粗木质残体(CWD)是森林生态系统结构和功能的重要组成要素。虽然它因受森林类型、演替阶段、经营历史等因子的影响而变异性较大,但其在参与森林碳和养分循环、维护生物多样性等方面的重要作用不容忽视。CWD在森林地上凋落物中占有很大的比例,是非常重要的碳库；CWD分解释放出的CO2是其碳丢失的主要途径,是大气圈的重要碳源之一。地处气候变化敏感区的东北地区森林在全国和区域碳平衡中的作用至关重要,但其碳循环研究尚存在较大的不确定性,其中CWD的贡献率以及对环境变化的响应还不清楚。本文采用长期定位跟踪实测方法,综合研究温带森林中11个主要组成树种CWD分解过程中碳、氮以及结构性化学成分的动态,旨在比较揭示不同树种CWD分解过程中对森林碳循环的贡献及其控制机理。测定树种包括：白桦(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tilia amurensis)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、蒙古栎(Quercus mongolica)、色木槭(Acer mono)、春榆(Ulmus japonica)、红松(Pinus koraiensis,)、黄檗(Phellodendron amurense,)、兴安落叶松(Larix gmelinii,)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)。主要开展了如下三方面的研究：(1)粗木质残体分解释放出的CO2通量(RCWD)的时空动态及其与环境因子的关系。于2008年和2009年5月—10月采用红外气体分析法测定4个水热状况不同的立地条件(红松人工林、硬阔叶林、蒙古栎林和林外空旷地)下11个树种的RCWD的时间动态及其对CWD温度(TCWD)和含水量(WCWD)的响应。结果表明：在测定期间,11个树种RCWD的日动态多受TCWD驱动而表现为单峰曲线格局,其最高值出现在13：00—15：00时,明显滞后于气温(TA)的日变化。然而,在7月和8月RCWD对温度变化的响应不明显,呈现出无峰或多峰的口变化格局。各树种均表现为白昼RCWD平均值高于黑夜。RCWD与TCWD、TA有显著的相关关系(P＜0.05),但与测定前两个小时的TA相关更紧密,说明RCWD对TA响应的滞后性。RCWD温度系数(Q10)随树种和季节而变化,波动在1.74(白桦)和4.20(蒙古栎)之间,并有随温度升高而减小的趋势。所有树种RCWD的季节变化基本上呈现一致的单峰曲线格局,高峰值均出现在温度最高的7—8月份,与TCWD的季节变化格局基本一致,而CWD含水量(WCWD)对其影响较小。RCWD的变异系数(CV)变化趋势与TCWD相反,随温度的升高CV值逐渐减小。将RCWD标准化成TCWD为15℃时(R15)比较发现,不同树种间R15差异显著(P＜0.001),其中以白桦的平均R15最高,黄檗最低,前者是后者的4.93倍(2008)和6.04倍(2009)。总体上看,阔叶树种的R15明显高于针叶树种。基于质量的R15(R15／g)与WCWD呈显著正相关(r=0.76),但影响程度因树种而异。密度较小的软阔叶树种R15／g与WCWD拟合关系最好,而密度较大的硬阔叶树种和针叶树种则较弱。不同立地条件下RCWD对TCWD的响应显著不同(P＜0.001),红松人工林和硬阔叶林RCWD对温度响应要好于蒙古栎林和林外空地,主要是不同立地条件下CWD的含水量不同导致。整个生长季粗木质残体分解释放出的CO2通量(RG)波动在2.59—20.94 gC·m-2.生长季-1之间,呈现与R15相似的变化规律。采用不同时间步长计算生长季通量,其结果差异显著。以日为时间步长拟合RCWD与TA的模型(R2=0.47)显著优于以生长季为时间步长拟合模型(R2=0.16)。以前者计算获得的RG比以后者计算获得的RG高出5.4%—69.9%。因此,粗木质残体分解碳释放累积量的估算时应该考虑RCWD温度敏感性随树种、时间以及时间步长而变化的特性。(2)粗木质残体分解的碳氮释放及其影响因子。在分解初期,所有树种CWD的碳浓度(Cc)没有明显变化(P＞0.05),但其干重(M)、碳密度(Cd)、氮浓度(Nc)、氮密度(Nd)均随分解进程不同程度地减小,碳氮比(C／N)则增大,且树种间差异显著(P＜0.001)。针叶树种的CWD分解速率显著地低于阔叶树种,其中白桦的4年CWD干重损失率(65%)约为兴安落叶松(22%)的3倍。径级大的CWD分解较慢。CWD分解与碳氮释放均与CWD的初始N含量呈正相关,而与初始C／N呈负相关。不同立地条件下M、Cc、Cd、Nc和Nd差异均不显著,且随分解进程的变化趋势相似。本研究结果表明在分解初期的前3年中,CWD基本上是一个碳源和氮源。(3)粗木质残体的结构性成分及其与CO2释放的关系。11个树种CWD木质素和综纤维素含量差异显著(P＜0.001)。软阔叶树种的木质素最低。木质素浓度与N浓度的比值(Lc／N)依次为：针叶树种＞硬阔叶树种＞软阔叶树种。经过3年的分解,大部分树种(除了紫椴和春榆)木质素浓度(Lc)略有增加,但变化不显著(P＞0.05)。而木质素密度(Ld)和综纤维素密度(Hd)都有不同程度的减小(P＜0.05),软阔叶树种损失最多,针叶树种损失最少。所有树种Lc/N值均增大。经过3年的分解,除兴安落叶松、色木槭和水曲柳外,各树种R15出现了不同程度减小。总体看来,软阔叶树种R15减少了32.1%,而针叶树种R15增加了23.3%。同时,针叶树种的温度敏感性增强,阔叶树种则基本保持不变。R15与综纤维素浓度(Hc)成正相关关系,与Lc和Lc/N呈明显负相父,R15变化与各结构性成分变化之间没有相关关系。结构性成分对Q10影响不大。本研究结果表明,在CWD分解初期,结构性成分的变化不是导致RCWD变化的主要因素。CWD分解是一个长期而复杂的过程,受众多因素的影响,因此深入理解CWD分解过程及其控制因子需要长期的测定和多学科的综合研究,尤其是开展微生物生态学方面的研究。