亚热带森林凋落物混合分解及养分释放动态的研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a370412412
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凋落物分解对维持整个森林生态系统结构和功能以及维持森林生态系统养分平衡和生物物质循环具有重要的意义。现如今大多数学者对单树种凋落物分解研究较多,但对不同树种组合凋落物叶混合分解之间的相互作用研究较少,对于多树种混合分解的调控机理仍不清楚。本论文选取亚热带青冈-石栎常绿阔叶林中马尾松、青冈、石栎、南酸枣的四个优势树种,凋落物叶按不同树种组合和树种多样性梯度进行混合,包括4组单树种凋落物叶、6组两个树种组合、4组三个树种组合和1组四个树种组合,共计15树种组合。采用分解袋法于2019年1月将不同树种组合的凋落物叶放置到常绿阔叶林相应的树木丛组合中进行原位分解实验,每个月收集1次,其收集12次。由于采用传统方法即人工肉眼识别树种费时费用,特别是到凋落物叶分解后期经大碎解后人工很难鉴别树种,本研究特通过建立近红外光谱模型来定量分析树种组成比例和碳氮磷含量,旨在探讨凋落物叶混合分解动态变化和混合分解效应、树种多样性对凋落物混合分解的影响及养分释放动态,主要研究结果如下:(1)不同树种组合凋落物叶质量残留率随分解时间的增加表现出下降的趋势,通过365天分解后,单个树种组合凋落物叶质量残留率为47.93%-64.33%,利用Olson负指数衰减模型对不同树种组合和不同树种多样性梯度凋落物叶的质量残留率进行拟合,模型与质量残留率拟合程度良好(R2>0.9148,P<0.01),由K值可以看出石栎分解最快(K=0.625),南酸枣分解最慢(K=0.411)。两个树种组合凋落物叶质量残留率为54.3%-63.9%,两个树种组合中马尾松-南酸枣组合分解最快(K=0.567)。马尾松-青冈组合分解最慢(K=0.430)。三个树种组合凋落物叶质量残留率为55.7%-63.73%,其中中马尾松-南酸枣-青冈组合分解最快(K=0.530),马尾松-青冈-石栎分解最慢(K=0.434)。经过365天的分解马尾松-南酸枣-青冈-石栎组合的质量残留率下降为63.02%。分解系数(K值)为0.465。随凋落物分解时间的增加,不同树种多样性梯度凋落物叶质量残留率表现出逐渐下降的趋势,其中两个树种组合下降最快,马尾松-南酸枣-青冈-石栎组合质量残留率下降最慢。随着树种多样性梯度增加,其凋落物叶的分解速率先增加后降低的趋势。(2)用OPUS软件建立模型,选出四种优势树种凋落物叶质量百分比以及碳氮磷含量光谱预测的最优模型。预测模型决定系数(R2)在98.26-98.38之间,预测值与实测值之间的相关系数均较高,表明四种优势树种凋落物叶质量百分比以及碳氮磷含量适用于NIRs技术来测定。通过四个优势树种在不同组合中质量比预测值与四种优势树种在不同组合中的各质量比实际值进行回归分析显示4种优势树种凋落物叶质量比预测值与实际值以及不同树种组合中碳氮磷含量预测值与实际值的相关系数均较高(R2>0.83)。因此,四种优势树种凋落物叶红外光谱预测模型适用于本实验的凋落物分解研究。(3)凋落物混合分解对不同的单树种叶凋落物的影响结果表明:南酸枣、青冈和石栎不同模式的添加都促进了马尾松的分解速率。其中南酸枣和青冈混合添加对于马尾松分解的促进作用最强。在不同树种多样性梯度混合分解都分别促进了马尾松、南酸枣和石栎的分解速率。而且随着树种多样性的增加,不同树种多样性梯度混合分解对马尾松促进作用越强。四个树种多样性组合分别对南酸枣和石栎分解速率促进作用最强。两个树种多样性梯度混合分解和三个树种多样性梯度都促进了青冈的分解速率。四个树种多样性梯度混合分解抑制了青冈的分解速率。(4)随着凋落物的分解,4种树种凋落物叶碳(C)含量以及不同树种多样性凋落物叶碳(C)含量均表现为直接释放的模式,总体呈下降的趋势。通过12个月的分解,4种优势树种C含量下降为37.21%-43.73%,随着凋落物叶的分解,4种优势树种凋落物叶氮含量以及不同树种多样性凋落物叶氮(N)含量基本上均表现为富集的模式,总体上呈上升的趋势。随着凋落物叶的分解,4个优势树种凋落物叶磷(P)含量以及不同树种多样性凋落物叶磷(P)含量表现为富集释放模式,总体表现出上升的趋势。因此,除了四个树种多样性梯度混合分解抑制了青冈的分解速率外,在不同树种多样性梯度混合分解都分别促进了马尾松、南酸枣和石栎的分解速率。而且不同树种组合对单树种凋落物叶的促进作用不同,通过建立近红外光谱模型对亚热带森林凋落物混合分解研究对深入理解树种多样性与森林物质循环关系提供了理论依据。
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