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有机物分解可以产生植物可吸收的营养物质,是一个重要的生态系统过程,也是全球碳循环的一个主要通量。森林中的木质残体是一个巨大的碳库,对于其分解成游离碳并释放到大气的速率的研究是一个非常重要的课题。影响有机物分解的因素较多,不同因子在木材分解过程中的相对作用还了解得不够。此外,土壤退化和土地利用方式转变等威胁热带雨林生物多样性的因素可能影响有机质分解,但如何影响知之甚少。为了填补木材分解过程中的一些认识空白,本论文通过实验对木材残体分解过程中CO2释放、木材比重变化和不同植物组织如树皮、树枝和树干的质量损失等方面进行了研究。 我们总结了以往关于量化有机底物的呼吸速率的工作,并简要讨论了如何提高测定技术,尤其是使用非发散的红外气体分析仪(NDIR),可以适用于评估短期实地测量的碳动态变化。该技术加快了测量速度并且成本较低,使研究人员能够增加重复次数、调查时间以及空间变化。我们描述了当采用封闭室连接到NDIR时,有机质底物释放CO2的通量计算所涉及的一些理论。尽管可能需要一些附加条件,原则上这些方法可以拓展到任何用封闭室测量土壤表面CO2,一氧化二氮或甲烷释放以及树干CO2呼吸等气体通量的测定。我们指出在早期的研究中不正确的公式应用导致对CO2释放的估算不足或过度估计。关于使用连接NDIR的封闭气室来测量木质残体、落叶层或木质茎呼吸的大量研究中,只有22%(11/51)的研究提供了用于计算CO2通量的方程式,而其中的72%(8/11)研究存在根本性错误。若用我们的木质残体分解数据为例计算,不正确的公式使用所导致的CO2通量被错误估计——从低估8%到高估22%不等。在不同研究中该错误各不相同,这些错误可能限制我们CO2排放的认识,并影响我们将该部分知识整合到全球碳排放模型中。 前人已有对植物不同部位分解的研究,但很少有研究考虑到树皮的分解或者树皮在倒伏木材分解中的作用。然后,树皮占树木生物量一个重要份额,并且可能影响了树木的分解。我们使用了凋落物床的方法来研究影响树皮分解的因素及其在树木分解中的作用,研究材料为中国西南次生热带季雨林的5种优势树种。对于树皮,我们使用了分解袋,实验持续了12个月,使用不同网眼尺寸研究了分解动物对树皮分解的影响。对于木头,我们比较了带有和去除树皮的树枝的分解过程,实验持续了24个月。树皮和木头的分解初始化学成分不同,不同物种间具有不同的成分模式。四个物种中,较之树皮,木头含有较多的碳和纤维素,较少的氮和磷。第五个物种,鹧鸪麻(Kleinhovia hospita),较之树皮,木头含有较少的碳和较多的水溶性糖。而钾、木质素、半纤维素和单宁的含量模式在5种植物中更加多变。12个月后,粗网孔网袋装的树皮质量损失在58%到96%之间,而在去除了中等大小和较大土壤动物的细网孔网袋装的树皮质量损失在44%到82%之间。物种和去除土壤动物均对树皮分解有重要影响。两年后,木头质量损失率在28%到100%。去除树皮对于木头分解的影响具有物种特异性,2个物种(Tectona grandis和Cunninghamialanceolata)在去除树皮后表现分解变慢,而去除树皮对其余3个物种分解速率没有影响。我们发现物种对于树皮分解速率和木头分解有显著效应。因此,有必要测定更多的树种的树皮性状尤其是化学特征,另外,在木头分解研究中可以考虑把树皮单独作为一个器官来对待。 本研究中,我们在一个热带山地雨林生境,研究了不同干扰梯度下非生物和生物因子对木材分解的影响。将具有截然不同的木材比重的两个本地种原木放置在森林的地表进行自然分解(n=280),持续三年每年定期监测每一个原木木材比重损失。同时,对于同一个原木分别采集其与地面接触以及与空气接触的两部分原木木芯样品。研究发现森林干扰对木材分解的影响不显著。尽管选的2个树种木材密度差别大,但是物种对木材的分解没有显著影响。然而,物种和木芯位置互作,物种和分解时间互作对木材分解速率有显著影响。这些结果表明其他因子而不是木材比重和冠层郁闭度控制着木材凋落物分解。另外,树干耐受白蚁啃食和树皮的水分保持作用可能对于其分解速率有重要影响。 总之,本研究为以后应用封闭室呼吸速率的正确计算提供了一个公式,也为关于影响木质残体、叶凋落物及其他基质分解释放二氧化碳的因素间比较研究提供了依据。最后,这将有助于提高森林呼吸的参数化。下一步木材分解研究中,还应分别检查树皮和木材,并考虑树皮去除实验,以更好地理解树皮在木材分解的作用。我们发现森林干扰对木质残体分解没有显着的影响。需要更多的研究以证明木材比重改变与其他变量如质量损失关系的研究模式。此外,随着技术的进步,我们认为对木质残体分解机理的理解应该进一步考虑分解过程中微生物群落的变化和多样性。