凋落物分解对森林土壤碳库影响的研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb18040053

摘要/Abstract

摘要： 凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径,是森林生态系统重要功能之一。凋落物作为外源有机物质,进入土壤后其分解不但会增加土壤中碳源,改变土壤理化性质,而且还会增加土壤中各种微生物的数量,改变土壤微生物群落结构,加速土壤有机碳矿化速率,从而对土壤有机碳库动态变化产生重要影响。土壤是陆地生态系统的核心,研究土壤碳库动态对正确评价土壤在陆地生态系统碳循环以及全球变化中的作用有重要意义。本文就凋落物分解过程及对土壤碳库中土壤呼吸、土壤有机碳、土壤微生物量碳、土壤碳矿化及理化性质等影响进行综述,为土壤碳库周转动态研究提供参考。

关键词: 谷子, 谷子, 农杆菌转化, 组织培养

Abstract: Litter decomposition has far-reaching impact on the forest ecosystem soil carbon pool. This paper summarized the domestic and foreign related researches in recent years, briefly described the litter decomposition process and study methods, and analyzed the effects of litter decomposition on soil carbon pool by soil respiration, soil organic carbon, soil microbial biomass carbon, soil carbon mineralization and physicochemical properties. In response to the questions existing in the current research on litter decomposition, we pointed out that it was necessary to use new experiment methods, such as 13C isotope tracer method; monitoring the dynamic changes of lignin during the decomposition process; using multi factor cross analysis to approach the actual situation; and studying the decomposition of litter in a large space-time scale.

裴蓓,高国荣. 凋落物分解对森林土壤碳库影响的研究进展[J]. 中国农学通报, 2018, 34(26): 58-64.

参考文献

[1] Dray R,Gorham E．Litter production in forest of the world[J]. Adv Res,1964,2：101-157．
[2] Raich J W,Schlesinger W H．The global carbon dioxide flux in soil respiration and its relationshio to vegetation and climate[J]．Tellus,1992,44B：81-89．
[3] 陈遐林．华北主要森林类型的碳汇功能研究[D]．北京：北京林业大学,2003：20-25.
[4] Houghton R A．Land-use change and carbon cycle[J]．Global Change Biology,1995,1：275-287．
[5] Sparling G P．Ratio of microbial biomass C to soil organic C as a sensitive of changes in soil organic matter[J]．J Soil Research,1992, 30：195-207．
[6] Liang B C,Mackenzie A F,Schnitzer M,Monreal C A,Voroney P R,Beyaert R P．Management-induced change in labile soil organic matter continuous corn in eastern canadian soils[J]．Biology and Fertility Soils,1998,26：88-94．
[7] Wood T G．Field investigation on the decomposition of leave of Eucaluptus delegatensis in relation to wnvironment factors[J]．Pedobiologia,1991,14：343-371．
[8] 王相娥,薛立,谢腾芳．凋落物分解研究综述[J]. 土壤通报,2009,40(6)：1473-1478．
[9] 郭剑芬,杨玉盛,陈光水．森林凋落物分解研究进展[J]. 林业科学,2006,42(4)：93-100．
[10] Cadish G,Giller K E．Driven by nature：plant litter quality and decomposition[J]. Wallingford：C AB international,1997：101-105．
[11] Aerts R．The freezer deforesting：global warming and litter decomposition rates in cold biomes[J]. J Ecol,2006,94：713-724．
[12] Johansson M B．Decomposition rates of Scots pine needle litter related to site properties,litter quality,and climate[J]．Canadian Journal of Forest Research,1994,24：1771-1781．
[13] AERTS R．Climate,leaf litter chemistry and leaf litter decomposition in terrestrial ecosystems：a triangular relationship[J]．Oikos,1997,79：439-449．
[14] Anderson J M,Swift M J．Decomposition in tropic forests // Sutton S L,Whitmore T C, Chadwick A C. Tropical Rain Forest：Ecology and Managemen[J]t．Oxford：Blackwell Scientific,1983,287-309.
[15] Jenny H S,Gessel P,Bingham F T. Comparative study of decomposition rates of organic matter in temperate and tropical regions[J]．Soil Science,1949,68：419-432．
[16] Dittmer S,Schrader S．Longterm effects of soil compaction and tillage on Collembola and straw decomposition in arable soil[J]．Pedobiologia,2000,44：527-538．
[17] Knacker T,F?rster B,R?mbke J,Frampton G K. Assessing the effects of plant protection products on organic matter breakdown in arable fields—litter decomposition test systems[J]．Soil Biology Biochemistry,2003,35：1269-1287．
[18] Gillon D,Jeffre R,Ibrahima A. Can litter decomposability be predicted by near infrared reflectance spectroscopy[J]．Ecology,1999,80：175-186．
[19] 张莉. 微地形改造促进凋落物分解方法：中国科学院新疆生态与地理研究所,200910113498,2010-4-21.
[20] 林宝平, 何宗明, 郜士垒, 桑昌鹏, 温秀萍, 林宇, 黄志群, 林思祖. 去除根系和凋落物对滨海沙地3种防护林土壤碳氮库的短期影响[J]. 生态学报, 2017, 37(12): 4061-4071.
[21] 谢国雄, 沈建国, 王京文, 张奇春, 侯昌萍, 梁颖颖. 不同经营措施下毛竹林土壤有机碳组分研究[J]. 中国农学通报, 2013, 29(31):53-57.
[22] 陈书涛, 邹建文, 胡正华. 陆地生态系统土壤呼吸的观测与模拟[J]. 生态环境学报, 2017, 26(11):1985-1996.
[23] 立天宇, 康峰峰, 韩海荣, 高晶, 宋小帅, 于舒. 冀北辽河源自然保护区土壤微生物碳代谢特征对凋落物分解主场效应的响应[J]. 应用生态学报, 2015, 26(7)： 2159-2166.
[24] Ngao J,Epron D,Brechet C,Granier A．Estimating the contribution of leaf litter decomposition to soil CO2 efflux in a beech forest using 13C-depleted litter[J]．Global Change Biology,2005,11(10)：1768-1776．
[25] 张素彦, 蒋红志, 王扬, 张艳杰, 鲁顺宝, 白永飞. 凋落物去除和添加处理对典型草原生态系统碳通量的影响[J]. 植物生态学报, 10.17521/cjpe.2016.0083 .S
[26] 高强, 马明睿, 韩华, 张维砚, 王昊彬, 郑泽梅. 去除和添加凋落物对木荷林土壤呼吸的短期影响[J]. 生态学杂志, 2015, 34(5): 1189-1197.
[27] 王光军,田大伦,闫文德,朱凡,李树战．马尾松林土壤呼吸对去除了添加凋落物处理的响应[J]. 林业科学,2009,45(1)：27-30．
[28] 王清奎,汪思龙,于小军,张剑,刘燕新．杉木与阔叶树叶凋落物混合分解对土壤活性有机质的影响[J]. 应用生态学报,2007,18(6)：1203-1207．
[29] 李晓杰, 刘小飞, 熊德成, 林伟盛, 林亭武, 施文文, 谢锦升, 杨玉盛. 中亚热带杉木人工林和米槠次生林凋落物添加与去除对土壤呼吸的影响[J]. 植物生态学报, 2016, 40(5): 447-457.
[30] Wan S Q,Luo Y Q. Substrate regulation of soil respiration in a tallgrass prairie：Resuts of a clipping and shading experiment．Global biogeochemical cycles,2003,17：1054-1029.
[31] 张伟东,汪思龙,杨会侠,于小军．树种和凋落物对杉木林土壤微生物性质的影响[J]．应用与环境生物学报,2010,16(2)：168-172．
[32] 薛杨, 杨众养, 陈毅青, 王小燕, 宿少峰, 林之盼, 林日武, 薛雁文. 热带滨海台地典型森林类型凋落物及土壤有机碳特征[J]. 热带作物学报, 2016, 37(11): 2083-2088.
[33] 胡宁, 马志敏, 蓝家程, 伍宇春, 傅瓦利, 袁红, 娄露玲. 石漠化区植被恢复过程凋落叶分解特征及其对土壤有机碳/氮的影响——以重庆中梁山为例[J]. 中国岩溶, 2016, (5): 539-549.
[34] 张晓鹏, 潘开文, 王进闯, 陈其兵. 栲-木荷林凋落叶混合分解对土壤有机碳的影响[J]. 生态学报, 2011, 31(6): 1582-1593.
[35] 徐剑武. 莽山三种森林类型凋落物对土壤有机碳及大量养分的影响[D]. 中南林业科技大学, 2014.
[36] 王晓峰, 汪思龙, 张伟东. 杉木凋落物对土壤有机碳分解及微生物生物量碳的影响[J]. 应用生态学报, 2013, 24(9): 2393-2398.
[37] 辜翔, 张仕吉, 项文化, 李雷达, 刘兆丹, 孙伟军, 方晰. 中亚热带4种森林类型土壤活性有机碳的季节动态特征[J]. 植物生态学报, 2016, 40(10): 1064-1076.
[38] 崔鸿侠, 潘磊, 黄志霖, 曾立雄, 付甜, 胡文杰. 神农架不同海拔巴山冷杉林土壤活性有机碳特征[J]. 西南林业大学学报, 2017, 37(1): 110-115.
[39] 翟凯燕, 马婷瑶, 金雪梅, 袁在翔, 陈斌, 关庆伟. 间伐对马尾松人工林土壤活性有机碳的影响[J]. 生态学杂志, 2017, 36(3): 609-615.
[40] 宋小艳, 张丹桔, 张健, 李建平, 纪托未, 欧江, 胡相伟. 马尾松(Pinus massoniana)人工林林窗对土壤不同形态活性有机碳的影响[J]. 生态学报, 2015, 35(16): 5393-5402.
[41] 王春阳, 周建斌, 王祥, 夏志敏. 黄土高原区不同植物凋落物可溶性有机碳的含量及生物降解特性[J]. 环境科学, 2011, 32(4): 1139-1145.
[42] 王清奎,汪思龙,于小军,张剑,刘燕新．杉木与阔叶树叶凋落物混合分解对土壤活性有机质的影响[J]. 应用生态学报,2007,18(6)：1203-1207．
[43] Wang Q K,Wang S L,Deng S L．Comparative study on active soil organic matter in Chinese fir plantation and native broad-leaved forest in subtropical China[J]．Journal of Forestry Research,2005,15(1)：23-26．
[44] 王清奎,汪思龙,高洪,余小军．杉木人工林土壤活性有机质变化特征[J]. 应用生态学报,2005,16(7)：1270-1274．
[45] 刘荣杰, 李正才, 王斌, 吴亚丛, 程彩芳, 马少杰, 格日乐图. 浙西北丘陵地区次生林与杉木林土壤水溶性有机碳季节动态[J]. 生态学杂志, 2013, 32(6): 1385-1390.
[46] Hagedorn F,Kaiser R,Feyen H. Effect of redox condition and flow processes on the mobility of dissolved organic carbon and nitrogen in a forest soil[J]. J Envir Qual,2000,29：288-297．
[47] 李岩, 方晰, 项文化, 孙伟军, 张仕吉, 李胜蓝. 湘中丘陵区4种森林土壤水溶性有机碳含量及其与土壤养分的关系[J]. 土壤通报, 2014, (6)；1483-1490.
[48] 张剑,汪思龙,王清奎,刘燕新．不同森林植被下土壤活性有机碳含量及其季节变化[J]. 中国生态农业学报,2009,17(1): 41-47．
[49] 王宁, 王美菊, 李世兰, 王楠楠, 冯富娟, 韩士杰. 降水变化对红松阔叶林土壤微生物生物量生长季动态的影响. 应用生态学报, 2015, 26(5): 1297-1305.
[50] Rogers B F,Tate Ⅲ R L. Temporal analysis of the soil microbial community along a toposequence in pine land soil[J]. Soil Biolology and biochemistry,2002,33：1389-1401．
[51] 胡亚林,汪思龙,黄宇,于小军．凋落物化学组成对土壤微生物学性状及土壤酶活性的影响[J]. 生态学报,2005,25(10)：2662-2668．
[52] 肖育贵．不同林型凋落物土壤微生物数量动态的研究[J]. 林业科技通讯,1996,9：28-29．
[53] 龚伟,胡庭兴,王景燕,宫渊波,冉华．川南天然常绿阔叶林人工更新后枯落物对土壤的影响[J]．林业科学,2007,43(7)：112-119．
[54] 张伟东,汪思龙,颜绍馗,杨会侠,徐广标．杉木根系和凋落物对土壤微生物学性质的影响[J]．应用生态学报,2009,20(10)：2345-2350．
[55] 陈印平,赵丽华,吴越华,吴宁,罗鹏,王进闯,潘开文．森林凋落物与土壤质量的互作效应研究[J]．世界科技研究与发展,2005,27(4)：88-94．
[56] Wang G G,Klinka K．White spruce foliar nutrient concentrations in relation to tree growth and soil nutrient amounts[J]．Forest Ecology and Management,1997,98(1)：89-99．
[57] 曲浩,赵学勇,赵哈林,王少昆．陆地生态系统凋落物分解研究进展[J]．草业科学,2010,27(8)：44-51．
[58] 许晓静,张凯,刘波,兰长春,徐小牛．森林凋落物分解研究进展[J]．中国水土保持科学,2007,5(4)：108-114．
[59] 林波,刘庆,吴彦,庞学勇,何海．川西亚高山针叶林凋落物对土壤理化性质的影响[J]．应用与环境生物学报,2003,9(4)：346-351．
[60] 温明章,于丹,郭继勋．凋落物层对东北羊草草原微生物环境的影响[J]. 武汉植物学研究,2003,21(5)：395-400．
[61] 李忠佩,张桃林,陈碧云．可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系[J]．土壤学报,2004,41(3)：544-552．
[62] 陈亮中,谢宝元,肖文发,黄志霖．三峡库区主要森林植被类型土壤有机碳贮量研究[J]．长江流域资源与环境,2007,16(5)：640-643．
[63] Ross D J,Tate K R,Scott N A. Land-use change：Effects on soil carbon,nitrogen and phosphorus pools and fluxes in three adjacent ecosystems[J]．Soil Biology Biochemistry,1999,31：803-813．
[64] 郝瑞军,李忠佩,车玉萍．苏南水稻土有机碳矿化特征及其与活性有机碳组分的关系[J]．长江流域资源与环境,2010,19(9)：1069-1074．
[65] Patrick A.W,David L J,Roger F,Douglas L G,Ulla S L．The carbon we do not see-the impact of low molecular weight compounds on carbon dynamics and respiration in forest soils a review[J]．Soil Biology Biochemistry,2005,37：1–13．
[66] Hart S C,Nason G E,Myrold D D．Dynamics of gross nitrogen transformation in an old-growth forest：the carbon connection[J]．Ecology,1994,75：880-891．
[67] Kelliher F M,Ross D J,Law B E,Baldocchi D D,Rodda N J．Limitations to carbon mineralization in litter and mineral soil of young and old ponderosa pine forests[J]．Forest Ecology and Management,2004,191：201-213．
[68] 史学军,潘剑军,陈锦盈,杨志强,张黎明,孙波,李忠佩．不同类型凋落物对土壤有机碳矿化的影响[J]．环境科学,2009,30(6)：1832-1837．
[69] 陆晓辉,丁贵杰,陆德辉.人工调控措施下马尾松凋落叶化学质量变化及与分解速率的关系[J].生态学报,2017,37(7):2325-2333
[70] 肖文娅, 刁娇娇, 费菲, 关庆伟. 不同强度间伐对杉木人工林凋落物分解速率的影响[J]. 环境生态学报, 2016, 25(8)： 1291-1299.
[71] 徐波, 朱忠福, 李金洋, 吴彦, 邓贵平, 吴宁, 石福孙. 九寨沟国家自然保护区4个典型树种叶片凋落物在林下及高山湖泊中的分解及养分释放特征[J]. 植物生态学报, 2016, (9): 883-892.
[72] Mathieu T,Marie F D,Cornelia R．Fate of lignins in soils：A review[J]．Soil Biology Biochemistry,2010,42,1200-1211.