牡丹凋落叶和枝分解过程中养分释放特征探析

张文静 余伯均 雷应雪 杨丽 李上官 蒋罗 杨礼通

摘 要 为维护牡丹种植地生态平衡，提高土壤质量，采用凋落物袋分解法研究牡丹凋落叶和枝条分解特征。研究结果表明，牡丹凋落叶的质量损失率总体上比枝条高，二者分解速率总体上呈现出起始快、中间平稳、后期快的特征；牡丹凋落叶的碳、氮、磷、钾累计释放率均高于枝，其释放率总体上呈现出相同的变化趋势；Olson分解系数计算结果表明，牡丹凋落叶和枝分解一半的时间分别为0.63年和0.95年，分解95%的时间分别为1.24年和2.42年；同时，土壤含水量对牡丹凋落叶和枝分解速率的影响总体上大于气温。

关键词 牡丹；凋落叶；凋落枝；养分释放

中图分类号：S154 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.20.005

植物凋落物的分解过程是生态系统中一个重要的过程，是生态系统中物流和能流的重要环节[1]。它不仅直接影响土壤养分的循环，还对土壤生态系统的稳定性和功能产生深远影响。凋落物分解释放能量和营养物质，使物流、能流渠道得以畅通，以保证植物的再利用，许多生物将凋落物分解作为它们生存和繁殖的资源[2-3]。牡丹（Paeonia×suffruticosa）属于多年生草本植物，其凋落枝叶是潜在的有机质输入源。本研究旨在探讨牡丹凋落叶和枝的分解过程，关注养分释放的动态变化和影响因素，了解牡丹凋落叶和枝分解过程中养分释放的特征，对维护牡丹种植地生态平衡和土壤质量的提高具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于彭州市天彭牡丹保育发展中心，属四川盆地亚热带湿润气候区，气候温润，季节性明显。

1.2 试验设计与样品处理

2021年4月，分别收集成熟的牡丹新鲜叶和枝，自然风干后，分别称取叶和枝10 g装入网眼孔径

0.5 mm、规格20 cm×20 cm尼龙网分解袋中。于2021年4月中旬将上述装有10 g牡丹凋落叶和枝的分解袋分别随机放置于地表。分别于2021年8月、

10月和12月，2022年2月、4月和6月中旬在牡丹样地中各采集3袋叶和枝分解袋带回实验室。采用纽扣温度计每2 h自动记录1次气温，收集凋落物袋的同时采集0～20 cm层土壤测定其含水量。

1.3 样品分析与测试

采集回来分解袋剔除杂物后，于65 ℃烘箱中烘干至恒重，冷却后立即称重，计算土壤含水量；用磨样机粉碎并过100目筛，参照《森林植物与森林枯枝落叶层全氮、磷、钾、钠、钙、镁的测定》（LY/T 1271—1999）测定牡丹凋落叶和枝中全N、全P和全K含量，全C含量测定采用硫酸-重铬酸钾法。

1.4 数据处理与统计分析

相关计算公式见（1）和（2）。

式中，Lt和Rt分别为采样当次牡丹凋落叶和枝质量损失率和养分损失率，%；M0为牡丹凋落叶和枝初始质量，g；C0为牡丹凋落叶和枝养分初始含量，g·kg-1；Mt为采样当次牡丹凋落叶和枝质量残留量，g；Ct为采样当次牡丹凋落叶和枝养分含量浓度，g·kg-1。

数据的处理和分析采用Excel 2013及SPSS 25.0完成。

2 结果与分析

2.1 牡丹凋落叶和枝失重率

从图1可以看出，牡丹凋落叶的质量损失率总体上比枝条高，牡丹凋落叶和枝的分解过程中，其分解速率总体上呈现出起始高、中间平稳、后期高的特征。本研究中，6—10月为气温较高和雨水较多的季节，该阶段分解速率较高，从10月到次年2月气温较低，土壤生物活动较弱，牡丹凋落叶和枝分解速率较慢；次年2—4月气温缓慢上升，牡丹凋落叶和枝的分解速率再次提升。

2.2 牡丹凋落叶和枝的碳、氮、磷、钾释放动态

从图2可以看出，牡丹凋落叶的碳、氮、磷、钾累计释放率均高于枝，两者的养分释放率总体上呈现出相同的变化趋势。凋落叶全碳释放率6月为34%，到试验结束时为75%，而枝条的测定数据分别为15%和39%，分析各时间点叶和枝分解速率差异发现，叶和枝条间的全碳释放率差值呈现出逐渐增大的趋势；牡丹凋落叶全氮释放率以12月为拐点，在该点后，全氮释放速率明显上升，而枝全氮释放率则始终维持平缓态势；牡丹凋落叶全磷释放率在10月有明显的拐点，之后释放速率提升幅度较大；牡丹凋落叶全钾释放率则在10月后显著下降（p＜0.05）。

2.3 牡丹凋落叶和枝分解速率和分解时间

从Olson分解系数计算结果（表1）可以看出，牡丹凋落叶和枝分解一半的时间分别为0.63年和0.95年，分解95%的时间分别为1.24年和2.42年，凋落叶的分解速度明显快于枝条。

2.4 牡丹凋落叶和枝质量损失率、养分释放率与环境因子的相关性

如表2所示，牡丹凋落叶和枝分解速率总体上受土壤含水量的影响大于气温，其中，凋落叶质量损失率与含水率间的相关系数为0.894（p＜0.01），全碳释放率和全氮释放率与含水率间的相关系数分别为0.781和0.714，均达到显著水平（p＜0.05），仅全磷释放率与温度的关系达到极显著水平（p＜0.01），相关系数为0.824。枝分解过程中，其质量损失率与土壤含水率间的相关系数为0.954，达到极显著水平（p＜0.01），全氮释放率与土壤含水率间的相关系数为0.841，达到显著水平（p＜0.05），同样只有全磷释放率与温度的关系达到显著水平（p＜0.05），相关系数为0.745。

3 讨论与结论

牡丹凋落叶和枝的化学组成通常不同，凋落叶富含有机物质，如纤维素、半纤维素和鞣质，这些物质在分解过程中能够提供碳和能量，吸引分解微生物[4]。相比之下，枝通常含有更多的木质素，这些物质分解较慢。同时，凋落叶通常比枝更脆弱，表面积相对较大，易被分解微生物入侵。此外，凋落叶的薄膜结构可以使水分和微生物进入更容易，从而促进分解。凋落叶通常富含营養素，如氮和磷，这些营养素能够滋养分解微生物，促进分解过程。而枝的营养素含量较低，这可能限制了分解微生物的生长和活动[5]。牡丹枝表面可能附着有树脂或其他化学物质，这些物质也可能抑制微生物的生长和分解活动[6]。同时，环境因子在凋落物分解过程中发挥着关键作用，它们可以显著影响分解速度和分解过程的性质。总的来说，环境因子对于凋落物分解具有复杂的影响，并且可以因地理位置和气候条件的变化而异。因此，在研究凋落物分解时，必须综合考虑这些因素，以更好地理解分解过程的动态和模式。

参考文献：

[1] 宋新章，江洪，张慧玲，等.全球环境变化对森林凋落物分解的影响[J].生态学报，2008（9）：4414-4423.

[2] 江明，彭少麟，布朗，等.英美鼎湖山马尾松林植物养分积累动态及其对人为干扰的响应[J].植物生态学报，2004（6）：810-822.

[3] 崔宁洁，刘洋，张健，等.林窗对马尾松人工林植物多样性的影响[J].应用与环境生物学报，2014，20（1）：8-14.

[4] 林英华，杨德付，张夫道，等.栎林凋落层土壤动物群落结构及其在凋落物分解中的变化[J].林业科学研究，2006（3）：331-336.

[5] 窦荣鹏，江洪，余树全，等.柳杉凋落物在中国亚热带和热带的分解[J].生态学报，2010，30（7）：1758-1763.

[6] 夏磊，吴福忠，杨万勤，等.川西亚高山森林凋落物分解初期土壤动物对红桦凋落叶质量损失的贡献[J].应用生态学报，2012，23（2）：301-306.