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Effects of simulated nitrogen deposition on lignin and cellulose degradation of foliar litter in natural evergreen broad-leaved forest in Rainy Area of Western China.

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物木质素和纤维素降解的影响


从2013年11月至2014年11月,采用尼龙网袋法对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物进行原位分解试验,模拟N(NH4NO3)沉降水平分别为对照(0 g N·m-2·a-1)、低氮沉降(5 g N·m-2·a-1)、中氮沉降(15 g N·m-2·a-1)和高氮沉降(30 g N·m-2·a-1),研究了N沉降对常绿阔叶林凋落物分解及其木质素和纤维素降解的影响.结果表明:华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物在夏季分解较快,明显快于其他季节.N沉降显著抑制了阔叶林凋落物的分解,抑制作用随N沉降量的增加而加强.N沉降使凋落物质量损失95%的时间与对照(4.81年)相比增加了0.53~1.88年.经过1 年的分解,中氮沉降和高氮沉降处理木质素和纤维素残留率显著高于对照,表明N沉降显著抑制了凋落物木质素和纤维素的降解.凋落物质量残留率与木质素和纤维素残留率呈显著正相关.N沉降抑制凋落物分解的原因可能是无机N的添加对木质素和纤维素的降解造成了阻碍.

In order to detect the effects of simulated nitrogen deposition on litter decomposition and degradation of lignin and cellulose, a oneyear field experiment of simulated nitrogen deposition has been conducted using litter bag method from November 2013 to November 2014 in an evergreen broadleaved forest, Rainy Area of West China. Four levels of nitrogen deposition were set, i.e., control (0 g N·m-2·a-1), low (5 g N·m-2·a-1), medium (15 g N·m-2·a-1) and high (30 g N·m-2·a-1) nitrogen deposition. The results indicated that foliar litter decomposed faster in summer, obviously faster than in the other seasons. N deposition significantly inhibited the decomposition of foliar litter in this evergreen broadleaved forest. As N deposition increased, the inhibition effect was enhanced. The time of 95% mass loss (T95%) of foliar litter due to simulated N deposition was increased by 0.53-1.88 years compared with T95% of control (4.81 years). N deposition significantly inhibited the degradation of lignin and cellulose. The mass remaining after one year of decomposition of lignin and cellulose in the medium and high nitrogen deposition treatments were significantly higher than that in the control. There was a significant positive linear relationship among mass remaining rate and lignin and cellulose remaining rates. The inhibiting effects of inorganic N on degradation of lignin and cellulose explained the inhibitory effect of N on foliar litter decomposition.


全 文 :模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林
凋落物木质素和纤维素降解的影响
周世兴  黄从德∗  向元彬  韩博涵  肖永翔  唐剑东
(四川农业大学林学院, 成都 611130)
摘  要  从 2013年 11月至 2014年 11月,采用尼龙网袋法对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋
落物进行原位分解试验,模拟 N(NH4NO3)沉降水平分别为对照(0 g N·m
-2·a-1)、低氮沉降
(5 g N·m-2·a-1)、中氮沉降(15 g N·m-2·a-1)和高氮沉降(30 g N·m-2·a-1),研究了 N
沉降对常绿阔叶林凋落物分解及其木质素和纤维素降解的影响.结果表明:华西雨屏区天然
常绿阔叶林凋落物在夏季分解较快,明显快于其他季节.N沉降显著抑制了阔叶林凋落物的分
解,抑制作用随 N 沉降量的增加而加强.N 沉降使凋落物质量损失 95%的时间与对照(4.81
年)相比增加了 0.53~1.88年.经过 1 年的分解,中氮沉降和高氮沉降处理木质素和纤维素残
留率显著高于对照,表明 N沉降显著抑制了凋落物木质素和纤维素的降解.凋落物质量残留
率与木质素和纤维素残留率呈显著正相关.N沉降抑制凋落物分解的原因可能是无机 N 的添
加对木质素和纤维素的降解造成了阻碍.
关键词  凋落物分解; 木质素; 纤维素; 天然常绿阔叶林
Effects of simulated nitrogen deposition on lignin and cellulose degradation of foliar litter in
natural evergreen broad⁃leaved forest in Rainy Area of Western China. ZHOU Shi⁃xing,
HUANG Cong⁃de∗, XIANG Yuan⁃bin, HAN Bo⁃han, XIAO Yong⁃xiang, TANG Jian⁃dong (Col⁃
lege of Forestry, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China) .
Abstract: In order to detect the effects of simulated nitrogen deposition on litter decomposition and
degradation of lignin and cellulose, a one⁃year field experiment of simulated nitrogen deposition has
been conducted using litter bag method from November 2013 to November 2014 in an evergreen
broad⁃leaved forest, Rainy Area of West China. Four levels of nitrogen deposition were set, i. e.,
control (0 g N·m-2·a-1), low (5 g N·m-2·a-1), medium (15 g N·m-2·a-1) and high
(30 g N·m-2·a-1) nitrogen deposition. The results indicated that foliar litter decomposed faster
in summer, obviously faster than in the other seasons. N deposition significantly inhibited the de⁃
composition of foliar litter in this evergreen broad⁃leaved forest. As N deposition increased, the inhi⁃
bition effect was enhanced. The time of 95% mass loss (T95% ) of foliar litter due to simulated N
deposition was increased by 0.53-1.88 years compared with T95% of control (4.81 years). N deposi⁃
tion significantly inhibited the degradation of lignin and cellulose. The mass remaining after one year
of decomposition of lignin and cellulose in the medium and high nitrogen deposition treatments were
significantly higher than that in the control. There was a significant positive linear relationship
among mass remaining rate and lignin and cellulose remaining rates. The inhibiting effects of inorga⁃
nic N on degradation of lignin and cellulose explained the inhibitory effect of N on foliar litter
decomposition.
Key words: litter decomposition; lignin; cellulose; natural evergreen broad⁃leaved forest.
本文由国家“十二五”科技支撑计划项目(2010BACO1A11)和四川省“十二五”农作物育种攻关项目(2011NZ0098⁃10)资助 This work was sup⁃
ported by the National ‘12th 5⁃year⁃plan’ Science & Technology Pillar Program of China (2010BACO1A11) and the Crop Breeding Research Project of
the ‘12th 5⁃year⁃plan’ of Sichuan Province (2011NZ0098⁃10) .
2015⁃10⁃10 Received, 2016⁃02⁃04 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: lyyxq100@ aliyun.com
应 用 生 态 学 报  2016年 5月  第 27卷  第 5期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2016, 27(5): 1368-1374                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201605.004
    凋落物是森林生态系统的重要组成部分,是链
接森林土壤和森林植被的“纽带” [1] .凋落物分解是
生态系统物质循环和能量转换的重要途径,对全球
陆地 C 和养分循环起着至关重要的作用[1-3] .木质
素和纤维素作为凋落物中最难分解的组分[4-5],其
降解过程对了解凋落物分解动态特征起着重要作
用[6] .
近几十年来,化石燃料的燃烧、森林砍伐、化肥
的生产和使用等人类活动导致了大气中活性氮浓度
迅速增加,并不断向陆地和水生生态系统沉降[7-8] .
目前,世界大部分地区的平均氮沉降量已经超过
自然速率,并达到 10 kg·hm-2·a-1,这一数值预
计到 2050年将翻倍,一些地区甚至将达到 50
kg·hm-2·a-1 [9] .有报道指出,我国已成为全球三大
氮沉降集中区(分别为欧洲、美国和中国)之一[10] .
过量的氮沉降引发的一系列生态问题已经引起了国
内外学者的广泛关注[11-13] .随着 20 世纪 80 年代初
欧洲和北美氮沉降项目的启动,国际上有关氮沉降
对森林凋落物分解的研究也相应开始[14],并在凋落
物物质循环、能量流动和信息传递等方面取得了一
系列成果[15-16] .我国关于氮沉降对森林生态系统影
响的研究起步相对较晚,多数研究集中在氮素缺乏
的温带森林[17]和氮沉降较显著的热带森林[18],关
于亚热带森林生态系统凋落物分解对大气氮沉降响
应的报道较少[19] .
华西雨屏区是一个大尺度、复合性的生态过渡
带,是我国西部地区以阴湿为主要特征的罕见气候
地理单元,是我国西部生态保护与建设的一道绿色
屏障[20] .该地区降雨丰富,其特殊的地形和气候使
得来自成都平原携带有大量 NOx和 NH3的污染物随
降雨沉降下来,增加了该区域的氮沉降.有研究表
明,华西雨屏区全年总 N 沉降量为 95 kg·hm-2,N
沉降量较高并有逐年增加的趋势[21] .为此,本文以
该区天然常绿阔叶林为对象,采用凋落物分解袋法,
通过模拟大气氮沉降和野外原位分解试验,研究氮
沉降对天然常绿阔叶林凋落物分解过程以及木质素
和纤维素降解的影响,旨在氮沉降持续增加和全球
气候变化的背景下,为研究该区天然常绿阔叶林生
态系统养分循环提供科学依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
研究区位于四川省雅安市雨城区碧峰峡风景区
(29°40′ N,102°90′ E),海拔 977.62 m.气候温和湿
润,属亚热带湿润季风型山地气候,≥10 ℃年积温
5231 ℃,年均气温 16.2 ℃,最冷月(1 月)平均气温
6.1 ℃,最热月(7 月)平均气温 25.4 ℃,日照长度
1039.6 h,全年太阳辐射总量 3640.13 MJ·cm-2,无
霜期 304 d,年平均降水量 1772. 2 mm,年蒸发量
1011.2 mm.研究区内植物种类丰富,群落结构复杂.
主要树种有木荷(Schima superba)、硬斗石栎(Litho⁃
carpus hancei )、 海 桐 ( Pittosporum tobira )、 润 楠
(Machilus pingii)、总状山矾(Symplocos botryantha)、
柃木(Eurya nitida)、青榨槭(Acer davidii)、大叶石栎
(L. megalophyllus)、野漆(Rhus succedanea)、深裂中
华槭(A. sinense)、利川润楠(M. lichuanensis)、肉桂
(Cinnamomum cassia)和山茶(Camellia japonica)等.
土壤类型以黄壤为主,土壤厚度>60 cm,立地条件
基本一致.
1􀆰 2  试验设计
2013年 10月在四川省雅安市雨城区碧峰峡选
择具有代表性的天然常绿阔叶林,在林内建立 12 个
3 m×3 m样方,样方间设>3 m的缓冲带.试验设置 4
个 N沉降水平,分别为对照(0 g N·m-2·a-1)、低氮
沉降(5 g N·m-2·a-1)、中氮沉降(15 g N·m-2·
a-1)和高氮沉降(30 g N·m-2·a-1),每个水平 3 个
重复.将年施氮量分成 24 等分,从 2013 年 11 月 10
日起,每 15 d用 NH4NO3模拟氮沉降.施氮的方法是
将每个样方所需 NH4NO3溶解在 2 L水中,用手提式
喷雾器在林地样方 50 cm 高度均匀喷洒,对照样方
喷施 2 L水.
2013年 10月在阔叶林中收集主要树种(木荷、
硬斗石栎和海桐)的凋落物叶,带回实验室自然风
干,充分混合,称取 20.0 g凋落物装入尼龙网凋落物
袋中(大小为 20 cm×20 cm, 上下表面孔径均为 1
mm×0.5 mm).随机取凋落物袋 5袋,于 65 ℃烘干至
恒量,测定凋落物样品初始质量和化学性质.阔叶林
凋落物初始全 C 含量为(430. 73 ± 8. 71) g·kg-1,
全 N含量为 ( 8. 32 ± 1. 14) g· kg-1,全 P 含量为
(0.42±0.04) g·kg-1,全 K 含量为 (13. 25 ± 0. 24)
g·kg-1,全 Ca 含量为 ( 2. 45 ± 0. 06) g · kg-1,全
Mg含量为 (1􀆰 36 ± 0. 07) g· kg-1,木质素含量为
(157.10±1.11) g·kg-1,纤维素含量为 ( 122. 81 ±
8.71) g·kg-1 .2013年 11 月,将凋落物袋均匀布置
在 12个样方土壤表面.
1􀆰 3  样品收集
从开始模拟氮沉降起,每隔 2 个月收集一次凋
落物,即 2014年 1、3、5、7、9 和 11 月中旬采集,共 6
96315期            周世兴等: 模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物木质素和纤维素降解的影响   
次.每次随机从每个样方中采集凋落物分解袋 3 袋
(即每个水平取 9袋).凋落袋取回后,小心去除泥土
杂物及新生根系,带回实验室于 65 ℃下烘干至恒
量,称量,计算凋落物质量损失.每月下旬对样方进
行处理前,使用土壤温度计和时域反射仪 (mini⁃
Trase605OX3KI,CT,USA)测定不同处理 0 ~ 10 cm
土壤温度和体积含水量,2013 年 11 月—2014 年 11
月的土壤温度和含水量变化见图 1.
1􀆰 4  测定项目与方法
将凋落物烘干称量后,用植物粉碎机(高速万
能粉碎机,FW⁃100,北京市永光明医疗仪器厂)将分
解袋内一部分凋落物粉碎,过 0.35 mm筛,测定凋落
物中木质素和纤维素含量.木质素、纤维素含量用酸
性洗涤纤维法[22]测定.
1􀆰 5  数据处理
质量残留率(MR)计算公式如下:
MR=Mt / M0×100%
式中:Mt为凋落物在 t时刻的质量(g);M0为凋落物
初始干质量(g) [23] .
质量损失在各个季度所占比重(贡献率):
P=(Mt-1-Mt) / (M0-ML)×100%
式中:Mt为该阶段凋落物干质量;M0为凋落物初始
干质量;(Mt- 1-Mt)为相邻 2 个阶段凋落物残留量
差;ML为最后一次采样凋落物残留量[23] .
图 1  0~10 cm土壤温度和土壤含水量的月变化
Fig.1  Monthly variations of soil temperature and soil moisture
at 0-10 cm layer.
CK: 对照 Control; L: 低氮沉降 Low nitrogen; M: 中氮沉降 Medium
nitrogen; H: 高氮沉降 High nitrogen. 下同 The same below.
    凋落物的质量损失采用 Olson 负指数衰减模型
拟合:
y=ae-kt
式中:y为质量残留率(%);a 为拟合参数;k 为年分
解系数(kg·kg-1·a-1);t为时间(a) [24] .
凋落物分解 50%(T50%)和 95%(T95%)所需时间
的计算方法[24]为:
T50% = -ln(1-0.5) / k
T95% = -ln(1-0.95) / k
利用 Excel 2007 和 SPSS 20.0 软件对数据进行
统计分析.采用单因素方差分析法( one⁃way ANO⁃
VA)和最小显著差异法(LSD)进行方差分析和多重
比较(α= 0.05).利用 Excel 2007软件作图.图中数据
为平均值±标准差.
2  结果与分析
2􀆰 1  天然常绿阔叶林凋落物分解特征
由图 2可知,凋落物分解具有明显的阶段性,在
前 6个月,分解速率缓慢,分解 6个月后质量残留率
为(81.5±1.7)%,在后 6 个月,质量损失率明显增
高,分解 1 年后质量残留率为(54. 7 ± 3. 2)%.利用
Olson指数衰减模型(表 1)估算出该区天然常绿阔
叶林凋落物分解 50%和 95%的所需时间分别为
1􀆰 11和 4.81 年.
2􀆰 2  模拟氮沉降对天然常绿阔叶林凋落物分解的
影响
由图 2可知,在模拟 N沉降处理 4个月时,中氮
沉降和高氮沉降处理凋落物的质量残留率显著高于
CK和低氮沉降处理,并一直持续到试验后期.经过
1 年的分解,各处理质量残留率为 54.7% ~ 63.5%,
低氮沉降、中氮沉降和高氮沉降处理凋落物质量残
图 2  凋落物分解过程中干质量残留率的变化
Fig.2  Dynamics of dry mass remaining rates of leaf litters in
the decomposing process.
0731                                     应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 1  不同处理凋落物分解质量残留率随时间的指数回归
方程
Table 1   Exponential regression equations of mass remai⁃
ning rate of leaf litter with time in different treatments
处理
Treat⁃
ment
回归方程
Regression
equation
分解系数
Decomposition
constant
(kg·kg-1·
a-1)
R2 半分解时间
Time of
half
decomposition
(a)
分解 95%
所需时间
Time
of 95%
decomposition
(a)
CK y=1.0323e-0.623x 0.623 0.94∗∗ 1.11 4.81
L y=1.0223e-0.561x 0.561 0.91∗∗ 1.29 5.58
M y=1.0232e-0.482x 0.482 0.94∗∗ 1.44 6.21
H y=1.0162e-0.448x 0.448 0.95∗∗ 1.55 6.69
∗∗P<0.01. CK: 对照 Control; L: 低氮沉降 Low nitrogen; M: 中氮
沉降 Medium nitrogen; H: 高氮沉降 High nitrogen.
留率分别比 CK高 4.2%、6.5%和 8.8%.方差分析表
明,N沉降各处理均显著增加了凋落物质量残留率.
这表明,N 沉降抑制了天然常绿阔叶林凋落物的
分解.
各处理凋落物质量残留率随分解时间的延长呈
显著指数衰减.利用 Olson指数衰减模型求得各处理
的分解系数,各处理分解系数 k 表现为 CK>L>M>
H,表明 CK凋落物分解速率最快,高氮沉降处理分
解速率最慢.CK、低氮沉降、中氮沉降和高氮沉降处
理凋落物质量损失 50%所需时间分别为 1.11、1.24、
1.44 和 1. 55 年,损失 95%所需时间分别为 4. 81、
5􀆰 34、6.22 和 6.69 年(表 1).与 CK 相比,各处理均
显著抑制了凋落物的分解,高氮沉降处理的抑制作
用最明显,使凋落物质量损失 95%所需时间增加了
1.88年,中氮沉降处理抑制作用次之,使凋落物质量
损失 95%所需时间增加了 1.41年,低氮沉降处理抑
制作用最弱,使凋落物质量损失 95%所需时间仅增
加了 0.53年.
由图 3可知,在试验期间,各处理凋落物质量损
失主要在夏季.2014年夏季,凋落物质量损失贡献率
为 29.8%~37.8%,明显高于其他季节.2014 年春季
贡献率最低,贡献率为 10.8% ~ 14.7%.在同一季节
各处理间贡献率无显著差异.
2􀆰 3  模拟氮沉降对天然常绿阔叶林凋落物木质素
和纤维素降解的影响
由图 4 可知,经过 1 年的分解,CK、低氮沉降、
中氮沉降和高氮沉降处理木质素残留率分别为
(134.9±13.6)%、(149.4±0.5%)、(155.2±3.7)%和
(157.1±7.6)%,中氮沉降和高氮沉降处理木质素残
留率显著高于 CK.N沉降处理 10 个月后,各处理凋
落物木质素残留率明显高于对照,表现出对凋落物
木质素降解的抑制 .木质素降解表现为前6个月有
图 3  各处理不同季节对凋落物质量损失的贡献率
Fig.3  Contribution rate of mass loss of litter quality in different
treatments in different seasons.
Ⅰ: 2014秋季 2014 Autumn; Ⅱ: 2014夏季 2014 Summer; Ⅲ: 2014
春季 2014 Spring; Ⅳ: 2013冬季 2013 Winter.
图 4  各处理凋落物木质素和纤维素残留率变化
Fig.4  Dynamics of lignin and cellulose remaining rates in dif⁃
ferent treatments.
一定的波动,随后为释放过程.经过 1 年的分解,低
氮沉降、中氮沉降和高氮沉降处理纤维素残留率分
别为(54.1±2.6)%、(61.5±1.6)%和(64.7±3.6)%,
其中,中氮沉降和高氮沉降处理显著高于 CK
(47.2±1.9)%.N沉降处理 2 个月后,中氮沉降和高
氮沉降处理凋落物的纤维素质量残留率明显高于
CK和低氮沉降处理,表现出对凋落物纤维素降解的
抑制,N沉降处理 10 个月后,低氮沉降处理亦表现
出抑制作用.各 N 沉降处理纤维素残留率显著高于
CK,表明 N 沉降抑制了纤维素的降解.与木质素不
同,各处理纤维素降解随分解时间的延长呈稳步释
放趋势.
17315期            周世兴等: 模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物木质素和纤维素降解的影响   
图 5  凋落物质量残留率与木质素和纤维素残留率的关系
Fig. 5   Relationships between mass remaining rate and lignin
and cellulose remaining rates.
∗∗P<0.01.
    凋落物中木质素和纤维素含量较高,两者总量
占凋落物质量的 50%以上,凋落物质量残留率与木
质素和纤维素残留率呈显著线性正相关(图 5).这
表明,N沉降抑制凋落物分解的原因可能是无机 N
的添加对木质素和纤维素的降解造成了阻碍.
3  讨    论
3􀆰 1  华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解对模
拟氮沉降的响应
在全球和区域尺度上,气候是影响凋落物分解
的决定性因子[2,25-26] .本研究中,热带天然常绿阔叶
林凋落物的年分解率为 45.3%,明显高于许多温带
森林(30%~40%)和寒温带森林(20% ~ 25%)的分
解速率,但低于许多热带以及南亚热带森林的
(56%~87%) [2],基本符合凋落物分解速率与气候
的相关性.在一个特定的气候区内,凋落物分解速率
主要由凋落物基质决定[15,26-27] .一般认为,C / N和木
质素含量是最重要的指标[6] .含 N 量高的凋落物分
解快于含 N 量低的凋落物. N 含量越高则 C / N 越
低,耐分解化合物含量越少,凋落物分解越快[2,25] .
本研究发现,华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物的
分解率明显低于慈竹 (Neosinocalamus affinis) [28]、
撑绿 杂 交 竹 ( Bambusa pervariabilis × Dendrocala
mopsi) [29]、亮叶桦(Betula luminifera) [21]和巨桉(Eu⁃
calyptus grandis) [30]等人工林的分解速率.这是因为
本研究中凋落叶的初始 C / N 明显高于上述 4 个树
种,而且凋落叶的主要组成成分为海桐、硬斗石栎和
木荷,其叶都为革质或薄革质,表皮细胞壁厚角质层
发达,可利用 C、N 含量较低[31],导致凋落叶分解较
慢.本研究还发现,在 2014 年夏季凋落叶分解的质
量损失贡献率为 37.8%,明显高于其他季节.这与陈
翔等[27]和包剑利等[32]的研究结果相似.这是因为在
水热丰富的夏季(图 1),大量的土壤微生物和动物
在凋落物上聚集、生长和繁殖,从而加速了凋落物的
分解[6] .
大气 N沉降进入森林地表,使土壤中 N 含量增
加,促进了植物吸收,进而引起森林凋落物 N 含量
升高及其他化学元素含量的变化,从而影响凋落物
的分解[26,33] .本研究发现,经过 1 年的分解,N 沉降
显著抑制了天然常绿阔叶林凋落叶的分解,并随着
氮沉降量的增加,抑制作用也更加明显.N 沉降处理
使得凋落叶质量损失 95%的时间在 4.81 年的基础
上增加了 0.53~ 1.88 年,这与凋落叶的主要成分木
质素和纤维素的降解受到抑制有关.随着外源 N 的
加入,N和木质素及其降解中间产物结合使得 N 元
素在凋落物中积累[16,26,34],木质素的降解受到抑制,
从而抑制了凋落叶的分解.在华西雨屏区其他模拟
N沉降试验中也发现, N 沉降抑制了撑绿杂交
竹[29]、亮叶桦[21]和巨桉[30]凋落叶的分解.但是,肖
银龙等[35]发现,N沉降可能会促进华西雨屏区苦竹
(Pleioblastus amarus)凋落物的初期分解速率,这可
能与苦竹凋落叶基质特性有关.苦竹凋落叶 C / N 为
82,远高于同区域慈竹、撑绿杂交竹、亮叶桦、巨桉以
及本研究中常绿阔叶林凋落叶的 C / N;同时,该苦竹
林仍处于 N限制状态,N沉降有利于其凋落叶 N 的
积累,因此,N沉降促进了苦竹凋落叶的分解[35] .
3􀆰 2  华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶木质素和
纤维素的降解对模拟氮沉降的响应
木质素是凋落物中最难分解的复合物,由结构
复杂、稳定、多样的无定型三维体形大分子构
成[6,36],降解最慢,纤维素由长链葡萄糖分子构成,
结构相对简单,降解相对较快[37] .本研究发现,在凋
落物分解后期,N 沉降各处理的木质素和纤维素质
量残留率明显高于对照,表明 N 沉降抑制了凋落叶
木质素和纤维素的降解.以往的研究也发现,N 沉降
会抑制木质素的降解[17,38] .主要原因有以下几点,一
是外加 N与木质素及其降解中间产物结合生成更
难分解的复合物,使得 N 在凋落物中积累,从而抑
制木质素的降解[16-17,26] .二是 N 沉降抑制了木质素
2731                                     应  用  生  态  学  报                                      27卷
降解酶对木质素的降解.外源 N增加之后,土壤中其
他微生物与木质素降解相关的白腐菌产生对抗作
用[39-40],使得白腐菌活性降低,从而抑制了木质素
降解酶的活性[38]和纤维素降解酶的活性[41],使得
木质素的降解变慢.三是 N 沉降改变了分解者微生
物的群落结构.N 的增加可能使微生物群落从真菌
转向以细菌为主[38-39],使得能分解木质素的微生物
的数量减少,抑制木质素的降解.四是 N沉降加剧了
微生物降解 C 的限制.由于 N 增加促进了 C 消耗,
造成 C 供应的不稳定,使木质素降解受到抑
制[19,42] .同时,凋落物中纤维素通常受木质素聚合体
的保护[5],因此,木质素降解的减慢也会使纤维素
的降解受阻,因此,本研究中木质素和纤维素对 N
沉降的响应方向是一致的.但也有研究表明,N 沉降
促进了木质素和纤维素的降解,N 的加入解除了 N
对微生物活动的限制,加快了微生物对 C 的需
求[28],从而促进了木质素和纤维的降解.还有研究
表明,由于凋落物本身 C 源质量太差,以至分解者
不能对外加 N 作用产生反应[42],导致 N 沉降对木
质素和纤维素降解无显著影响.由于大气 N 沉降的
长期性和复杂性,其对生态系统结构和功能的影响
必然是一个长期、复杂的过程.因此,在 N 沉降持续
增加的背景下凋落物的木质素和纤维素如何降解,
仍需进行长期研究.
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作者简介  周世兴,男,1990年生,硕士研究生. 主要从事森
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163.com
责任编辑  孙  菊
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