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随着演替的进行,森林生态系统结构发生改变,相应的系统功能也会发生变化,生态系统的结构与功能是相互作用,相互影响的两个方面。养分循环是生态系统的重要功能之一,演替的不同阶段,生态系统树种组成等结构不同,也具有相异的养分循环模式。本研究依托鼎湖山森林生态系统定位研究站,基于定位站生物量、土壤、凋落物以及降水的长期监测数据,对比分析演替序列上的三个森林生态系统N、P、K、Ca、Mg养分元素的生物地球化学过程,研究演替对森林养分循环随的影响,主要结论如下。 植被是生态系统养分的重要储库,随着森林生态系统的正向演替,植被养分库呈现增长趋势,演替后期的季风常绿阔叶林具有最大的养分储量,虽然近年生物量呈现衰减趋势,由此造成植被养分库的减少,死亡的树木形成粗死木残体(Coarse Woody Debris),较为缓慢地分解,释放养分;演替中期针阔叶混交林由于生物量持续增加,植被养分库扩增,其养分库在演替序列上处于中间水平,演替初期的马尾松林具有最小的植被养分库,在两次调查期间相差不大。 土壤养分的形成与累积是生物与母质相互作用的结果,在研究期间,除N显著增长以外,三个森林的土壤养分并无显著变化,有效P和有效K没有显著变化,而呈现波动状态。在演替序列上,随着森林生态系统的正向演替,土壤养分库亦呈现增长趋势,演替后期的季风常绿阔叶林具有最大的土壤养分库,演替初期的马尾松林最低,但P无明显趋势。 凋落物是森林生态系统内养分循环的最主要途径,季风常绿阔叶林凋落物产量较高,而现存量最低,具有最高的凋落物周转速率(1.12±0.19),马尾松林则相反,周转速率最低(0.58±0.08),混交林居于两者之间(1.04±0.12),演替不同阶段森林凋落物周转速率的不同表明养分循环速率的差异。叶片等在凋落前会发生养分的转移,对比凋落物中养分含量,则以季风常绿阔叶林相对更高,尤以P的差异最为明显,以成熟叶片与新鲜凋落物中P含量之差与成熟叶片P含量的比值表示P的重吸收率,季风常绿阔叶林凋落物P的重吸收率仅有14.6%,演替中间阶段的混交林为41.5%,演替早期的马尾松林最高,达58.6%。P循环速率决定了其他养分的循环,不同的P重吸收率表征着相异的养分循环模式。 比较降水相关的养分流动,穿透水与树干茎流中N、P浓度具有与凋落物相同的态势,P限制最为严重的季风常绿阔叶林具有更高的养分P通量,表现为穿透水及树干茎流中P的浓度更高,N∶P更低,这利于微生物活动以及细根的生长,系统得以平稳运转。 养分元素是生态系统的物质基础,养分在生态系统组分间的分配影响着相应组分功能的达成;森林的演替即是植被对环境的改造过程,是系统各组分相互影响相互作用的结果。演替初期的马尾松林,外部环境相对恶劣,植被以叶枝凋落前,高的养分重吸收率,来提高养分利用效率,养分在植株个体内部循环;演替后期系统要保持相应的运转,需在植被与微生物间寻求养分分配的平衡,而随着环境的改善,季风常绿阔叶林具有较好的养分保持能力,系统通过调节养分在系统内的配比来实现生命活动的快速运转,养分则在系统层面上循环。