【摘 要】
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在森林生态系统中,植物凋落叶分解对于土壤有机质形成和养分循环具有重要意义。尽管植物凋落叶分解已得到广泛关注,但凋落叶分解过程中淋溶引起的溶解有机碳(DOC)特性和生物可降解性目前仍然是不清楚的。在亚热带地区,淋溶是植物凋落叶分解过程中的重要组成部分。为此,本研究选取亚热带森林中常见的阔叶树种、针叶树种和蕨类植物凋落叶,首先通过室内模拟淋溶试验研究了常见物种凋落叶淋溶产生的溶解有机碳(Dissolv
【基金项目】
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江西省“双千计划”青年类长期项目“森林土壤学”(jxsq2018106044); 国家自然科学基金“丛枝菌根和外生菌根树种对亚热带常绿阔叶林土壤有机碳的影响及其调控机制”(32060295); 江西省杰出青年基金“树木菌根类型驱动江西亚热带常绿阔叶林土壤碳积累的微生物碳泵机制”(20212ACB215002);
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在森林生态系统中,植物凋落叶分解对于土壤有机质形成和养分循环具有重要意义。尽管植物凋落叶分解已得到广泛关注,但凋落叶分解过程中淋溶引起的溶解有机碳(DOC)特性和生物可降解性目前仍然是不清楚的。在亚热带地区,淋溶是植物凋落叶分解过程中的重要组成部分。为此,本研究选取亚热带森林中常见的阔叶树种、针叶树种和蕨类植物凋落叶,首先通过室内模拟淋溶试验研究了常见物种凋落叶淋溶产生的溶解有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)产量、溶解性全氮(Dissolved total nitrogen,DTN)产量和溶解性全磷(Dissolved total phosphorus,DTP)产量以及SUVA254值,然后通过室内好氧培养试验揭示了落叶树种和常绿树种凋落叶来源DOC的混合降解效应,最后通过室内好氧培养试验揭示了乔木树种和蕨类植物凋落叶来源DOC生物降解性的种间格局及其混合降解效应,这为准确认知和评估水文驱动的凋落叶分解和生物地球化学循环提供了理论基础,也为亚热带森林合理经营管理措施的制定提供科学依据。本论文的主要研究结果如下:(1)与针叶树种凋落叶相比,林下蕨类植物和阔叶树种凋落叶具有较高的比叶面积、饱和含水率和养分浓度以及较低的组织密度。因此,蕨类植物和阔叶树种在淋溶过程中产生的DOC、DTN和DTP数量比针叶树种更高。此外,针叶树种凋落叶淋溶衍生的DOC的SUVA254值比蕨类植物和阔叶树种低,这说明针叶树种凋落叶淋溶产生的DOC中芳香族化合物含量更高。(2)对于乔木树种而言,落叶树种凋落叶源DOC的生物降解性高于常绿树种。而且,凋落叶源DOC的生物降解性与DOC/DTN比呈负相关关系,与DOC/DTP比和SUVA254没有显著相关关系。在落叶树种和常绿树种凋落叶源DOC的混合降解过程中,混合效应产生非加和效应(non-additive effects)。而且,DOC混合降解效应与DOC/DTN比和SUVA254的种间差异呈显著正相关关系,而与DOC/DTP比的种间差异没有显著关系。随着DOC/DTN比和SUVA254种间差异的增加,混合降解效应由拮抗效应(antagonistic effects)向加和效应(additive effects)和协同效应(synergistic effects)转变。(3)在乔木树种与蕨类植物凋落叶源DOC的降解过程中,蕨类植物和阔叶树种凋落叶源DOC的生物降解性无显著的种间差异,但均显著高于针叶树种。而且,在乔木树种和蕨类植物来源DOC的混合降解过程中,混合效应均为非加和效应,其中协同效应占主导。而且,DOC混合降解效应与DOC/DTP比和SUVA254的种间差异呈显著正相关关系,而与DOC/DTN比的种间差异没有显著关系。而且,随着DOC/DTP比和SUVA254种间差异的增加,混合分解效应强度呈现增加的趋势。综上所述,植物凋落叶淋溶过程中产生的DOC数量和特性主要取决于其初始物理和化学性质。在所有物种中,蕨类植物和阔叶树种凋落叶源的DOC生物降解性没有显著差异,但均显著高于针叶树种。而且,DOC/DTN比是决定植物凋落叶源DOC生物降解性的主要因素,而DOC/DTN/DTP化学计量比和DOC化学组成的种间差异则决定着DOC的混合降解效应。这些研究结果表明,蕨类植物在亚热带人工林碳循环中发挥着关键作用,而且营造混交林将增加DOC的生物降解性,进而通过土壤微生物碳泵效应促进亚热带人工林土壤有机质的形成和积累。因此,在亚热带人工林经营管理过程中应保持一定数量的蕨类植物,而且在人工林营造过程中应优先考虑混交林。
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