：土壤动物类群数在分解前期较多,中、小型土壤动物个体数量在分解中期剧增,土壤动物群落多样性指数与类群数呈显著的正相关关系（r=0.74,P〈0.05）。蜱螨目和弹尾目为凋落物分解过程中出现的优势类群,两者个体数量之和占总数的82.4%。优势类群蜱螨目及其中隐气亚目、中气亚目和弹尾目均与凋落物损失量呈显著正相关;常见类群中,等足目和双翅目数量与凋落物损失量正相关性不显著,其他常见类群膜翅目、蜘蛛目、同翅目、鞘翅目和鳞翅目数量与凋落物损失量呈负相关关系。     

桉-桤不同混合比例凋落物分解过程中 土壤动物群落动态

采用凋落物分解袋法研究了10:0(TⅠ)、7:3(TⅡ)5:5(TⅢ)、3:7(TⅣ)和0:10(TV)巨桉(Eucalyptus grandis)和台湾桤木(Alnus formosana)混合凋落物分解过程中的土壤动物群落特征.从5种类型、3种规格的810只凋落袋中共收集土壤动物75651只,隶属2门10纲20目,其中弹尾目(Collembola)和蜱螨目(Acarina)为优势类群.土壤动物个体数最高是7-8月,大型土壤动物个体数最高是7月,中小型土壤动物个体数最高是7-8月.大型、中小型土壤动物类群数各月间均波动较小.与30目和6目相比,260目网袋中弹尾目和蜱螨目等中小型土壤动物数量更高.相对台湾桤木(TV)而言,巨桉(TⅠ)凋落物中弹尾目数量更多.啮虫目(Psocoptera)在台湾桤木(TV)凋落物中的数量远远高于其它凋落物,后孔寡毛目(Opisthopora)在混合凋落物中数量较高.不同比例的凋落物混合可改变凋落物中土壤动物的数量和组成.桤木、混合凋落物中大型土壤动物的个体数高于巨桉凋落物,而且上述凋落物的分解速率亦明显快于巨桉凋落物,这意味着大型土壤动物的活动可加速凋落物的分解.因此,在巨桉人工纯林中混栽台湾桤木,可显著提高大型土壤动物的数量,促进凋落物的分解.     

四川龙溪-虹口常绿阔叶林凋落物与土壤碳、氮、磷化学计量特征分析

以龙溪虹口海拔873～2 211 m的常绿阔叶林为研究对象,通过野外采集和室内分析,探讨了常绿阔叶林土壤与凋落物有机碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征对海拔、土层和森林类型的响应特征。结果表明:①随着海拔的上升,不同土层的土壤和凋落物有机碳、氮、磷含量均呈现出增加的趋势;土壤和凋落物有机碳、氮、磷含量与海拔呈极显著正相关关系。②土层厚度与土壤N/P和C/P显著负相关,海拔和森林类型与凋落物C/P显著负相关,森林类型仅与凋落物N/P显著负相关。③研究区内土壤和凋落物C/N高于中国森林系统土壤和凋落物C/N,表明凋落物分解速度较慢,矿化和腐殖化程度较低,土壤硝酸盐淋溶风险较低,养分贮藏能力较好。土壤氮、磷含量与凋落物C/N和C/P显著负相关,说明该地区凋落物分解受土壤氮、磷元素共同的限制。研究结果可为探讨森林土壤养分供应和限制因素以及研究区域内土壤质量评价和森林管护提供科学依据。     

Biodiversity effects on soil processes explained by interspecific functional dissimilarity

The loss of biodiversity can have significant impacts on ecosystem functioning, but the mechanisms involved lack empirical confirmation. Using soil microcosms, we show experimentally that functional dissimilarity among detritivorous species, not species number, drives community compositional effects on leaf litter mass loss and soil respiration, two key soil ecosystem processes. These experiments confirm theoretical predictions that biodiversity effects on ecosystem functioning can be predicted by the degree of functional differences among species.     

杉木人工林土壤有机碳和微生物特征及其影响因素的研究进展

土壤有机碳作为土壤碳库的重要组成部分,其稳定、增长或衰减都与大气二氧化碳变化密切相关。土壤微生物作为森林生态系统不可或缺的一部分,参与了有机物分解和土壤物质转化过程,在维持土壤质量中起着重要作用。近年来对杉木Cunninghamia lanceolata林土壤的研究主要集中在杉木凋落物分解、土壤养分周转、土壤微生物特征等方面,尤其是高通量测序技术的广泛应用,使杉木林土壤有机碳和微生物特征的研究取得了较多重要进展。本研究对杉木林土壤有机碳的碳库特征、活性、稳定性和土壤微生物的群落结构与多样性及其影响因素的研究进展进行了综述,并提出了未来杉木林土壤有机碳与土壤微生物的研究方向。参79     

三亚地区莲雾果园生态系统碳 储量及其分布特征

分别应用平均木法、样方收获法和分层取样法采样并测定三亚地区莲雾果园生态系统乔木层、草本及凋 落物层和土壤层的生物量及碳含量,并探讨了莲雾果园生态系统各组分的碳储量及其分布特征。结果表明,三亚地 区莲雾果园生态系统总碳储量为76.87 t/hm2,其中乔木层、草本及凋落物层和土壤层碳储量分别为11.63、1.21、64.03 t/hm2,分别占总碳储量的15.13%、1.57%、83.30%;乔木层各器官碳储量大小为树枝>树根>树叶>树干>果实;土壤层 随深度的增加碳储量逐渐降低。总体而言,三亚地区莲雾果园生态系统固碳潜力较大且系统碳储量主要位于土壤 层,乔木层碳储量以树枝和树根较多,草本及凋落物层碳储量较低。     

半干旱区和湿润区木麻黄海防林凋落物、土壤主要养分特征及其影响因素

以海南岛木麻黄海防林为研究对象,采用典型抽样调查方法,通过设立71个临时样,对其进行凋落物、土壤养分空间分布特征及其影响因素的研究。结果表明:1）木麻黄凋落物现存量较大,平均值和最大值分别为2.74 kg·m^-2和10.09 kg·m^-2,凋落物分解缓慢,半分解凋落物质量平均占比为72.2%;2）土壤pH、有机质含量、铵态氮、有效磷和速效钾变化范围均较大,分别为4.83～9.51、0.30%～3.61%和2.26～49.43、2.92～342.55、3.36～111.93 mg·kg^-2;3）有机质、速效钾和碱解氮整体较为缺乏,其中缺乏样地占比均>88.7%;有效磷则较为丰富,中等以上样地占78.8%;4）土壤养分与凋落物、土壤pH和气候区有明显的相关性,其中速效钾与凋落物厚度和半分解凋落物质量都呈极显著负相关,铵态氮则与之呈现显著正相关;铵态氮与pH呈显著负相关,有效磷则与其呈显著正相关;湿润区土壤有机质和铵态氮均显著高于半干旱区,但有效磷和速效钾则无显著差异。这说明土壤养分虽然与凋落物现存量具有一定的相关性,但大量积累的凋落物并没有明显改善滨海沙土贫瘠土壤的状况,其原因可能与快速生长的木麻黄对土壤养分的利用大于凋落物的归还、沙土淋溶,包括凋落物分解缓慢等多项因素。     

分解袋法在湿地枯落物分解研究中存在的问题与对策

分解袋法是研究湿地植物枯落物分解应用最广泛的方法,但在研究湿地挺水植物枯落物分解时存在一些问题。首先,容易忽视挺水植物立枯分解阶段;其次,在研究不同类型无脊椎动物和微生物的分解功能时,不同网孔的分解袋都一定程度地阻碍了无脊椎动物,而且不同网袋中微生物的数量和活性等生态性质不一定相同,因而分解袋法不利于区分不同功能群的无脊椎动物和微生物;另外,分解袋法实验周期长,工作量大,枯落物残留量测量不准确。今后要加强湿地挺水植物枯落物分解的机理研究,在此基础上改进实验方法。     

黄土丘陵区3种典型人工阔叶纯林枯落物分解对土壤性质极化的影响

【目的】探讨黄土丘陵区3种典型人工阔叶纯林枯落物分解对土壤性质极化的影响,为防治森林土壤退化和连栽障碍提供科学依据。【方法】在位于黄土高原中部半湿润黄土丘陵区的陕西黄陵县,选择刺槐、辽东栎和小叶杨3种典型人工阔叶纯林为研究对象,采集林地腐殖质层土壤和枯落物（当年枯落叶及细根）,分别设“土壤+枯落叶”、“土壤+根系”、“土壤＋枯落叶+根系”和土壤不与任何枯落物混合（对照）4种处理方式,进行室内混合培养试验,共培养120 d,分析枯落物分解对土壤生物学和化学性质极化的影响。【结果】1）在刺槐林地,枯落叶分解主要引起土壤pH值、过氧化氢酶活性和微生物数量负向极化,根系分解主要引起pH值、速效磷含量负向极化;但就土壤总体性质而言,枯落叶和根系均引起了正向极化,且根系影响大于枯落叶,二者混合分解对土壤的影响总体表现为相互抑制。2）在辽东栎林地,枯落叶分解主要引起蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性及速效磷、速效钾含量负向极化,根系分解主要引起过氧化氢酶活性和速效钾含量负向极化;但就土壤总体性质而言,枯落叶分解引起了负向极化,而根系分解引起了较弱的正向极化,且二者混合分解对土壤的影响总体表现为较弱抑制作用。3）在小叶杨林地,枯落叶分解主要引起蛋白酶、过氧化氢酶活性及速效磷含量负向极化,根系分解主要引起蛋白酶、过氧化氢酶活性及微生物数量和速效磷含量负向极化;就土壤总体性质而言,枯落叶和根系均引起了负向极化,且根系影响较明显,二者混合分解对土壤的影响总体表现为相互促进。【结论】从枯落物分解对土壤性质极化影响的总体结果来看,刺槐比较适宜在该地区一定时间内继续连栽,其次为辽东栎,而小叶杨不适宜。     

金沙江干热河谷植物叶片元素含量在地表凋落物周转中的作用

叶片的化学计量学特征在植物响应环境变化,决定植物的生后效应中具有重要的偶联作用。为了阐明植物叶片生源要素含量对凋落物周转的影响,分析了金沙江干热河谷萨瓦纳草地生态系统植物叶片的化学计量学特征与凋落物周转时间的关系。结果显示:凋落物周转受到多重生源要素及其交互作用的影响,其中K与凋落物周转时间存在显著的正相关关系,而S、Mn、Mg元素具有负关系,表明K可能抑制凋落物的分解,而S、Mn、Mg元素可能会促进凋落物分解。在物种水平上K、S、Mn分别与凋落物周转时间存在显著的相关性, K、S组合解释了16.93%的凋落物周转时间变异;样方水平上,K、S、Mn、Mg分别与凋落物周转时间具有显著相关性,虽然N对凋落物的周转时间影响不显著,但当N与K及其交互作用对凋落物周转时间解释了37.42%的变异。其它元素组合也可在不同程度上解释了凋落物周转时间的变异。多元要素的互作效应表明元素间可能存在拮抗和协同效应,凋落物分解过程中可能受到多重分解者的共同作用,而不同分解者会受到不同的元素限制。未来的研究应当注重N、P以外的元素在生物地球化学循环中的作用。     

不同凋落物配比对杉木土壤微生物量碳氮的影响

[目的]探讨土壤微生物对不同配比杉木—火力楠凋落物分解的响应,为促进我国南方杉木人工林的可持续经营与发展提供科学依据.[方法]在我国南方典型酸雨区福建省邵武市4、15和32年生杉木人工林内,设5个凋落物分解试验处理,分别为杉木(C)、火力楠叶(M)、杉木:火力楠叶=2:1(C2M1)、杉木:火力楠叶=1:1(C1M1)、杉木:火力楠叶=1:2(C1M2),采用网袋法分析不同配比处理杉木人工林0~5 cm表层土壤微生物量的碳、氮含量及微生物量碳氮比的差异.[结果]4和15年生杉木人工林中土壤微生物量碳含量最高的处理分别为C2M1和C1M1,显著高于C、M单一配比处理(P<0.05,下同),32年生杉木人工林中各处理间土壤微生物量碳含量随时间波动变化;4、15和32年生杉木人工林中,不同混合凋落物与单一凋落物的土壤微生物生物量氮含量差异随时间的变化存在差异.各林龄土壤微生物量碳氮比在凋落物分解的不同时段存在明显波动变化,且分解时间为120和240 d时出现最低值.土壤温度与水分含量对4年生和15年生杉木人工林表层土壤微生物量碳氮的影响显著,对32年生杉木人工林影响不明显;各林龄表层土壤微生物量碳氮含量与土壤pH呈显著相关.方差分析结果表明,受林龄、杉木—火力楠凋落物配比及凋落物分解时间的多重影响,各林分表层土壤微生物量碳氮含量在凋落物整个分解周期内呈波动变化,其中微生物量碳含量的峰值出现在60和240 d,微生物量氮含量的峰值出现在120和240 d.[结论]对纯杉木幼龄林和中龄林的混交改良采用杉木—火力楠以2:1和1:1混交效果更佳,而在生产实践中对杉木—火力楠配比的选择还应综合考虑杉木林龄、土壤pH、土壤温度和水分含量等环境因子及季节变化的影响.