森林凋落物分解及其影響因子研究

曹 芡 肖文婭

（1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210000）

0 研究背景

第七次全國森林資源清查結(jié)束后，我國人工林面積位居世界第一位，天然林面積、蓄積持續(xù)增長，森林覆蓋率達20.36%，森林質(zhì)量有所提高。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體不僅自身維持著巨大的碳庫，還能吸收人類活動所排放的CO2，在維持全球碳平衡和調(diào)節(jié)全球氣候，減緩溫室效應(yīng)上扮演著非常重要的角色[1]。

森林凋落物是森林植物生長發(fā)育過程中新陳代謝的產(chǎn)物，作為分解者的物質(zhì)和能量來源，借以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的所有有機質(zhì)的總稱。近年來，隨著全球氣候變暖、CO2濃度升高、氮沉降等問題日益突出，凋落物分解作為陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動核心環(huán)節(jié)之一，在維持林地土壤肥力，提供植物生長發(fā)育的必要養(yǎng)分，促進全球養(yǎng)分循環(huán)方面都有著舉足輕重的作用[2]。國內(nèi)外學(xué)者對凋落物分解的過程為對象，已展開了一系列研究，從外界環(huán)境條件如，林下植被情況、分解起始時間、光降解、微生物活動、溫度等方面，以及凋落物組成、凋落物質(zhì)量等內(nèi)因方面對凋落物分解的影響作用，均開展了詳細的調(diào)查。

1 凋落物的作用及功能

凋落物作為森林生態(tài)系統(tǒng)中的第二個功能層，由于其結(jié)構(gòu)疏松、透水性與持水能力強，能夠增加地表層粗糙度，變地表徑流為地下徑流，具有阻滯坡地徑流的效應(yīng)，因此有著涵養(yǎng)水源，加強水土保持與防護，減緩水土流失，緩解旱季缺水的作用。

在森林凋落物的生態(tài)水文功能中，凋落物對降水的截留作用是凋落物最為主要的功能之一。而凋落物的截留作用主要取決于凋落物蓄積量和持水特性兩個方面。同時，由于森林類型的差異，凋落物分解程度的不同，以及凋落物組成的不同，也會表現(xiàn)出不同的持水特性和截留作用。

森林生態(tài)系統(tǒng)中，凋落物的分解是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要環(huán)節(jié)之一，對維持土壤肥力、植物生長發(fā)育及生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展有重要作用。凋落物的分解對森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的循環(huán)與利用，以及碳氮分配格局均有一定的影響。凋落物的組成種類是影響?zhàn)B分循環(huán)利用的重要原因之一。

2 影響凋落物分解的因子

凋落物分解過程與凋落物的組成類型有關(guān)。單一種類凋落物與混合組成凋落物的分解率在相同條件下有一定差異。已有研究表明，闊葉凋落物促進了針葉凋落物的分解，反之，針葉凋落物阻滯了闊葉凋落物的分解。需要有合適的組成比例，才能具有較快的養(yǎng)分歸還能力，有利于森林立地生產(chǎn)力的可持續(xù)。同時，不同類型的森林生態(tài)系統(tǒng)也會導(dǎo)致凋落物分解過程上的差異。

凋落物分解過程與微生物動態(tài)相關(guān)，微生物是影響凋落物分解過程最為關(guān)鍵的因子之一，凋落物質(zhì)量的損失量與微生物多樣性種類呈正相關(guān)。有研究證明，不管是在生長季節(jié)，還是凍結(jié)期，微生物對于凋落物分解過程均具有重要的作用。生長期微生物量較高會提高凋落物的分解率，而凍結(jié)期微生物的活動也有一定含量的微生物量，促進微生物生長。

溫度，常被理解為影響凋落物分解的一個重要因子，但這一因子要綜合其他諸多因子同時考慮。溫度對凋落物分解過程的直接影響并不顯著。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，溫度的變化并沒有引起凋落物分解過程中質(zhì)量變化的顯著差異，卻導(dǎo)致木質(zhì)素以及碳水化合物的含量變化很大，而引起這些變化的溫度與微生物的活動呈正相關(guān)。說明微生物的活動是影響凋落物分解的過程的主導(dǎo)因子。

同時，影響凋落物分解過程的因子還有其他因素的影響：土壤可用N積累對凋落物分解影響顯著，解釋為土壤中酶活動的增加；與地表分解相比，淺埋能顯著提高凋落物的分解率；林下植被是否剔除，在短期內(nèi)對凋落物半分解層的過程也具有顯著影響；凋落物凋落的起始時間也可能影響其分解率；光降解對微生物的活動起著一定的影響，從而影響著凋落物的分解，但其關(guān)系較復(fù)雜，二者誰占到更主要的低位還尚未能確定等；諸多方面的因子同時影響著凋落物的分解過程。

3 研究方法

研究凋落物分解過程的主要方法為分解袋法，即將所需研究的凋落物樣品取回處理后，放入帶空隙的尼龍網(wǎng)袋內(nèi)，再置于研究地點樣地進行分解試驗，一定天數(shù)后，取一定數(shù)量分解袋帶回試驗室分析其分解程度，研究其組成成分的變化與外界條件的關(guān)系，當(dāng)研究方面過于復(fù)雜時可取其主要成分的變化表示其變化。而樣地的設(shè)置重點在于要選擇有典型代表性的功能完整的森林生態(tài)系統(tǒng)。在試驗樣地中劃分20×20m2或30×30m2的樣方若干。須具有代表性，完整性，有不同的立地條件和環(huán)境因子，以及不同的優(yōu)勢樹種及林下植被，再根據(jù)試驗研究的對象不同設(shè)定在不同區(qū)域做不同處理，以進行對照試驗。

主要測定對象為以下幾種：

（1）凋落物質(zhì)量損失：從試驗地點取回樣品后，在60℃下干燥，漂洗，烘干，粉碎，測定。

（2）凋落物C、N含量測定：采用油浴加熱K2Cr2O7-H2SO4容量法測定；土壤全氮和植物全氮均采用半微量凱氏定氮法測定。

（3）凋落物木質(zhì)素，碳水化合物測定：樣品中的木質(zhì)素的濃度，使用熱硫酸消化法重力測量估計；樣品中的總碳水化合物由苯酚硫酸法測定。

（4）微生物種類及活動：凋落物中的微生物采用改良培養(yǎng)基培養(yǎng)，分別進行獨立培養(yǎng)，出現(xiàn)新孢子與菌絲便轉(zhuǎn)移到新培養(yǎng)基，這樣即可得知優(yōu)勢菌的種類和數(shù)量。微生物生物量采用化學(xué)分析的方法進行測定。

（5）數(shù)據(jù)分析：運用數(shù)理統(tǒng)計方法分析數(shù)據(jù)，方差分析，擬線性方程等；以及運用軟件SAS，SPSS等輔助處理數(shù)據(jù)。

4 生態(tài)學(xué)意義與用途

凋落物具有持水特性，其持水量與凋落物積累量及組成有關(guān)。凋落物能夠保持一定的水分，將一部分降水保存在凋落物層。有凋落物覆蓋的土壤表面可以減少被雨水的沖刷，凋落物能夠截留雨水，使地表徑流變?yōu)榈叵聫搅鳎鰪娝譂B透，涵養(yǎng)水源，從而減少土壤被雨水侵蝕，泥沙沖走的現(xiàn)象，防止泥石流的發(fā)生，具有涵養(yǎng)水源，水土保持與防護的作用。

由于森林生態(tài)系統(tǒng)不斷的遭受人類的破壞，植被被砍伐利用，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，土壤性質(zhì)被改變，動物被捕殺，造成森林生態(tài)系統(tǒng)的逐漸減少與單一化，則加劇了全球氣候的變暖，由于“C匯”功能的減弱，大氣中CO2的積累量也會增多，加速全球變暖，致使生態(tài)環(huán)境被破壞。森林生態(tài)系統(tǒng)具有重要的“C匯”功能，尤其是土壤-枯落物分室是C與N的重要儲存庫。對于大氣中CO2排放過多的現(xiàn)象，可以將其轉(zhuǎn)化為有機碳的形式固定在森林生態(tài)系統(tǒng)中。不僅可以為森林生態(tài)系統(tǒng)中的群落提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也可以解決全球氣候的變化，吸收CO2，維持穩(wěn)定的碳循環(huán)。

隨著凋落物的分解會將有機C分解形成CO2釋放入大氣，以形成森林生態(tài)系統(tǒng)C循環(huán)的模式。然而隨著全球氣溫的上升，森林生態(tài)系統(tǒng)中群落的穩(wěn)定性將會被打破，種群生長方式改變的現(xiàn)象將會發(fā)生在很多區(qū)域內(nèi)。由于全球氣候的改變，出現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力大于凋落物分解率的現(xiàn)象，阻滯區(qū)域內(nèi)的正常C循環(huán)，破壞生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，會導(dǎo)致種群增長衰退甚至消失的現(xiàn)象。

森林生態(tài)系統(tǒng)由于人類的開發(fā)與利用已經(jīng)被嚴(yán)重的破碎化，已有研究表明，森林生態(tài)系統(tǒng)邊緣區(qū)域的凋落物分解率及土壤潮濕程度明顯低于森林內(nèi)部區(qū)域。凋落物分解率下降，土壤表層被覆蓋且水分缺失，這樣會致使土壤呼吸阻礙，根系呼吸困難，植被萎蔫和死亡的現(xiàn)象。因此，保持森林生態(tài)系統(tǒng)的完整性，減少邊緣區(qū)域凋落物分解阻滯現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該成為減緩CO2過度排放、減輕全球變暖的重要途徑之一。

森林凋落物的生態(tài)意義及功能都是不容小覷的，如何能更好的從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律加以利用來維持全球生態(tài)平衡，以及減緩全球變暖，啟動森林的“C匯”功能已刻不容緩，需要更多進一步的研究。

［1］聶昊,王紹強,周蕾，等.基于森林請查資料的江西和浙江森林植被固碳潛力[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2011,22(10)：2581-2588.

［2］呂瑞恒.撫育間伐對針葉人工林凋落物分解的影響[D].北京：北京林業(yè)大學(xué),2010.