滨海沙地3种林分类型的凋落物及其分解动态变化.pdf
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1、2023年3 6 卷7 期Vol.36No.7引用格式:谭芳韵,韩俊学,张艺帆,谢伟东,梁嘉玲,卢立国,曹雨虹,滨海沙地3 种林分类型的调落物及其分解动态变化J西南农业学报,2 0 2 3,3 6(7):1513-1521.Tan F Y,Han J X,Zhang Y F,Xie W D,Liang J L,Lu L G,Cao Y H.Dynamic changes of litter and its decomposition of three forest types in coastalsandy landJ.Southwest China Journal of Agricultur
2、al Science,2023,36(7):1513-1521.D0I:10.16213/ki.scjas.2023.7.019.滨海沙地3 种林分类型的凋落物及其分解动态变化西南农业学报Southwest China Journal of Agricultural Sciences1513谭芳韵,韩俊学,张艺帆,谢伟东,梁嘉玲,卢立国,曹雨虹(1.广西大学林学院,南宁53 0 0 0 4;2.广西壮族自治区国有雅长林场,广西百色53 3 0 99)摘要:【目的】探究滨海沙地天然林和人工林的凋落物量及其分解动态,为滨海防护林体系的保护与重建提供参考依据。【方法)采用时间动态分析法,在南亚热带滨
3、海沙地区域选取高山榕/假苹婆天然林(FS)、红鳞蒲桃天然林(SH)、马占相思人工林(A M)为研究对象,使用收集网和分解袋法,测定各林分的凋落物量、残留量及凋落物碳(C)、氮(N)、磷(P)初始含量,分析各林分凋落物总量和叶、枝、花果及杂物组分占比、凋落物总量的月动态变化情况及分解速率,通过Olson模型和相关性分析分别研究凋落物周转期和分解率与凋落物初始养分的相关性。【结果】3 种林分类型的年调落量为8 6 45.7 4 2 3 40 4.0 7 kg/hm,排序为FSSHAM;凋落叶量占林分凋落物总量的比重最大,为8 4.2 4%94.98%AM的凋落叶量与FS和SH间存在显著差异(P S
4、H(46.90%)FS2 3.90%)。3 种林分凋落物分解符合0 lson模型,预测分解的半衰期为0.42 3 1.47 2 a,分解周转期为AM(6.360a)SH(4.016a)FS(1.8 2 7 a)。凋落物分解速率与初始C含量呈极显著负相关(P SH AM.Leaf litter was the dominant component in the total litterfall and contributed about84.24%to 94.98%.There was a significant difference between the foliage litter amo
5、unt of AM and FS and SH(P SH(46.90%)FS(23.90%).Litter decomposition conformed to Olson model,and the predictedhalf-life of decomposition was between 0.423-1.472 a,the litterfall decomposition cycle was AM(6.360 a)SH(4.016 a)FS(1.827 a).The decomposition rate of litter showed a very significant negat
6、ive correlation with the initial C content(PSHAM,其中AM的年凋落物量与FS和 SH之间存在显著林分类型和组分占比Forest type and proportionof each component调落量(kg/hm)FSLitterfall占比(%)Proportion调落量(kg/hm)SHLitterfall占比(%)Proportion调落量(kg/hm)AMLitterfall占比(%)Proportion注:同列不同字母表示差异显著(P0.05)。Note:Different letters in the same column i
7、ndicate significant difference(P0.05).西南农业学报差异(P0.05,下同),说明人工林的年凋落物量与天然林的差异显著,天然林间凋落物量无显著差异;3 种林分调落物组分中均以凋落叶量占年总凋落物量的比重最大,为8 4.2 4%94.98%,凋落叶占比最高的是AM,最低的是FS;其他调落物组分的占比为:枝1.86%8.19%、花果 2.18%2.93%、杂物1.90%4.64%;A M 的各组分调落物量均显著低于FS,明显低于SH。说明人工林的调落物量和各组分凋落量显著或明显低于2 种天然林。2.1.2凋落物总量的月动态变化从图2 可看出,FS的全年调落量均较
8、高,峰值分别出现在5月(3 2 57.91k g/h m)、8 月(193 5.93 kg/hm)和10 月(18 7 1.7 0 k g/h m),最低值出现在2 月(950.57 kg/hm),季节变化幅度为142.98%,最高月是最低月的3.43 倍;SH的峰值分别出现在5月(3 2 57.9 1kg/hm)、8 月(193 5.93 kg/hm)和11月(1514.0 0kg/hm),2 月凋落量最小(947.7 1kg/hm),季节变化幅度为13 6.6 3%,最高月是最低月的3.44倍;AM调落物量的月动态变化呈现多峰型,全年总体上出现3 个高峰,分别是5月(13 56.3 4kg
9、/hm)、8 月(93 2.51k g/h m)和11月(92 8.0 9kg/hm),1月为调落物的最低峰(调落量为498.11kg/hm),季节变化幅度为119.12%,最大值是最低值的2.7 2 倍。综上所述,FS、SH 和AM3种林分类型的月凋落量均呈现3 峰型,全年的调落量集中在春季和夏季,但其变化幅度及峰值出现时间存在差异,总体变化规律表现为3 一5月快速上升,5月达到最高峰,然后呈波浪式递减。表2 不同林分类型年凋落量及各组分所占比例比较Table 2Annual literfall of dfferent forest types and proportion of each
10、component叶杂物LeafBranch19 714.65 1917.75 602.90 a151.00 a84.248.1917 716.63 1151.48 617.60 a65.70 a87.315.678211.49 161.06 295.20 b11.80 b94.981.8636卷调落物组分Litter composition枝花果Flower+fruit686.12 47.10 a2.93442.27 39.50 ab2.18226.58 23.60 b2.62合计ScrapsTotal1085.55 23 404.07 50.30a790.60 a4.64100.00980
11、.46 20 290.84 41.80 a664.00 a4.83100.0046.61 8645.74 1.90 b315.00 b1.90100.007期4500.004000.003500.003000.002500.002000.001500.001000.00500.000.00345678910 11 1212月份Month图2 不同林分类型凋落量的月动态变化比较Fig.2 Monthly variation of literfall in different forest types2.27不同林分类型凋落物分解速率的动态变化2.2.1干物质残留量和失重率变化从图3 可看出,随着
12、分解天数的增加,3 种林分类型的调落物残留量均逐渐减少,但不呈线性关系;凋落物的分解过程分为2 个阶段进行:FS凋落物分解的第一阶段为0 2 40 d,这一阶段调落物干重快速下降;分解进行到2 40 d时调落物干物质残留率为3 2.2 0%,失重率达6 7.8 0%;之后分解速度逐渐缓慢,到3 6 0 d时,干物质残留率为23.90%,失重率达7 6.10%。SH 凋落物分解的第一阶段为0 18 0 d,这一阶段分解速率最快;到18 0 d时,干物质残留率为60.22%,失重率达3 9.7 8%;直到3 6 0 d时,调落物干物质残留率为46.90%,失重率为53.10%。调落物干重下降呈先快
13、后慢趋势。AM凋落物分解的第一阶段为0 9 0 d,调凋落物干重下降缓慢;到9 0 d时,干物质残留率为94.40%,失重率仅为5.6 0%;第二阶段为90 2 40d,这一阶段干物质量持续下降,分解速率加快,到240d时,干物质残留率为7 1.94%,失重率为2 8.0 6%;林分类型Forest typeFSSHAM谭芳韵等:滨海沙地3 种林分类型的凋落物及其分解动态变化FS SHAM表3 凋落物分解残留率的Olson模型Table 3 Olson model of literfall decomposition residual rate回归方程Regression equationy=
14、114.674 e-1.640y=92.965 e-0.746ty=101.874 e-0.471151725.00+FS SH AM20.00(3)喜士15.0010.005.000.00306090120150180210240270300330360图3 不同林分类型凋落物分解过程中的质量变化Fig.3 Weight changes during litterfall decomposition in different for-est types第三阶段为2 40 3 6 0 d,分解速率减慢,到3 6 0 d时干物质残留率为6 6.3 0%,失重率为3 3.7 0%。调落物失重呈慢一
15、快一慢趋势。2.2.2凋落物分解速率和周转期由表3 的分解速率k计算得到半衰期和周转期,可看出凋落物分解50%所需要的时间表现为AM(1.47 2 a)SH(0.929a)FS(0.42 3 a),调落物分解9 5%所需要的时间表现为AM(6.3 6 0 a)SH(4.0 16 a)FS(1.8 2 7 a);调落物达到分解95%状态所需时间为分解50%所需时间的4.3 19 4.3 2 2 倍,FS的调落物分解速率最快,AM的凋落物分解速率最慢。2.2.3凋落物分解与初始养分浓度的相关分析将3 种林分类型凋落物的初始全量元素C、N、P含量及比例指标C/N、C/P、N/P与拟合得到的分解系数k
16、进行Pearson相关分析,由表4可知,3 种林分的凋落物分解速率与初始C含量呈极显著负相关(P 0.0 1),与C/N呈显著负相关,说明调落物初始C含量和C/N越高的调落物分解速率越慢,不利于分解的进行。相关系数分解系数KCorrelation coefficientDecomposition rateR2=0.9721.640R2=0.9630.746R=0.9550.471王王王王王亚王亚王分解时间(d)Decomposition timeto.5(a)0.4230.9291.472to.95(a)1.8274.0166.360表4凋落物分解系数k与初始养分含量的相关分析Table 4C
17、orrelation between decomposition coefficient k and initial nutrient contents of litterfallCK-0.999*注:*表示极显著相关(P0.01),*表示显著相关(P0.05)。Note:*means extremely significant correlation(P0.01),and*means significant correlation(P0.05).N0.656P0.124C/N-0.719*C/P0.135N/P0.40715183 讨 论3.1不同林分类型凋落物量及组分差异在同一气候条件下,
18、调落物量主要受森林类型的影响,随着树种组成、林分密度和树龄的不同而有不同程度变化2 8 。本研究中,AM 的年凋落物量(8 6 45.7 4k g/h m)与亚热带常绿阔叶林森林年平均凋落量(6 199.0 0 kg/hm)【2 9】、广西容县红锥天然林(6 6 0 3.6 7 k g/h m)3 0】、福建东山赤山国家森林公园4种人工林(7 3 0 0 10 10 0 kg/hm)2 3 相近,而 FS和SH2种天然林林分的年凋落物量(2 0 2 9 0.8 4和23404.07kg/hm)明显高于上述林分类型;FS和SH为天然的异龄林,树种组成复杂且密度大,叶面积和质量也远大于AM,年调落
19、物总量、调落叶量均显著高于AM,这与树种组成的复杂程度及优势树种的生物学特性有关,表明林分的凋落物量随树种组成和群落结构复杂程度的增加而增大,林地养分归还也得到提高;SH的年凋落物量和凋落叶量均低于FS,但差异不显著,表明2 种天然林在相同气候条件下的林分调落物量具有相似的表现规律。林分凋落物组成也由树木本身的生物学和生态学特性决定3 1,不同树种组成的林分其凋落物组分的比例也不同。吴承祯等3 2 研究发现一般凋落叶占调落物总量的49.6%10 0.0%,表明凋落叶是凋落物中的主要成分,落叶比例高体现了树木对台风盛行沿海地区环境的适应性。武启骞等3 3 、张新平等3 4 研究认为,叶片是树木生
20、活史中长时间出现的重要器官,而繁殖器官的凋落量主要与树种的繁殖特性有关,存在时间短、生物量少。本研究中,3种林分调落物量中以调落叶量所占比例最大,为84.24%94.98%,其次是落枝,其余组分所占比例较小,与上述研究结果一致。其他组分也是凋落物中不可忽视的部分,其中FS和SH的杂物成分相对较高,其原因是由于2 个森林群落结构完整、物种丰富、长年果实丰富,使其成为动物、昆虫觅食和栖息的场所而存在较多排泄物及动物残体所致;而AM为马占相思纯林,群落结构简单,郁闭度小,果实不适合鸟类及其他动物食用,杂物成分极少。这也在一定程度上表明凋落叶组成与3 种林分的凋落物分解联系最紧密,与林分凋落物养分分解
21、和循环密切相关。3.27不同林分类型凋落物量的变化规律全年不同季节中,林分的调落物量变化主要表西南农业学报现为单峰型、双峰型和不规则型3 种模式,双峰型凋落模式常见为常绿阔叶林月凋落量的季节动态模式3 5,一些阔叶落叶林为单峰凋落模式3 6 。本研究中,3 种林分类型凋落物量的月动态均呈3 峰型,与邓秀秀等3 7 对浙江宁波天童常绿阔叶林凋落物量季节动态的研究结果相似,表明这种3 峰型的模式可能属于南亚热带沿海地区气候特点的植物落规律,与其他地区常绿阔叶树种的双峰型存在一定差别。这种规律与常绿树种的物候和生物学特性紧密联系,同时也与广西防城港地区的气候因子有关。亚热带常绿阔叶林凋落物量出现峰期
22、的成因主要可归结为2 个,一是雨季初期植物换叶,春季抽梢,叶片更新出现大量生理性落叶;二是雨季末期气温降低或台风等的影响3 8 ,亚热带滨海的夏季高温多雨、台风频发,造成林分各组分凋落物增加。在本研究的广西防城港地区,3 一5月气温升高且雨热同期,树木开始抽条换叶和开花,进人快速生长阶段,调落量达最高峰;8 月出现凋落量峰值可能是叶面植物为适应夏季的高温机制,同时这个时期为台风多发季节;10 一11月为秋季干旱少雨时段,植物受到一定程度的水分胁迫,且部分树种准备进人休眠期而发生生理性调落,加之海岸带风力较大,造成非生理性凋落,因此凋落量增多。特殊的气候与树种特性促使3 种林分呈现出3 峰型的凋
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