森林凋落物分解及其影响因子研究

曹 芡 肖文娅

（1.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2.南京林业大学，江苏 南京 210000）

0 研究背景

第七次全国森林资源清查结束后，我国人工林面积位居世界第一位，天然林面积、蓄积持续增长，森林覆盖率达20.36%，森林质量有所提高。森林生态系统作为陆地生态系统的主体不仅自身维持着巨大的碳库，还能吸收人类活动所排放的CO2，在维持全球碳平衡和调节全球气候，减缓温室效应上扮演着非常重要的角色[1]。

森林凋落物是森林植物生长发育过程中新陈代谢的产物，作为分解者的物质和能量来源，借以维持生态系统功能的所有有机质的总称。近年来，随着全球气候变暖、CO2浓度升高、氮沉降等问题日益突出，凋落物分解作为陆地生态系统物质循环和能量流动核心环节之一，在维持林地土壤肥力，提供植物生长发育的必要养分，促进全球养分循环方面都有着举足轻重的作用[2]。国内外学者对凋落物分解的过程为对象，已展开了一系列研究，从外界环境条件如，林下植被情况、分解起始时间、光降解、微生物活动、温度等方面，以及凋落物组成、凋落物质量等内因方面对凋落物分解的影响作用，均开展了详细的调查。

1 凋落物的作用及功能

凋落物作为森林生态系统中的第二个功能层，由于其结构疏松、透水性与持水能力强，能够增加地表层粗糙度，变地表径流为地下径流，具有阻滞坡地径流的效应，因此有着涵养水源，加强水土保持与防护，减缓水土流失，缓解旱季缺水的作用。

在森林凋落物的生态水文功能中，凋落物对降水的截留作用是凋落物最为主要的功能之一。而凋落物的截留作用主要取决于凋落物蓄积量和持水特性两个方面。同时，由于森林类型的差异，凋落物分解程度的不同，以及凋落物组成的不同，也会表现出不同的持水特性和截留作用。

森林生态系统中，凋落物的分解是生态系统物质循环和能量流动的重要环节之一，对维持土壤肥力、植物生长发育及生态系统可持续发展有重要作用。凋落物的分解对森林生态系统养分的循环与利用，以及碳氮分配格局均有一定的影响。凋落物的组成种类是影响养分循环利用的重要原因之一。

2 影响凋落物分解的因子

凋落物分解过程与凋落物的组成类型有关。单一种类凋落物与混合组成凋落物的分解率在相同条件下有一定差异。已有研究表明，阔叶凋落物促进了针叶凋落物的分解，反之，针叶凋落物阻滞了阔叶凋落物的分解。需要有合适的组成比例，才能具有较快的养分归还能力，有利于森林立地生产力的可持续。同时，不同类型的森林生态系统也会导致凋落物分解过程上的差异。

凋落物分解过程与微生物动态相关，微生物是影响凋落物分解过程最为关键的因子之一，凋落物质量的损失量与微生物多样性种类呈正相关。有研究证明，不管是在生长季节，还是冻结期，微生物对于凋落物分解过程均具有重要的作用。生长期微生物量较高会提高凋落物的分解率，而冻结期微生物的活动也有一定含量的微生物量，促进微生物生长。

温度，常被理解为影响凋落物分解的一个重要因子，但这一因子要综合其他诸多因子同时考虑。温度对凋落物分解过程的直接影响并不显著。有学者发现，温度的变化并没有引起凋落物分解过程中质量变化的显著差异，却导致木质素以及碳水化合物的含量变化很大，而引起这些变化的温度与微生物的活动呈正相关。说明微生物的活动是影响凋落物分解的过程的主导因子。

同时，影响凋落物分解过程的因子还有其他因素的影响：土壤可用N积累对凋落物分解影响显著，解释为土壤中酶活动的增加；与地表分解相比，浅埋能显著提高凋落物的分解率；林下植被是否剔除，在短期内对凋落物半分解层的过程也具有显著影响；凋落物凋落的起始时间也可能影响其分解率；光降解对微生物的活动起着一定的影响，从而影响着凋落物的分解，但其关系较复杂，二者谁占到更主要的低位还尚未能确定等；诸多方面的因子同时影响着凋落物的分解过程。

3 研究方法

研究凋落物分解过程的主要方法为分解袋法，即将所需研究的凋落物样品取回处理后，放入带空隙的尼龙网袋内，再置于研究地点样地进行分解试验，一定天数后，取一定数量分解袋带回试验室分析其分解程度，研究其组成成分的变化与外界条件的关系，当研究方面过于复杂时可取其主要成分的变化表示其变化。而样地的设置重点在于要选择有典型代表性的功能完整的森林生态系统。在试验样地中划分20×20m2或30×30m2的样方若干。须具有代表性，完整性，有不同的立地条件和环境因子，以及不同的优势树种及林下植被，再根据试验研究的对象不同设定在不同区域做不同处理，以进行对照试验。

主要测定对象为以下几种：

（1）凋落物质量损失：从试验地点取回样品后，在60℃下干燥，漂洗，烘干，粉碎，测定。

（2）凋落物C、N含量测定：采用油浴加热K2Cr2O7-H2SO4容量法测定；土壤全氮和植物全氮均采用半微量凯氏定氮法测定。

（3）凋落物木质素，碳水化合物测定：样品中的木质素的浓度，使用热硫酸消化法重力测量估计；样品中的总碳水化合物由苯酚硫酸法测定。

（4）微生物种类及活动：凋落物中的微生物采用改良培养基培养，分别进行独立培养，出现新孢子与菌丝便转移到新培养基，这样即可得知优势菌的种类和数量。微生物生物量采用化学分析的方法进行测定。

（5）数据分析：运用数理统计方法分析数据，方差分析，拟线性方程等；以及运用软件SAS，SPSS等辅助处理数据。

4 生态学意义与用途

凋落物具有持水特性，其持水量与凋落物积累量及组成有关。凋落物能够保持一定的水分，将一部分降水保存在凋落物层。有凋落物覆盖的土壤表面可以减少被雨水的冲刷，凋落物能够截留雨水，使地表径流变为地下径流，增强水分渗透，涵养水源，从而减少土壤被雨水侵蚀，泥沙冲走的现象，防止泥石流的发生，具有涵养水源，水土保持与防护的作用。

由于森林生态系统不断的遭受人类的破坏，植被被砍伐利用，生态系统稳定性被破坏，土壤性质被改变，动物被捕杀，造成森林生态系统的逐渐减少与单一化，则加剧了全球气候的变暖，由于“C汇”功能的减弱，大气中CO2的积累量也会增多，加速全球变暖，致使生态环境被破坏。森林生态系统具有重要的“C汇”功能，尤其是土壤-枯落物分室是C与N的重要储存库。对于大气中CO2排放过多的现象，可以将其转化为有机碳的形式固定在森林生态系统中。不仅可以为森林生态系统中的群落提供物质和能量基础，保持生态系统的稳定性，同时也可以解决全球气候的变化，吸收CO2，维持稳定的碳循环。

随着凋落物的分解会将有机C分解形成CO2释放入大气，以形成森林生态系统C循环的模式。然而随着全球气温的上升，森林生态系统中群落的稳定性将会被打破，种群生长方式改变的现象将会发生在很多区域内。由于全球气候的改变，出现森林生态系统初级生产力大于凋落物分解率的现象，阻滞区域内的正常C循环，破坏生态系统稳定性，会导致种群增长衰退甚至消失的现象。

森林生态系统由于人类的开发与利用已经被严重的破碎化，已有研究表明，森林生态系统边缘区域的凋落物分解率及土壤潮湿程度明显低于森林内部区域。凋落物分解率下降，土壤表层被覆盖且水分缺失，这样会致使土壤呼吸阻碍，根系呼吸困难，植被萎蔫和死亡的现象。因此，保持森林生态系统的完整性，减少边缘区域凋落物分解阻滞现象的发生，应该成为减缓CO2过度排放、减轻全球变暖的重要途径之一。

森林凋落物的生态意义及功能都是不容小觑的，如何能更好的从中发现规律加以利用来维持全球生态平衡，以及减缓全球变暖，启动森林的“C汇”功能已刻不容缓，需要更多进一步的研究。

［1］聂昊,王绍强,周蕾，等.基于森林请查资料的江西和浙江森林植被固碳潜力[J].应用生态学报,2011,22(10)：2581-2588.

［2］吕瑞恒.抚育间伐对针叶人工林凋落物分解的影响[D].北京：北京林业大学,2010.