论文部分内容阅读
本研究以原始红松林以及发生皆伐后恢复演替的次生阔叶林为对象,分别采用野外原位和室内模拟淋溶的方法对两者叶凋落物养分元素及可溶性有机物的溶出特征、林冠层和凋落物淋溶液的pH值以及不同分解程度下凋落物可溶性有机物的溶出量和光谱学特征展开研究,探究其差异形成的原因,并分析2个林型优势树种叶凋落物养分溶出特征与叶片初始性状之间的关系,主要结论如下:(1)野外原位淋溶实验中,2个林型叶凋落物的初始化学组分差异显著(p<0.05),原始红松林叶凋落物全碳、木质素、纤维素、C/N及木质素/N均显著高于次生阔叶林(p<0.05),全氮、全磷、全钾和全镁均显著低于次生阔叶林(p<0.05);经过1年的野外淋溶处理,与次生阔叶林相比,原始红松林叶凋落物中养分元素溶出总量显著偏高(p<0.05),虽然不同元素的溶出规律并不一致,但凋落物养分元素的释放高峰多集中于6月和7月。2个林型穿透雨中养分元素的变化规律与淋溶液基本一致;与次生阔叶林相比,原始红松林凋落物中可溶性有机物(DOM)的溶出总量、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机磷(DOP)都极显著偏高,而可溶性有机氮(DON)的溶出量则极显著偏低(p<0.01)。2个林型穿透雨中DOM的变化规律与淋溶液基本一致;整个实验期间,2个林型的林下穿透雨pH变动范围为5.34～7.21,而凋落物淋溶液pH值变动范围为6.37～7.65,凋落物层对穿透雨的pH能够进行有效调节。两者相比,原始红松林凋落物层对林内穿透雨的调节幅度更大。(2)室内模拟淋溶实验中,淋溶24h后,2个林型凋落物DOC和DOP的总溶出量及原始红松林凋落物DON的总溶出量均表现为未分解层(U层)显著高于半分解层(S层)(p<0.05);原始红松林S层凋落物DOC的溶出总量显著高于次生阔叶林(p<0.01),但U层凋落物DOC的溶出总量显著低于次生阔叶林(p<0.01);原始红松林U层和S层凋落物DON和DOP的溶出总量均显著高于次生阔叶林(p<0.01);在6-24h的淋溶期间,整体上,随着淋溶时间的延长,不同样品的DOM溶出量呈现先上升后下降的趋势,DOM也表现出释放和反吸附的特征。(3)室内模拟淋溶实验中,在6-24h的淋溶期间,2个林型凋落物DOM的芳香性指标(SUVA)均表现为S层显著高于U层(p<0.05);2个林型凋落物DOM的腐殖化指标(HIX)表现为S层显著高于U层(p<0.05);淋溶24h后,2个林型凋落物DOM的荧光强度最大值由U层到S层凋落物逐渐增大,对应的波长由短波向长波移动,这是腐殖化程度越来越高,电子共轭体系逐渐增大的体现;所有样品的红外光谱显示了 4个相似的吸收谱带,但不同样品各吸收带的相对比例不同,同一林分由U层到S层凋落物DOM的红外吸收比例的增大,表明所含芳香类、烷氧类物质或者羧酸的增多,共轭体系变大;原始红松林S层凋落物DOM的SUVA值和HIX值均显著高于次生阔叶林(p<0.05),原始红松林凋落物DOM在1680～1560cm-1的红外吸收比例大于次生阔叶林,说明原始红松林凋落物DOM中具有更多的不饱和键和芳香族化合物,有利于土壤肥力的维持和碳汇的形成。(4)6个树种叶片初始性状均差异显著(p<0.01);室内模拟淋溶24h后,6个树种叶凋落物C、N、P、K、Ca和Mg等多种营养元素的溶出量差异显著(p<0.05),其中养分元素溶出能力最大的物种为水曲柳(Fraxinus mandschurica),最小的物种为红松(Pinus koraiensis),且叶凋落物失重率也表现出同样的规律,相对于阔叶树种,红松叶片凋落物养分元素的淋溶能力更差;不同养分元素的可溶性之间存在显著差异,K、Ca、Mg和P元素的可溶性显著大于C和N元素(p<0.01);淋溶后6个树种叶凋落物C:P值和N:P值均显著增大(paired t-test,p<0.001)。叶片初始性状影响凋落物养分元素的溶出,标准持水力是影响C、P、K和Mg溶出的最重要因子,比叶面积是影响N溶出的最重要因子,叶片韧性是影响Ca溶出的最重要因子,纤维素含量也是影响C溶出的主要因子。