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凋落物是植被-土壤系统之间的联系纽带,在维持森林生态系统正常的物质循环和养分平衡方面起着特别重要的作用。西南喀斯特地区是我国重要的脆弱生态功能区,研究该区森林凋落物特征对于理解喀斯特生境条件下生态系统物质循环以及植物的适应机制具有重要意义。本文以桂西北喀斯特区天然次生林作为研究对象,选择了处于同一演替序列中的灌丛、藤刺灌丛、乔灌丛3个次生林群落,并以位于木伦国家自然保护区的原始林群落作为对照,从2007年9月开始,进行了为期1年的生态定位研究;通过开展凋落物收集、有机层和表层土壤(0~5 cm)采样的野外工作,以及凋落物与土壤的有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量的实验室分析,探讨了各次生演替阶段森林的OC与养分归还规律,林下有机层的OC与养分库特征,以及凋落物与表层土壤之间的关系。结果表明:
1)桂西北喀斯特森林生态系统自然演替过程中,灌丛、藤刺灌丛、乔灌丛这3个次生林群落年均凋落物量分别为6053.93、6794.40、6554.38 kg·hm-2,原始林的年凋落物量为4343.23 kg·hm-2。在凋落物的组成中,叶占明显优势。凋落物的季节变化以单峰形式出现,次生林群落基本在9月出现峰值,在2月出现低谷。凋落物的TN、TP和TK元素含量整体上均表现为叶>枝;OC和养分元素的年归还总量均以藤刺灌丛最高,原始林最低。
2)各群落养分利用效率表现为TP>TK>TN,P的归还量最少而利用效率最高,可能是喀斯特植被生长演替的限制营养元素之一。除TK外,TN、TP均随演替阶段的上升而利用效率增大,表明沿着演替梯度,适生性植被的主导地位不断加强,对喀斯特脆弱生境的养分胁迫逐渐产生适应机制。
3)有机层凋落物贮量随演替正向进行呈增高态势,各次生林凋落物贮量均表现为冬春季节(Nov-07、Feb-08)高于夏秋季节(May-08、Aug-08),且不同群落未分解层与半分解层的比例各不相同。有机层的养分元素含量随着演替阶段的升高有降低的趋势,而贮量的基本趋势是随演替上升有所增大。次生林群落的凋落物分解速率以及OC和养分元素的释放回归速率都大于1,群落间差异具体表现为藤刺灌丛>灌丛>乔灌丛>原始林。
4)由于各演替阶段的树种组成和群落结构等的不同,在从灌丛向顶级群落演替的进程中,森林的自养能力可能存在一个先增高再降低的过程;而与其他森林生态系统相比较,喀斯特次生林的凋落量、养分归还量较大,养分回归较迅速,具有良好的自养能力和恢复潜力。
5)各群落表层土壤OC含量依演替阶段上升而增大,从灌丛到原始林分别为59.35、70.85、78.86、95.28 g·kg-1;而土壤养分含量分别为:3.70、4.78、5.34、5.06(TN),1.17、1.21、1.08、0.93(TP),6.01、2.75、6.69、3.45(TK)g·kg-1,由于受到气候条件和凋落物分解的影响,各群落均表现出较大的季节变化。凋落物并非影响土壤OC和养分含量的唯一因素,生态系统长期演替的累积效应与群落微生境也对土壤质量产生重要影响。