片段化生境中凋落叶和细枝分解特征及其影响因素

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凋落物分解是森林生态系统物质循环和能量流动的关键环节,有机碳矿化为二氧化碳的过程是全球碳循环的中心环节,它在很大程度上受到凋落物分解的控制。近几十年来,由于商业砍伐、城市化和农业开发等人为活动的影响,全球范围内的森林受到了不同程度的破坏,约70%的森林已处于生境片段化状态。迄今关于生境片段化效应的研究大多聚焦于对生物多样性的影响,缺乏对生态系统功能特别是凋落物分解过程的研究。为此,研究并深入了解片段化生境中凋落物分解及其对环境变化的响应机制,具有十分重要的意义。生境片段化会通过改变非生物环境因子与植物群落,进而改变分解者群落;同时,因分解者群落中不同类群(土壤动物和微生物)对环境和分解底物的响应和偏好可能存在差异,最终导致生境片段化对不同木本植物凋落物以及同种植物不同类型凋落物(凋落叶和细枝)产生不同的效应类型(正、负、无)。为探明上述问题,本研究选取千岛湖地区常见的4种木本植物短柄枹(Quercus serrata)、苦槠(Castanopsis sclerophylla)、檵木(Loropetalum chinense)和马尾松(Pinus massoniana)的凋落叶和细枝作为分解底物,采用粗细两种网孔孔径规格的分解袋(用于排除或包含土壤大型无脊椎动物的作用),在15个不同大小岛屿上45个样方(边缘vs内部)以及15个位于连续森林的大陆样方中开展为期一年的分解实验。主要结果如下:(1)凋落叶和细枝的分解速率在物种间差异显著,其中马尾松凋落叶显著低于其它3个物种,马尾松和短柄枹细枝显著低于苦槠和檵木;(2)土壤大型无脊椎动物对凋落叶和细枝分解速率的影响有差异,排除大型动物显著降低了4种凋落叶的分解速率,但对细枝的分解无显著影响;(3)大陆真菌子实体盖度显著低于岛屿,菌丝盖度仅显著低于小岛;岛屿隔离度通过降低木本植物多样性对白蚁多度和真菌菌丝盖度均产生负效应,岛屿面积通过增大空气湿度对真菌产生负效应,木本植物物种丰富度增加对真菌菌丝盖度有正效应;(4)4种植物凋落叶分解速率在大陆与岛屿之间差异均不显著,但岛屿上短柄枹和檵木细枝分解速率显著高于大陆;凋落叶和细枝分解速率在岛屿边缘和内部之间均无显著差异;岛屿隔离度对凋落叶和细枝分解速率均无显著影响;短柄枹凋落叶分解速率与岛屿面积之间有显著的正相关关系,但4种植物细枝分解速率与岛屿面积之间均无显著相关性。本研究系统探究了生境片段化对凋落叶和细枝分解速率的影响,以及非生物环境和分解者群落的调控作用。以上结果表明,物种特性(底物质量)决定了两类凋落物的分解速率,而分解动物的贡献则取决于凋落物类型(凋落叶和细枝)。环境因子如湿度和木本植物丰富度在生境片段化的作用下发生变化,并对不同分解者类群(白蚁和真菌)产生抑制或促进作用,进而引起分解者群落组成的变化。总的来看,不同植物凋落物的分解速率与生境片段化的关系取决于其性状的优劣以及和分解者类群之间的亲和性,如凋落叶中短柄枹的养分含量高,且分解动物是主要分解者,所以导致了其分解速率随岛屿面积增大而增大。本研究结果有助于我们理解亚热带地区森林片段化对凋落物分解的影响,并为科学管理亚热带森林生物多样性和生态系统功能提供了理论支持。
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