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分解是和生产同等重要的生态过程。然而,由于方法和概念的限制,对分解的认识远落后于生产,使我们无法准确计算不同时空尺度下的分解速率并清楚认识分解过程和机制。此外,对分解过程的有限认识主要基于叶凋落物,而对根的分解缺乏研究。针对这些问题,本文在中国黑龙江帽儿山(温带)和广东鹤山(亚热带),用埋包法研究了8个针阔叶树种的叶凋落物和直径小于2 mm的前5级活根的分解。其中,兴安落叶松(Larix gmelinii)和红皮云杉(Piceakoraiensis)是帽儿山的优势针叶树种,黄波罗(Phellodendron amurense)和胡桃楸(Juglans mandshurica)是帽儿山的优势阔叶树种;马尾松(Pinus massoniana)和西南荷(Schima wallichii)是鹤山的优势针、阔树种,杉木(Cunninghamia lanceolata)和柠檬桉(Eucalyptus citriodora)是鹤山的造林优势针、阔树种。
经过2年的分解,叶凋落物的剩余生物量远小于根,高级根小于低级根,这些都与凋落物(叶和根)的化学性质密切相关。其中,温带树种黄波罗在温带的分解比所有亚热带树种的分解都快,暗示凋落物化学性质对分解速率的主导控制。从凋落物化学组成看,无论在种还是凋落物类型水平上,大部分的生物量或碳损失是由于酸溶性生物量组分(俗称为粗纤维素,记为AS)或者核磁共振(NMR)中60-110 ppm波段的碳(主要是纤维素、半纤维素、多糖)的分解所致。但是,凋落物性质对分解速率的控制机制复杂,一是因为分解具有阶段性,不同阶段由不同的生物量组分的分解所控制;二是因为氮(N)与分解速率的关系复杂。而无论生物量组分还是N含量,都受气候影响,因此当把不同空间尺度且历经不同时间的分解研究综合在一起进行相关分析时,气候和分解速率高度相关,掩盖了大尺度上分解速率仍然直接受控于凋落物性质的本质。这个结果提供了解决不同时空尺度下的分解速率的估算途径(以凋落物性质为中心的估算模型)。
和以前的发现不同,本研究发现根在分解过程中也会固持N,而且根的N释放格局也比叶的N释放格局复杂。虽然本文也发现在种水平上初始N含量或者C/N与N释放格局相关(r2<0.2,P<0.01),但在凋落物类型水平上并不相关.实际上,N释放格局取决于富N的有机质组分的分解状况。总体上,N主要分配在酸不溶组分(AIF)中,AS次之,由于AIF在分解中增加或者分解较慢,且AIF中的N释放慢甚至发生固持,因此AIF的分解格局影响总N的释放格局。在本研究中黄波罗是个例外,其N主要分配在AS中,由于AS分解快,N在分解过程中持续释放而没有固持。这个发现提供了认识N释放格局的新视角。
本研究还对土壤有机质(SOM)的来源提出了新的见解。叶由于含有较高的AS因此分解比根快,低级根由于含有较低的AS因此分解比高级根慢,这样,新形成(<10),)的SOM可能主要是根(尤其是低级根)构成的;而老龄的SOM的来源具有森林类型差异,阔叶林的SOM可能是根叶共来源的,针叶林的SOM可能主要是叶贡献的。
最后,本文还通过完整根枝的分解的对照实验,分析了异质性对细根分解的影响。过去对细根分解的研究或者是研究的高级根,或者是研究的根枝,都高估了分解速率,前者高估的程度更大。本文发现根枝总体的分解格局取决于主导生物量的根级的格局,如果已知这个根级的形态,就可以用传统的直径级方法粗略估算细根的分解格局。
综上所述,本文通过研究8个不同树种的叶凋落物和细根分解,初步阐明了叶和细根的化学性质对分解的调控作用;通过比较不同树种的分解格局,明确了植物组织化学性质和气候条件对分解的相对重要性;通过对细根分级,解析了细根的结构和功能的异质性对细根分解的影响。然而,由于本研究时间较短,结果可能不适用于推论凋落物的长期分解模式:此外,本研究也未能明确定义难分解的物质,缺乏对N在分解过程中的作用以及微生物在分解中的演替和作用机理的深入认识,也未能量化气候对分解速率的控制,这些问题都有待将来的深入研究。