长白山阔叶红松林凋落叶分解特性研究

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凋落物分解在森林生态系统物质循环中发挥着重要作用,是地上、地下物质循环和能量流动的枢纽。阔叶红松林是我国东北地区地带性顶级森林群落,对维持区域生态系统稳定性具有重要作用。对阔叶红松林不同树种凋落叶分解过程及影响因素进行研究,有助于增加长白山阔叶红松林生态系统的基础数据,为研究阔叶红松林的养分循环和物质流动提供依据。以长白山阔叶红松林30个常见乔灌树种为研究对象,采用凋落物收集器法、野外分解袋法并结合室内样品分析研究了长白山阔叶红松林主要树种落叶量、养分归还量及动态变化;分析了不同树种凋落叶分解速率与叶性状的关系;明确了不同树种凋落叶重量、各元素(C、N、P)及其比值的动态变化。最后分析了功能特性、物种多样性和功能多样性对凋落叶混合分解的影响。主要研究结果如下:(1)长白山阔叶红松林总落叶及养分归还模式均呈现为单峰型模式。年凋落叶总量和C、N、P归还量分别为3227.78 kg/hm~2、1494.57 kg/hm~2、31.04 kg/hm~2和3.13kg/hm~2。凋落叶和养分归还量主要集中于9-10月份,其中落叶量和养分归还量的峰值出现在10月份,10月份落叶量和养分归还量在57%以上。(2)不同树种落叶模式及落叶高峰出现时间有所差异:红松为双峰型落叶模式,落叶高峰集中出现在10月份。其余阔叶树种为单峰型落叶模式,落叶高峰主要集中于9-10月份。对于不同树种,落叶量和养分归还量主要集中于红松(Pinus koraiensis)、紫椴(Tilia amurensis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、色木槭(Acer mono)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)等主要树种,5个树种年凋落叶量和养分归还量约占全年凋落叶量和养分归还量的80%以上。与树种密度和平均胸径相比,树种胸高断面积与树种落叶量的相关性最高,对树种落叶量具有较好的预测作用。(3)经过365天的分解,30个树种凋落叶重量损失率均不断增加,但种间差异较大。重量损失率在20.56%-92.11%之间,以红松质量损失率最低,东北山梅花(Philadelphus schrenkii)质量损失率最高。通过Olson模型拟合,不同物种分解速率以红松最低,瘤枝卫矛最高,分别为0.24和1.64。不同树种分解50%和95%所需的时间分别在0.43-2.86年,1.83-12.37年之间。(4)凋落叶初始物理性状、化学性状均能反映凋落叶的分解速率。其中以凋落叶厚度、N含量、P含量、木质素(Lignin)、Lignin:N、Lignin:P与凋落叶分解速率的相关性较高。特别的,叶片光合特性对不同树种凋落叶分解速率有一定的指示作用。逐步回归分析表明叶片N含量、光饱和点(LSP)两个参数可以作为长白山阔叶红松林主要树种凋落叶分解速率的最佳预测因子。(5)不同树种凋落叶C、N、P元素在不同树种间表现出不同的释放动态。C元素在所有树种间均表现为释放模式。N、P元素在不同树种间的动态变化较为复杂,分解速率较快的树种在两种元素上主要表现为释放模式;分解较慢的树种释放模式规律性较差,表现为富集或富集释放交替出现的模式。在所有凋落叶性状中,化学性状对C、N、P元素的释放影响较大。虽然凋落叶物理性状和光合特性对不同元素的释放影响较小,但是多元逐步回归分析表明物理性状和光合特性在某些时间段可以作为预测凋落叶C、N、P元素残留率的最佳预测因子。(6)不同树种凋落叶在分解过程中化学计量比呈现出不同的变化趋势。C:N值在所有树种间表现为波动式下降的趋势,但C:P值和N:P值呈现为波动式,缺少一定的规律性。C:N值和C:P值在分解过程中受凋落叶初始性状的影响较大,N:P值在分解过程中受凋落叶初始性状的影响逐渐变小。(7)功能特性、物种多样性和功能多样性对混合凋落物分解的重量损失和混合效应有不同的影响。功能特性和功能多样性与不同组合凋落叶的分解速度呈显著线性关系,其中功能特性对混合分解速率的解释能力要强于功能多样性。因此影响凋落叶混合分解速率的主要影响因子为功能特性。不同组合的混合效应与功能特性和功能多样性无关,与物种多样性呈负相关关系。
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