全 文 ：高浓度 Ｏ３对城市蒙古栎凋落叶分解和
养分释放的影响
苏丽丽　 徐　 胜∗　 付　 伟　 何兴元　 陈　 玮　 赵　 诣　 平　 琴
（中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室， 沈阳 １１００１６）
摘　 要　 采用开顶箱（ＯＴＣｓ）模拟法和分解袋法，以 Ｏ３自然浓度（４０ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ
－１）为对照，研
究高浓度 Ｏ３（约 １２０ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ
－１）对城市自然环境下生长的 １０ 年生蒙古栎凋落叶分解和养
分释放的影响，分解时长达 １５０ ｄ．结果表明：高浓度 Ｏ３未对蒙古栎凋落叶的分解产生显著影
响．高浓度 Ｏ３抑制了蒙古栎凋落叶 Ｃ、Ｋ释放，分解 １５０ ｄ，高浓度 Ｏ３处理 Ｋ 残留率为 ２３．９％，
显著高于对照（１７．１％） ．高浓度 Ｏ３在分解前期（０～６０ ｄ）抑制了凋落叶 Ｎ、木质素的释放，在分
解后期（６０～１５０ ｄ）起促进作用．高浓度 Ｏ３处理与对照木质素 ／ Ｎ变化趋势一致且无显著差异．
除分解中期（６０ ｄ）外，对照 Ｐ 残留率始终高于高浓度 Ｏ３处理．Ｃ ／ Ｐ 变化趋势与 Ｐ 相反，在整个
分解过程中，高浓度 Ｏ３处理 Ｃ ／ Ｐ 高于对照，而且 Ｃ、Ｎ、Ｋ残留率以及 Ｃ ／ Ｎ 与凋落叶干质量剩
余率呈显著正相关．因此，高浓度 Ｏ３将对蒙古栎林的营养循环产生一定影响．
关键词　 臭氧； 蒙古栎； 凋落叶分解； 养分释放
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｏｎ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ
ｉｎ ｃｉｔｙ． ＳＵ Ｌｉ⁃ｌｉ， ＸＵ Ｓｈｅｎｇ∗， ＦＵ Ｗｅｉ， ＨＥ Ｘｉｎｇ⁃ｙｕａｎ， ＣＨＥＮ Ｗｅｉ， ＺＨＡＯ Ｙｉ， ＰＩＮＧ Ｑｉｎ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１６， Ｃｈｉｎａ） ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒｓ ｏｆ １０⁃ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｉｎ ｎｙｌｏｎ ｂａｇｓ ａｎｄ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ
ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｌｅｖｅｌ （１２０ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ
－１） ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ４０ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１ ｉｎ ｏｐｅｎ ｔｏｐ ｃｈａｍｂｅｒｓ
（ＯＴＣｓ） ｆｏｒ １５０ ｄａｙｓ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｉｇｈ Ｏ３ ｏｎ ｔｈｅ ｌｉｔｔｅｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ
ｔｈａｔ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｍａｓｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ Ｃ ａｎｄ Ｋ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｒａｔｅ ｏｆ
Ｋ ｕｎｄｅｒ ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ （２３．９％） ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ （１７．１％）
ａｆｔｅｒ １５０⁃ｄａｙ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｎ ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｇｎｉｎ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎ
ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｅａｒｌｙ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ （０－６０ ｄ）， ｂｕｔ ｗｅｒｅ ｐｒｏ⁃
ｍｏｔｅｄ ｉｎ ｌａｔｅｒ ｐｅｒｉｏｄ （９０－１５０ ｄ）． Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｌｉｇｎｉｎ ／ Ｎ ｓｈｏｗｅｄ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅ⁃
ｔｗｅｅｎ ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｐｒｏｍｏ⁃
ｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ Ｐ ｉｎ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒ ｏｆ Ｑ． ｍｏｎｇｏｌｉｃａ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｃ ／ Ｐ ｒａｔｉｏ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｕｎ⁃
ｄｅｒ ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｈｏｗｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ
ｄｒｙ ｍａｓｓ ｏｆ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｒａｔｅ ｏｆ Ｃ， Ｎ， Ｋ， Ｃ ／ Ｎ ｒａｔｉｏ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｅｌｅｖａｔｅｄ
Ｏ３ ｍｉｇｈｔ ｐｌａｙ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｙｃｌｅ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｈｉｇｈ⁃Ｏ３ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｒｅａ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｏ３； Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ； ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ； ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ．
本文由国家自然科学基金面上项目（３１２７０５１８，３１１７０５７３）、国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＣ０５Ｂ００）和国家“水体污染控制与治理”专项
（２０１２ＺＸ０７２０２⁃００８）资助 Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （３１２７０５１８，３１１７０５７３）， ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ⁃
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （ ２０１２ＢＡＣ０５Ｂ００） ａｎｄ ｔｈｅ Ｍａｊｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
（２０１２ＺＸ０７２０２⁃００８） ．
２０１５⁃０６⁃２６ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ， ２０１５⁃１１⁃１０ Ａｃｃｅｐｔｅｄ．
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｓｈｅｎｇｘｕ７０３＠ １２６．ｃｏｍ
应 用 生 态 学 报　 ２０１６年 ２月　 第 ２７卷　 第 ２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｊａｅ．ｎｅｔ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｆｅｂ． ２０１６， ２７（２）： ３７３－３７９　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＤＯＩ： １０．１３２８７ ／ ｊ．１００１－９３３２．２０１６０２．０１３
　 　 Ｏ３主要存在于平流层底层和近地层，位于平流
层的 Ｏ３可吸收短波紫外线，保护地球上的生物不受
伤害，而位于近地层的 Ｏ３通过光化学反应能够生成
二次污染物，造成环境污染．近几十年来，大量化石
燃料和含 Ｎ化肥的使用以及汽车尾气的排放，使得
Ｏ３前体物和光氧化剂持续增加，导致近地层 Ｏ３浓度
不断升高．有研究表明，目前全球近 １ ／ ４ 的国家和地
区在夏季面临 Ｏ３浓度超过 ６０ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ
－１的威
胁［１］，明显超过敏感作物伤害域值浓度 （ ４０
ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１） ［２］ ．据观测，近地层大气中 Ｏ３浓度正以
每年 ０􀆰 ５％～２．５％的速率增长［３］，预计到 ２０５０ 年北
半球 Ｏ３浓度将在现有基础上增加 ２０％ ～ ２５％［４
－５］，
到 ２１００年将增加 ４０％～６０％［６－７］ ．
森林凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能
量流动的重要环节之一［８］，它是生物有机体合成与
分解的纽带，凋落物的分解对维持土壤肥力、促进生
态系统正常的物质循环和养分平衡发挥着重要作
用［９－１０］ ．因此，森林凋落物分解速率的高低将显著影
响生态系统碳循环乃至全球碳平衡［１１］ ．目前，在全
球环境变化的大背景下，凋落物的分解及其养分释
放已成为研究热点．有关 ＵＶ⁃Ｂ 辐射、大气 ＣＯ２ 浓度
升高、气候变暖及氮沉降等对凋落物分解影响的研
究较多［１２－１５］，但关于高浓度 Ｏ３胁迫对凋落物分解
及其养分释放影响的研究较少［１６－２２］ ．
蒙古栎（Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ）为壳斗科栎属落叶
乔木，是东北次生落叶阔叶林的主要组成树种和我
国主要用材树种．近年来，在气候变化对蒙古栎叶片
的生理生态影响方面开展了大量研究［２３－２７］ ．研究高
浓度 Ｏ３对凋落物分解的影响，是全球环境变化背景
下生态系统对其响应研究中重要的组成部分，对于
阐述生物地球化学循环、土壤营养动态以及生态系统
中凋落物的关键作用具有重要意义．为此，本文采用
开顶箱（ＯＴＣｓ）模拟法和分解袋法，研究了高浓度 Ｏ３
对蒙古栎凋落叶分解快慢和养分元素释放的影响．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
试验地为中国科学院沈阳应用生态研究所树木
园（４１°４６′ Ｎ，１２３°２６′ Ｅ），位于人口密集的商业文
化中心地带．海拔高度 ４１ ｍ，占地面积 ５ ｈｍ２ ．该区域
属暖温带半湿润季风型大陆性气候，年均温度 ６．２ ～
９．７ ℃，其中，１ 月平均气温－１２．２ ℃，７ 月平均气温
２７．２ ℃ ．年降水量 ６００～８００ ｍｍ，其中 ６—８月占全年
降水量的 ６４．１％，无霜期为 １５０ ｄ．园内植物区系处
于长白植物区系、华北植物区系和蒙古植物区系交
汇地带．土壤类型为呈微酸性的森林棕壤草甸土［２８］ ．
１􀆰 ２　 试验设计
试验主要设施为结构和性能完整的 ２个开顶箱
（ＯＴＣｓ，直径 ４ ｍ、高 ３ ｍ 玻璃室壁的正八边形）及
与其配套的通气、通风设备．试验设置对照（ＣＫ，Ｏ３
浓度约 ４０ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１）和高浓度 Ｏ３处理（Ｏ３浓度
约 １２０ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１），Ｏ３熏蒸时间为每天 ９：００—
１６：００，大雨天等恶劣天气不熏蒸．
于 ２０１３年 １１月采集自然环境下生长的 １０ 年
生蒙古栎新鲜凋落叶，自然风干．凋落物分解试验采
用常规的分解袋法［２９］，将风干后的蒙古栎凋落叶装
入大小 ２０ ｃｍ×２５ ｃｍ、网孔 １ ｍｍ２的尼龙网分解袋
中，每袋 １０ ｇ．２０１４年 ５月中旬将凋落叶分解袋分别
放入 ２个 Ｏ３模拟环境的样地内，贴近地表．对 ２个样
地土壤各理化性质进行测定（表 １）．从 ６ 月中旬起
每月收集一次分解袋，每次每处理取 ３袋（即 ３个重
复），用清水冲洗掉凋落物表面附着的泥沙和其他
杂质，于 ６５ ℃烘箱中烘干至恒量，称干质量，用高速
磨样机（天津泰斯特生产，ＦＷ１００）将样品磨碎后过
８０目筛（孔径为 ０．１８ ｍｍ），用于其他指标的测定．
１􀆰 ３　 测定项目与方法
碳（Ｃ）含量和氮（Ｎ）含量用元素分析仪（Ｖａｒｉｏ
ＭＡＣＲＯ Ｃｕｂｅ）测定；磷（Ｐ）含量和钾（Ｋ）含量通过
Ｈ２ＳＯ４⁃Ｈ２Ｏ２法消煮提取后，分别用钼锑抗比色法和
火焰光度法测定（ＰＥ 公司 ＡＡ８００ 型原子吸收光谱
仪）；木质素含量通过溴乙酰⁃冰乙酸法提取后，采用
紫外分光光度法在波长 ２８０ ｎｍ下进行比色测定．
１􀆰 ４　 数据处理
分解速率采用 Ｏｌｓｏｎ指数模型计算［３０］：
表 １　 不同处理 ０～ ２０ ｃｍ土层土壤基本理化性质
Ｔａｂｌｅ １　 Ｂａｓｉｃ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｔ ０－２０ ｃｍ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｐＨ 含水量
Ｍｏｉｓｔｕｒｅ （％）
Ｃ
（ｍｇ·ｇ－１）
Ｎ
（ｍｇ·ｇ－１）
Ｃ ／ Ｎ Ｐ
（ｍｇ·ｇ－１）
Ｋ
（ｍｇ·ｇ－１）
Ｃ ／ Ｐ
对照 Ｃｏｎｔｒｏｌ ６．７５±０．０６ａ ２８．２±０．５７ａ ３３．２３±０．０２ａ ２．５４±０．０１ａ １３．１１±０．６１ａ ４．４４±０．０９ａ ５．７０±０．０８ａ ７．４８±０．１６ａ
高浓度 Ｏ３
Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３
６．６７±０．０３ａ ２８．３±０．７１ａ ３４．１２±０．０１ａ ２．５８±０．０１ａ １３．２４±０．３４ａ ４．３５±０．０６ａ ５．４４±０．４３ａ ７．８５±０．１１ｂ
同列不同字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
４７３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
　 　 Ａｔ ／ Ａ０ ＝ａｅ
－ｋｔ
式中：Ａ０为凋落物初始干质量（ｇ）；Ａｔ为分解 ｔ 时的
干质量（ｇ）；ｋ为凋落物的年分解速率， 是表征凋落
物分解速率的常用指标，ｋ 值越大，凋落物分解速率
越快，反之越慢；ｔ为分解时间（ａ）；ａ为拟合参数．
养分元素的释放动态用剩余率计算［３１］：
Ｅ＝［（Ｍｔ×Ｃ ｔ） ／ （Ｍ０×Ｃ０）］×１００％
式中：Ｅ为养分元素剩余率（％）；Ｍｔ为 ｔ时刻的凋落
叶干质量 （ ｇ）； Ｃ ｔ 为 ｔ 时刻凋落叶的养分含量
（ｍｇ·ｇ－１）；Ｍ０为凋落叶的初始干质量（ ｇ）；Ｃ０为初
始养分含量（ｍｇ·ｇ－１）．Ｅ＜１００％时，元素为净释放；
Ｅ＞１００％时，元素为净富集．
采用 Ｅｘｃｅｌ ２００７ 和 ＳＰＳＳ １８．０ 软件进行数据统
计分析，利用单因素方差分析法（ｏｎｅ⁃ｗａｙ ＡＮＯＶＡ）
的 ＬＳＤ法进行差异显著性检验 （ α ＝ ０． ０５）．利用
Ｐｅａｒｓｏｎ法对凋落叶分解过程中干质量残留率和其
养分元素残留率进行相关分析．利用 Ｅｘｃｅｌ ２００７ 软
件作图．图表中数据为平均值±标准差．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 凋落叶干质量剩余率的变化
由图 １可见，经过 １５０ ｄ的分解，高浓度 Ｏ３未对
蒙古栎凋落叶的分解造成显著影响，２ 种处理凋落
叶干质量剩余率均呈先快后慢的趋势，且差异逐渐
缩小．高浓度 Ｏ３处理蒙古栎凋落叶在分解前期（１２０
ｄ）比对照慢，但分解 １５０ ｄ 时干质量剩余率为
５４􀆰 ９％，而对照干质量剩余率为 ５５．４％，其分解略慢
于高浓度 Ｏ３处理．
２􀆰 ２　 分解速率模型
由表 ２ 可以看出，蒙古栎凋落叶分解模型的相
关系数较高，表明Ｏｌｓｏｎ指数衰减模型对分解过程
图 １　 蒙古栎凋落叶分解过程中干质量剩余率的变化
Ｆｉｇ．１ 　 Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｄｒｙ ｍａｓｓ ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒ ｏｆ
Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．
ＣＫ： 对照 Ｃｏｎｔｒｏｌ； Ｏ３： 高浓度 Ｏ３ Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
表 ２　 蒙古栎凋落物干质量剩余率（ ｙ）与时间（ ｔ）的指数回
归方程
Ｔａｂｌｅ ２ 　 Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｒｙ
ｍａｓｓ ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｒａｔｅ ａｎｄ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ Ｑｕｅｒｃｕｓ
ｍｏｎｇｏｌｉｃａ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒｓ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
Ｏｌｓｏｎ指数模型
Ｏｌｓｏｎ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ
ｄｅｃｌｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ
Ｒ２ 分解常数
Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｃｏｎｓｔａｎｔ
ｔ０．５
（ａ）
ｔ０．９５
（ａ）
对照 Ｃｏｎｔｒｏｌ ｙ＝０．８９３ｅ－１．３０６ｔ ０．８８１ １．３０６ ０．４４４ ２．２０７
高浓度 Ｏ３
Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３
ｙ＝０．９３１ｅ－１．３９４ｔ ０．９４０ １．３９４ ０．４４６ ２．０９８
的拟合效果较好．表 ２显示，蒙古栎凋落叶年分解速
率（ｋ）在高浓度 Ｏ３处理下较大，为 １．３９４，对照较小，
为 １．３０６，２ 种处理下年分解速率无显著差异．高浓
度 Ｏ３处理 ５０％分解所需时间与对照一致，而 ９５％分
解所需时间略小于对照，表明高浓度 Ｏ３熏蒸能在一
定程度上提高蒙古栎凋落叶的分解速率．
２􀆰 ３　 凋落叶分解过程中养分元素的释放动态
图 ２表明，在蒙古栎凋落叶的分解过程中，２ 个
处理 Ｃ一直表现为释放状态，高浓度 Ｏ３处理 Ｃ释放
率始终低于对照，１５０ ｄ后，对照与高浓度 Ｏ３处理 Ｃ
残留率分别为 ５５．１％和 ５８．８％，表明高浓度 Ｏ３对蒙
古栎凋落叶 Ｃ 的释放产生了一定的抑制作用．２ 个
处理 Ｎ均呈现释放状态，与对照相比，分解前期（６０
ｄ）高浓度 Ｏ３处理凋落叶 Ｎ 释放速度较慢，之后 Ｎ
释放速度高于对照，分解末期，对照与高浓度 Ｏ３处
理 Ｎ残留率分别为 ８３．８％和 ８２．９％．在整个分解过
程中，２个处理 Ｃ ／ Ｎ呈现出与 Ｎ 残留率相反的变化
趋势．
　 　 在 １５０ ｄ 的分解过程中，２ 个处理凋落叶 Ｋ、Ｐ
整体上表现为净释放．Ｋ 在分解前期（９０ ｄ）释放速
度较快，随着分解时间的延长释放速度逐渐变慢，高
浓度 Ｏ３处理 Ｋ的释放率始终低于对照，１５０ ｄ后，高
浓度 Ｏ３处理 Ｋ 残留率为 ２３． ９％，显著高于对照
（１７􀆰 １％），表明高浓度 Ｏ３对蒙古栎凋落叶 Ｋ的释放
产生了显著的抑制作用．对照和高浓度 Ｏ３处理 Ｐ 均
在分解前 ３０ ｄ 表现出最高的释放速度，分别达到
５８．５％和 ７１．１％，且 ２ 个处理差异显著．２ 个处理 Ｐ
一直处于释放状态，除分解中期（６０ ｄ）以外，对照 Ｐ
残留率始终高于高浓度 Ｏ３处理．Ｃ ／ Ｐ 呈现出与 Ｐ 相
反的变化趋势，在整个分解过程中高浓度 Ｏ３处理
Ｃ ／ Ｐ 高于对照．
整个分解过程中，２ 个处理蒙古栎凋落叶木质
素均表现为净释放（图 ３）．与对照相比，分解前期
（ ９０ ｄ），高浓度Ｏ３抑制了凋落叶木质素的释放，但
５７３２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 苏丽丽等： 高浓度 Ｏ３对城市蒙古栎凋落叶分解和养分释放的影响　 　 　 　 　 　
图 ２　 蒙古栎凋落叶分解过程中 Ｃ、Ｎ、Ｐ 和 Ｋ残留率的变化
Ｆｉｇ．２　 Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｃ， Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒ ｏｆ Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．
图 ３　 蒙古栎凋落叶分解过程中木质素残留率和木质素 ／ Ｎ
的变化
Ｆｉｇ．３　 Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｌｉｇｎｉｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｒａｔｅ ａｎｄ ｌｉｇｎｉｎ ／ Ｎ ｏｆ ｌｅａｆ ｌｉｔ⁃
ｔｅｒ ｏｆ Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．
后期起促进作用．分解 １５０ ｄ后，对照和高浓度 Ｏ３处
理木质素残留率分别为８１．３％和７７．１％．１５０ ｄ的分
表 ３　 蒙古栎凋落叶分解过程中干质量残留率与其养分元
素残留率的相关性系数
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｒｙ ｍａｓｓ ｒｅｍａｉ⁃
ｎｉｎｇ ｒａｔｅ ａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｒａｔｅｓ ｏｆ Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ
ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
全碳
Ｔｏｔａｌ Ｃ
全氮
Ｔｏｔａｌ Ｎ
Ｐ Ｋ Ｃ ／ Ｎ
对照 Ｃｏｎｔｒｏｌ ０．９９２∗∗ ０．８８７∗ ０．９３９∗∗ ０．９７３∗∗ ０．９６１∗∗
高浓度 Ｏ３
Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３
０．９７２∗∗ ０．８４７∗ ０．８０４ ０．９４２∗∗ ０．８１４∗
∗Ｐ＜０．０５； ∗∗Ｐ＜０．０１．
解过程中，２ 个处理木质素 ／ Ｎ 的变化趋势一致，且
无显著差异，高浓度 Ｏ３处理木质素 ／ Ｎ 比对照先达
到峰值后降低．
由表 ３可以看出，蒙古栎凋落叶分解过程中 Ｃ、
Ｎ、Ｋ残留率，Ｃ ／ Ｎ与干质量剩余率呈显著正相关．表
明蒙古栎凋落叶 Ｃ、Ｎ、Ｋ和 Ｃ ／ Ｎ的释放动态与凋落
叶分解密切相关，养分元素含量越高越有利于凋落
叶的分解．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 凋落物分解速率
凋落物分解是一个生物因子与非生物因子相互
６７３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
作用的复杂过程．高浓度 Ｏ３熏蒸能够对凋落叶分解
过程产生一定的影响，使其分解速度加快或者延缓．
本研究发现，高浓度 Ｏ３熏蒸对城市蒙古栎凋落
叶的干质量损失速率有一定促进作用，但影响并不
显著，这可能与 Ｏ３熏蒸时间较短有关．有研究表明，
Ｏ３熏蒸能够导致杨木（Ｐｏｐｕｌｕｓ ｄｅｌｔｏｉｄｅｓ）、黑莓（Ｒｕ⁃
ｂｕｓ ｃｕｎｅｉｆｏｌｕｓ）凋落叶木质素以及酚类聚合物的含量
升高从而抑制其分解［１６－１７］ ．Ｂｏｏｋｅｒ 等［１８］研究表明，
高浓度 Ｏ３（７５ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ
－１）熏蒸大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅ ｍａｘ）
凋落叶 ６５ ｄ，Ｏ３抑制了大豆凋落叶的分解．Ｂａｌｄａｎｔｏ⁃
ｎｉ等［ １９ ］利用开顶式气室（ＯＴＣｓ）对 ３ 年生冬青栎
（Ｑｕｅｒｃｕｓ ｉｌｅｘ）进行 Ｏ３滤减（１７ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ
－１）与未滤
减（２９ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１）试验，分解 ６ 个月，Ｏ３显著降低
了凋落叶的分解速率．而 Ｋａｉｎｕｌａｉｎｅｎ 等［２０］以欧洲赤
松（Ｐｉｎｕｓ ｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓ）为研究对象，发现经过 ３ 个生长
季（５月底—９月底） Ｏ３熏蒸后，叶凋落物分解速率
未受到影响．Ｐａｒｓｏｎｓ等［２１］发现，Ｏ３（５５ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ
－１）
对北美白桦（Ｂｅｔｕｌａ ｐａｐｙｒｉｆｅｒａ）凋落叶的分解速率有
促进作用．凋落物分解对 Ｏ３浓度升高的响应程度因
研究对象、生态系统和研究方法的不同而不同，没有
统一的响应模式．
３􀆰 ２　 凋落物分解过程中养分元素含量的变化
高浓度 Ｏ３对凋落物分解过程影响的生态学意
义在于通过影响凋落物养分元素和 Ｃ 元素释放的
进程，进而对生态系统的养分循环、碳储量以及土壤
与大气之间的碳通量产生影响．高浓度 Ｏ３对凋落叶
的熏蒸将影响其分解过程中的养分释放．凋落物分
解过程中养分元素的富集与释放有明显的阶段性特
征，这与凋落物的化学组成有关，也与凋落物养分的
本身特性有关［３２－３３］ ．
Ｃ是构成凋落物的主要元素．森林凋落物层的
碳储量是森林生态系统碳库的一个重要组成部分，
凋落物的分解是碳循环过程中非常关键的过程，Ｃ
的释放速度将影响生态系统的碳格局以及碳平衡．
高浓度 Ｏ３能够对凋落物的分解产生一定的作用，从
而对地表凋落物层的碳含量产生相应的影响．一般
情况下，随着分解的进行，凋落物的残留量会逐渐减
少，凋落物中 Ｃ含量会逐渐降低，Ｃ释放率会逐渐增
加．本研究发现，Ｃ 在 ２ 个处理下均表现为净释放，
对照凋落物 Ｃ的释放一直比高浓度 Ｏ３处理快．Ｂｏｏ⁃
ｋｅｒ等［１８］研究发现，Ｏ３对大豆凋落叶 Ｃ 的释放速度
产生了显著的抑制作用；而 Ｂａｌｄａｎｔｏｎｉ 等［１９］研究表
明，Ｏ３对冬青栎凋落叶 Ｃ 释放速度的影响不显著，
研究结果的差异可能与试验对象不同有关．本研究
表明，高浓度 Ｏ３对蒙古栎凋落物 Ｃ的释放产生了抑
制作用，意味着高浓度 Ｏ３能够在一定程度上降低蒙
古栎林凋落物层的碳储量．
在分解前期，高浓度 Ｏ３对蒙古栎凋落叶 Ｎ释放
起抑制作用，分解后期起促进作用，但差异不显著，
这与很多研究结果一致［１８－１９，２１］ ．Ｎ 的释放与富集主
要由凋落物的 Ｎ 含量能否满足微生物分解者对 Ｎ
的需求决定［３４－３５］ ．Ｂｅｒｇ 等［３６］提出，各种凋落物在含
氮量为 ０．３％ ～ １．４％时出现氮的固定，而含氮量为
０􀆰 ６％～ ２．８％时有氮的释放，两者之间有较大的交
叉，说明还可能与其他因素有关．Ｃ ∶ Ｎ＞５ ～ １５ 时会
一直发生 Ｎ 富集，低于 ５ ～ １５ 时 Ｎ 开始释放［３７－３８］ ．
本研究中，２个处理蒙古栎凋落叶初始 Ｎ含量相同，
均为 １．４２，而初始 Ｃ ∶ Ｎ值为 ３１，但 ２个处理蒙古栎
凋落叶分解过程中 Ｎ均呈现释放状态，这可能是因
为凋落物的分解是个复杂的过程，分解过程受很多
因素影响，这需要进一步的研究．
Ｋ以可溶性盐基形式存在于植物体内，易于通
过淋溶作用而流失．研究表明，在凋落物分解过程
中，Ｋ表现为直接释放，在分解早期很快被淋洗掉，
因此 Ｋ浓度始终呈下降趋势［３９－４１］ ．本研究中，Ｋ在 ２
个处理下均表现为净释放，且自然环境下，除 １２０ ｄ
时，Ｋ释放均显著高于高浓度 Ｏ３处理，表明高浓度
Ｏ３对蒙古栎凋落叶 Ｋ净释放起显著的抑制作用．
Ｌｉｕ等［２２］对美洲山杨（Ｐｏｐｕｌｕｓ ｔｒｅｍｕｌｏｉｄｅｓ）和北
美白桦（Ｂｅｔｕｌａ ｐａｐｙｒｉｆｅｒａ）进行了 ７３５ ｄ 的分解试
验，发现对照和高浓度臭氧（９０ ～ １００ ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１）
下 Ｐ、Ｋ均呈现出释放状态，而且高浓度 Ｏ３对美洲山
杨和美洲山杨⁃北美白桦混合凋落叶的 Ｐ、Ｋ 释放产
生了抑制作用．本研究中，Ｐ 在 ２ 个处理下一直表现
为释放状态，且分解前期释放速度较快，Ｐ 在高浓度
Ｏ３处理下释放快于对照，表明高浓度 Ｏ３促进了凋落
物 Ｐ 的释放．Ｐ 的释放与富集主要受到凋落物 Ｃ ／ Ｐ
的影响，其阈值一般认为是 ２００ ～ ４８０［４２－４３］ ． Ｇｏｓｚ
等［４２］发现，当 Ｃ ／ Ｐ ＜４８０ 时，Ｐ 开始表现为净释放，
这与本研究结果基本一致．
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ｏｆ ｔｈｅ Ｂｉａｌｏｗｅｚａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐａｒｋ． Ａｃｔａ Ｓｏｃｉｅｔａｔｉｓ Ｂｏｔａｎｉｃｏ⁃
ｒｕｍ Ｐｏｌｏｎｉａｅ， １９８７， ５６： １６９－１８５
作者简介　 苏丽丽，女，１９８９年生，硕士研究生． 主要从事植
物生理生态及全球变化研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｌｉｌｌｉａｎ１１７７＠ １６３．ｃｏｍ
责任编辑　 孙　 菊
苏丽丽， 徐胜， 付伟，等． 高浓度 Ｏ３对城市蒙古栎凋落叶分解和养分释放的影响． 应用生态学报， ２０１６， ２７（２）： ３７３－３７９
Ｓｕ Ｌ⁃Ｌ， Ｘｕ Ｓ， Ｆｕ Ｗ， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｏ３ ｏｎ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ ｉｎ ｃｉｔｙ． Ｃｈｉ⁃
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， ２０１６， ２７（２）： ３７３－３７９ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
９７３２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 苏丽丽等： 高浓度 Ｏ３对城市蒙古栎凋落叶分解和养分释放的影响