早春植物凋落物分解及养分归还

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　　摘要 以吉林省吉林市磨盘山落叶阔叶林中早春植物为研究对象，对全叶延胡索（Corydalis repens）、多被银莲花（Anemone raddhotoma）、朝鲜顶冰花（Gagea lutea）进行野外分解试验，研究分解过程及其特点，探讨早春植物的养分循环规律。对落叶阔叶林中3种主要早春植物凋落物进行分解试验，朝鲜顶冰花的分解速率最快，为0.034 8 g/（g·d）;多被银莲花次之，为0.024 0 g/（g·d）;全叶延胡索最慢，分解速率为0.023 0 g/（g·d）。朝鲜顶冰花分解最快，完全分解需要86 d;多被银莲花为124 d;分解最慢的是全叶延胡索，需要130 d。
　　关键词 早春植物;凋落物;分解速率;养分归还
　　中图分类号 S714文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）02-0142-03
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.02.039
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Early-spring Plants Litter Decompose and Nutrient Return
　　YUE Long1，GUO Zhong-ling2，ZHANG Yong-xin2 et al （1.Baicheng City Forestry Research Institute，Baicheng，Jilin 136000;2.Forestry College of Beihua University，Jilin，Jilin 132013）
　　Abstract Taking early-spring herbs of the deciduous broadleaf forest in the Mopan Mountain in Jilin City，Jilin Province as objects，such as Corydalis repens，Anemone raddhotoma，Gagea lutea，we studied the decomposition process and its characteristics to investigate nutrient cycling law about early-spring herbs.During litters decomposition experiments of three major early spring plants in the deciduous broadleaf forest， Gagea lutea’s rate of decomposition was the fastest， reaching 0.034 8 g/（g·d），followed by Anemone raddhotoma，reaching 0.024 0 g/（g·d），Corydalis repens was the slowest， only 0.023 0 g/（g·d）.The decomposition of the Gagea lutea was the fastest， and its complete decomposition required 86 days，Anemone raddhotoma required 124 days，Corydalis repenshad the slowest decomposition， requiring 130 days.
　　Key words Early-spring plants;Litter;Decomposition rate;Nutrient return
　　短命植物（ephemerals）指的是生长在中生落叶林下或荒漠地带的年生长期或生活周期很短的一类植物的总称[1-2]，分布地区多集中于北美洲、非洲、地中海地区、西亚、中亚等[3-5]。按照生长季节的不同，可将短命植物分为早春短命植物（spring ephemeral）、一年生夏性植物（summer annual）[1，5]。
　　早春类短命植物是一類在温带地区生长在阔叶落叶林和针阔混交林林下的植物，利用春季降水和冰雪融化带来的水分、适宜的光照和温度，在40～60 d内迅速完成整个生命周期，在乔、灌木展叶，林分郁闭时，地上部分死亡，地下部分进入休眠状态[6-7]。
　　早春类短命植物是冬末初春时节林下草本的主要组成部分，其充分利用早春时期进行有效的光合积累，避免养分因早春融雪或降水而造成淋失，且在其他植物类群生长初期能够快速地养分归还[8]。因此，十分有必要展开早春类短命植物的凋落物分解动态及养分归还等方面研究。
　　1 材料与方法
　　1.1 研究区概况
　　磨盘山位于吉林省吉林市丰满区前二道乡王相村境内，距离市区15 km，面积约10 km2。海拔400～500 m，土壤类型为暗棕壤，以平缓坡地为主。北温带大陆季风气候，冬季干燥寒冷，夏季多雨炎热，年均温4.5 ℃，夏季平均温度22.9 ℃，最高温33.6 ℃，冬季平均温度-17.9 ℃，最低温-40.2 ℃。年均降水量为668 mm，无霜期130 d左右。
　　该地区植物属长白山植物区系，林分类型为次生落叶阔叶林，按照D1.3≥6 cm为标准进行统计，平均胸径为12.26 cm，林分密度为1 008株/hm2，林分郁闭度为0.65。花曲柳（Fraxinus rhynchophylla）为样地中主要乔木树种，占总株数的53.86%，蒙古栎（Quercus mongolica）和核桃楸（Juglans mandshurica）次之;灌木以山楂叶悬钩子（Rubus crataegifolus）、卫矛（Euonymus alatus）等为主;样地中连钱草（Glechoma hederacea）和丝引苔草（Carex remotiuscula）为主要草本。 　　1.2 方法
　　1.2.1 早春植物分解速率测定。
　　在早春植物近枯萎时，根据以往调查结果，在样地内收集主要的3种早春植物[朝鲜顶冰花（Gagea lutea）
　　、全叶延胡索（Corydalis repens）、多被银莲花（Anemone raddhotoma）]的植株，在40 ℃下烘干至恒重，称取5 g左右样品装入孔径为0.5 mm的网袋内，做好标记。在凋落物的采集地选取3块试验样地，每块样地设置8个样点，每个样点每种凋落物埋3个分解袋。由于早春植物枯萎死亡在土地表层，所以在地表均匀摆放分解袋并固定。每10 d 取样1次，测定分析分解率，进而测定分解速率。分解袋取出后，立即清除非凋落物的其他杂质，在40 ℃下烘干至恒重，对分解袋内剩余早春植物凋落物的残余量进行称重，并计算质量损失率和分解速率。
　　1963年Olson提出指数衰减模型估算分解速率X/X0=e-kt，用不同时间的质量损失率来表示分解速率。为估算分解速率，将凋落物分解后的剩余数量取对数，再与时间作相关的方程计算[9]。
　　换算方程为lnM=lnM0-K×t
　　式中，M0为初始质量;M为取样时质量;K为分解速率; t为分解时间。
　　1.2.2 早春植物样品组分分析。
　　将取回的凋落物测定残余量后，用小型中药粉碎机进行粉碎。样品过40目网筛后装进信封干燥保存，并做好标记。
　　样品用于研究早春植物在分解过程中N、P、K、有机质（C）含量的变化。有机质（C）的测定利用氧化法;N含量测定采用凯氏微量定氮法;P含量测定采用比色法;K含量测定采用原子吸收法。同时与初始样品养分含量进行对比，结合埋藏地点土壤养分状况，分析探讨早春植物分解过程中养分归还规律。
　　2 结果与分析
　　2.1 早春植物凋落物分解
　　2.1.1 质量损失率。
　　通过试验，得到3种早春植物凋落物的分解残留率变化曲线。由图1可知，分解残留率由小到大依次为朝鲜顶冰花（16.79%）、多被银莲花（21.32%）和全叶延胡索（29.05%）。因此质量损失率为朝鲜顶冰花（83.21%）、多被银莲花（78.68%）和全叶延胡索（70.95%）。
　　在分解试验中，0～30 d内凋落物的分解速度较快，朝鲜顶冰花质量损失率达70.25%，全叶延胡索和多被银莲花也分别达55.60%和58.60%，在之后的分解过程中，质量损失率变得缓慢。
　　2.1.2 分解速率。凋落物分解速率见表1，从表中可以看出，不同早春植物凋落物分解速率变化较大，其中朝鲜顶冰花的分解速率最高，为0.034 8 g/（g·d），多被银莲花次之，为0.024 0 g/（g·d），全叶延胡索的分解速率最低，为0.023 0 g/（g·d）。
　　为了进一步了解早春植物的分解过程，以分解95%凋落物所需时间认为是全部分解所需要的时间，对这3种早春植物分解50%和95%所需的时间进行估测，结果见表2。从表2可以看出，朝鲜顶冰花完全分解最快，需要86 d;多被银莲花次之，为124 d;全叶延胡索分解时间最长，需要130 d。
　　2.2 早春植物养分含量变化
　　在植物生长发育的过程中，N和P元素是不可或缺的营养元素，自然条件下生长的植物，吸收的大部分N和P是由凋落物分解转化而来的[10]。
　　2.2.1 C含量变化。早春植物凋落物中的C是生态系统循环的重要组成，它们贮存着的C可以转移给土壤，供给夏绿植物的需求。从图2可以看到，不同早春植物及其分解的不同阶段，凋落物中C含量是不同的。朝鲜顶冰花在整体分解趋势上，C含量没有大幅度的变化，分解70 d时突然出现下降，原因有待于进一步研究。全叶延胡索和多被银莲花凋落物分解整体呈下降趋势。
　　2.2.2 N含量变化。从图3可以看出，3种早春植物在分解过程中，尽管变化不完全同步，但N含量整体趋势是先升高后下降。在分解的前30 d，N含量呈现急速上升的趋势;在分解30～60 d时，朝鲜顶冰花和多被银莲花虽有变化，但不明显，保持相对稳定，分解60 d开始迅速下降，而全叶延胡索N含量从第30天后就迅速下降，在试验期末，朝鲜顶冰花含量相对较高，其次是多被银莲花，全叶延胡索最低。
　　2.2.3 P含量变化。由图4可知，在早春植物分解过程中，P含量变化整体呈现上升趋势。在分解50 d前这种特征表现得非常明显，在分解前20 d，朝鲜顶冰花、全叶延胡索凋落物呈现上升趋势，而多被银莲花则先升高后下降，在分解50 d时，所有早春植物凋落物P含量明顯增大，在50 d后，不同早春植物凋落物中的P含量均出现先减小后增大的现象。
　　2.2.4 K含量变化。由图5可知，在早春植物的分解过程中，K含量在前30 d呈明显下降趋势，分解30 d后，各凋落物中K含量不再发生变化，基本保持稳定。
　　3 结论与讨论
　　对落叶阔叶林中3种主要早春植物凋落物进行分解试验，朝鲜顶冰花的分解速率最快，为0.034 8 g/（g·d）;多被银莲花次之，为0.024 0 g/（g·d）;全叶延胡索最慢，分解速率为0.023 0 g/（g·d）。朝鲜顶冰花分解最快，完全分解需要86 d，多被银莲花为124 d，全叶延胡索分解所需时间最长，需要130 d。多被银莲花和全叶延胡索分解速率相似，低于朝鲜顶冰花，原因可能是朝鲜顶冰花是基生叶，并没有茎部。
　　在落叶阔叶林中3种主要早春植物凋落物养分含量的分析中，朝鲜顶冰花凋落物中C含量最高为638.82 g/kg、N含量最高为31.90 g/kg、P含量最高为13.56 g/kg、K含量最高为17.96 g/kg;多被银莲花凋落物中C含量最高为679.65 g/kg、N含量最高为30.61 g/kg、P含量最高为14.11 g/kg、K含量最高为14.89 g/kg;全叶延胡索凋落物中C含量最高为586.32 g/kg、N含量最高为28.81 g/kg、P含量最高为14.58 g/kg、K含量最高为13.14 g/kg。C含量的变化中，朝鲜顶冰花凋落物在600～650 g/kg内波动（70 d的含量除外），全叶延胡索和多被银莲花在总体上呈下降趋势;N含量的变化中，朝鲜顶冰花和多被银莲花呈现先上升后下降的整体趋势，但全叶延胡索N含量在上升至30 d后，迅速下降，直到50 d后再次上升;P含量在整体上呈现上升趋势，但释放不稳定，时快时慢，无明显规律;K含量在整体上呈现下降趋势，但主要下降时间出现在分解30 d内，30 d后K含量缓慢下降，直到平缓。 　　参考文献
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