亚高山针叶林林窗对倒木分解过程中碳和养分动态的影响

发布时间：2020-06-06 02:04

【摘要】：倒木是森林生态系统的重要组成部分,其在森林生态系统地力维持、碳吸存和养分循环等方面具有重要作用。倒木的形成伴随着林窗的产生,林窗对光照和降水的再分配可改变倒木的分解环境和分解者微生物群落结构,从而影响倒木的分解过程。同时,倒木为附生植物提供了适宜的生境,附生植物通过调控环境因子间接促进倒木分解。然而,倒木分解是一个长期的过程,采用常规的倒木分解实验,很难在短期内获取倒木碳和养分释放的研究结果,因而国内研究相对较少,且有关林窗及附生植物对倒木分解过程的影响尚未见报道。因此,为理解亚高山原始林林窗及其附生植物群落对倒木分解过程中碳和养分释放的影响,本研究以川西岷江冷杉原始林中的倒木为对象,采用分解序列与年龄系列相结合的研究方法,通过倒木附生植物去除实验,研究了林窗对倒木不同结构分解过程中碳和养分动态的影响,以及倒木分解过程对附生植物去除的响应。主要研究结果如下:(1)随着腐解等级的增加,倒木树皮、边材、心材的密度均表现为降低趋势,且树皮变化最快,边材和心材在分解后期出现密度较大变化。倒木各结构组分密度的降低程度为:树皮边材心材。林窗位置对倒木密度的影响随腐解程度的加深而增强,低腐解等级倒木在林窗、林缘、林下内的密度变化差异不大,腐解等级高的倒木密度变化差异较大。林窗对腐解等级较高的倒木密度的影响可能存在季节性差异,但具体影响机制还有待进一步研究。(2)倒木心材、边材、树皮的碳、氮、磷含量变化程度均不同,表明倒木不同结构组分的C、N、P含量在分解过程中的动态变化因倒木化学成分和物理结构的不同存在差异。随着腐解等级的增加,倒木各结构组分C含量呈逐渐降低的趋势。倒木不同结构组分的碳含量在不同腐解等级大致表现为从林窗中心到林下逐渐增大的趋势,且物理结构和化学成分不同的倒木结构组分对林窗位置的响应相同。(3)随着腐解等级的增加,倒木各结构组分N含量呈逐渐增加的趋势,P含量在分解前期较稳定,在分解后期呈略微增加的趋势。倒木树皮氮含量在Ⅰ、Ⅱ腐解等级表现为林窗林下,而在Ⅲ腐解等级表现为林窗林下的趋势。倒木树皮的磷含量在所有腐解等级内均表现为林窗林下。倒木心材和边材的氮、磷含量在低腐解等级(Ⅰ-Ⅲ腐解等级)表现为林窗林下的趋势(除心材Ⅰ、Ⅱ腐解等级的磷含量外),而在高腐解等级(Ⅳ、Ⅴ腐解等级)表现为林窗林下的趋势。(4)附生植物间接促进倒木分解。附生植物促进倒木树皮碳含量释放、氮磷含量累积。附生植物对倒木树皮碳和养分含量的影响均表现为:林下林窗,且附生植物和林窗位置的交互作用对倒木树皮的分解具有显著影响(P0.05)。综上所述,亚高山针叶林林窗对倒木分解过程的影响显著,且结构组分和腐解等级均显著影响倒木分解过程中的碳和养分动态变化。林窗的产生促进倒木碳含量的释放,但对倒木氮、磷含量的影响因结构组分和腐解等级的不同而不同。附生植物间接促进倒木分解,促进倒木树皮碳含量释放、氮磷含量累积,且附生植物对倒木碳和养分含量的影响均表现为:林下林窗。以上研究结果为充分认识倒木在森林生态系统中的重要作用及其随林窗更新的变化特征提供了基础数据。
【图文】：

林窗,倒木,大气温度,附生植物

的岷江冷杉倒木，按照林窗、林缘、林下不同位置放置，每个腐烂等级 6 段，其中 3 段人为定期地做去除附生植物处理。在已选定的样方范围内放置倒木后，2014-2016 年于 2 月和 8 月进行倒木样品采集(2 次/年)。按照林窗、林缘和林下三个不同位置，I-V5 个腐烂等级，心材、边材和树皮三个结构组分采样。其中附生植物去除处理采集倒木上树皮(Upperbark)(远离地表位于倒木上方的倒木树皮)和倒木下树皮(Lower bark)(靠近地表位于倒木下方的倒木树皮)。共计 6 次采样(2014 年-2016 年)×3 样地重复×3 位置(林窗、林缘、林下)×[5(心材Ⅰ-Ⅴ)+5(边材Ⅰ-Ⅴ)+3(树皮Ⅰ-Ⅲ)×(1(附生植物不去除处理)+2(附生植物去除处理))]=1026 份。用纽扣式温度计(iButton DS1923-F5, Maxim/Dallas Semiconductor, Sunnyvale,USA)分别测定林窗中心、林窗边缘和郁闭林下的大气温度，设定每 2 个小时测定一次。采样时期内(2014 年-2016 年)的大气温度变化特征如图所示

腐解,倒木,密度,小写字母

随着腐解等级的增加，，倒木不同结构(心材、边材、树皮)的密度均呈降低趋势(图 2)。倒木心材密度从Ⅰ腐解等级的 0.35g/cm-3降低到Ⅴ腐解等级的 0.26g/cm-3；边材密度由Ⅰ腐解等级的 0.44g/cm-3降低到Ⅴ腐解等级的 0.23g/cm-3；树皮密度由Ⅰ腐解等级的0.54g/cm-3降低到Ⅲ腐解等级的0.40g/cm-3。单因素方差分析表明，倒木不同结构组分的密度随腐解等级的变化均为极显著(P<0.01)。同一腐解等级下倒木不同结构组分的密度表现为：树皮>边材>心材，这与不同结构的代谢机制以及对生物因素和非生物因素的响应机制的不同有关。拟合倒木分解过程中不同结构组分的密度(y)与腐解等级(x)的对数函数方程反映了岷江冷杉倒木不同结构密度变化。倒木心材的密度与腐解等级的关系可近似用方程 y = -0.051ln(x) + 0.339 (R2=0.723)表示；倒木边材的密度与腐解等级的关系可近似用方程 y = -0.124ln(x) + 0.4516 (R2=0.9462)表示；倒木树皮的密度与腐解等级的关系可近似用方程 y = -0.124ln(x) + 0.5473 (R2=0.9481)表示。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S718.5

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