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Dynamics of plant litter and change of soil carbon and nitrogen contents in the process of the vegeta-tion restoration in hilly land in central Hainan Island

海南岛中部丘陵地区植被恢复过程中凋落物动态及土壤碳氮含量变化



全 文 :书广 西 植 物 Guihaia 32(5):630-636                                2012年 9 月  
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.05.013
海南岛中部丘陵地区植被恢复过程中
凋落物动态及土壤碳氮含量变化
王敏英1,2,刘 强1*
(1.海南师范大学,海口571158;2.海南省环境科学研究院,海口570206)
摘 要:为探究海南岛中部丘陵地区植被恢复过程中凋落物分解动态和土壤碳氮含量变化,采用时空互代
法,在琼中湾岭地区同时具有经自然恢复的草丛、灌丛、次生林和人工恢复的马占相思林4种植物群落的两个
山坡采用凋落物袋法进行凋落物交互分解实验。结果表明:4类型凋落物在同一样地中分解时,灌丛凋落物
肖梵天花分解速率最高;同一种类凋落物在4个样地中分解时,在灌丛样地的分解率较高,而在3个自然植被
样地中,分解速率为灌丛>草丛>次生林,显示随着植物群落进展演替的进程,凋落物分解速率呈现先增加后
降低的趋势;马占相思凋落物和在马占相思林样地分解凋落物的分解率均低于次生林。土壤碳氮含量变化不
显著,但有随植被恢复进程而增加的趋势。
关键词:凋落物分解;植被恢复;海南岛;丘陵
中图分类号:S718.55  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)05-0630-07
* Dynamics of plant liter and change of soil carbon
and nitrogen contents in the process of the vegeta-
tion restoration in hilyland in central Hainan Island
WANG Min-Ying1,2,LIU Qiang1*
(1.Hainan Normal University,Haikou 571158,China;2.Hainan Research
Academy of Environment Sciences,Haikou 570206,China)
Abstract:To explore the dynamics of plant litter decomposition and the changes of soil carbon and nitrogen in the hil-
y land region in central Hainan Island,we conducted an experiment of translocation litter decompositon on the ground
in situand ex situamong the four plant communities of grassland,shrubland,secondary forest and Acacia mangium
plantation distibuted in two hily slopes.The results were as folows:The litter decomposition rates of the 4types of
litter were significantly different in the same site,and the decomposition rate of U.lobatalitter was the highest.The
decomposition rates of a same type litter were the highest in shrubland among the 4plant communities,while in the 3
natural plant communities were in the order of shrubland>in grassland>in secondary forest,which indicated that
with the progressive succusion the decomposition rates were higher in the eralier stage and then lower in the later
stage.The decomposition rates of al litters were lower in A.mangiumplantation than in secondary forest.The total
contents of carbon and nitrogen in soils were trend to increase with the process of vegetation restoration,i.e.seconda-
ry forest>shrub land>grassland.
Key words:litter decomposition;vegetation restoration;Hainan Island;hily land
* 收稿日期:2012-02-27  修回日期:2012-07-05
基金项目:英国皇家学会研究基金(LJC/China/2005R1/Liu)[Supported by the Research Felowship of the Royal Society of UK(LJC/China/2005R1/Liu)
作者简介:王敏英(1979-),女,四川峨眉山市人,硕士,助理研究员,主要从事环境保护工作,(E-mail)greentea.2005@163.com。
*通讯作者:刘强,男,博士,教授,主要从事植被生态学研究,(E-mail)hnsylq@163.com。
  凋落物作为森林生态系统的一个重要组成部
分,通过其分解和养分释放,维持生态系统的养分平
衡并改善土壤物理和化学性质,同时对森林资源的
保护及持续利用有着重要作用。凋落物分解与其化
学组成密切相关,在不同的研究区域、不同的植物物
种或不同的土壤条件下,凋落物初始化学组分与分
解速率关系不同,影响其分解速率的主要因子也不
尽相同,在温带红壤丘陵地区凋落物木质素含量是
影响凋落物分解的最关键因子;在苏格兰的针叶林,
凋落物碳含量和碳/氮比值是影响分解速率的关键
因子(Berg & Ekbohm,1991);在加拿大森林群落
中,凋落物木质素/氮值是影响其分解速率的主要因
子(Moore等,1999)等。
当前,退化森林生态系统的恢复和演替是森林
生态学的一个研究热点,广大研究学者从植被演替
过程的干扰因素(江洪等,2003)、机制(Odum,
1969)和模型(Jiang,1999)等方面进行了很多深入
研究,但研究生态系统的恢复和演替过程中的凋落
物分解动态的还少有报道。为此,本研究利用海南
中部琼中湾岭地区的草丛、灌丛、次生林形成的自然
演替系列,再加上马占相思人工林共计4个植物群
落,采用时空互代法(刘强等,2005),对植物群落中
的10个优势种:蔓生莠竹、飞机草、斑茅、肖梵天花、
白楸、多花野牡丹、中平树、枫香、水棉树和马占相思
优势种的凋落叶进行交互分解实验,分析凋落叶的
分解动态,为认识海南中部丘陵地区的植被恢复过
程提供科学的参考。
1 材料和方法
1.1样地概况
研究地位于海南岛中部丘陵区的琼中湾岭
(109°57′E,19°07′N),属热带季风性气候。该地区
前地带性植被为热带常绿季雨林,目前研究区植被
有人工植被和次生植被。人工植被主要为马占相思
(Acacia mangium),规格为5m×3m,平均胸径为
18~20cm;次生植被由低海拔至高海拔依次为草
丛、灌丛、次生林和马占相思林,草丛为蔓生莠竹一
飞机草一斑茅(Microstegium gratum-Eupatorium
odoratum-Saccharum arundinaceum)群落;灌丛为
肖梵天花一白楸一多花野牡丹(Urena lobata—
Mallotus paniculatus—Melastoma affine)群落,
林内藤本植物丰富,有少量草本植物;次生林为中平
树一枫香一水棉树(Macaranga denticulate—Liq-
uidambar formosana—Wendlandia uvariifolia)群
落,林下植物较灌丛丰富,但藤本植物较少。本研究
采用时空互代法将这3种次生群落看成一个演替系
列。在研究地选择具有相似植物群落、海拔、坡度等
因素的2个山坡(同一植物群落类型的海拔相似)作
为实验地。分别在2个山坡的草丛、灌丛、次生林和
马占相思林4个样地中各设置两个样块,共16个样
块。
1.2实验设计和样品采集
1.2.1凋落物的收集与处理 2005年8月从研究地
的草丛、灌丛、次生林和马占相思林4个样地中收集
各群落优势种的新鲜凋落物,草丛样地为:蔓生莠
竹,飞机草,斑茅;灌丛样地为:肖梵天花,白楸,多花
野牡丹;次生林样地为:中平树,枫香,水棉树;马占
相思林样地为:马占相思;共计10种。带回实验室
风干,清除凋落叶上的杂质,剔除有分解痕迹的凋落
叶,备用。
将10种凋落叶,经二次组合为7个凋落物样,
其中各群落混合凋落物组合比例参照其在自然界比
例。7个凋落物样分别为:1As:蔓生莠竹;2Bs:肖梵
天花;3Cs:中平树;4Ds:马占相思;5Am:草丛混合
凋落物,包含蔓生莠竹、飞机草、斑茅凋落物,比例为
58%、23%、19%;6Bm:灌丛混合凋落物,包含肖梵
天花、白楸、多花野牡丹凋落物,比例为67%、24%、
9%;7Cm:次生林混合凋落物,包含中平树、枫香、水
棉树凋落物,比例为67%、21%、12%。测定各类型
凋落物的初始碳、氮含量(表1)。
运用时空互代法,进行凋落物的交互分解实验。
凋落物分解采用凋落物袋法,凋落物袋在地表自然
平放。选择非降解的尼龙网作为凋落物袋,孔径为
1mm×1mm,大小为15cm×20cm。把风干后的
凋落物按7个样分别称取10g装入凋落物袋内,每
一凋落物样160个重复。2005年9月10日将凋落
物袋模拟自然状态分散平放在12个样块内,放样之
前清除地面原有凋落物,每一凋落物样在每一样地
的每一样块内有10个重复。在实验开始的第23、
46、92、184、368天分5次回收凋落物袋,每次从每
一样块的每一凋落物样中回收2袋,即一次回收
224袋凋落物样,仔细清除泥沙、活植物根系、土壤
动物及虫屎等杂质后,在65℃条件下烘干至恒重,
称其重量得到凋落物残留物的干物质重,计算其损
失率及分解速率,并保存好样品。
1365期    王敏英等:海南岛中部丘陵地区植被恢复过程中凋落物动态及土壤碳氮含量变化
1.2.2土壤采集 在放置凋落物袋时,在每一样块
内各凋落物样旁设置一对照网阻止凋落物输入,以
比较凋落物分解对土壤养分含量的影响。在分解实
验开始的第368天对每一凋落物袋正下方和对照网
内的土壤(0~10cm)进行取样,共336个样。测定
土壤样碳、氮含量。
表1 各群落凋落物样初始碳氮含量
Table 1 The initial content of carbon and
nitrogen in main litter in plots
类型
Type
碳(%)

氮(%)

碳氮比
C/N
As蔓生莠竹凋落叶 43.03  0.95  50.73
Am蔓生莠竹、飞机草、斑茅混合
凋落叶
45.38  1.29  35.11
Bs肖梵天花凋落叶 43.94  1.89  23.32
Bm肖梵天花、白楸、多花野牡丹
混合凋落叶
43.90  1.89  23.18
Cs中平树凋落叶 46.06  1.85  25.18
Cm中平树、枫香、水棉树凋落叶 46.91  1.88  24.92
Ds马占相思凋落叶 50.84  2.59  19.81
飞机草凋落叶 47.90  2.34  20.49
斑茅凋落叶 49.52  1.07  46.16
白楸凋落叶 43.67  1.77  24.65
多花野牡丹凋落叶 44.22  2.25  19.63
枫香凋落叶 43.52  2.08  20.96
水棉树凋落叶 57.61  1.72  33.43
1.2.3化学分析 土壤样的全碳含量用重铬酸钾油
浴法[GB 9834-88]测定;全氮含量采用凯氏定氮法
[GB 7886-87],使用 KDN-2C型定氮仪(上海纤检
仪器有限公司)测定。
1.2.4数据分析 用SPSS10.0软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1不同种类凋落物其分解速率的变化
把收集自草丛、灌丛、次生林、马占相思林4个
群落的7个凋落物样,同时分别放在草丛、灌丛、次
生林、马占相思林4个样地中分解(表2)。4个样地
中凋落物分解残留率大小关系分别为,草丛样地:马
占相思凋落物Ds>中平树凋落物Cs>次生林混合
凋落物Cm>灌丛混合凋落物Bm>蔓生莠竹凋落
物As>草丛混合凋落Am>肖梵天花凋落物Bs;灌
丛样地:次生林混合凋落物Cm>蔓生莠竹凋落物
As>中平树凋落物Cs>马占相思凋落物Ds>草丛
混合凋落Am>灌丛混合凋落物Bm>肖梵天花凋
落物Bs;次生林样地:马占相思凋落物Ds>中平树
凋落物Cs>次生林混合凋落物Bm>草丛混合凋落
Am>马占相思凋落物Ds>蔓生莠竹凋落物 As>
灌丛混合凋落物Bm>肖梵天花凋落物Bs;马占相
思林样地:次生林混合凋落物Cm>中平树凋落物
Cs>马占相思凋落物Ds>草丛混合凋落 Am>蔓
生莠竹凋落物As>灌丛混合凋落物Bm>肖梵天花
凋落物Bs。经多元方差分析的结果显示:在草丛、
灌丛、次生林和马占相思林4个样地中,分解一年
后,部分凋落物之间分解失重率达到显著或极显著
水平。如:在灌丛样地Site B,凋落物肖梵天花Bs
与次生林混合凋落物Cm(P=0.036)的分解残留率
达到了显著水平;在次生林样地Site C,马占相思凋
落物Ds与蔓生莠竹凋落物As(P<0.001)、草丛混
合凋落物Am(P=0.042)、肖梵天花凋落物Bs(P<
0.001)、灌丛混合凋落物Bm(P<0.001)及肖梵天
花凋落物Bs与中平树凋落物Cs(P<0.018)、次生
林混合凋落物Cm(P=0.028)的分解残留率达到了
显著或极显著水平。在马占相思林样地Site D,肖
梵天花凋落物Bs与中平树凋落物Cs(P<0.001)、
次生林混合凋落物Cm(P<0.001)、马占相思凋落
物Ds(P<0.001)和灌丛混合凋落物Bm与中平树
凋落物Cs(P=0.005)、次生林混合凋落物Cm(P=
0.005)、马占相思凋落物Ds(P=0.007)。同一样地
中分解的4类型凋落物的分解残留率呈现显著或极
显著差异性,体现了凋落物种类对分解速率的影响。
2.2在不同样地凋落物分解速率的变化
各类型凋落物分别在4个样地中的分解残留率
大小顺序(表2),蔓生莠竹凋落物As为:马占相思
林Site D>灌丛Site B>草丛Site A>次生林Site
C;Am草丛混合凋落物、Bs肖梵天花凋落物、Cs中
平树凋落物、Cm次生林混合凋落物和马占相思凋
落物Ds为:马占相思林Site D>次生林Site C>草
丛Site A>灌丛Site B;Bm灌丛混合凋落物为:马
占相思林Site D>草丛Site A>次生林Site C>灌
丛Site B。总的来看,各类型凋落物在马占相思林
样地的残留率最高,在灌丛样地的残留率相对较低。
同一凋落物在不同样地中分解,其分解速率呈现显
著或极显著差异,体现了分解微环境对凋落物分解
速率的影响。其中草丛混合凋落物 Am在马占相
思林Site D的分解残留率与在草丛样地Site A(P
=0.011)和在灌丛样地Site B(P=0.004)的分解残
留率呈现极显著差异;中平树凋落物Cs在灌丛样
地Site B的分解残留率与马占相思林样地Site D(P
=0.003)达到极显著差异;次生林混合凋落物Cm
236 广 西 植 物                  32卷
在马占相思林样地Site D的分解残留率与草丛样
地Site A(P=0.009)和灌丛样地 Site B(P=
0.006)的分解残留率达到极显著差异;马占相思凋
落物Ds在灌丛样地Site B的分解残留率与在次生
林样地Site C(P=0.013)和马占相思林样地Site D
(P=0.003)的分解残留率达到极显著差异。
2.3土壤碳氮含量的变化
凋落物分解前后4个样地土壤碳氮含量及碳氮
比见表3和表4。
  4个样地中土壤碳含量,与初始值比较,在凋落
表2 不同凋落物样的分解特征
Table 2 Characteristics of litter decomposition of different species
凋落物样
Litter
species
分解地点
Decomposition
sites
方程
Equation
分解常数
Decomposition
rate k(g·g-1·d-1)
决定系数
Determination
coefficient R2
50%分解所需天数
Days of 50%
decomposition(d)
95%分解所需天数
Days of 95%
decomposition(d)
As  A草丛 y=e-0.006921t  0.006921  0.69200  100  433
Am  y=e-0.005948t  0.005948  0.86630  117  504
Bs  y=e-0.019035t  0.019035  0.70903  36  157
Bm  y=e-0.012953t  0.012953  0.44583  54  231
Cs  y=e-0.006228t  0.006228  0.48836  111  481
Cm  y=e-0.005928t  0.005928  0.68220  117  505
Ds  y=e-0.003331t  0.003331  0.81365  208  899
As  B灌丛 y=e-0.005226t  0.005226  0.89775  133  573
Am  y=e-0.007587t  0.007587  0.62404  91  395
Bs  y=e-0.018550t  0.018550  0.64493  37  161
Bm  y=e-0.013900t  0.013900  0.65736  50  216
Cs  y=e-0.007033t  0.007033  0.47752  99  426
Cm  y=e-0.006284t  0.006284  0.50155  110  477
Ds  y=e-0.007843t  0.007843  0.59454  88  382
As  C次生林 y=e-0.006386t  0.006386  0.76211  109  469
Am  y=e-0.004766t  0.004766  0.81290  145  629
Bs  y=e-0.013729t  0.013729  0.50537  50  218
Bm  y=e-0.009551t  0.009551  0.58053  73  314
Cs  y=e-0.004471t  0.004471  0.65119  155  670
Cm  y=e-0.005925t  0.005925  0.43241  117  506
Ds  y=e-0.002523t  0.002523  0.88420  275  1187
As  D马占相思林 y=e-0.004139t  0.004139  0.69443  167  724
Am  y=e-0.003424t  0.003424  0.82527  202  875
Bs  y=e-0.011417t  0.011417  0.49235  61  262
Bm  y=e-0.009765t  0.009765  0.47546  71  307
Cs  y=e-0.002648t  0.002648  0.69451  262  1131
Cm  y=e-0.002304t  0.002304  0.79738  301  1300
Ds  y=e-0.002641t  0.002641  0.53652  262  1134
表3 土壤碳氮含量变化情况
Table 3 The content of total carbon and nitrogen in soil
样地Sites
浓度Content(%)
初始值 368d处理(有凋落物覆盖) 368d对照(无凋落物覆盖)
碳C 氮N 碳氮比C/N 碳C 氮N 碳氮比C/N 碳C 氮N 碳氮比C/N
A草丛 3.6159  0.2304  15.6938  3.3010  0.2435  13.6304  3.5715  0.2499  14.3110
B灌丛 3.9461  0.2486  15.8733  3.2827  0.2562  12.8033  3.6474  0.2844  12.8166
C次生林 3.4903  0.2451  14.2402  3.6521  0.2726  13.4062  3.6990  0.2532  14.6627
D马占相思林 3.5196  0.2278  15.4504  4.0062  0.2846  14.1134  3.8123  0.2629  14.5160
物分解一年后,不论有凋落物覆盖或无凋落物覆盖,
土壤氮含量都有所增加,土壤碳含量在草丛和灌丛
降低,在次生林和马占相思林升高,碳氮比全都下
降。在凋落物分解一年后有凋落物覆盖(368d处
理)与无凋落物覆盖(368d对照)比较,土壤氮含量
在草丛和灌丛更低,在次生林和马占相思林则更高;
3365期    王敏英等:海南岛中部丘陵地区植被恢复过程中凋落物动态及土壤碳氮含量变化
土壤碳含量在草丛、灌丛和次生林更低,在马占相思
林更高;在所有植被类型都是碳氮比更低。表明有
凋落物覆盖的条件下,土壤全氮相对于全碳的比重
都有所增高。将有凋落物覆盖情况下土壤碳、氮含
量看成是该群落下土壤的含量,随着植被演替进程,
从草丛、灌丛到次生林,土壤碳、氮含量基本呈现增
加趋势,仅灌丛土壤碳含量略低于草丛样地。各群
落碳、氮含量比较,马占相思林土壤碳、氮含量显著
高于草丛和灌丛群落;次生林群落土壤氮含量显著
高于草丛群落。
表4 有凋落物覆盖下土壤碳氮含量
Table 4 The contents of carbon and nitrogen
in soil covered by litter
凋落物种类
Litter
species
分解地点
Decomposition
sites
氮(%)

碳(%)

碳氮比
C/N
As  A草丛 0.2144  3.4022  15.8688
Am  0.2633  3.0788  11.6932
Bs  0.2442  3.3708  13.8035
Bm  0.2574  2.8707  11.1528
Cs  0.2491  3.6326  14.5828
Cm  0.2519  3.5134  13.9478
Ds  0.2388  3.0632  12.8275
平均 0.2456  3.2760  13.4109
As  B灌丛 0.2491  3.3657  13.5105
Am  0.2302  2.8110  12.2083
Bs  0.2731  3.4299  12.5571
Bm  0.2576  3.4355  13.3383
Cs  0.2637  3.5037  13.2875
Cm  0.2436  2.9885  12.2687
Ds  0.2645  2.9126  11.0112
平均 0.2545  3.2067  12.5974
As  C次生林 0.2608  3.9550  15.1660
Am  0.2578  3.2556  12.6287
Bs  0.2699  3.4709  12.8616
Bm  0.2874  3.7812  13.1548
Cs  0.2793  3.7742  13.5147
Cm  0.3012  4.0528  13.4561
Ds  0.2714  3.4650  12.7672
平均 0.2754  3.6792  13.3642
As  D马占相思林 0.2598  4.5290  17.4309
Am  0.2828  3.7758  13.3516
Bs  0.3009  4.2866  14.2458
Bm  0.2973  3.9504  13.2892
Cs  0.2916  4.0490  13.8835
Cm  0.2791  4.0955  14.6764
Ds  0.2845  3.8889  13.6707
平均 0.2851  4.0822  14.3640
3 结论与讨论
3.1植被恢复过程中凋落物分解速率的变化
3.1.1凋落物基质质量影响凋落物分解速 各类型
凋落物在同一样地中分解时,其分解率存在差异,体
现了凋落物基质质量对凋落物分解速率的影响。
Swift等(1979)将凋落物的化学属性称为“基质质
量”;Smith &Bradford(2003)指出凋落物初始氮浓度
最能表征凋落物基质质量。本研究收集自灌丛样地
Site B的凋落物在4个样地中的分解速率较快,收集
自草丛样地Site A和次生林的凋落物Site C在4个
样地中的分解速率较慢。结合各类型凋落物初始氮
含量,肖梵天花凋落物初始氮含量较其它凋落物高,
说明凋落物初始氮含量对凋落物分解速率影响较大,
与相关研究结果相类似。但影响凋落物分解率的各
种化学性质之间的相对重要性尚不清楚,在不同研究
区域、不同群落类型,影响其凋落叶分解的关键因子
不同(Berg,2000;Sariyildiz and Anderson,2003)。
3.1.2分解微环境影响凋落物分解速率 同一凋落
物在不同样地中分解时,体现了分解微环境对凋落
物分解速率的影响。在草丛、灌丛和次生林3个样地
分解的各类型凋落物,其分解失重率基本都是灌丛
Site B>草丛Site A>次生林Site C,除蔓生莠竹凋落
物As为:次生林Site C>草丛Site A>灌丛Site B,灌
丛混合凋落物Bm为:灌丛Site B>次生林Site C>草
丛Site A;倘若把各类凋落物看作一个混合样,即8
类型凋落物分解失重率的平均值,仍为:灌丛Site B>
草丛Site A>次生林Site C;将草丛凋落物(蔓生莠竹
凋落物As、草丛混合凋落物Am)、灌丛凋落物(肖梵
天花凋落物Bs、灌丛混合凋落物Bm)和次生林凋落
物(中平树凋落物Cs、灌丛混合凋落物Cm)在原样地
的平均分解失重率代表该群落凋落物总体的分解失
重率,其大小关系依然为,灌丛Site B>草丛Site A>
次生林Site C,这一系列结果与浙江天童常绿阔叶林
演替中凋落物年失重率在演替过程中呈增长趋势的
研究结果有所不同,就其原因可能与样地土壤养分
含量和研究期间遭遇台风有关(王敏英等,2007)。
Grünzweig等(2007)的研究显示,无论旱季还是
雨季,灌丛凋落叶就地分解显著高于森林凋落叶就
地分解,在旱季分解速率还要高得多,认为与森林凋
落叶基质质量低(C/N比值高)有关。在旱季灌丛
凋落叶比小麦秸秆标准凋落物分解速率高很多,归
因为当地灌丛凋落物更适应干旱环境的分解,也许
还与有干旱胁迫和高太阳辐射地区当地凋落物受紫
外辐射的光降解有关(Austin and Vivanco,2006)。
Kchy & Wilson(1997)的研究显示,不论是禾
草凋落物还是乔木凋落物,在草地中的分解速率显
436 广 西 植 物                  32卷
著大于在林地中的分解速率。在不遮荫的草地分解
速率高于其他的处理组合,如:草地遮荫、林地遮荫、
林地不遮荫。禾草凋落物分解速率显著大于乔木凋
落物分解速率。在本研究中,灌丛是开敞度和透光
性最大的环境,次生林很荫蔽,草地也很茂密,放在
草地中的凋落物袋也被遮蔽。各类型的凋落物在3
种环境中的分解速率为:灌丛Site B>草丛Site A
>次生林Site C,与上述两项研究的结果一致,因此
相对敞开的冠层有利于较高的分解速率。应该说分
解的微环境条件,如光照度、透水性等因素对分解速
率有重要的影响。
3.1.3次生林与人工林凋落物分解速率的比较 凋
落物的养分归还对维持林地地力,保持林分长期生
产力起到积极的作用。各类凋落物在次生林和马占
相思林的失重率均以次生林较高,马占相思林较低。
同时在年凋落物量上,马占相思林也低于次生林,表
明马占相思林生态系统养分循环能力低于次生林生
态系统(王敏英等,2007)。吴毅等(2002)的研究表
明,枯枝落叶的分解率为:滇青冈天然林>团花木新
姜子次生林>干香柏人工林。天然林的凋落物数量
大、养分归还量高、分解快,具有良好自我培肥地力
的能力。但任泳红等(1999)的研究显示,橡胶多层
林的凋落物消失率常数为2.25,较季节雨林(2.0)
的大,也就是人工林比天然林分解快。因此还不能
认为,天然林的凋落物分解一定比人工林分解快。
由于凋落物分解速率依赖于3组相互作用的变量:
分解者群落的属性,决定凋落物自身降解性的有机
质特征,即凋落物质量和在大气候和土壤尺度或小
气候尺度上起作用的物理化学环境(Swift等,
1979)。在同一地区的人工林和天然林可以在大气
候和土壤尺度上的环境相同,在小气候尺度上的物
理化学环境相似,但凋落物质量与分解者群落的差
异在人工林和天然林之间可能没有一个明确的界
限,而是更依赖于具体植物的种类及其特性。
3.2植被恢复过程中土壤碳氮含量变化
土壤肥力是土壤物理、化学和生物性质的综合
反应,其中土壤有机质、全氮含量是土壤化学性质中
的两个重要指标。土壤全碳含量代表土壤有机质的
多少。土壤有机质对生态修复的指示作用很明确,
有机质含量高则土壤性状优良。同时土壤有机质对
于生态修复的响应也较快,因此有机质可以作为植
物种、措施配置、恢复阶段的恢复效果的指标(孙长
安等,2008)。土壤全氮对提高土壤的保肥力和缓冲
性有重要作用。
在草丛样地将As蔓生莠竹、Am草丛混合凋落
物覆盖下土壤全碳、全氮含量和碳氮比的平均值代
表该群落下土壤的含量,在灌丛样地将Bs肖梵天
花、Bm灌丛混合凋落物覆盖下土壤全碳、全氮含量
和碳氮比的平均值代表该群落下土壤的含量,在次
生林样地将Cs中平树、Cm次生林凋落物覆盖下土
壤全碳、全氮含量和碳氮比平均值代表该群落下土
壤的含量。在分解实验开始的368d,土壤全碳含量
大小关系为:草丛(3.2405%)<灌丛(3.4327%)<
次生林(3.9135%),土壤全氮含量大小关系为:草丛
(0.2389%)< 灌 丛 (0.2654%)< 次 生 林
(0.2902%),随着进展演替进程均呈现增加趋势。
与在黄土丘陵沟壑区的子午岭次生林区的研究结果
(张红等,2006)基本一致,该地区土壤有机质含量
为:乔木>灌木>草本;土壤全氮含量为:乔木≥草
本>灌木。土壤全碳和全氮一致的变化趋势与土壤
有机质的积累有关,因为土壤全碳、全氮含量与土壤
有机质含量呈显著正相关(Haynes等,1991)。孙长
安等(2008)指出,土壤有机质对于生态修复的响应
较快,可作为生态恢复效果的指标。因此,本研究区
域通过植被—土壤交互作用,植被次生恢复过程中
土壤肥力状况不断改善,土壤肥力的改善又将促进
植被恢复,整个群落将朝着顶级群落方向发展。
3.3次生林与马占相思林土壤碳、氮含量变化
次生林样地中将Cs中平树和Cm次生林混合凋
落物覆盖下土壤全碳、全氮含量和碳氮比代表该样地
土壤的含量,马占相思林样地中将Ds马占相思凋落
物覆盖下土壤全碳、全氮含量和碳氮比代表该样地土
壤的含量。在分解实验开始的368d,经自然恢复的
次生林土壤全碳含量从其初始值3.4903%,增加到
3.9135%,增加了0.4232%,而经人工恢复的马占相
思林土壤全碳含量从初始值3.5196%,增加到3.
8889%,增加了0.3693%。该实验结果表明,次生植
被比人工植被更有利于有机质的积累。土壤有机质
在土壤中含量虽然不多,但却在很大程度上决定着土
壤肥力,影响着其上植被的生长。本实验中,经凋落
物分解后,次生林土壤全氮含量(0.2902%)高于人工
恢复的马占相思林土壤全氮含量(0.2845%),与两者
土壤全碳含量大小关系一致。与初始全氮含量相比,
在次生林样地中经凋落物分解后土壤全氮含量提高
了0.0451%,在马占相思林样地中提高了0.0567%,
增幅以马占相思林较大,可能与马占相思具有较强
5365期    王敏英等:海南岛中部丘陵地区植被恢复过程中凋落物动态及土壤碳氮含量变化
固氮能力有关。次生林土壤全碳含量和全氮含量均
高于马占相思林,但其碳氮比关系与之相反,为次生
林小于马占相思林,这有利于其上植物群落的生长。
因为当土壤碳氮比越大,土壤微生物对氮的固定量
越大,对土壤NO-3 -N的抑制作用也越大,不利于植
物的生长(周莉等,2007)。
3.4交互分解
植被恢复过程中,土壤形状的改善是植被恢复
的重要目标,其目标是促进植被的正向演替,建成稳
定的植物群落,反过来植物群落的演替又促进土壤
形状的改善,因此植物与土壤之间交互促进。本研
究的交互分解试验部分结果表明,收集自灌丛凋落
物的肖梵天花凋落物Bs无论在草丛样地、次生林样
地、马占相思林样地还是灌丛样地,其分解率均较
高;各种类型的凋落物在这4个样地中分解时,在灌
丛样地的分解速率也是较高;而且对这4个群落的
年凋落物进行比较,灌丛群落的年凋落物量还是最
高(王敏英等,2007),据此我们推测处于演替中期阶
段的灌丛群落目前的状态优于次生林群落、草丛群
落和人工马占相思林群落,从另一个角度反映出该
地区的植被恢复可能受到了干扰。土壤碳、氮含量
可能在一年期内的变化不明显,而且不同植被的比
较是一个长期的累积效应的比较,短期的结果呈现
了其动态变化状况,长期的监测才能更好地体现植
被与土壤的交互作用,因此建议继续实验以准确认
识该地区植物与土壤之间的交互作用。
总之,从以上分析可以认为,在海南岛中部丘陵
地区随着植物恢复的进程,凋落物分析速率呈现先
增加后降低趋势,土壤碳氮含量呈上升趋势;次生群
落凋落物分解速率和土壤碳氮含量均优于马占相思
群落;表明海南热带丘陵地区次生植被生态系统的
物质循环功能总体良好,但受到一定程度的干扰。
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