台风影响区城市典型绿化树种凋落物分解

来源 :西华师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cytunyu
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凋落叶分解作为地上和地下部分的联系通道,是生态系统物质循环和能量流动的关键过程,并受到气候、基质质量和土壤生物群落等因子单独和交互作用的影响。台风是干扰沿海森林生态系统的极端灾害气候现象,特别是台风干扰产生的非正常凋落物分解可能深刻影响着物质循环和能量流动。相比正常凋落叶,非正常凋落叶缺乏养分回收环节,凋落叶质量的改变可能直接影响分解过程或导致土壤动物的选择性取食从而间接影响分解过程。然而,有关台风产生的城市森林非正常凋落物分解、土壤动物对台风干扰产生的凋落物分解过程的影响以及土壤表面与悬挂于灌木和草丛的凋落物分解是否存在差异等,迄今缺乏系统研究。因此,为理解台风干扰对城市生态系统物质循环和能量流动的影响,本文以受台风干扰频繁的浙江省台州市城区代表性的城市绿化树种全缘叶栾(Koelreuteria bipinnata var.integrifoliola)、香樟(Cinnamomum camphora)和垂柳(Salix babylonica)为研究对象,采用凋落物网袋法等实验研究手段,研究了2020年太平洋第4号台风“黑格比”干扰产生的非正常凋落物的质量(mass)损失、养分含量以及叶片基质质量(quality)变化动态及其对分解环境和土壤动物排除的响应。主要结果如下:1、台风干扰下产生的非正常凋落叶初始元素含量碳、氮和磷(C、N、P)、显著高于正常凋落叶(除全缘叶栾N含量),而木质素(Lignin)和纤维素(Cellulose)含量较正常凋落叶低(除香樟凋落叶木质素和垂柳凋落叶纤维素),并且非正常凋落叶C/N、C/P、Lignin/N和Lignin/P显著低于正常凋落叶(除全缘叶栾的C/N),这表明非正常凋落叶具有较高的质量。此外,在初始金属元素含量方面非正常凋落叶的钾(K)含量显著高于正常凋落叶,钠(Na)含量也高于正常凋落叶,但并不显著。此外,钙(Ca)、镁(Mg)、铝(Al)、铁(Fe)和锰(Mn)含量显著低于正常凋落叶(除全缘叶栾Ca和垂柳Al含量),原因可能是微量元素在生理性凋落之前未被回收。2、台风干扰下产生的非正常凋落叶具有更高的分解率,特别是香樟和垂柳的非正常凋落叶在分解过程中的各个关键时期的质量损失率均显著高于正常凋落叶。同时,非正常凋落叶C以及养分元素P和K在分解研究结束时相比正常凋落叶有更大程度的释放,而N含量在整个分解过程中显著高于正常凋落叶,并先于正常凋落叶到达N释放阈值。此外,非正常凋落叶分解过程中的木质素含量在分解过程中的各个关键时期均显著低于正常凋落叶,各个关键时期的生理性和非正常凋落叶纤维素含量变化较为复杂,这可能与树种间的差异有关。重复测量方差分析结果表明,物种和台风的交互作用对凋落叶纤维素含量产生显著影响。3、至凋落物分解实验结束,虽然土壤动物对生理性和非正常凋落叶质量损失率的贡献率没有显著差异,但在不同关键时期土壤动物对凋落物分解的贡献存在较大差异。在分解前90 d,土壤动物对非正常凋落叶质量损失的贡献率显著高于正常凋落叶,在梅雨季节,土壤动物对凋落叶质量损失的贡献率显著增加。土壤动物对生理性和非正常凋落叶C、P、纤维素、K和Na含量的贡献率差异显著;而且,土壤动物对生理性和非正常凋落叶的选择偏好会随关键时期而改变,但总体上更愿意选择非正常凋落叶。4、分解研究结束时,草坪上的正常和非正常凋落叶质量损失率高于土壤表面的凋落物,但没有显著差异。草坪上的凋落叶C含量和K含量低于土壤表面,而N含量更高,P元素含量没有显著差异。土壤动物对草坪上凋落叶分解的贡献显著高于土壤表面。在整个分解阶段,土壤动物对非正常凋落叶质量损失率、C、N、木质素和纤维素的贡献率更高。因此,无论是土壤表面还是草坪分解环境中,土壤动物偏好选择质量更高的非正常凋落叶,从而提高了凋落叶分解率。5、相关分析表明,凋落物质量损失率与凋落叶温度、凋落叶初始N含量和P含量呈显著正相关,与凋落叶初始木质素含量、纤维素含量、C/N、C/P、N/P、L/N和L/P呈显著负相关。土壤动物的凋落叶质量损失的贡献率也受到凋落叶温度、湿度以及初始木质素含量的影响。重复测量方差分析表明,土壤动物显著影响凋落叶的质量损失率、C、木质素和纤维素含量。因此,土壤动物对非正常凋落叶的选择性取食是其分解速率较快的原因之一。总之,台风干扰、土壤动物、关键时期、物种和不同分解环境等因素及复杂的交互作用共同决定了台州城市典型绿化树种的凋落叶分解。台风干扰通过直接改变凋落叶基质质量以及间接影响土壤动物的贡献从而促进了城市绿化树种凋落叶失重和养分释放,并且草坪分解环境中,能够大幅度激发土壤动物对凋落叶分解贡献。正是这样的加速物质循环机制,成为沿海森林生态系统维持和稳定的前提条件。
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