西双版纳热带森林不同干扰梯度下凋落物分解动态研究

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热带地区的森林砍伐及森林退化导致了生物多样性以前所未有的速度丧失,理解该变化对生态系统功能的影响极其重要。森林的退化和丧失通过改变物种组成和土壤地表温度及土壤水分等微环境改变着生态系统功能。凋落物的分解过程通过释放二氧化碳对大气产生巨大的影响,同样,分解过程通过保持森林地表养分对生态系统也具有巨大的影响。然而,人们对于森林退化对生态系统过程的影响,如凋落物量和分解动态的认识非常欠缺。为了补充这一知识缺口,我们在西双版纳勐宋建立了不同干扰梯度的实验,旨在量化森林退化对叶凋落物量、养分流动和分解动态的影响,以及分离影响凋落物分解的其它已知因素间的互作。  凋落物在陆地生态系统中的养分循环及维持土壤肥力中具有重要作用。本研究沿着成熟林至梯田茶园梯度对叶凋落物量和归还森林地表的凋落物养分归还量分别进行了两年和一年的研究。研究目标包括确定干扰梯度下全年叶凋落物量和凋落物质量的变化规律,以及凋落物质量的季节变化规律。我们使用凋落物收集器收集叶凋落物。研究结果表明,森林退化对森林地表的营养输入具有巨大影响。与森林生境相比,单一种植茶园的年凋落物量输入显著更低;成熟林与次生林之间年凋落物量输入没有显著差异。与前人研究结果不同的是,本研究结果显示不同干扰梯度下,虽然植物种类组成变化很大,但是叶凋落物的养分浓度并没有显著差异。凋落物养分浓度缺乏季节变化意味着养分输入的格局由凋落物动态这一单一因素决定。  叶凋落物分解研究是沿着干扰梯度进行的。通过高度重复的凋落物袋分解实验(3360袋),我们对不同干扰梯度下凋落物分解过程中的凋落物质量、分解者功能多样性和季节降水情况变化进行了量化研究。另外,我们还进行了围隔实验以区分凋落物床情况和林冠开度的影响。实验所用的土壤和凋落物取自不同干扰梯度下的研究样地,我们在遮阴室内模拟的不同林冠开度梯度下设置了凋落物床处理重复实验。在整个景观中,经过一年的凋落物分解袋实验,不同处理间的平均损失量为21%(95% CI:18-25)至78%(95% CI:65-94)。旱季起始时安放的凋落物袋的调落物损失量少于雨季起始安放的凋落物袋。正如预期,凋落物质量、中型和大型土壤动物的排除对凋落物分解速率具有较大影响。虽然凋落物袋的安放季节对凋落物分解速率有较大影响,但分解速率从干扰梯度下的成熟林、次生林至开阔地依次显著降低。在围隔实验中,放置一年后的不同处理间的平均损失量为18%(95% CI:16-21)至78%(95% CI:67-89)。实验结果大致反映了来自景观尺度的干扰梯度。围隔实验的实验结果表明,森林退化对凋落物分解的影响是由林冠开度增加引发的微气候变化驱动的。  凋落物分解主场效应假说(HFA)认为,凋落物分解速度在自然森林中较快,具较高多样性的凋落物的分解速率较快。本研究通过混合叶片凋落物的围隔实验检验HFA假说以及凋落物多样性对分解速率的影响。一年后的不同处理之间的平均质量损失量为30%(95% CI:28-32)至59%(95% CI:55-63)。多物种混合凋落物实验结果表明叶凋落物分解无显著主场效应。另外,实验结果也表明,不同类型的凋落物产生的凋落物损失量变化范围大,但这种变化与与凋落物混合物的物种数量并无关系。  总之,森林退化对于叶凋落物量、养分归还量及分解速率具有非常重要的影响。较低的凋落物分解速率可导致养分传输速率的降低,最终影响到受干扰环境中非生物资源(养分)对于生物群落的可用性。为了更好地模拟人为导致全球变化对于凋落物分解速率的影响,我们应该考虑景观尺度的过程,例如森林退化。
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