合肥市5 種綠化樹種凋落物分解特性研究

方 岳，左睿韜，馮佳鑫 ，徐靜雯 ，劉 華

（1.綠辰環境技術有限公司，安徽合肥 232001；2.安徽農業大學林學與園林學院，安徽合肥 230036）

森林凋落物是由森林生態系統內的生物組分產生并回歸到林地表面的所有有機成分的總稱，包括枯枝落葉、落皮、繁殖器官、枯死的草本植物和樹根等。凋落物的分解對SOC（土壤有機碳）的形成和微生物的活性及群落生長繁殖都有著重要作用[1-3]。其分解過程受到氣候、生物、土壤、凋落物本身性質等多種環境因子的綜合作用，因此很難得到枯落物分解過程中所有影響因素的確切指標。通常在研究中所謂的枯落物分解率是在某一個具體時空條件下的凋落物分解狀況的反映。筆者選擇5 個合肥市主要的綠化樹種——重陽木（Bischofia polycarpa）、懸鈴木（Platanus Orientalis）、女貞（Ligustrum lucidum）、香樟（Cinnamomum camphora）和雪松（Cedrus deodara）的凋落物為研究對象，分析其凋落物分解的動態變化，為了解合肥城市綠化樹種對城市森林生態系統的作用，并進一步了解合肥市土壤中的養分特征、土壤中有效成分的供應情況、植物吸收養分的情況等，為合肥市城市植被物質循環的研究工作提供基礎數據，為合肥市的整體綠化狀況的改善，生態系統功能的進一步完善以及其能夠在城市中更好地發揮生態效益提供一定的理論依據。

1 研究方法

1.1 研究區概況

研究區合肥市位于安徽省中部（117°11′~117°22′ E，31°48′~31°58′ N）江淮之間，地處長江流域，屬于暖溫帶向亞熱帶過渡的氣候類型，為亞熱帶濕潤性季風氣候。

合肥市的地帶性植被為落葉與常綠闊葉混交林，計有450 余種木本植物，分屬于73 科170 屬，其中裸子植物22 屬，被子植物148 屬，人均綠地面積7.3 m2。合肥市綠化結構多以喬、灌、草搭配為主。其中，喬木主要是以常綠樹種如女貞（Ligustrum lucidum）、雪松（Cedrus deodara）、柏（Platycladns orientalis）、香樟 [Cinnamomum camphora（L.）Presl]等樹種為主和落葉樹種如楓楊（Pterocarya stenoptera）、槐（Sophora japonica）、重陽木（Bischofia polycarpa）、懸鈴木（Platanus OrientalisL.）等樹種為主，灌木主要有紫荊（Cercis chinensisBunge）、海桐（Pittosporum tobira）、紅花檵木（Lorpetalum chinensevar.rubrum）等。

1.2 調查方法

1.2.1 合肥市主要綠化樹種調查。對合肥市主要市政道路、開放性公園，城市街頭綠地及部分小區景觀綠地等典型綠地類型中分布的主要綠化樹種進行調查，確定了具有代表性的試驗樹種共5 種，其中常綠闊葉樹種2 種：女貞（Ligustrum lucidum）、香樟（Cinnamomum camphora）；落葉闊葉樹種2 種：重陽木（Bischofia polycarpa）、懸鈴木（Platanus OrientalisL.）；常綠針葉樹種：雪松（Cedrus deodara）。以這5 種合肥市常用綠化樹種為研究對象，測定樹木的生長指標。

1.2.2 凋落物收集。采用樣地調查的方法，在道路綠化帶中設置100 m 長的樣帶和在塊狀綠地中設置20 m×20 m的樣方，利用1 m×1 m 的鐵絲框在地表按照“S”型的線路隨機選取凋落物小樣方，其中，對于每個試驗樹種選取生長環境各不相同、樹木長勢良好的3 個樣方，共15 個。在小樣方的4 個方位測定凋落物的厚度后，根據每個樣方凋落物的平均厚度，收集其內的所有凋落物。同時記錄樣地的地理坐標，測定凋落物的環境溫度、濕度、土壤溫度，調查林下雜草的種類、蓋度等。凋落物收集后，帶回實驗室進行后續試驗。將收集的凋落物樣品用去離子水洗凈后，置于60℃烘箱中烘干至恒重，取出測定凋落物干重。

1.2.3 凋落物分解。采用凋落物分解袋法。選取規格為（20 ×15）cm2（上層網孔徑為1 mm、下層網孔徑為80 目）的尼龍網袋，把尼龍袋裁剪縫制成矩形小袋，然后把已經烘干的15 個樣方的凋落物，每個樣方取6 次，每次取4 g，共90 個小樣，按照凋落物層平均厚度和凋落物單位面積重量將烘干的凋落物分別裝袋，并給每個小袋標好號碼。將林下的凋落物全部移開，把標好號的分解小袋在樹下緊貼土壤表層放置好，用鐵絲將袋子連在一起，并用鐵釘固定好四角之后在袋上層鋪部分凋落物，不需把凋落物袋完全遮住。之后，在每個月的固定時間，對每個樹種取其中的2 個分解小袋（共10 個）。把凋落物從分解小袋中取出，計算凋落物的失重率、分解速率，并分析其分解動態變化計算公式分別如下：

失重率=放置一段時間失去的重量（g）/凋落物初始重量（g）×100%

分解速率=k=t（ln（x0/x）

式中，t為分解時間，x0為凋落物的初始重量，x為凋落物經過t時間分解后的凋落物殘留量，k為凋落物的腐解系數。

1.3 數據分析

利用SPSS 13.0 軟件對每個月回收的凋落物的失重量、分解量以及每月的平均溫度、平均降水量進行統計分析，并用Excel 作圖，分析凋落物分解的動態變化。

2 結果與分析

2.1 不同樹種凋落物分解過程中的失重率

5 個樹種的凋落物在分解過程中，其凋落物失重率的變化見圖1，從中可知，凋落物的失重率呈增長趨勢，隨著凋落物掉落時間的推移呈增加趨勢。5 個樹種中，重陽木凋落物分解過程中的平均失重率最大，為0.153 3，女貞次之，雪松和懸鈴木凋落物的失重率趨勢相似并小于女貞，香樟凋落物的失重率最小，僅為0.062 3。

圖1 凋落物失重率

在2018 年12 月到2019 年5 月期間，所有研究樹種失重率隨時間呈正函數關系，其中女貞的凋落物在分解前期失重率較大，重量下降速度很快，隨后趨于平緩，重陽木凋落物分解前期失重率穩步增長，到第5 個月時失重率猛然增大，而香樟、雪松、懸鈴木的失重率增長比較平緩。

2.2 不同樹種凋落物的分解速率

隨著分解時間的延長，5 個樹種的分解速率呈下降趨勢（圖2）。在分解的初始階段，凋落物的分解速率均較快。

圖2 分解過程中5 個樹種凋落物的腐解系數變化

在整個分解測定過程中，5 個樹種中除香樟外其余3種闊葉樹種（重陽木、女貞和懸鈴木）凋落物的平均分解速率都大于針葉樹種（雪松）凋落物的平均分解速率，即闊葉樹種凋落物的分解速率大于針葉樹種的分解速率，這與現今凋落物分解特性研究的結論基本一致[4]。落葉闊葉樹種（重陽木、懸鈴木）凋落物的失重率與常綠闊葉樹種（女貞、香樟）的凋落物平均分解速率差異不顯著（P>0.05）；常綠闊葉（女貞、香樟）和常綠針葉樹種（雪松） 的凋落物平均分解速率之間也沒有明顯的差異（P>0.05）。這個結果與黃錦學等[5]所得出的在亞熱帶氣候區落葉樹種與常綠樹種對于凋落物分解速率沒有明顯影響的結論一致。

2.3 溫度與濕度對凋落物分解的影響

凋落物分解是在復雜的多種因素的共同作用下進行的，既與凋落物本身結構、組成等有關，也與外部因素有關。在影響凋落物分解的外部因素中，環境因素是很重要的一方面。研究表明，溫度和濕度是影響森林凋落物分解的主要氣候因素[6]。分析溫度與降水對分解速率的影響，有助于了解凋落物分解與環境的關系。

將5 個樹種的失重率與凋落物分解經過時間內的平均溫度和降水量進行Pearson 相關分析，結果見表1。從中可以看出，失重率與平均溫度、失重率與降水量、平均溫度與降水量在0.01 的水平上呈現出極顯著的正相關關系，即凋落物的分解速度快慢受到溫度高低、降水量多少的影響很大，凋落物的分解速度隨著平均溫度的增高而加快，降水量越多凋落物分解得越快。溫度與降水量之間也是有顯著的相互影響的關系。

2.3.1 溫度對分解速率的影響分析。由表1 可知，凋落物的分解速度隨著平均溫度的增高而加快，這與劉強等的研究結果一致[7]。一方面，溫度的升高能夠促進土壤的礦化作用，使土壤中養分物質的可吸收利用性提高，使微生物的活動性提高，從而促使了凋落物分解速度的加快。另外，溫度的升高還通過改變凋落物分解的自然環境而影響其分解速率。森林系統中的群落結構、組成成分、土壤中養分的可利用狀況、凋落物本身的養分結構和基質等對凋落物分解有影響的因素，在溫度升高的環境下也會發生變化，進而影響到凋落物分解速率的變化。

表1 凋落物分解速率與溫度、降水之間的相關系數

2.3.2 濕度對分解速率的影響分析。由表1 可知，5 個樹種凋落物分解速率與降水量之間呈極顯著相關關系（P<0.01），相關系數為0.472。降水可以將凋落物所含的可溶性物質淋溶，也可以增加凋落物本身的含水量，從而影響凋落物的分解。微生物和動物的活性在凋落物分解的代謝和粉碎過程中起了很重要的作用，直接影響了凋落物的分解，而濕度能夠影響微生物和動物的生存及活性，尤其是在把有機物質轉換為無機分子的過程中起主導作用的微生物的活性[8]。國內外現有的研究成果中都表明：高濕度可以提高凋落物的分解速率[9]。

3 結論與討論

（1）5 個樹種凋落物分解過程中，其失重率隨著凋落時間的延長呈增長趨勢。說明凋落物在分解的過程中在不斷地向空氣和土壤表層釋放著營養物質。

（2）不同的樹種之間凋落物的分解速率存在差異。闊葉樹種凋落物的分解速率大于針葉樹種的分解速率，而在亞熱帶氣候區，落葉樹種與常綠樹種對于凋落物分解的速率則沒有明顯的影響。凋落物的分解速率：闊葉樹種>針葉樹種，闊葉樹的生長速度較快，因此，作為凋落物的主要成分的樹木葉片，其內部結構較針葉的結構疏松，有機物積累和消耗及營養物質的周轉速度也與針葉樹種存在差異。亞熱帶氣候區樹種的葉習性對于凋落物的分解速率沒有明顯的影響，在溫帶則有顯著的影響[10]。這種不同的表現可能與葉片過冬所需要的物質有關，溫帶地區冬季溫度低，常綠樹種要過冬，其葉片中難以分解的物質如丹寧、木質素等的含量就會比較多，分解的速度自然要小于落葉樹種；在亞熱帶地區，冬季沒有很顯著的低溫，葉片中那些過冬需要的物質沒有增加，因此常綠樹種與落葉樹種凋落物分解的速率差異不明顯。

（3）通過對5 個樹種凋落物的分解速率與溫度、降水進行相關性分析，發現凋落物分解速度的大小受到溫度高低、降水量多少的影響很大，凋落物的分解速度隨著平均溫度的增高而加快，降水量越多凋落物分解得越快。