【摘 要】
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凋落物是指在生态系统内,由地上植物组分产生并归还到地面,作为分解者的物质和能源,借以维持生态系统功能的所有有机质的总称。凋落物分解是生态系统养分循环的关键过程之一,对分解过程的研究有助于理解生态系统的生物地球化学循环和土壤有机质的形成。近年来全球气候变化现象不容忽视,它所导致的干旱现象与生物多样性变化,将会对凋落物分解速率及养分流失动态产生直接或间接影响。目前,已有大量的研究关注干旱对凋落物分解的
【基金项目】
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中央公益性科研院所基本科研业务费学科发展项目“干旱对竹林/竹藤伴生林土壤生态功能影响机制研究(1632019006)”; 中央公益性科研院所基本科研业务费学科发展项目“森(竹)林土壤微生物与土壤碳过程研究(1632018004)”; 国家重点研发计划项目“两屏三带”生态系统服务格局优化,子课题:国家生态屏障区生态系统格局驱动机制(
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凋落物是指在生态系统内,由地上植物组分产生并归还到地面,作为分解者的物质和能源,借以维持生态系统功能的所有有机质的总称。凋落物分解是生态系统养分循环的关键过程之一,对分解过程的研究有助于理解生态系统的生物地球化学循环和土壤有机质的形成。近年来全球气候变化现象不容忽视,它所导致的干旱现象与生物多样性变化,将会对凋落物分解速率及养分流失动态产生直接或间接影响。目前,已有大量的研究关注干旱对凋落物分解的影响及混合凋落物分解中的多样性效应。但是热带地区普遍受磷限制,所以对于热带地区来说,研究干旱与磷添加的交互效应也尤为重要。因此,本文选取海南省三亚市甘什岭热带低地季雨林生态保护区为研究地,选取该地区相对多度较高、不同化学、形态特征的4个树种叶凋落物为研究对象,分别为铁凌(Hopea exalata)、白茶树(Koilodepas bainanense)、黑叶谷木(Memecylon nigrescens)、山油柑(Acronychia pedunculata),基于林内穿透雨减少(模拟干旱)和磷添加双因素交互控制实验平台,共设计3个随机区组,每个区组设置4个处理:模拟干旱处理D(-50%降雨)、磷添加处理P(+50Kg P hm-2yr-1)、模拟干旱×磷添加处理DP(-50%降雨×+50Kg P hm-2yr-1)、空白处理C。首先,研究4个处理下的4种叶凋落物单种分解快慢与C、N流失动态变化,以探究模拟干旱、磷添加对叶凋落物分解的影响机制及土壤中磷的可用性是否调控干旱对叶凋落物分解的影响。其次,研究由铁凌、白茶树、黑叶谷木、山油柑4个树种叶凋落物组成的11组混合叶凋落物(6组两个树种叶凋落物+4组三个树种叶凋落物+1组四个树种叶凋落物=11组)分解中的多样性效应,基于混合分解中的C、N损失与质量损失,计算混合叶凋落物分解中的补偿效应、选择效应、净多样性效应,以探究混合叶凋落物分解中的多样性效应、C、N损失及其与混合叶凋落物不同丰富度的关系,模拟干旱、磷添加及二者交互处理对净多样性效应、C、N损失的影响机制。主要研究结论如下:(1)不同树种叶凋落物因基质质量不同,导致分解速率、C、N损失率存在显著差异。其中,初始N含量较高,C/N比较低的凋落物分解较快;初始N含量较高的叶凋落物释放N,初始N含量较低者富集N;且在凋落物分解过程中,4个树种叶凋落物C含量均一直处于释放状态,N含量因树种不同而存在差异。(2)模拟干旱处理抑制凋落物分解与C、N损失,但与叶凋落物种类有关,初始N含量较高、C\N比较低的叶凋落物受干旱抑制程度较大;磷添加处理促进凋落物分解的C损失、抑制N损失;模拟干旱与磷添加处理存在交互效应,磷添加缓解甚至反转了干旱胁迫对凋落物分解的作用。(3)在11组混合叶凋落物中,其中有10组存在显著多样性效应,且净多样性效应、补偿效应均显著大于零;且混合叶凋落物分解的多样性效应、C、N损失与叶凋落物树种丰富度存在显著正相关关系。(4)模拟干旱、磷添加及二者交互处理对多样性效应均不产生显著影响。主要结论:模拟干旱处理可能通过减弱雨水的淋溶、破碎等物理作用、降低土壤动物、微生物分解者丰富度与活性,间接抑制凋落物分解与C、N损失;磷添加处理可能通过提高土壤微生物分解高碳含量物质的能力,间接促进凋落物C损失,土壤中磷可用性升高,可能导致微生物分解者优先利用土壤中的P,抑制对凋落物的分解,且微生物可能优先完成自身生长繁殖而不是生成用于凋落物分解所需的酶,间接抑制N损失;磷添加处理缓解甚至反转了模拟干旱处理的作用;91%的混合叶凋落物组合中存在多样性效应,且补偿效应占主导,即多样性效应可能来源于资源互补或不同生态位种间互促;多样性效应、C、N损失随着混合凋落物中树种丰富度的增大而增强,丰富度增加提高了凋落物物质资源的丰富性、微环境条件的丰富性,提高了土壤微生物群落的丰富度与活性,促进凋落物分解,促进了多样性效应与C、N损失;模拟干旱、磷添加及二者交互效应不对多样性效应存在显著影响。
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