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哀牢山山地湿性常绿阔叶林木质物残体的贮量、组成和生态学功能研究

【摘要】: 木质物残体(Woody debris,简称WD)包括粗木质物残体(Coarse woody debris,简称CWD)和细木质物残体(Fine woody debris,简称FWD),是森林生态系统中重要的结构性和功能性组成要素。其中CWD主要由倒木、枯立木、枯桩和枯落大枝组成,是森林木质物残体的主体;FWD主要指小枝,其数量和生态功能相对次要。木质物残体在保持森林生态系统的完整性方面发挥着重要的生态功能,影响着系统内外相关的生物和非生物过程,不仅为微生物、节肢动物、鸟类以及哺乳动物提供栖息环境,是生态系统中重要的碳库和养分库,而且在减少土壤侵蚀和森林水文生态方面具重要的作用。 本论文通过对哀牢山山地湿性常绿阔叶林及其次生林WD的贮量、组成及其来源进行系统的调查,分析了原生林CWD的碳素和营养元素的含量,并估算了优势树种CWD的分解速率和碳素释放速率;同时也对CWD在森林生态系统中的生态功能进行了调查。 研究结果表明:哀牢山原生山地湿性常绿阔叶林中WD的总贮量为74.78 Mg ha-1,其中,CWD贮量为70.33 Mg ha-1,处于亚热带常绿阔叶林CWD贮量的上限。坚硬的木材质地、温凉湿润的气候环境以及较少的人为干扰是该区域原生林形成高CWD贮量的主要原因。而原生常绿阔叶林受到不同程度的人为干扰和破坏形成的三类次生林木质物残体的贮量较低,表现出贮量变化随演替进程而逐渐增加的趋势。 由于较高的WD贮量,使该区域原生林贮藏了群落中相当数量的碳素和养分,总的碳素贮量为36.33 Mg ha-1,是该森林地面凋落物中碳素贮量的6.5倍;N、P、Ca等10种营养元素的总贮量为548.08 kg ha-1(其中CWD中营养元素的贮量为495.55kg ha-1,占总贮量的90.4%),相当于地表枯落物中养分贮量(679.75 kg ha-1)的80%,因此是群落中重要的碳库和养分库。 根据密度变化所估算出的主要树种CWD的平均分解速率为0.019 (0.010-0.030),远远低于热带和亚热带森林CWD的分解速率,也略低于一些温带森林的研究结果。CWD的呼吸速率在干季和雨季变化明显,干季平均为0.073μg C g-1 C min-1(0.007-0.506μg C g-1 C min-1),雨季平均为0.170μg C g-1 Cmin-1(0.023-0.892μg C g-1 C min-1)。而且不同树种之间的呼吸速率差异显著(p 0.05)。据估算本区原生林CWD每年释放的碳素为0.752 - 1.039 Mg ha-1 yr-1,低于热带森林CWD的碳排放量。 研究区域CWD具有多方面的功能。除了对碳素和养分的贮藏,还表现在为附生植物等提供生境和基质。调查显示:倒木、枯立木和枯落枝上共生长着58种附生植物(苔藓植物52种,蕨类植物3种,种子植物3种),其中倒木上附生植物种类最多,共有44种附生植物;此外,CWD在干季和雨季的自然持水量分别为34.12 Mg ha-1、87.08 Mg ha-1,雨季超过其自身干重,表现了很大的水分蓄持能力。 降雪是森林生态系统的一个重要干扰因素,一次降雪产生的CWD生物量2.26 Mg ha-1;同时形成0.88 Mg ha-1的FWD生物量。根据约8-10年一次的降雪周期,研究区域由于降雪输入CWD的速率为0.23-0.28 Mg ha-1 yr-1;输入FWD的速率为0.09-0.11 Mg ha-1 yr-1。 除此之外,该群落CWD组分中,倒木来源于老树自然死亡,降雪、大风等自然干扰是产生林内枯落大枝的主要原因。

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