森林凋落物分解研究进展

森林凋落物是指森林生态系统内由生物组分产生,然后归还到林地表面的所有有机物质的总称。森林凋落物在促进森林生态系统正常的物质循环和养分平衡,维持生态系统功能中具有重要作用,其分解受多因素影响,且各因素之间相互交错。不同情况下,各因子的重要性可能不同。温度和湿度被认为是影响凋落物分解主要的气候因子。凋落物随着温度升高分解速率加快,增加土壤湿度对凋落物分解有积极作用。凋落物的化学性质中,C、N比和木质素含量被认为是最重要的指标。凋落物分解前期的分解速率受到养分含量、水溶性碳化合物和结构碳化合物含量的强烈影响,而后期则更多地受到木质素及纤维素/木质素比值的支配。土壤动物可以粉碎凋落物,土壤微生物也是促进凋落物分解的重要因素,人为活动也影响凋落物分解。N沉降、全球变暖和臭氧层破坏等全球变化对森林凋落物分解的影响已逐渐成为研究热点。未来凋落物分解的研究方向是统一研究方法,开展长期定位监测,加强对分解过程中有机碳含量和释放量的研究,以及N沉降对凋落物分解作用机理的研究。     

森林凋落物分解研究进展

森林凋落物是指森林生态系统内由生物组分产生,然后归还到林地表面的所有有机物质的总称。森林凋落物在促进森林生态系统正常的物质循环和养分平衡,维持生态系统功能中具有重要作用,其分解受多因素影响,且各因素之间相互交错。不同情况下,各因子的重要性可能不同。温度和湿度被认为是影响凋落物分解主要的气候因子。凋落物随着温度升高分解速率加快,增加土壤湿度对凋落物分解有积极作用。凋落物的化学性质中,C、N比和木质素含量被认为是最重要的指标。凋落物分解前期的分解速率受到养分含量、水溶性碳化合物和结构碳化合物含量的强烈影响,而后期则更多地受到木质索及纤维素／木质素比值的支配。土壤动物可以粉碎凋落物,土壤微生物也是促进凋落物分解的重要因素,人为活动也影响凋落物分解。N沉降、全球变暖和臭氧层破坏等全球变化对森林凋落物分解的影响已逐渐成为研究热点。未来凋落物分解的研究方向是统一研究方法,开展长期定位监测,加强对分解过程中有机碳含量和释放量的研究,以及N沉降对凋落物分解作用机理的研究。     

森林枯枝落叶分解及其影响因素

枯枝落叶在森林生态系统中占有极其重要的地位,枯枝落叶的分解是一个以生物为主要参与者的过程,土壤动物使粗枯落叶实现物理性分解,土壤微生物则使枯落物碎片进一步分解为简单无机分子或转化为腐殖物质。土壤微生物的分解受枯落物自身成份的影响,粗脂肪与可溶性糖等在前期分解,木质素与纤维素等在后期分解,低w(C)/w(N)比枯落物易于分解,枯落物内的有机氮最终将降解为NH 4和NO-3,用于描述枯落物分解的最常用模型是指数方程x/x0=e-kt。自然因素与人为因素引起的火烧也是引起地面枯落物消失的重要因素,它有很强的负面效应,造成有机氮的损失。影响枯落物分解的因素很多,它们主要是通过影响分解生物而起作用,这些因素有树种、温度、湿度、酸碱度、污染等。阔叶树枯落物通常比针叶的分解快,温度与有机氮的矿化有线性关系,硝化作用可在大幅度的温度范围内发生,但最适温度通常在25℃。碳矿化的最适含水量约60%,在过于淹水条件下易于出现反硝化作用而造成氮损失。森林枯落物分解以真菌为主,适于在较高pH条件下进行,但与枯落物种类有关,云杉最适分解酸度为pH5～7,多种阔叶树最适分解酸度在pH3.5,土壤变酸时通常造成细菌数量显著下降,而以真菌占主导。枯落物的处理方式影响森林土地的生产力,移除地面枯落物或采伐剩余的枝叶可造成土地肥力的显著下降,相反,则有利于维持土地肥力。     

模拟氮沉降对温带森林凋落物分解的影响

森林凋落物的分解是生态系统养分循环的重要过程,以北京西山地带性植被栎树林（辽东栎：Quercus liaotungensis）为对象,主要研究温带森林植物凋落物分解对模拟氮沉降的响应,为更好地了解氮沉降对温带森林地区凋落物的分解过程提供参考.通过模拟氮沉降,研究不同形态氮（硝态氮、铵态氮和混合态氮）和不同水平氮沉降（对照0 kg·hm^-2·a^-1、低氮处理50 kg·hm^-2·a^-1 和高氮处理150 kg·hm^-2·a^-1）对凋落物分解的影响,在2 年的时间内调查分析了凋落物分解过程中质量损失动态和碳（C）、N 含量及w（C）/w（N）比值的变化.研究结果表明,氮沉降均使凋落物分解速率减缓,且随氮沉降剂量增加,凋落物分解速率相比对照分别减慢了9.88%（硝态氮低氮）、15.02%（硝态氮高氮）、11.46%（铵态氮低氮）、14.62%（铵态氮高氮）、13.04%（混合态氮低氮）和16.20%（混合态氮高氮）.且不同氮沉降类型、不同氮沉降水平间差异显著.不同形态、不同水平的氮沉降显著地增加了凋落物N 含量（P=0.061,P=0.087）,其中混合态氮沉降对凋落物中N 素含量增加最显著（P=0.044）.但在分解过程中,各处理均未对凋落物C 含量产生显著影响.不同水平的氮沉降显著降低了凋落物的w（C）/w（N）比值,而且不同类型不同水平氮沉降对凋落物w（C）/w（N）比值具有显著的交互作用（P=0.011）.综上所述,通过对模拟氮沉降后凋落物残留率等的变化分析,得出氮沉降对温带森林凋落物的分解产生了抑制作用.     

鼎湖山马尾松林凋落物分解对凋落物输入变化的响应

为了了解我国南方森林常见的人为干扰（凋落物收取）活动对生态系统养分循环的影响,研究了鼎湖山马尾松林3种主要树种凋落物分解及其养分释放对凋落物输入量变化的响应。这3种树种分别为马尾松（Pinus massoniana）、荷木（Schimasuperba）和锥栗（Castanopsis chinensis）。凋落物输入量变化分别为凋落物去除（L-）、加倍（L＋）和对照（L）3种处理,每种处理25个重复。经过18个月的处理试验,凋落物分解速率及其养分释放随树种、分解阶段和凋落物处理不同而异。荷木、马尾松和锥栗分解物平均残留率分别为0.46±0.01、0.42±0.01、0.40±0.02,其中,荷木与锥栗、马尾松差异性显著。不同处理间的凋落物分解速率差异显著,加倍、对照和去除处理样地凋落物的平均残留率分别为0.51±0.08、0.53±0.09和0.55±0.08。凋落物加倍处理促进了凋落物分解过程中C的释放,而去除凋落物处理则抑制了N、P的释放。以上结果表明,凋落物收取活动不仅直接带走凋落物中的大量养分,而且抑制了凋落物分解及其养分释放。     

PCR-DGGE技术解析针叶和阔叶凋落物混合分解对土壤微生物群落结构的影响

为深入理解凋落物类型和微生物群落之间的相互关系,通过小盆+凋落袋控制实验,运用PCR-DGGE技术解析了南方红壤丘陵区典型针叶树种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎、青冈两个阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物基因型多样性的影响.结果表明:1)针叶凋落物中加入阔叶后细菌群落结构未发生显著变化,将所有处理归为一类的相似度达72%,其差异仅表现在马尾松+白栎和湿地松+青冈处理土壤微生物群落16S rDNA的丰富度和多样性分别显著高于单一马尾松和湿地松;2)针叶凋落物中加入阔叶后真菌群落结构发生了显著变化,单一针叶处理与针阔混合处理间18S rDNA基因泳道带型的相似度只有28%,并且单一马尾松处理土壤18S rDNA的丰富度和多样性显著高于马尾松+白栎和马尾松+青冈,单一湿地松处理土壤18S rDNA的丰富度也显著高于湿地松+白栎和湿地松+青冈,多样性显著高于湿地松+白栎处理;3)土壤真菌18S rDNA的丰富度与凋落物初始C含量呈显著正相关,与凋落物初始N含量呈显著负相关.针叶凋落物中引入阔叶凋落物后,增加了凋落物中N的比重,C的比重则下降,显著影响了土壤真菌群落的结构.     

石墨烯对漆酶/介体系统降解碱木素的影响

漆酶/介体系统（laccase-mediator system,LMS）在木质素生物降解及其资源化利用领域具有巨大的潜在应用价值,但LMS仍存在介体重复利用率低、电子供体不足等问题.电子传递性能优异的碳基材料石墨烯具有解决这些问题的潜力,本文研究了石墨烯对漆酶-ABTS系统降解碱木素的影响.结果表明,石墨烯促进了漆酶-ABTS系统对碱木素的降解,使碱木素的降解率在10 h内提高了28%.石墨烯的添加使得漆酶-ABTS系统对氧的消耗速率加快了4倍.碱木素的FTIR与XPS结果表明,石墨烯的添加强化了漆酶-ABTS系统对碱木素的降解.石墨烯反应前后并没有明显变化,循环伏安结果表明,石墨烯作为\"电子导体\"提高了ABTS中间体与碱木素之间的电子传递效率,促进了ABTS+·向ABTS2+的转化,提高了ABTS2+氧化碱木素中非酚类结构单元的速率.石墨烯的添加使得ABTS+·稳态浓度处于较高的水平,提高了介体重复利用率.本研究证明了碳基材料石墨烯作为\"电子导体\"强化了漆酶-ABTS系统对碱木素的催化降解,为木质素生物降解及其资源化利用提供了新的方法和思路.     

丛枝菌根真菌对羊草凋落物降解作用的研究

丛枝菌根真菌（Abuscular mycorrhizal fungi）能够影响植物生长及养分含量,从而影响凋落物的降解。采用根袋的方法研究了接种两种丛枝真菌Glomus mosseae和Glomus claroideum对羊草（Leymus chinensis）地上部及根系凋落物降解的影响。结果表明,随时间的延长,凋落物的重量逐渐减少,凋落物氮、磷含量均表现出先下降后逐渐升高的趋势。接种对地上部凋落物的养分含量及降解速度未产生显著性影响,但显著降低了根系氮磷含量及降解系数。接种Glomus mosseae和Glomus claroideum羊草根系氮、磷含量均显著低于CK;接种与未接种相比羊草根系k值显著降低;根系C：N未接种处理显著低于接种处理。说明丛枝菌根真菌可能间接影响草原生态系统中有机物质的分解和养分释放。     

模拟氮沉降对兴安落叶松林凋落物分解的影响

试验施加NH4NO3、KNO3和NH4Cl3种氮肥,设置对照（N0,0 kg·hm-2·a-1）、低氮（N1,10 kg·hm-2·a-1）、中氮（N2,20kg·hm-2·a-1）、高氮（N3,40 kg·hm-2·a-1）4个施氮水平,通过交互试验,研究模拟N沉降对大兴安岭兴安落叶松（Larix gmelinii）林凋落物分解的影响。结果表明,在兴安落叶松林凋落物分解过程中,叶分解最快,其次是枝,分解最慢的为果,在分解16个月后,枝、叶、果的质量残留率分别为76.68%、47.98%和80.43%,3者异极其显著（p〈0.01）。凋落物叶分解95%所需时间为6.71 a,而枝和果所需时间分别为18.07和18.10 a。在模拟大气氮沉降下凋落物分解过程中,施加KNO3,N2处理下的枝、叶、果的质量残留率极显著低于N3处理（p〈0.01）,显著低于N0和N1处理。施加NH4Cl下,N1处理显著低于N0处理（p〈0.05）。在施加NH4NO3下,N1水平处理下的枝、叶、果的分解速率显著增加（p〈0.05）,但是随着施氮量的增加,分解速率就会减慢,N3处理下,有着明显的抑制作用（p〈0.05）,说明氮沉降对于凋落物分解有着促进作用,但是随着时间和氮沉降量的增加,促进作用延缓甚至是抑制作用。     

森林土壤退化及其防治研究综述

介绍了土壤退化的概念；从树种生物学特性、人工林植物群落结构和栽培措施方面探讨了森林土壤退化的机理；提出了防治森林土壤退化的对策。文章最后指出，应从多学科的角度深入系统地研究地力衰退的机理，利用遥感、地理信息系统等高新技术手段构建包括计算机模拟模型、林地指南、关键决策系统、专家系统等在内的不同的预测和决策工具，同时加强天然林的进一步研究。     

川西亚高山针叶林凋落物对土壤理化性质的影响

研究了川西地区亚高山人工云杉林及天然林凋落物变化及其对土壤理化性质的影响.结果表明30 a人工云杉林、40 a人工云杉林及次生林和原始林年凋落量分别为2.67×103 kg hm-2、4.38×103 kg hm-2、4.27×103 kg hm-2和4.77×103 kg hm-2,枯枝落叶层贮量分别为3.19×104 kg hm-2、3.64×104 kg hm-2、1.42×105 kg hm-2和1.45×105 kg hm-2,通过凋落物归还土壤的营养元素(N、P、K、Ca和Mg)的年归还总量依次为82.01 kg hm-2、129.04 kg hm-2、130.57 kg hm-2、170.55 kg hm-2,凋落物年失重率分别为24.35%、22.87%、36.96%和32.23%,人工林凋落物分解一半所需时间约为2.5 a,天然林约为1.6 a.各样地土壤含水量、孔隙度和养分含量大致表现为次生林≈原始林>30 a人工林>40 a人工林.森林年凋落量、枯枝落叶层贮量、养分归还量和年失重率与土壤自然含水率、有机质、N、P、K的含量呈正相关,与土壤容重呈负相关.人工云杉林生态功能的恢复滞后于次生林,凋落物分解缓慢是影响该地区土壤水分和养分状况的重要因素.人工云杉林进入旺盛生长期后,凋落量增加,养分归还量增大,此时期森林对土壤肥力有较高的补给潜力;但凋落物分解过缓,大量养分元素累积于枯枝落叶层,不能及时进入土壤,造成土壤理化性质状况较差.图1 表6 参18     

红树植物凋落叶分解对土壤可溶性有机质的影响

研究红树林湿地土壤可溶性有机质（DOM）的来源、性质及其归宿对于揭示 DOM 在红树林湿地生物地球化学循环中的作用具有重要意义。采集了木榄（Bruguiera gymnoihiza）、秋茄（Kandelia candel）和桐花树（Aegiceras corniculatum）3种红树植物的新近落叶进行室内48 d分解实验,探讨了凋落叶分解过程对土壤可溶性有机碳（DOC）和可溶性总氮（TDN）含量、C/N比（DOC/TDN）及紫外-可见（UV-Vis）光谱特征（A280、A240/A420和A250/A365比值）的影响。在48 d分解期间,3种红树植物凋落叶的输入均明显增加了土壤DOC的含量,其变化在分解第6 d最为显著,各凋落叶添加组比对照组平均增加了149%（秋茄）~196%（桐花树）,随后各凋落叶添加组土壤DOC含量呈下降趋势。与土壤DOC的变化不同,凋落叶输入后土壤TDN的变化与对照组的差异不明显,但木榄和桐花树添加组的C/N比在分解初期（第6天）显著高于对照组（P<0.05）。凋落叶的输入亦在不同程度上增大了土壤DOM的A280值,降低了DOM的A240/A420和A250/A365比值。与土壤DOC的变化相似,凋落叶输入使DOM的UV-Vis光谱特征在分解初期（第6天）的变化最明显,其中桐花树凋落叶的影响最大,秋茄凋落叶的影响最小。结果表明：凋落叶输入使培养初期土壤DOM的含量和性质发生明显改变,DOM中大分子及芳香类组分增多、团聚化程度增加,DOM 的生物可降解性变小。然而,随着分解的进行,不同凋落叶处理组之间土壤DOM的变化差异性逐渐缩小,并在分解后期与对照组趋近。     

黄孢原毛平革菌对染料和印染废水的降解

白腐真菌黄孢原毛平革菌在合成木素过氧化物酶的限碳培养条件下,可以降解酶性、直接、活性、阳离子等多种类型的印染工业染料、在培养的d5木素过氧化物酶活力最高时,分别加入酸性染料卡布龙红和弱酸大红,质量浓度（ρ/mgL^-1)分别为25、50、100和12．5、25．50,48h后培养液基本脱色,较高浓度下菌膜上有残余染料吸附,5d后染料质量降解率分别是100％、88％、92％和58％、58％、65％、38％。以含有上述两种染料的印染废水置换培养液,并加入葡萄糖1g/L,黄孢原毛平革菌可以直接使废水脱色,菌丝可以重复培养脱色废水至少5批,每批废水的脱色率均大于90％,5批废水总的染料质量降解率约为80％,在重复培养脱色废水的过程中,测不到木素过氧化物酶的活力,说明废水中的染料分子是在细胞表面或进入胞内被降解的,若加入的葡萄糖浓度降低一半以上,菌丝脱色废水的效果将有所下降,图5表5参11     

荒漠草原4种典型植物群落夏季土壤呼吸及枯枝落叶分解释放CO2贡献量

采用动态密闭气室分析法测定了沙蒿（Artemisia desertorum）群落、赖草（Leymus secalinus）群落、甘草（Glycyrrhizauralensis）群落和冰草（Agropyron crisatum）群落4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放速率（RS＋L）、土壤呼吸CO2释放速率（RS）,利用推导法估算得到了枯落物分解的CO2释放速率（RL）及其对总释放的贡献。得到了如下结论：（1）4种群落的RS＋L差异较大,其平均值大小排序分别为冰草群落〉赖草群落〉甘草群落〉沙蒿群落,且各群落的RS＋L在1 d中是不稳定的,均表现为不对称的单峰曲线形式;土壤基础呼吸大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落,且土壤基础呼吸高的土壤,其土壤养分状况较好。（2）RS相对于气温具有时滞性,4个群落的平均值大小为冰草群落〉赖草群落〉沙蒿群落〉甘草群落。（3）RL平均值大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落;对RS＋L的贡献率大小排序为甘草群落〉冰草群落〉沙蒿群落〉赖草群落,表明RL值大的,其对RS＋L的贡献率不一定大,两者之间不存在正相关关系。不同植物群落枯落物对土壤呼吸的贡献与枯落物量、温度因子的相关关系并未表现出一致性,但与15 cm处的地温相关性最高。夏季RL对RS＋L的平均贡献量（以CO2计）在0.05~0.16 g.m-2.h-1之间,平均贡献率在12.88%~35.33%,是大气CO2的一个重要的排放源。     

纳米氧化锌对凋落物降解微生物群落结构和代谢功能的影响

随着纳米技术的迅速发展,纳米氧化锌广泛应用于抗菌涂料、电子装置、个人护理品等产品中,其生态毒理机制已成为生态学的研究热点。为了探究水生丝状真菌对纳米氧化锌的响应及适应机制,本文选用3种不同粒径的纳米氧化锌30 nm、90 nm和200 nm作为影响因子,通过室内模拟钻天杨Populus nigra L.凋落叶降解过程,研究纳米氧化锌的慢性暴露对水生丝状真菌生物量及代谢功能的影响效应,其中包括真菌的生孢率、群落多样性、脱氢酶活性、胞外降解酶活性、体系pH值、凋落叶降解速率以及碳氮含量,结果表明,粒径较小的纳米氧化锌(如30 和90 nm)对水生丝状真菌活性及细菌代谢功能的抑制作用更强,且抑制作用达到显著水平所需的时间越短。46 d的慢性暴露显著影响了水生丝状真菌的生孢率与群落组成,其中Alatospora的生孢率与凋落叶降解速率呈显著负相关,表明该菌是纳米氧化锌的敏感菌,而<Anguillospora和Flabellospora在纳米氧化锌的介入环境中产出较多的分生孢子,表明其为纳米氧化锌的耐受菌。另外,纳米氧化锌的长期暴露使水生丝状真菌对有机氮的降解功能具有促进作用,而对有机碳的代谢功能没有明显影响。总之,水生丝状真菌对纳米氧化锌的响应导致了凋落叶降解速率及碳氮分解效率在各处理间呈现显著差异。综上所述,本研究为纳米氧化锌对生态过程的毒理机制提供了必要的理论基础。     

雨雪冰冻灾害后粤北森林各林型凋落物动态

为了考察中国亚热带不同森林类型对雨雪冰冻灾害的响应模式,以粤北天井山3种代表性的林型—针叶林、阔叶林和混交林为对象,于不同森林类型中比较受损森林与未受损森林在凋落物年产量、成分及月际动态方面的差异,从而在凋落物水平上反映不同森林类型在雨雪冰冻灾害后的早期恢复力。研究结果表明,灾后针叶林、阔叶林和混交林的年凋落量分别为0.52、3.21、1.37 t.hm-2,比未受损的同种森林类型年凋落量显著减少,减少程度分别为87.89%、53.46%、76.78%。由此可以看出阔叶林的植被恢复情况最好,说明在凋落物水平上,其灾后恢复的早期阶段恢复力最强。在凋落物成分方面,灾后各森林类型叶凋落物所占比例显著增加,枝凋落物所占比例则显著减少。受损针叶林和阔叶林的凋落物月动态与未受损森林基本一致,但其波动幅度较小;在混交林中,受损和未受损森林其凋落量的季节动态模式则表现出不一致性且为不规则型。根据研究结果,建议在亚热带地区优先考虑种植阔叶林以促进受损森林在类似雨雪冰冻灾害的极端天气后的恢复。     

东江水源林不同混交组合林地枯落物和土壤持水能力研究

东江是广东省重要的河流,东江水源林的质量直接关系到流域内的社会和经济的发展,关系到深圳和香港的生活用水。作者针对现有水源林生态功能较差的情况,在广东省东源县设计和营造了8种不同混交类型的水源林,并对其林地枯落物和土壤持水能力进行了调查研究。结果表明,与对照的马尾松纯林相比,红锥×枫香混交组合、楠木×锥栗混交组合以及格木×海南红豆混交组合林地枯落物持水能力有较大提高;枫香×樟树混交组合、楠木×锥栗混交组合、红苞木×枫香混交组合以及红锥×枫香混交组合土壤持水能力明显提高。综合枯落物和土壤持水特性对各混交类型进行聚类分析,将8个混交组合进行分类,其中椆木×红锥混交组合、马尾松纯林、火力楠×红锥混交组合以及木荷×椆木混交组合林地持水能力较差；格木×海南红豆混交组合和红锥×枫香混交组合林地持水能力一般;红苞木×枫香混交组合和枫香×樟树混交组合林地持水能力较好;楠木×锥栗混交组合林地持水能力最好。总体上,造林初期,水源涵养试验林在提高原有林地持水能力方面已取得了一定的效果。     

杉木林凋落物产量、分解率与储量的关系

在福建三明采用2种方法测定27a生杉木林的杉木叶和小枝凋落物的分解率．采用网袋法(孔径0．5mm尼龙网袋)测定的杉木叶和小枝凋落物残留率Olson指数模型的分解系数(k值)分别为0．7692a^-1和0．2501a^-1，相应的第1年的分解率分别为53．66％和22．13％；另一种测定矗值的方法较为准确，是通过计算凋落物年产量与地面凋落物储量的比值得到，采用该方法计算的杉木叶和小枝凋落物的矗值分别为1．788a^-1和0．8622a^-1，分别是网袋法测定值的2．32和3．54倍，相应的第1年的分解率分别为83．27％和57．78％，分别是网袋法测定值的1．55倍和2．61倍．采用后一种方法测定的凋落物分解率可以解决尼龙网袋法测定分解速率结果偏低的问题．     

土壤动物对三江平原典型毛果苔草湿地枯落物分解的影响

采用尼龙网分解袋法,从枯落物的分解量、组分含量和分解残留物的热能值3方面,研究了土壤动物对三江平原毛果苔草（Carex lasiocarpa）湿地枯落物分解的影响。结果表明,土壤动物加速了枯落物的分解,大中型土壤动物的分解作用大于小型土壤动物;土壤动物增加了枯落物中腐殖酸、纤维素和木质素等物质含量以及C／N比值的变化幅度,促进了枯落物组分的释放;土壤动物影响枯落物分解过程中的能量流动;但土壤动物并未影响枯落物分解的总体变化趋势,土壤动物对枯落物分解不起决定性作用。