弄岗喀斯特季节性雨林凋落物量及养分元素的时空动态研究

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森林凋落物是森林生态系统的重要组成部分,在维持生态系统生产力、净碳储量、土壤有机质以及群落演替等方面具有非常重要的作用。喀斯特地区是世界上最脆弱的生态系统之一,喀斯特森林土壤贫瘠,水分容易流失,凋落物可以维持土壤的森林生态系统中的物质循环和养分平衡,减少水分的流失,凋落物的快速循环对克服喀斯特森林贫瘠的土壤环境具有重要作用。通过对弄岗15ha监测样地凋落物的动态监测,研究凋落物组成和凋落量、各组分凋落量的动态变化、6个优势种养分浓度的季节变化规律、养分归还量和养分利用效率,掌握弄岗喀斯特季节性雨林凋落物的动态变化,深入了解弄岗喀斯特季节性雨林生态系统的结构和功能,探索喀斯特地区物质循环的生物地球化学过程,为阐明喀斯特森林生物多样性维持机制和生态重建提供科学依据。研究结果如下:1)2012年-2014年的落叶凋落量年际变化范围为340.24 g·m-2-495.56 g·m2-2;2014年收集的凋落物中,总的凋落量为465.08 g.m-2,落叶的年凋落量占年总凋落量的92.41%,而落枝、落花、落果和碎屑的凋落量都非常低。总凋落量和各组分的凋落量表现出较明显的季节变化。17个优势种的落叶凋落量占总落叶凋落量的69.75%,其中常绿树种12种,其落叶凋落量占总落叶凋落量的44.75%,落叶树种5种,其落叶凋落量占总落叶凋落量的25.00%;这些优势种的凋落动态很大程度上影响着总凋落量的变化格局。根据其凋落特征可分为四类:凋落高峰发生在春季和秋季的常绿树种、凋落高峰发生在秋冬季节的落叶树种、凋落动态出现多个高峰的常绿树种、凋落高峰发生在春季和秋季的落叶树种。2)PCA分析表明落叶凋落量和坡度、多度、凹凸度以及坡向余弦值(南北坡)存在正相关,和坡向正弦值(东西坡)存在负相关;落叶物种数与大树物种数、凹凸度存在正相关,与坡向余弦值(南北坡)、海拔存在负相关。反映了凋落物量及物种组成的变异,与地形因子及生物因子有明显的相关性。3)几种优势种闭花木、海南椴、广西牡荆、苹婆、中国无忧花和广西棋子豆的落叶的养分元素浓度在不同季节具有一定的差异性,不同树种间的凋落叶的年均养分浓度也存在明显的差异,除C以外,各树种的N和Ca年均浓度较高,K和Mg的年均浓度较小而P的年均浓度最小。这些结果表明了凋落物中的养分浓度受到季节变化的影响。在不同季节,各树种各元素的养分归还量具有差异性,养分归还量的动态变化大致上与凋落量季节动态基本一致;2014年各树种的养分年归还量分别为:闭花木335.148kg·ha-1、海南椴243.549 kg·ha-1、广西牡荆270.737 kg·ha-1、苹婆261.513 kg·ha-1、中国无忧花74.279 kg·ha-1和广西棋子豆58.320 kg·ha-1,反映了不同树种间养分归还量的差异性。各树种的年养分归还量大小顺序为:闭花木、苹婆和中国无忧花为C>Ca>N>K>Mg>P;海南椴C>Ca>N>Mg>K>P;广西牡荆和广西棋子豆为C>N>Ca>K>Mg>P。可见,每个树种P的归还量最小,很可能是弄岗喀斯特季节性雨林植被生长的限制因子。几个优势种各元素在不同季节里的养分利用效率都呈现出一定的差异性。同一树种各元素的年均养分利用效率(NUE)大小顺序为:闭花木、苹婆和中国无忧花为P>Mg>K>N>Ca>C;海南椴为P>K>Mg>N>Ca>C;广西牡荆和广西棋子豆为P>Mg>K>Ca>N>C。每个树种P的利用效率(NUEp)最大,其次是Mg的利用效率(NUEMg),而C的利用效率(NUEc)最小。再次说明了P很可能是弄岗喀斯特季节性雨林植被生长的限制因子。不同树种间C的利用效率和P、Ca、Mg的利用效率存在显著正相关;P的利用效率和K的利用效率也存在显著正相关。多种元素养分利用效率的相关性反映了养分元素在植物体内可能具有相互影响的作用。
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