全 文 ：第 8? 卷 第 ? 期
4 A 2 5 年 ? 月
林 业 科 学
7;QRS6QL 7Q!ILR 7QSQ;LR
I.(T8?"S.T?
7-H3"4 A 2 5
D."! 2A322=A=UV32AA2F=8>>34A25A?44
收稿日期! 4A24 WA= WA?# 修回日期! 4A25 WA= W22’
基金项目! 林业公益性行业科研专项$4A22A8AA>% # .十二五/国家科技支撑计划项目$4A22NLa5>NA8% ’
#肖文发为通讯作者’
土壤温度和水分含量对三峡库区马尾松林凋落物叶分解的影响#
葛晓改2!4\曾立雄2\黄志霖2\肖文发2\谭本旺5\周本智4
$2T中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所\国家林业局森林生态环境重点实验室\北京 2AAA?2#
4T中国林业科学研究院亚热带林业研究所\富阳 5228AA# 5T湖北省秭归县林业局\姊归 885:52%
摘\要! \采用凋落物袋法研究土壤温度和水分含量对不同立地条件下马尾松林凋落物叶分解的影响’ 结果表
明! 分解 98A 天后"4A"5A 和 8: 年生林分凋落物叶干质量剩余率分别为 :5T9=d"9?T>Ad和 :9T9Ad"5A 年生林
分与 4A"8: 年生林分差异显著# 凋落物叶分解速率与土壤温度呈极显著二次函数关系 $8pATA2% "与土壤水分
含量呈线性关系但相关性不显著$8iATA9% "凋落物叶分解速率与土壤水分含量U土壤温度比值呈极显著三次
函数关系$8pATA2% # 4A"5A 和 8: 年生林分土壤水分含量U土壤温度比值分别为 AT?2 f28T??"AT8? f8T9= 和
AT:5 f22T49"且马尾松林土壤水分含量U土壤温度比值为 A f8TA 时凋落物叶分解相对较快"8TA f24TA 时分解
相对较慢’
关键词! \凋落物叶分解# 土壤温度# 土壤水分含量# 基质质量# 三峡库区
中图分类号! 7=2>T9\\\文献标识码! L\\\文章编号! 2AA2 W=8>>"4A25#A? WA295 WA9
P11/,’0"1$"()H/4%/*&’+*/$"()Q&’/*-"#’/#’’" !//7)/T(’’/*T/&19/,"4%"0(’("#
"17/6014(11%6/(6( >)&#’&’("#0(#H.*//W"*=/0X/0/*?"(*@*/&
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5AF"%&D 8:FG-%*F.(D /.*-+)" *-+H-,)"K-(G" %&D )0-(")-*D-,.BH.+")".& *%)-"& 5AFG-%*F.(D +)%&D J%++"C&"/",%&)(GC*-%)-*
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+"C&"/",%&)(GD"/-*-&)"& )0-)0*--+)%&D+360-&--D(-(")-*,%*E.& ,.&)-&)J%+0"C0-*"& 4AF%&D 8:FG-%*F.(D /.*-+))0%& "&
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)-BH-*%)#*-).&--D(-(")-*D-,.BH.+")".& *%)-J%+,.&)*.(-D EG,%*E.& *-(-%+-*%)-"&+)-%D ./)0-"&")"%(,%*E.& ,.&)-&)3
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K",-K-*+%3
A/: B"*70! \&--D(-(")-*D-,.BH.+")".&# +."()-BH-*%)#*-# +."(J%)-*,.&)-&)# +#E+)*%)-P#%(")G# 60*--‘.*C-+X-+-*K."*L*-%
林 业 科 学 8? 卷\\凋落物是一个重要的有机质和养分储存库"是陆
地生态系统养分循环的重要环节"是维系植物体地上
碳库与土壤碳库循环的主要通道之一 $X%",0 !"#$%"
2?>?# 徐小锋等" 4AA=%’ 凋落物分解过程受基质质
量&土壤动物&环境因素$土壤温度和湿度%和土壤养
分供应的影响 $$,;(%#C0-*)G!"#$%" 2?>9# X%",0 !"
#$%" 4AA=%’ 土壤温度和土壤水分含量可直接和间接
地影响凋落物的分解过程 $I").#+-b" 2?>8# N.G-*.!"
#$%" 4A22%"即通过凋落物分解过程的淋溶作用和微生
物活性直接地影响凋落物的分解 $李志安等" 4AA8%"
通过凋落物基质质量间接地影响凋落物的分解
$7J"/)!"#$%" 2?=?# <.EE"-!"#$%" 4AAA%’ 温度是凋落
物分解过程中主要的决定因子之一"Z"-*-*等$4AA9%
开展凋落物基质质量分解对温度敏感性的影响研究
表明"凋落物分解时顽固复合物含量多的比含量少的
温度敏感度高# 如果U2A$温度增加 2A o将导致增加
的分解速率%增加 49d"北方森林土壤净碳通量将增
加 4AAd’ 土壤水分主要通过分解者的活动影响凋落
物分解和养分释放"降雨量则影响凋落物的淋溶和破
碎$7J"/)!"#$%" 2?=?%"为分解者提供有效碳和养分而
显著影响分解速率"使凋落物中的木质素和养分含量
随降雨量的不同而变化$L#+)"& !"#$%" 4AAA%’ 降雨量
对凋落物分解的间接影响研究表明降雨量对凋落物
叶分解及养分释放模式影响明显$L#+)"& !"#$%" 4AAA#
李雪峰等" 4AA=%"但土壤温度和土壤水分含量对凋
落物叶分解综合影响的量化及凋落物叶基质质量对
分解的间接影响国内报道较少’
马尾松$8+1A-*#--)1+#1#%主要分布在我国亚
热带地区"主要分布在南方 29 个省区 $杨会侠等"
4A2A%"松林面积约 4AA 万 0B4"居全国针叶林首位’
马尾松适应性强"耐干旱与瘠薄"是三峡库区典型造
林树种之一$肖文发等" 4AAA%’ 马尾松林凋落物主
要由凋落物叶&枝&树皮&繁殖器官和杂物组成"其
中"凋落物叶为主要组分"占总量的 :2T:d f
>8T9d$杨会侠等" 4A2A%# 马尾松林凋落物中叶的
比重大且分解相对较快"一定程度上反映凋落物养
分归还的速率’ 本研究以三峡库区马尾松林凋落物
叶为研究对象"分析不同立地条件下马尾松林土壤
温度和土壤水分含量对凋落物叶分解的影响"为凋
落物叶分解对气候变化响应的研究奠定基础"为揭
示三峡库区森林生态系统养分循环机制提供依据’
2\研究区概况
三峡库区东起湖北宜昌"西至重庆江津"全长约
:AA bB"为跨长江两岸数公里的狭长区域 $ 2A:l
28m)222l4>mR"4>l9:m)52l88mS%’ 三峡库区总面
积 9T> 万 bB4"地处亚热带北缘"气候属亚热带大陆
性季风气候"温暖湿润"四季分明"光照水热充足’
年均气温 2= f2? o"年降水量2 AAA f2 49A BB"降
水集中在 8)? 月"空气相对湿度较大"可达 :Ad f
>Ad $陈鲜艳等" 4AA?%’ 土壤以红&黄壤为主"同
时还有较大面积的紫色土和石灰土 $肖文发等"
4AAA%’ 三峡库区自然环境优越"具有我国东西与
南北生物界过渡的特点"亚热带至温带物种极为丰
富"植被类型多样’ 但由于过渡开发"自然植被破坏
严重"现有植被为残次林和人工林’ 研究区域内主
要树种为马尾松&柏木 $=AK6!--A-$ =A11+1’/#*+# $#1,!)$#"# % 和 华 山 松 $ 8+1A-
#6*#1(+%$程瑞梅等" 4AA># 王鹏程等" 4AA?%’
本研究以秭归县境内 4A"5A 和 8:年生马尾松人工
林凋落物叶为研究对象"其中"4A 和 8: 年生林分位于
茅坪镇罗家林场$22Al99mR"5Al8=mS%"5A 年生林分位
于茅坪镇兰陵村$22Al98mR"5Al94mS%"林下灌木多为
油茶$=#*!$+# )$!+毛黄 栌 $=)"+1A-,)’’7’6+# % 等" 草 本 多 为 稗 草
$>,/+1),/$)# ,6A-’#$+% 和 腹 水 草 $ P!6)1+,#-"6A*
#T+$#6!%等$葛晓改等" 4A24%"林分概况见表 2’
4\研究方法
4T2\试验设置\于 4A2A 年 8 月在秭归县境内 4A"
5A 和 8: 年生马尾松人工林中各设置 5 块 4A Be5A
B样地用于凋落物分解试验’ 4A2A 年 9)= 月"在 5
种马尾松人工林中分别收集新自然凋落&未分解的
针叶"同一林地收集的凋落物叶充分混合"风干后称
取凋落物叶 29 C"直接装入大小为 4A ,Be4A ,B&孔
径 2 BB的尼龙网袋中’ 于 4A2A 年 = 月底将分解袋
分别放置于 5 种马尾松林下"放置分解袋前进行凋
落物清理"使分解袋紧贴地面"让凋落物叶自然分
解"之后每月底对分解袋上的新凋落物进行清理’
每种马尾松林地放置 ?A 袋"即每块样地中随机放置
5A 袋"5 种林分共 4=A 袋’ 同时"称取 5 种风干的凋
落物叶各 29 C"在 >A o下烘干至恒质量"算出风干
与烘干质量转换系数"5 次重复’ 自放置日期起"每
5 个月每林分随机取回 29 袋$每样地 9 袋%"共取 :
次# 清除凋落物叶分解袋内侵入的根系&泥沙"烘至
恒质量"并计算干质量剩余率和分解速率’ 相同样
地的凋落物分解袋测干质量后合并为一个样"并进
行凋落物叶基质质量和养分测定’
4T4\土壤温度和水分含量测定\在每种马尾松林
中具有代表性的样地中放置 R$9A 自计数据采集器
$a-,%C.&"’7L%各 2 套"数据采集器包含 9 温度&9
湿度探头"温度&水分含量探头埋置 9 ,B深处# 用
892
\第 ? 期 葛晓改等! 土壤温度和水分含量对三峡库区马尾松林凋落物叶分解的影响
于自动采集土壤 9 ,B深处温度和水分含量数据"每
2 0 记录 2 次# 自 4A2A 年 = 月底至 4A24 年 2 月每 5
个月取 2 次数据’
表 EF林分概况
H&5DEF$+*?/: "10’F
项目 Q)-B 4A 年生 4AFG-%*F.(D 5A 年生 5AFG-%*F.(D 8: 年生 8:FG-%*F.(D
海拔 R(-K%)".&UB ?:8 59= ?>=
年龄 LC-U% 4A 5A 8:
aN坡度 7(.H-D-C*-- 4Al 49l 29l
坡向 7(.H-%+H-,) 阳坡 7#&&G 半阳坡 7-B"F+#&&G 阳坡 7#&&G
林分密度 7)%&D D-&+")GU$)*--*0BW4 % =2A =49 =AA
郁闭度 ;%&.HGD-&+")G AT:A AT?9 AT>9
土层厚度 7."()0",b&-++U,B =A f2AA :A f>A =A f2AA
凋落物现存量 !")-*+)%&D"&C,*.HU$)*0BW4 % ?T59 ?T4: 28TA9
A f2A ,B土层土壤有机质 7."(.*C%&",B%)-*"& A W2A ,B+."((%G-*$C*bCW2 % =5T2A 44TA9 2A:T2A
A f2A ,B土层土壤氮含量 7."().)%(&")*.C-& "& A W2A ,B+."((%G-*$C*bCW2 % 5T4> 2T85 8T44
4T5\数据处理与统计分析\马尾松凋落物叶分解
干质量剩余率 $d% 计算公式如下 $ 7J"/)!"#$%"
2?=?%!
BO2AAgL$C"ICA%’
式中! L为凋落物风干样品与烘干样品转换系数"
C"为凋落物 "时间烘干样品质量"CA为凋落物起始
风干样品质量’
凋落物叶分解率 : 计算公式如下 $ 7J"/)!"#$%"
2?=?%!
: O2AAg RB’
\\凋落物叶干质量剩余率变化用 @(+.& 负指数衰
减模型进行拟合$@(+.&" 2?:5%!
BO#-RL"’
式中! # 为拟合参数# L为年分解系数 $ bC*bCW2
%W2%# "为时间$%%’
采用 7"CB%1(.)24TA 和 7177 2:TA 软件进行数
据统计分析和做图’ 分解速率和土壤温度&土壤水
分含量间的显著性检验采用单因子方差分析
$LS@IL%的最小显著差异法$!7a%"显著性水平设
定为 (kATA9# 马尾松林凋落物叶分解速率与土壤
温度&土壤水分含量关系采用回归分析法’
5\结果与分析
5T2\土壤温度和水分含量变化\5A 年生马尾松林
土壤温度和水分含量与 4A 和 8: 年生差异显著$图
2%’ 4A"5A 和 8: 年生林分年平均土壤温度分别为
24T?A"29T85 和 24T=9 o# 5A 年生林分分别比 4A
和 8: 年生年平均温度分别高 4T95 和 4T:> o# 4A"
5A 和 8: 年生林分年平均土壤水分含量分别为
44T8>d"29T9?d和 42T>?d"5A 年生林分水分含量
比 4A 年生和 8: 年生林分分别低 :T>?d和 :T5Ad’
5 种林分土壤温度和水分含量月动态差异显著
$图 2%’ 5 种林分土壤温度变化模式类似"均是2 月
份最低"= 月份最高# 2 月份土壤温度表现为 8: 年生
图 2\马尾松林土壤温度和水分含量动态
Z"C32\aG&%B",./+."()-BH-*%)#*-%&D B."+)#*-
,.&)-&)"& 8%*#--)1+#1# +)%&D+
$4TA= o% p4A 年生$4T8? o% p5A 年生$8TA? o%"=
月份土壤温度表现为 8: 年生$42T>4 o% p4A 年生
$44TA2 o% p5A 年生$48T4A o%’ 5 种林分土壤水
992
林 业 科 学 8? 卷分含量变化不同! 4A 年生林分表现为 2 月最低
$2?TA=d%"> 月份最高$48T48d%# 5A 年生林分表现
为 ? 月份最低$24T>:d%"24 月份最高$2>T8?d%# 8:
年生林分则表现为 9 月份最低$2:T9?d%" 24 月份最
高$4:T4:d%’
5T4\凋落物叶分解动态\马尾松林凋落物叶经过
98A 天分解"4A 年生林分凋落物叶分解干质量剩
余率是 :5T9=d"5A 年生是 9?T>Ad" 8: 年生是
:9T9Ad# 预测的干质量剩余率分别是 :8T>>d"
:2TA=d和 :8T8?d’ 5A 年生林分分解速率与 4A"
5A 年生林分差异显著"分解模式类似$图 4% ’ A f
?A 天分解比 ?A f2>A 天分解快# 凋落物在 4A22
年 2>A f4=A 天 $4)8 月%分解最慢"凋落物叶分
解在夏季分解最快 $即分解的第 ? f24 月% ’ 4A"
5A 和 8: 年生马尾松林年凋落物叶分解常数分别
是 AT4?"AT55 和 AT5A"4A"5A 和 8: 年生马尾松林凋
落物叶分解 9Ad和 ?9d的时间分别是 4T8 和 2AT5:
年"4T22 和 ?T29年"4T59 和 2ATA=年$表 4%’
图 4\凋落叶分解动态
Z"CT4\!")-*(-%/D-,.BH.+")".& DG&%B",
表 GF凋落物叶 ])0"#分解指数模型及其参数
H&5DGF])0"#/J%"#/#’(&)4"7/)(’c0,"/11(,(/#’"1)(’’/*)/&17/,"4%"0(’("#
林龄 7)%&D %C- @(+.& 指数模型 @(+.& -cH.&-&)"%(B.D-( B4 9 9Ad ?9d
4A 年生 4AFG-%*F.(D 7k2AAT29-WAT4>? 8" AT?: AT4? 4T8A 2AT5:
5A 年生 5AFG-%*F.(D 7k??T=:4-WAT54= 4" AT?= AT55 4T22 ?T29
8: 年生 8:FG-%*F.(D 7k2AAT>>-WAT4?> 5" AT?9 AT5A 4T59 2ATA=
5T5\凋落物叶分解速率与土壤温度和水分含量的
关系\凋落物叶分解速率与土壤温度&土壤水分含
量U土壤温度比关系紧密"与土壤水分含量关系不明
显$图 5%’ 凋落物叶分解速率与土壤温度呈二次函
数关系$8pATA2%# 土壤水分含量与凋落物叶分解关
系不明显$8iATA9%# 马尾松林土壤水分含量U土壤
温度比与凋落物叶的分解速率呈三次函数关系$图
5%"4A 年生林分土壤水分含量U土壤温度比为 AT?2 f
28T??"5A 年生林分土壤水分含量U土壤温度比为
AT8? f8T9="8: 年生林分土壤水分含量U土壤温度比
为 AT:5 f22T49’ 土壤水分含量U土壤温度比在A f
8TA 时"凋落物叶分解速率随比值增大而增大"在
8TA f24TA 时凋落物叶分解速率随比值增大而减小’
8\结论与讨论
温度升高促进土壤养分矿化和提高微生物活性
进而加快凋落物分解 $Z"-*-*!"#$%" 4AA9%’ ;.*)-r
$2??>%研究表明温度降低会减慢凋落物叶分解’
本研究中 5A 年生马尾松林凋落物叶分解速率较 4A
和 8: 年生林分快"这与 5A 年生林分土壤年均温度
比 4A 和 8: 年生分别高 4T95 和 4T:> o一致"说明
凋落物叶分解速率与土壤温度呈正比’
在自然条件下很难分清温度和湿度的单独作用"
土壤温度和水分含量在凋落物分解过程中相互作用"
很难区分二者的作用$汪思龙等" 4A2A%’ 本研究中
土壤温度和水分含量对凋落物叶分解的综合影响较
显著"凋落物叶分解速率与土壤水分含量U温度比呈
极显著三次函数关系"这与 ;.*)-r$2??>%的研究结果
不太一致"即土壤水分含量U温度比值和凋落物分解
速率关系紧密且呈二次函数关系$7k#T4 ];T],%’
有研究表明凋落物分解速率与年均气温和降雨
量显著相关 $$..*-!"#$%" 2???# 6*./GB.J!"#$%"
4AA4%’ L#+)"& 等$4AAA%研究表明凋落物叶原位分解
速率随着降雨的增加而增加’ 李雪峰等$4AA=%研究
表明 降 水 量 变 化 会 显 著 影 响 蒙 古 栎 $UA!6,A-
*)1’)$+,#% 叶 片 分 解 速 率 和 养 分 释 放’ !"%.等
:92
\第 ? 期 葛晓改等! 土壤温度和水分含量对三峡库区马尾松林凋落物叶分解的影响
图 5\凋落物叶分解速率与土壤温度和水分含量的关系
Z"CT5\X-(%)".&+0"H+E-)J--& (")-*(-%/D-,.BH.+")".& *%)-
%&D +."()-BH-*%)#*-" B."+)#*-,.&)-&)
$4AA:%研究表明降雨对凋落物分解速率的影响比大
气温度大’ L#+)"& 等$2??>%研究表明随海拔升高"气
温降低"凋落物叶分解速率呈指数降低’ 本研究 5 种
林分处于同一区域"降雨量差异不大"4A 和 8: 年生林
分海拔比 5A 年生高"气温比 5A 年生稍低"这也是 5A
年生凋落物叶分解速率相对较高的一个原因’
参 考 文 献
陈鲜艳" 张\强" 叶殿秀" 等34AA?3三峡库区局地气候变化3长江
流域资源与环境" 2>$2% ! 8= W923
程瑞梅" 肖文发34AA>3三峡库区森林植物群落数量分类与排序3
林业科学" 88$8% ! 4A W4=3
葛晓改" 肖文发" 曾立雄" 等34A243不同林龄马尾松凋落物基质质
量与土壤养分的关系3生态学报" 54$5% ! >94 W>:43
李雪峰" 韩士杰" 张\岩34AA=3降水量变化对蒙古栎落叶分解过
程的间接影响3应用生态学报" 2>$4% ! 4:2 W4::3
李志安" 邹\碧" 丁永祯" 等34AA83森林凋落物分解重要影响因子
及其研究进展3生态学杂志" 45$:% ! == W>53
王鹏程" 姚\婧" 肖文发" 等34AA?3三峡库区森林植被分布的地形
分异特征3长江流域资源与环境" 2>$:% ! 94> W9583
汪思龙" 陈楚莹34A2A3森林残落物生态学3北京! 科学出版社3
肖文发" 李建文" 于长青" 等34AAA3长江三峡库区陆生动植物生
态3重庆! 西南师范大学出版社3
徐小锋" 田汉勤" 万师强34AA=3气候变暖对陆地生态系统碳循环
的影响3植物生态学报" 52$4% ! 2=9 W2>>3
杨会侠" 汪思龙" 范\冰" 等34A2A3不同林龄马尾松人工林年凋落
物量与养分归还动态3生态学杂志" 4?$24% ! 4558 W458A3
L#+)"& L6" I").#+-b 1$34AAA31*-,"H")%)".&" D-,.BH.+")".& %&D (")-*
D-,.BH.+%E"(")G./C!"6)-+(!6)-K)$7*)6K/# "& &%)"K-/.*-+)+.&
<%J%"~+3[.#*&%(./R,.(.CG" >>$2% ! 24? W25>3
L#+)"& L6" I").#+-b 1$32??>3S#)*"-&)DG&%B",+.& %H*-,"H")%)".&
C*%D"-&)"& <%J%"~"3@-,.(.C"%" 225$8% ! 92? W94?3
N.b0.*+)7" NV-*b-[h" $-("(.[" !"#$34A2A3QBH%,)+./-c)*-B-
J"&)-*J%*B"&C-K-&)+.& (")-*D-,.BH.+")".& "& %+#EFL*,)",
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