合肥市蜀山森林公园森林凋落物研究

摘要

凋落物是森林碳库的重要组成部分，是森林生态系统物质循环的重要环节之一，对森林系统养分良性循环有重要意义，同是与二氧化碳浓度增加导致的全球变化密切相关。本文通过研究合肥市主要生态公益林之一的蜀山森林公园凋落物，四种林型凋落物地表存量和养分含量、分解速率和养分归还量以及凋落物内N浓度、P浓度、K浓度、C/N、C/P变化趋势来揭示森林生态系统中养分循环和碳循环过程。 研究表明，不同林型地表凋落物存量存在明显差异，最大的14000kg/hm<'2>，最小的为8500kg/hm<'2>，前者是后者的1.6倍。以凋落叶为例，在四种林型中所占百分比表现为，麻栎林>阔叶混交林>针叶阔叶混交林>枫香林；凋落叶和枝占地表凋落总量的绝大部分。各组分在地表凋落量所占百分比表现的规律基本一致，叶>枝>生殖器官>杂物。经过估算，针叶阔叶混交林的凋落物现存量为10400kg/hm<'2>，阔叶混交林为9300kg/hm<'2>，麻栎纯林为14000kg/hm<'2>，枫香纯林为8400kg/hm<'2>。大蜀山森林公园成片林区凋落物现存量总量为4314620kg，平均为9873kg/hm<'2>，地表凋落物量的养分有机碳C、全N、全P、和全K平均含量分别为469.3g/kg、12.7g/kg、0.6g/kg和4.4g/kg。初步得到大蜀山森林公园森林凋落物中的养分含量，其中有机碳C含量约为2027871.4kg，全N约为54920.8kg，全P约为2398.9kg全K约为18889.4kg。 对四种林型年凋落物研究发现，凋落叶和枝占凋落总量的绝大部分，所占百分比在85％-92％之间，表现出凋落叶>枝>生殖器官>杂物(或杂物>生殖器官)的组成特征。蜀山森林公园年凋落总量约为3830102kg，平均年凋落量约为8765kg/hm<'2>。其中枫香林为10796 kg·hm<'-2>·a<'-1>，麻栎林的为9623 kg·hm<'-2>·a<'-1>，阔叶混交林的为9757kg·hm<'-2>·a<'-1>，针叶阔叶混交林的为7588 kg·hm<'-2>·a<'-1>。不同林型的年凋落物量差异是显著的，最大的是最小的1.4倍，因此计算一个地区的森林年凋落量时，按林型进行统计是必要的，否则研究结果就会存在显著误差。四种林型的凋落节律表现出一致的规律，出现两次凋落高峰，且第一次峰值比第二次低。对凋落节律作方差分析的结果显示，样品的整体差异是极其显著的，时间和森林类型对凋落节律影响也是极其显著的。 通过对四种林型凋落物的分解速率作方差分析表明时间对凋落物分解速率影响是极显著的，而森林林型对凋落物分解的影响也是显著的。凋落物分解50％需时间分别为337，525，365，742d；分解95％需要时间为1.3，3.8，6.0，8.6a。 四种林型凋落物内的碳、N、P、K、C/N、C/P比随着分解的进行呈现出一定的规律，C浓度都有降低，但是下降幅度不大。N浓度随分解的进行变化趋势相同，表现为缓慢递增—递减—迅速递增，经过一年的分解，N浓度都有所增加，但是N浓度变化的百分率存在差异；P浓度随分解的进行都表现出波动性，而麻栎林与针阔混林波动幅度大，另两种林型波动幅度小，但是一年后，P浓度都有增加。枫香林和麻栎林凋落物中的K浓度的变化趋势一致：缓慢下降—缓慢增加，阔叶混林凋落物的K浓度表现为缓慢下降，而针阔混林凋落物的K浓度表现出波动的趋势，凋落物的K浓度经过一年的分解有明显的下降。但是四种林型养分随分解的进行变化趋势表明，混交林并未表现出混交的效应。凋落物的C/N随分解的进行变化趋势显示基本一致：缓慢降低—增加—快速下降，但随着分解的进行，一年后C/N值都下降了。而凋落物分解速率变化趋势是慢—快—慢，因此C/N比的变化趋势与分解速率的变化是非常耦合的；枫香林和阔叶混林的C/P比变化趋势基本一致，升降很平缓，呈现出缓慢降低趋势；而另两种林型凋落物的C/P比波动较大，整体上，这两种林型凋落物表现出升高—下降的趋势。经一年分解后，其C/P比都有下降。但并表现出混交林的混交效应。经过计算，枫香林凋落物 N 归还量约为 55.05kg·hm<'-2>·a<'-1>，麻栎林约为29.06kg·hm<'-2>·a<'-1>，阔叶混林约为27.62kg·hm<'-2>·a<'-1>，针阔混林约为15.69kg·hm<'-2>·a<'-1>。据此初步估算大蜀山森林凋落物的年释放养分总量，N 约为13920.08kg、P约为988.69kg、K约为10914.94kg和C为893667.70kg。因此说明凋落物为森林持续、健康发展提供了大量养分，在森林系统养分循环中扮演一个重要角色。 结果表明，土壤呼吸速率与土壤的C/N，土壤地表温度，土壤有机质，50cm高空气相对湿度，50cm高大气温度存在极显著的关系，而与土壤含水量不相关，所以土壤呼吸速率受诸多因子的影响，是诸多因素共同作用的结果。以枫香林为例，土壤呼吸速率在4个季节分别为0.3323g·m<'-2>·min<'-1>，0.7613g·m<'-2>·min<'-1>，0.4903g·m<'-2>·min<'-1>，0.3334g·m<'-2>·min<'-1>，全年平均为0.4681g·m<'-2>·min<'-1>。通过计算，枫香林、麻栎林、阔叶混林和针阔混林释放CO<,2>的量分别约为2.460×10<'6>kg·hm<'-2>·a<'-1>，1.579×10<'6>kg·hm<'-2>·a<'-1>，2.237×10<'6>kg·hm<'-2>·a<'-1>，1.661×10<'6>kg·hm<'-2>·a<'-1>。大蜀山森林公园森林土壤年释放CO<,2>的总量约为8.562×10<'9>kg·a<'-1>。

目录

文摘

英文文摘

1文献综述

1.1养分循环的研究

1.1.1生物地球化学循环

1.1.2养分生物循环

1.2森林凋落物量的研究

1.2.1凋落节律

1.2.2影响凋落量的环境因子

1.3凋落物的分解

1.3.1内在因素对调落物分解的影响

1.3.2外在因素对凋落物分解的影响

1.4凋落物分解的数学模型

1.5研究中存在的问题

1.5.1养分循环研究存在的问题

1.5.2凋落量研究中存在的问题

1.5.3凋落物的分解研究中存在的问题

2引言

2.1本研究的目的和意义

2.1.1森林对全球碳平衡的作用

2.1.2森林凋落物在森林生态系统碳循环中的作用

2.1.3森林凋落物在森林系统养分循环中的重要用

2.1.4森林凋落物对森林林下微环境的作用

2.1.5森林凋落物释放二氧化碳的研究提供外交谈判的有力依据

2.2研究要解决的问题

2.2.1不同林型的凋落物现存量、组成和养分含量

2.2.2不同森林类型的年凋落量

2.2.3大蜀山4种林型的凋落物分解过程

2.2.4凋落物内化学物质随时间的变化趋势

2.2.5时间和森林类型对凋落物的分解的影响

2.2.6土壤（含凋落物层）呼吸通量

3研究地区的概况和研究方法

3.1研究地概况

3.2.样地选择

3.3测定项目与方法

3.3.1凋落物地表存量的收集与处理

3.3.2凋落物的收集和处理

3.3.3凋落物残存量及分解速率的测定

3.3.4凋落物养分变化及养分年归还量的测定

3.3.5土壤(含凋落物层)呼吸速率的测定

3.4数据处理

4结果与分析

4.1不同林型凋落物现存量、组成特征和养分含量

4.1.1不同林型凋落物现存量及其组成特征

4.1.2不同林型凋落物现存量中有机碳C、N、P、K的含量

4.2不同森林类型的年凋落量、凋落节律

4.2.1不同森林类型的年凋落量

4.2.2不同森林类型的凋落节律

4.2.3不同林型凋落节律的差异比较

4.3大蜀山4种林型的凋落物分解过程

4.3.1各林型的凋落物的失重量随时间变化情况

4.3.2不同林型间分解速率的差异分析

4.3.3初步估算其分解周期

4.4凋落物内养分在分解过程中的变化趋势

4.4.1四种林型凋落物内N、P、K含量的变化趋势

4.4.2凋落物内C/N、C/P的变化趋势

4.4.3 N、P、K的养分年归还量

4.5养分浓度与C/N、C/P结果与其他研究结果的比较

4.5.1全N浓度变化趋势分析及其与其他研究结果的比较

4.5.2 P浓度变化趋势分析与其他研究结果的比较

4.5.3 K浓度变化趋势分析及其与其他研究结果的比较

4.5.4 C/N变化趋势分析及其与其他研究结果的比较

4.5.5 C/P变化趋势分析及其与其他研究结果的比较

4.6土壤(含凋落物层)呼吸及其与影响因素的关系

4.6.1不同林型的呼吸节律及其土壤释放CO2的估算

4.6.2土壤呼吸速率与影响因子的关系分析

5结论与讨论

5.1结论

5.1.1凋落物地表现存量及其养分含量

5.1.2年凋落量及其凋落节律

5.1.3凋落物分解趋势及其分解周期的估算

5.1.4凋落物内样分在分解过程中变化的趋势

5.1.5凋落物中养分的年归还量

5.1.6不同林型的土壤呼吸的变化趋势

5.2讨论

参考文献

致谢

个人简介及在研究生期间发表的论文