杨树人工林生态系统凋落物生物量及其分解特征

葛晓敏，唐罗忠，王瑞华，李勇，朱玲，贾志远，丁晖

杨树人工林生态系统凋落物生物量及其分解特征

葛晓敏1,2,3*，唐罗忠2*﹟，王瑞华2，李勇2，朱玲2，贾志远2，丁晖3﹟

1. 南京大学生命科学学院，江苏 南京 210046；2. 南京林业大学林学院，江苏 南京 210037；3. 环境保护部南京环境科学研究所//国家环境保护生物安全重点实验室，江苏 南京 210042

凋落物是森林土壤有机质的主要来源，是森林生态系统物质循环和能量流动的重要载体。而凋落物分解是森林生态系统养分生物地球化学循环的重要过程，是土壤有效养分供应能力的决定因素之一，与森林生产力及可持续生长密切相关。通过研究杨树人工林凋落物生物量及其分解过程，掌握其养分数量及其释放规律，为人工林可持续经营提供重要依据。采用凋落物收集网法和凋落物分解袋法，对长江中下游地区南京市浦口区13年生的杨树（Populus deltoides Bartr. cv. “Lux” I-69/55）人工林生态系统凋落物生物量以及不同类型凋落物的分解特征进行了系统研究，结果表明：杨树人工林凋落物生物量约为5 t∙hm-2∙a-1，叶片是凋落物的主要成分，占凋落物总量的70%左右；通过Olson指数模型拟合得出的各凋落物的半分解时间及95%分解时间均表现为杨树枯枝＞杨树枯叶＞混合凋落物＞枯死的林下植被＞杨树根系。2年连续分解试验表明，凋落物中的N整体上呈先富集后释放的模式，P整体上呈持续富集的模式，K呈早期释放模式，而Ca和Mg的释放模式比较复杂。分解2年后，杨树地上部分凋落物（枯叶和枯枝）养分总释放量（N、P、K、Ca和Mg的总和）为86.1 kg∙hm-2，养分回归率约为60%；林下植被凋落物养分总释放量为92.3 kg∙hm-2，养分回归率达75%以上，表明林下植被凋落物是杨树人工林生态系统养分归还的重要组成部分。

杨树人工林；生物量；凋落物分解；养分回归；林下植被

凋落物是森林土壤有机质的主要来源之一，凋落物分解是森林生态系统养分生物地球化学循环的重要过程，是土壤有效养分供应能力的决定因素之一，与森林生产力密切相关。

不同树种的凋落物生物量及凋落动态不同。胡灵芝等（2011）研究发现，落叶树种一般在秋冬季节出现凋落高峰，呈单峰型；常绿树种则在夏季出现凋落高峰，而有些常绿树种在夏季和冬季均出现凋落高峰，呈双峰型。研究（凌华等，2009；戎宇，2011）表明，森林凋落物生物量与纬度及海拔呈显著负相关。也有研究（戎宇，2011）认为病虫害的发生会使未衰老的叶片提早凋落，从而出现短期的凋落高峰。

森林凋落物在分解过程中的养分元素迁移模式主要包括：淋溶—富集—释放模式、富集—释放模式和直接释放模式。不同养分元素的释放特征不同，多数研究（刘颖等，2009；杨玉盛等，2004；刘洋等，2006）认为，在凋落物分解过程中，N和P一般呈先富集后释放的模式；而K易被淋溶，一般呈直接释放模式；Ca和Mg的流动性较差，在分解初期会少量富集，后期逐步释放。

中国杨树人工林面积已达850多万公顷，居世界首位。杨树人工林在木材生产、生态防护、经济建设等方面起到了巨大的作用。前人在杨树育种、栽培技术、生理生态特征等方面已开展了大量研究（李善文等，2004；方升佐，2008；李生英等，1998；牛正田等，2006）。但是，近年来，中国杨树人工林面临着地力衰退、生产力下降等问题。凋落物作为杨树人工林生态系统中重要的养分归还库，其在生态系统养分循环过程中具有重要作用（Meiresonne et al.，2007；万猛等，2009）。本文对位于南京市浦口区的杨树人工林生态系统凋落物生物量以及不同类型凋落物的分解动态进行了系统研究，旨在为阐明杨树人工林凋落物养分归还规律，探讨凋落物在维持杨树人工林生态系统土壤肥力的作用等研究提供科学依据和基础数据。

1 研究地概况

研究地位于南京市浦口区（东经118°62′，北纬32°07′），属亚热带季风气候区，全区多年平均降雨量为1102 mm，其中60%左右的降雨量集中在5—9月，年均气温14.4 ℃，全年无霜期达200～300 d。土壤属潜育型水稻土，土质较黏。调查对象为I-69杨（Populus deltoides Bartr. cv. “Lux” I-69/55），造林时间为2002年，株行距为6 m×6 m。林下植被丰富，主要包括构树（Broussonetia papyrifera）、桑树（Morus alba）等木本植物以及天明精（Carpesium abrotanoides）、窃衣（Torilis scabra）、白苏（Perilla frutescens）、反枝苋（Amaranthus retroflexus）等草本植物。

2 材料与方法

2.1 试验材料

2013年12月初在试验地内分别收集凋落不久的杨树枯叶、杨树枯枝、凋亡的林下植被，并挖取杨树中根（粗度2～5 mm）和细根（粗度＜2 mm），于实验室内风干后用于凋落物野外分解试验。供试凋落物的化学性质见表1。

2.2 试验方法

凋落物生物量采用凋落物收集网进行收集推算。在杨树人工林固定样地中随机设置9个直径为1 m的圆形凋落物收集网，网口高于地面1.0 m左右，每月下旬收集1次网内凋落物，每次将收集的凋落物全部带回实验室，按枯叶、枯枝和碎屑（主要包括虫粪、鸟粪、死亡的昆虫、树皮等杂物）进行分类，取部分样品测定含水率，推算凋落物各组分生物量。试验于2012年9月—2014年10月进行。

凋落物分解试验采用分解袋法进行。在固定样地内，设置3个试验区组，每个区组均设置5个处理，分别为杨树枯叶（F）、杨树枯枝（B）、枯萎的林下植被（U）、混合凋落物（前3者的混合物，M）和杨树根系（R）。分别将20 g风干的各处理凋落物均匀地装入长和宽分别为25 cm和20 cm的尼龙网分解袋中，其中混合凋落物比例为：7.5 g枯叶+7.5 g枯草+5.0 g枯枝，根系凋落物分解袋中包含5 g中根和15 g细根（参考自然状态下各类凋落物生物量比例）。各凋落物袋中凋落物烘干重约为18 g，相当于每公顷林地上的凋落物重量为3.6 t左右。将装有枯叶、枯枝、林下植被以及混合凋落物的分解袋放置在清除林下植被和凋落物的地表，而在装有根系的分解袋中，均匀混入1 kg左右的新鲜土壤，埋于10 cm深的土层处，模拟自然状态下的凋落物分解。试验于2013年1月开始，每隔2个月取1次样，每次各个处理收取3个分解袋，共收取15个分解袋。试验进行了2年，累计收取180个分解袋。分解袋取回后将袋中土和杂物去除，并用毛笔小心刷除粘附在凋落物上的泥土，将凋落物在65 ℃下烘干称重，粉碎后测定N、P、K、Ca和Mg含量。

2.3 测定方法

取一定重量粉碎后的凋落物，经H2SO4-HClO4消煮、过滤、定容后，N和P的含量由连续流动分析仪测定（BRAN+LUEBBE AA3），K、Ca和Mg的含量由原子吸收分光光度计测定（Solaar Unicam 969 AAS，USA）。

2.4 计算方法

（1）凋落物残留率

式中，Y为凋落物生物量残留率，Xt为分解 t时间后凋落物的剩余重量，X0为凋落物分解前的初始重量。

（2）凋落物分解速率模型

采用改进后的Olson指数模型y=ae-kt来描述凋落物的分解。其中，y为凋落物分解t时间（a）后的残留率（%），a为拟合参数，k为年分解系数（g∙g-1∙a-1）。

（3）凋落物养分总量=凋落物养分含量×凋落物生物量。

表1 分解试验供试凋落物的化学性质Table 1 Chemical properties of litterfalls used in litterfall decomposition

（4）凋落物养分总量失重率=(初始凋落物养分总量-剩余凋落物养分总量)/初始凋落物养分总量×100%。

2.5 数据处理

运用Microsoft Excel 2003软件进行数据整理与绘图，SPSS 18.0软件进行统计分析。采用回归分析法中的指数分布对凋落物分解残留率和分解时间进行回归分析，显著性水平设为P＜0.05，极显著水平设为P＜0.01。

3 结果与分析

3.1 凋落物生物量

如图1所示，不同年份杨树凋落物生物量的变化规律有所不同。2013年凋落物生物量分别在7—8月和12月出现1次峰值，而2012年和2014年则主要在 10—11月出现高峰。落叶是杨树凋落物的主要成分，占凋落总量的70%左右，其月动态与凋落物总量基本一致。杨树枯枝和碎屑的月动态与落叶几乎相反。2013年7—8月出现大量凋落物的主要原因是当时爆发了较大规模的病虫害，导致落叶和碎屑量明显增多。通过计算可知，该杨树人工林年均凋落物生物量约为 5 t∙hm-2∙a-1。

3.2 凋落物分解的重量残留率动态

由图2可见，各种凋落物在2年的分解过程中，重量残留率均表现出逐步下降的趋势，但凋落物种类不同，重量残留率变化过程有所不同，其中杨树枯枝残留率始终最高，杨树枯叶和林下植被的残留率次之，杨树根系的残留率始终最低；混合凋落物的残留率在2013年1—9月间仅低于杨树枯枝，之后逐渐低于杨树枯叶，至试验结束时（2015年1月，分解 2年），不同类型凋落物分解的重量残留率顺序为杨树根系＜林下植被＜混合凋落物＜杨树枯叶＜杨树枯枝。

3.3 凋落物分解的Olson指数模型

通过Olson时间衰减模型，可以构建不同凋落物分解残留率随时间变化的指数方程。利用该方程可以估算凋落物的半分解时间（即残留50%时所需时间）和分解95%时（即残留5%）所需的时间。

图1 杨树人工林凋落物生物量月动态Fig. 1 Temporal fluctuations of litterfall biomass in a poplar plantation

图2 不同类型凋落物分解的重量残留率动态Fig. 2 Temporal fluctuations of residual rates in different plant litterfall types during decompositionF：杨树枯叶；B：杨树枯枝；U：枯死的林下植被；M：F、B和U的混合凋落物；R：杨树细根和中根混合物；下同F: poplar foliage litterfall; B: poplar branch litterfall; U: understory litterfall; M: mixed litterfall included F, B and U; R: poplar roots; the same below

表2 不同类型凋落物分解的Olson指数模型Table 2 Regression equations between residual rates and time of decomposition for different plant litterfall types

从表2可知，不同类型凋落物的Olson指数模型的模拟效果均较好，相关系数在0.938以上，达到了极显著水平（P＜0.01）。杨树根系的分解系数最大，林下植被、混合凋落物和杨树枯叶的分解系数次之，杨树枯枝的分解系数最小。不同类型凋落物的半分解时间和 95%的分解时间则与分解系数相反，表现为杨树枯枝最长，其次为杨树枯叶、混合凋落物和林下植被，而杨树根系最短。

3.4 凋落物分解的养分释放特征

3.4.1 氮的释放

图3所示为不同类型凋落物在分解过程中N浓度及N总量失重率的动态变化。在2年的分解过程中，各凋落物中N含量均先增加，后下降。在1年半时间内，杨树枯叶的N含量始终最大，其次是杨树根系、林下植被和混合凋落物，而杨树枯枝中的N含量始终最低；分解2年时（2015年1月），杨树根系中的N含量最大，林下植被次之，杨树枯叶、枯枝及混合凋落物N含量较低。

养分的失重率反映了凋落物分解过程中养分的归还情况。如图3所示，在分解的第1年，各凋落物的氮失重率较低，即氮的释放量较少，其中杨树枯叶和枯枝在分解前期N释放量为负值；其他凋落物在分解1年左右时N释放总量也只有30%左右。分解2年时（2015年1月），不同类型凋落物的N总量失重率在56%～87%之间，其中杨树枯叶和混合凋落物的失重率最大，杨树枯枝次之，杨树根系和林下植被的N总量失重率较小。

3.4.2 磷的释放

从图4可知，杨树枯叶中的P含量在2年的分解过程中呈持续增加趋势，而其他类型凋落物中的P含量随分解时间的变化，表现为先降低后增加的趋势。分解2年时，杨树枯叶和林下植被中的P含量最大，混合凋落物次之，杨树根系和枯枝最低。

图3 凋落物分解过程中氮含量及氮总量失重率Fig. 3 Dynamics of N contents and loss rates of N amounts in different litterfalls during decomposition

图4 凋落物分解过程中磷含量及磷总量失重率Fig. 4 Dynamics of P contents and loss rates of P amounts in different litterfalls during decomposition

从图4还可以看出，杨树根系和林下植被中的P失重率保持在较高水平，分解两年时P的失重率分别为90%和50%左右；杨树枯叶和混合凋落物中P的失重率较低；杨树枯枝中P的失重率变化趋势与其他凋落物明显不同，在分解的早期失重率较高，后期明显低于其他类型凋落物，表明此阶段枯枝中的P呈明显的富集状态。

3.4.3 钾的释放

由图5可知，凋落物中K的释放规律不同于N和 P。由于K易被淋溶，在分解初期（半年），凋落物中的K含量明显下降，其中杨树根系和林下植被中的K含量下降幅度最大，与初始浓度相比，分别下降了86%和73%；其次为混合凋落物，含量下降了53%；而杨树枯叶和枯枝的K含量下降幅度相对较小。试验结束时，杨树枯叶和林下植被中的K含量较大，混合凋落物和杨树枯枝次之，杨树根系中的K含量最低。

如图 5所示，在分解初期（半年）各凋落物中的K表现为明显的释放状态，半年后K的失重率没有大的变动。不同凋落物之间的K失重率差异显著，表现为杨树根系＞林下植被＞混合凋落物＞杨树枯枝＞杨树枯叶。分解2年后，杨树根系中的K失重率达到了98%以上，其次为林下植被的91%，混合凋落物和杨树枯枝分别为83%和61%，杨树枯叶为38%。

3.4.4 钙的释放

Ca是凋落物中含量最大的元素，虽然其多以离子形式存在，但由于其流动性较差，不易被淋溶和利用。图 6显示，不同类型凋落物中钙的释放模式不同。在两年的分解过程中，杨树枯叶及根系的钙含量表现为先增加后降低的变化规律；而混合凋落物、林下植被和杨树枯枝中的钙含量总体上呈现先降低后上升的变化规律。在分解一年后各类型凋落物中钙含量达到了峰值，大小顺序为杨树枯叶＞杨树根系＞混合凋落物＞枯死林下植被＞杨树枯枝。分解2年时，各凋落物之间的钙含量差异有所减小。

图6还显示，分解初期（半年）林下植被中钙的失重率最大，为60%左右，其次为混合凋落物，而杨树根系、枯叶及枯枝的失重率较小。在1年至1年半的分解周期内，各种凋落物中钙的失重率均明显上升。分解2年后，钙的失重率顺序为杨树根系＞混合凋落物＞林下植被＞杨树枯叶＞杨树枯枝。

3.4.5 镁的释放

不同类型凋落物中镁含量的变化有所不同（图7），林下植被和混合凋落物中镁含量变化趋势相近，表现为先降低后升高，再降低的趋势；而杨树枯叶、枯枝和根系则表现为先升高后降低的变化趋势，其中，杨树枯叶中镁含量变化幅度大于其他两种凋落物。分解1年后，各凋落物中的镁含量达到峰值，其中杨树枯叶中的镁含量最大，林下植被和混合凋落物次之，杨树枯枝和根系较低。分解2年后镁含量顺序为：杨树枯叶＞林下植被＞混合凋落物＞杨树枯枝＞杨树根系。

图5 凋落物分解过程中钾含量及钾总量失重率Fig. 5 Dynamics of K contents and loss rates of K amounts in different litterfalls during decomposition

图6 凋落物分解过程中钙含量及钙总量失重率Fig. 6 Dynamics of Ca contents and loss rates of Ca amounts in different litterfalls during decomposition

图7 凋落物分解过程中镁含量及镁总量失重率Fig. 7 Dynamics of Mg contents and loss rates of Mg amounts in different litterfalls during decomposition

图7 还显示，杨树枯叶、杨树根系、林下植被及混合凋落物在分解初期（半年后）的镁总量失重率在 40%～60%，表现为镁的净释放；而杨树枯枝的镁总量失重率在分解初期为-40%左右，表现为镁的富集。分解2年时，杨树根系、林下植被、混合凋落物的镁总量失重率较大，为 76%～82%，杨树枯叶次之，为53%；杨树枯枝最小，为33%。

3.5 凋落物分解中的养分释放量

表 3是根据林分地上部分实际凋落物生物量（图1）及凋落物分解过程中的养分总量失重率（图3～7）估算的凋落物养分释放量。由表可知，在第1年的分解过程中，杨树枯叶的N、P、Ca和Mg释放量为负值，即表现为净固持；枯枝中的N和Mg释放量也为负值；而枯死的林下植被在分解第1年各种元素养分表现出净释放。枯叶、枯枝和林下植被分解 1年后的养分净释放总量（N、P、K、Ca和Mg总和）分别为-12.1、1.6和69.4 kg∙hm-2。

分解第2年，除了P和K出现少量负值之外，基本上呈养分净释放状态。枯叶、枯枝和林下植被凋落物分解第2年的养分净释放总量（N、P、K、Ca和Mg总和）分别为93.6、3.0和22.9 kg∙hm-2。

综合2年的分解情况可知，枯叶、枯枝和林下植被等凋落物的养分净释放总量（N、P、K、Ca和Mg总和）分别为81.5、4.6和92.3 kg∙hm-2。其中枯叶的N和Ca释放量最大，林下植被的K释放量最大，且林下植被的N和Ca释放量也比较大，而枯枝的各种养分释放量均较小。

综上，林下植被不但养分含量高，而且分解释放快；杨树枯叶虽然养分含量高，但是分解释放速度比林下植被慢；枯枝的养分含量低，分解释放慢。

4 讨论与结论

4.1 凋落物生物量动态

凋落物是森林生态系统的重要组成部分。凋落物生物量大小不仅与森林生态系统所处的环境条件密切相关，与树种、林龄、林分结构等因子也存在密切关系。本研究结果表明，南京浦口区林分密度为278 plant∙hm-2的13年生杨树人工林年凋落物量约为 5 t∙hm-2∙a-1。这一结果高于董彬等（2011）报道的 11年生的杨树（820 plant∙hm-2）年凋落量（3.14 t∙hm-2∙a-1），也略高于 20 年生杨树（680 plant∙hm-2）年凋落量（4.45 t∙hm-2∙a-1）；但均显著低于万猛等（2009）在豫东平原地区调查的杨-农复合生态系统中杨树人工林年凋落物量（11.43～13.90 t∙hm-2∙a-1）。

一般而言，落叶树种会在林木落叶期集中凋落，年凋落物量的月动态模式一般呈现为单峰型。本研究也发现在杨树人工林无大面积病虫害的年份，林木凋落物主要集中在11—12月，凋落物量月动态呈现为单峰型。本研究区2014夏季林分发生了较严重的病虫害，致使大量杨树叶片脱落，导致当年7—8月出现了凋落物峰值。随后杨树重新展叶，12月又出现了第 2个凋落峰值。万猛等（2009）也发现如果杨树在夏季发生严重的叶斑病，并导致叶片大量凋落，则当年往往会出现2次凋落高峰。

表3 杨树人工林生态系统地上部分凋落物分解养分释放量Table 3 Amounts of nutrients released by above-ground part of litterfall decomposition in a poplar plantation ecosystemkg∙hm-2

4.2 凋落物分解规律

凋落物的分解主要包括物理粉碎、淋溶、生物和化学分解等过程，影响凋落物分解的因素很多，如气候条件（温度和湿度）、凋落物性质、土壤微生物种类和数量、土壤酶活性等，凋落物性质是影响凋落物分解的直接因素（Cayuela et al.，2009；Liu et al.，2017；Gardeström et al.，2016；Barzegar et al.，2002；Moreno-Cornejo et al.，2014）。本研究结果显示，不同类型凋落物经2年野外分解后的重量残留率顺序为杨树枯枝＞杨树枯叶＞混合凋落物＞林下植被＞杨树根系。已有的研究表明，凋落物的分解速率与其C∶N比呈负相关关系（Kabba et al.，2004；Mondini et al.，2008）。本研究中，除杨树枯叶外，凋落物分解速率与各凋落物的C∶N比呈反比，表明杨树枯叶虽然C∶N比最低（70左右），但其可能含有较多的难分解物质，导致其分解效率降低。而由杨树枯叶、枯枝和林下植被组成的混合凋落物虽然其C∶N高达90左右，但其分解速率却高于杨树枯叶，这可能是混合凋落物的物质多样性和异质性提高了与分解有关的微生物和酶的多样性，进而促进了凋落物的分解（Hossain et al.，2011；Handa et al.，2014）。

凋落物分解是养分重新回归土壤、补充植物养分的重要过程。森林凋落物分解过程中的养分元素迁移模式主要包括：淋溶—富集—释放、富集—释放、直接释放等模式。杨树人工林凋落物分解过程中的N基本上呈先富集后释放的模式。初期出现N富集的原因可能是，土壤微生物在分解C∶N比显著高于自身C∶N比的凋落物时，会对分解释放出来的N进行固持，从而推迟了氮的释放；此外，分解初期的物理粉碎和淋溶过程也会使矿化出的 N随着降雨而流失。杨树凋落物 N的富集-释放过程与桉树、刺槐等树种比较一致（刘洋等，2006；贾黎明等，1998）。

在2年的分解过程中，各种凋落物中的P基本上呈富集模式，这与刘洋等（2006）对巨桉（Eucalyptus grandis）的枝叶分解结果一致；但与刘颖等（2009）对长白山阔叶红松（Pinus koraiensis）林等4种森林凋落物的分解结果有所不同。凋落物分解过程中K的释放规律比较明显，且很多的研究结果（刘洋等2006；刘颖等2009；郑兆飞，2009）都比较一致，这主要是因为K的流动性强，易被淋溶。不同类型凋落物中Ca和Mg的释放模式有所不同，这可能与不同凋落物中Ca和Mg的含量存在差异有关；此外，Ca和Mg的流动性不同可能也是造成释放模式差异的原因之一。

结合不同凋落物的分解速率和养分失重率特征发现，分解1年后杨树枯叶和枯枝中的N表现为净固持。分解第2年，杨树枯叶和枯枝中的主要养分元素才被大量释放，但2年的累计总释放量（N、P、K、Ca、Mg总和）也仅占杨树地上部分凋落物养分含量的 60%左右。与杨树地上部分凋落物不同，枯死的林下植被在分解第1年即可释放大量养分，经过2年的分解后养分总释放量（N、P、K、Ca、Mg总和）达92.3 kg∙hm-2，占林下植被枯落物养分总量的75%以上，表明枯死的林下植被是杨树人工林生态系统养分归还的重要组成部分。在杨树人工林的经营管理过程中，应加强对林内凋落物尤其是林下植被的科学管理，以促进生态系统的养分循环和杨树人工林的可持续经营。

4.3 结论

（1）位于长江中下游地区南京浦口的 13年生杨树人工林年凋落物生物量约为5 t∙hm-2∙a-1。在无严重病虫害发生的正常生长年份，杨树人工林凋落物集中在 11月份大量凋落，呈单峰型。落叶是杨树人工林凋落物的主要组成成分。

（2）不同类型凋落物经两年野外分解后的重量残留率顺序为杨树枯枝＞杨树枯叶＞混合凋落物＞枯死林下植被＞杨树根系；分解系数的大小与各凋落物的残留率顺序呈反比。

（3）杨树人工林凋落物分解过程中，不同养分元素的释放模式有所不同。N整体上呈先富集后释放的模式，P整体上呈持续富集的模式，K呈直接释放模式，Ca和Mg的释放模式因凋落物类型不同而不同。

（4）分解两年后，杨树地上部分凋落物（枯叶和枯枝）养分释放总量（N、P、K、Ca和Mg的总和）为 86.1 kg∙hm-2，占相应凋落物中养分总量的60%；而林下植被枯落物养分总释放量达 92.3 kg∙hm-2，占林下植被枯落物养分总量的75%以上。表明枯死的林下植被是杨树人工林生态系统养分归还的重要组成部分。在杨树人工林的经营管理过程中，应加强对林内凋落物尤其是林下植被的科学管理，以促进生态系统的养分循环和杨树人工林的可持续经营。

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Abstract: Litterfall is the main resource of organic matter and plays an important role in nutrient biogeochemical cycling in forest ecosystems. Litterfall decomposition is a crucial process in the cycling of ecosystem elements. This study mainly investigated and studied the litterfall biomass monthly dynamics and litter decomposition characteristics used by litterfall traps and litterfall decomposition bags, respectively, in a poplar (Populus deltoides Bartr. cv. “Lux” I-69/55) plantation ecosystem, in the middle and lower reaches of Yangtze River in China. The results showed that: the annual biomass of litterfall from above-ground part of poplar trees in Pukou was about 5 t∙hm-2∙a-1, the main component of litterfall was foliage litterfall. The highest decomposition rate of different litterfalls evaluated by Olson exponential model was roots, followed by understory, mixed litterfalls, foliage and branches. In general, the decomposition rates were inverse to C:N ratios of litterfalls. N contents in different litterfalls showed increased during the initial stage of decomposition, then decreased gradually; P contents showed enrichment, while K contents manifested released directly during decomposition. The patterns of Ca and Mg release were various among different litterfalls. After two years of decomposition, the total nutrient release (total of N, P, K, Ca and Mg) from above-ground part of poplar tree litterfalls and understory litterfall were 86.1 kg∙hm-2and 92.3 kg∙hm-2, respectively; the nutrient return rates reached 60% and 75%, respectively. The results indicated that poplar litterfalls,especially understory litterfall were the important parts of nutrient return in poplar plantation ecosystems.

Key words: poplar plantation; biomass; litterfall decomposition; nutrient return; understory

Litterfall Biomass and Decomposition Characteristics in A Poplar plantation Ecosystem

GE Xiaomin1,2,3*, TANG Luozhong2*﹟, WANG Ruihua2, LI Yong2, ZHU Ling2, JIA Zhiyuan2, DING Hui3﹟

1. College of Life Science, Nanjing University, Nanjing 210046, China; 2. College of Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China;3. Research Center for Nature Conservation and Biodiversity//State Environmental Protection Key Laboratory on Biosafety,Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.09.001

S718.5; X173

A

1674-5906（2017）09-1457-08

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国家重点研发计划课题（2016YFD0600402）；江苏省林业三新工程项目（LYSX[2016]48）；国际科技合作项目（2011DFA30490）；环保部事业费项目“生物多样性保护专项”

葛晓敏（1987年生），女，博士，研究方向为森林生态学。E-mail: gexiaomin18@163.com*共同第一作者：唐罗忠（1967年生），男，教授，博士，研究方向为森林培育学。E-mail: luozhongtang@njfu.edu.cn﹟通信作者。唐罗忠，E-mail: luozhongtang@njfu.edu.cn;﹟共同通信作者。丁晖，E-mail: nldinghui@sina.com

2017-07-22