合肥市5 种绿化树种凋落物分解特性研究

方 岳，左睿韬，冯佳鑫 ，徐静雯 ，刘 华

（1.绿辰环境技术有限公司，安徽合肥 232001；2.安徽农业大学林学与园林学院，安徽合肥 230036）

森林凋落物是由森林生态系统内的生物组分产生并回归到林地表面的所有有机成分的总称，包括枯枝落叶、落皮、繁殖器官、枯死的草本植物和树根等。凋落物的分解对SOC（土壤有机碳）的形成和微生物的活性及群落生长繁殖都有着重要作用[1-3]。其分解过程受到气候、生物、土壤、凋落物本身性质等多种环境因子的综合作用，因此很难得到枯落物分解过程中所有影响因素的确切指标。通常在研究中所谓的枯落物分解率是在某一个具体时空条件下的凋落物分解状况的反映。笔者选择5 个合肥市主要的绿化树种——重阳木（Bischofia polycarpa）、悬铃木（Platanus Orientalis）、女贞（Ligustrum lucidum）、香樟（Cinnamomum camphora）和雪松（Cedrus deodara）的凋落物为研究对象，分析其凋落物分解的动态变化，为了解合肥城市绿化树种对城市森林生态系统的作用，并进一步了解合肥市土壤中的养分特征、土壤中有效成分的供应情况、植物吸收养分的情况等，为合肥市城市植被物质循环的研究工作提供基础数据，为合肥市的整体绿化状况的改善，生态系统功能的进一步完善以及其能够在城市中更好地发挥生态效益提供一定的理论依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

研究区合肥市位于安徽省中部（117°11′~117°22′ E，31°48′~31°58′ N）江淮之间，地处长江流域，属于暖温带向亚热带过渡的气候类型，为亚热带湿润性季风气候。

合肥市的地带性植被为落叶与常绿阔叶混交林，计有450 余种木本植物，分属于73 科170 属，其中裸子植物22 属，被子植物148 属，人均绿地面积7.3 m2。合肥市绿化结构多以乔、灌、草搭配为主。其中，乔木主要是以常绿树种如女贞（Ligustrum lucidum）、雪松（Cedrus deodara）、柏（Platycladns orientalis）、香樟 [Cinnamomum camphora（L.）Presl]等树种为主和落叶树种如枫杨（Pterocarya stenoptera）、槐（Sophora japonica）、重阳木（Bischofia polycarpa）、悬铃木（Platanus OrientalisL.）等树种为主，灌木主要有紫荆（Cercis chinensisBunge）、海桐（Pittosporum tobira）、红花檵木（Lorpetalum chinensevar.rubrum）等。

1.2 调查方法

1.2.1 合肥市主要绿化树种调查。对合肥市主要市政道路、开放性公园，城市街头绿地及部分小区景观绿地等典型绿地类型中分布的主要绿化树种进行调查，确定了具有代表性的试验树种共5 种，其中常绿阔叶树种2 种：女贞（Ligustrum lucidum）、香樟（Cinnamomum camphora）；落叶阔叶树种2 种：重阳木（Bischofia polycarpa）、悬铃木（Platanus OrientalisL.）；常绿针叶树种：雪松（Cedrus deodara）。以这5 种合肥市常用绿化树种为研究对象，测定树木的生长指标。

1.2.2 凋落物收集。采用样地调查的方法，在道路绿化带中设置100 m 长的样带和在块状绿地中设置20 m×20 m的样方，利用1 m×1 m 的铁丝框在地表按照“S”型的线路随机选取凋落物小样方，其中，对于每个试验树种选取生长环境各不相同、树木长势良好的3 个样方，共15 个。在小样方的4 个方位测定凋落物的厚度后，根据每个样方凋落物的平均厚度，收集其内的所有凋落物。同时记录样地的地理坐标，测定凋落物的环境温度、湿度、土壤温度，调查林下杂草的种类、盖度等。凋落物收集后，带回实验室进行后续试验。将收集的凋落物样品用去离子水洗净后，置于60℃烘箱中烘干至恒重，取出测定凋落物干重。

1.2.3 凋落物分解。采用凋落物分解袋法。选取规格为（20 ×15）cm2（上层网孔径为1 mm、下层网孔径为80 目）的尼龙网袋，把尼龙袋裁剪缝制成矩形小袋，然后把已经烘干的15 个样方的凋落物，每个样方取6 次，每次取4 g，共90 个小样，按照凋落物层平均厚度和凋落物单位面积重量将烘干的凋落物分别装袋，并给每个小袋标好号码。将林下的凋落物全部移开，把标好号的分解小袋在树下紧贴土壤表层放置好，用铁丝将袋子连在一起，并用铁钉固定好四角之后在袋上层铺部分凋落物，不需把凋落物袋完全遮住。之后，在每个月的固定时间，对每个树种取其中的2 个分解小袋（共10 个）。把凋落物从分解小袋中取出，计算凋落物的失重率、分解速率，并分析其分解动态变化计算公式分别如下：

失重率=放置一段时间失去的重量（g）/凋落物初始重量（g）×100%

分解速率=k=t（ln（x0/x）

式中，t为分解时间，x0为凋落物的初始重量，x为凋落物经过t时间分解后的凋落物残留量，k为凋落物的腐解系数。

1.3 数据分析

利用SPSS 13.0 软件对每个月回收的凋落物的失重量、分解量以及每月的平均温度、平均降水量进行统计分析，并用Excel 作图，分析凋落物分解的动态变化。

2 结果与分析

2.1 不同树种凋落物分解过程中的失重率

5 个树种的凋落物在分解过程中，其凋落物失重率的变化见图1，从中可知，凋落物的失重率呈增长趋势，随着凋落物掉落时间的推移呈增加趋势。5 个树种中，重阳木凋落物分解过程中的平均失重率最大，为0.153 3，女贞次之，雪松和悬铃木凋落物的失重率趋势相似并小于女贞，香樟凋落物的失重率最小，仅为0.062 3。

图1 凋落物失重率

在2018 年12 月到2019 年5 月期间，所有研究树种失重率随时间呈正函数关系，其中女贞的凋落物在分解前期失重率较大，重量下降速度很快，随后趋于平缓，重阳木凋落物分解前期失重率稳步增长，到第5 个月时失重率猛然增大，而香樟、雪松、悬铃木的失重率增长比较平缓。

2.2 不同树种凋落物的分解速率

随着分解时间的延长，5 个树种的分解速率呈下降趋势（图2）。在分解的初始阶段，凋落物的分解速率均较快。

图2 分解过程中5 个树种凋落物的腐解系数变化

在整个分解测定过程中，5 个树种中除香樟外其余3种阔叶树种（重阳木、女贞和悬铃木）凋落物的平均分解速率都大于针叶树种（雪松）凋落物的平均分解速率，即阔叶树种凋落物的分解速率大于针叶树种的分解速率，这与现今凋落物分解特性研究的结论基本一致[4]。落叶阔叶树种（重阳木、悬铃木）凋落物的失重率与常绿阔叶树种（女贞、香樟）的凋落物平均分解速率差异不显著（P>0.05）；常绿阔叶（女贞、香樟）和常绿针叶树种（雪松） 的凋落物平均分解速率之间也没有明显的差异（P>0.05）。这个结果与黄锦学等[5]所得出的在亚热带气候区落叶树种与常绿树种对于凋落物分解速率没有明显影响的结论一致。

2.3 温度与湿度对凋落物分解的影响

凋落物分解是在复杂的多种因素的共同作用下进行的，既与凋落物本身结构、组成等有关，也与外部因素有关。在影响凋落物分解的外部因素中，环境因素是很重要的一方面。研究表明，温度和湿度是影响森林凋落物分解的主要气候因素[6]。分析温度与降水对分解速率的影响，有助于了解凋落物分解与环境的关系。

将5 个树种的失重率与凋落物分解经过时间内的平均温度和降水量进行Pearson 相关分析，结果见表1。从中可以看出，失重率与平均温度、失重率与降水量、平均温度与降水量在0.01 的水平上呈现出极显著的正相关关系，即凋落物的分解速度快慢受到温度高低、降水量多少的影响很大，凋落物的分解速度随着平均温度的增高而加快，降水量越多凋落物分解得越快。温度与降水量之间也是有显著的相互影响的关系。

2.3.1 温度对分解速率的影响分析。由表1 可知，凋落物的分解速度随着平均温度的增高而加快，这与刘强等的研究结果一致[7]。一方面，温度的升高能够促进土壤的矿化作用，使土壤中养分物质的可吸收利用性提高，使微生物的活动性提高，从而促使了凋落物分解速度的加快。另外，温度的升高还通过改变凋落物分解的自然环境而影响其分解速率。森林系统中的群落结构、组成成分、土壤中养分的可利用状况、凋落物本身的养分结构和基质等对凋落物分解有影响的因素，在温度升高的环境下也会发生变化，进而影响到凋落物分解速率的变化。

表1 凋落物分解速率与温度、降水之间的相关系数

2.3.2 湿度对分解速率的影响分析。由表1 可知，5 个树种凋落物分解速率与降水量之间呈极显著相关关系（P<0.01），相关系数为0.472。降水可以将凋落物所含的可溶性物质淋溶，也可以增加凋落物本身的含水量，从而影响凋落物的分解。微生物和动物的活性在凋落物分解的代谢和粉碎过程中起了很重要的作用，直接影响了凋落物的分解，而湿度能够影响微生物和动物的生存及活性，尤其是在把有机物质转换为无机分子的过程中起主导作用的微生物的活性[8]。国内外现有的研究成果中都表明：高湿度可以提高凋落物的分解速率[9]。

3 结论与讨论

（1）5 个树种凋落物分解过程中，其失重率随着凋落时间的延长呈增长趋势。说明凋落物在分解的过程中在不断地向空气和土壤表层释放着营养物质。

（2）不同的树种之间凋落物的分解速率存在差异。阔叶树种凋落物的分解速率大于针叶树种的分解速率，而在亚热带气候区，落叶树种与常绿树种对于凋落物分解的速率则没有明显的影响。凋落物的分解速率：阔叶树种>针叶树种，阔叶树的生长速度较快，因此，作为凋落物的主要成分的树木叶片，其内部结构较针叶的结构疏松，有机物积累和消耗及营养物质的周转速度也与针叶树种存在差异。亚热带气候区树种的叶习性对于凋落物的分解速率没有明显的影响，在温带则有显著的影响[10]。这种不同的表现可能与叶片过冬所需要的物质有关，温带地区冬季温度低，常绿树种要过冬，其叶片中难以分解的物质如丹宁、木质素等的含量就会比较多，分解的速度自然要小于落叶树种；在亚热带地区，冬季没有很显著的低温，叶片中那些过冬需要的物质没有增加，因此常绿树种与落叶树种凋落物分解的速率差异不明显。

（3）通过对5 个树种凋落物的分解速率与温度、降水进行相关性分析，发现凋落物分解速度的大小受到温度高低、降水量多少的影响很大，凋落物的分解速度随着平均温度的增高而加快，降水量越多凋落物分解得越快。