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粗死木质残体质残体(Coarse woody debris,简称CWD)通常包括直径大于2.5cm的枯立木、倒地尚未分解和处于分解中的树干、大树枝及其树桩和粗根。它在维持森林生产力,降低水土侵蚀,影响土壤发育,储存养分和水分方面发挥着重要的作用,是森林所需元素和能量的来源之一,同时还是植物、分解者和异养生物的栖息地。粗死木质残体质残体占森林生物量10%以上,相当于世界森林生态系统C量的2%~10%,因此在森林中也是重要的C库。
目前粗死木质残体质残体对物质元素循环和土壤碳库的贡献并不清楚,对森林的长期可持续性管理的影响也亟待探讨,而在国内还没有详细的研究。鼎湖山季风常绿阔叶林中,树木自然死亡形成了大量的粗死木质残体质残体,其中锥栗粗死木质残体质残体在种类组成方面占到29.95%,位居第一。本文通过研究鼎湖山季风常绿阔叶林锥栗、黄果厚壳桂等优势种粗死木质残体质残体的分解动态,探讨分解过程中粗死木质残体质残体的分解速率,不同分解阶段的元素动态变化,以及这些变化在同一树种的不同径级中的差异,试图弄清影响粗死木质残体分解速率的关键因子,并找出能够较好生地指示粗死木质残体质残体不同分解阶段的指标,从而为正确理解粗死木质残体质残体作为森林生态系统C库和元素库的重要作用,为森林生态系统C收支的准确估算及森林长期可持续的经营和管理提供理论依据和数据支撑。主要结论如下:
1.到分解阶段Ⅲ时,锥栗粗死木质残体质残体的三个径级的重量与原来相比损失分别为36%、48%和43%。原来相比C的损失分别为33%、47%和19%。虽然存在元素的净释放,但是由于C和其它主要元素的释放速率较慢,因而锥栗粗死木质残体质残体是森林中重要的C库和长期的元素来源。
2.由黄果厚壳桂粗死木质残体质残体在分解过程中密度变化得出三个直径从小到大分解95%所需要的时间分别为13a、19a和24a。由于倒木的分解周期较长,因此CWD可以在几十年的时间中成为长期稳定可靠的元素来源。
3.黄果厚壳桂粗死木质残体质残体的分解常数K值随着直径的增加从0.2225a-1呈指数降低到0.1257a-1。与高纬度地区比较,鼎湖山黄果厚壳桂粗死木质残体残体的分解速率常数K值显著高于前者。
4.元素N,P,Mg,Ca,Na的浓度升高。元素N的累积的和锥栗粗死木质残体质残体中寄生着固氮细菌和真菌有关。元素P,Mg,Ca,Na的浓度升高则可能是由于这4个元素因淋溶流失的速度小于锥栗粗死木质残体质残体质量的损失速度,因而造成元素积聚。元素C,K的浓度降低。
5.N/P比值和锥栗的外表分解特征是较好的分解指示指标。其黄果厚壳桂粗死木质残体质残体树皮和心材的分解速度相近,用单因素数指数方程能准确反映黄果厚壳桂的分解过程。
6.倒木倒地后,由于分解者入侵要一段时间,同时倒木的水分增加到适宜分解者活动这一过程也需要时间,因此倒木分解的第一阶段一般比较慢,这就是所谓的时滞效应。根据观察和比现,黄果厚壳桂粗死木质残体质残体在分解过程中不存在时滞效应。