基于氮素迁移的混合凋落物分解非加和效应机制研究

The mixed plantation is obviously superior to pure plantation in terms of maintenance and restoration of soil fertility. Studies suggested that the decomposition rate of multi-species mixed litter often accelerate low quality litter decomposition rate (non-additive effect), which is a key factor. However, little is known about the mechanism of non-additive effect. This project will focus on Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) and its hybrid trees (Alnus cremastogyne, Schima superba, Pinus massoniana) which are widely spread in Southern China. A decomposition experiment of mixed litter will be carried out to explore the mechanism of non-additive effect from the perspective of nitrogen transfer with 15N stable isotope tracer technology. We will address the following questions: (1) the dynamics of non-additive effect in the decomposition of Chinese fir leaf or twig litter mixed with other leaf litters with different quality; (2) the pathway of nitrogen transfer among litters of different quality and from litter to soil; (3) the dynamic characteristics of microbial community structure and enzyme activity during mixed litter decomposition. Our results are expected to reveal the mechanisms of non-additive effect in mixed litter decomposition, analyze the principle of maintenance and restoration of soil fertility in mixed plantation, and provide theoretical guidance for the operation and management of plantations.

人工混交林地力维持与恢复明显优于纯林，多物种凋落物混合分解往往能促进低品质凋落物分解（即呈现非加和效应）是其重要因素。然而，目前凋落物混合分解非加和效应产生机制尚不明确。本项目拟以南方广泛种植的杉木及其混交树种（马尾松、木荷、桤木）为研究对象，采用15N同位素示踪技术，从氮素迁移角度探索混合凋落物分解非加和效应产生机制。主要包括以下方面内容：（1）杉木叶、枝与不同品质叶凋落物混合分解非加和效应的动态规律；（2）混合凋落物分解氮素释放后在不同品质凋落物间及向土壤中的迁移过程；（3）混合凋落物分解过程中微生物群落结构组成及胞外酶活性的变化特征。研究成果将揭示混合凋落物分解非加和效应产生机制，从凋落物分解氮养分迁移角度解析混交林地力保持或恢复机理，为人工林经营管理提供理论指导。

凋落物分解是养分生物地球化学循环重要过程之一。对于森林生态系统，凋落物分解是氮素的重要来源，在以往的凋落物分解研究中，绝大数实验是以单一凋落物分解进行，即使对于混交林，不同物种凋落物分解也是分开研究。实际上凋落物的混合会产生分解速度非加和效应。为深入探讨非加和效应产生的过程与机理，本项目开展以下几方面的研究：（1）混合凋落物分解的非加和效应整合分析；（2）常绿落叶混交林凋落物产量与动态分析；（3）凋落物储量空间分布格局及养分特征；（4）不同季节不同物种凋落物混合分解的非加和效应；（5）混合凋落物分解的氮素传输。关键研究结果：（1）凋落物混合分解中协同效应与拮抗效应会同时发生，非加和效应是它俩最终的平衡结果；（2）常绿落叶阔叶混交林中不同物种之间叶凋落节律有很大差异；（3）常绿落叶阔叶混交林凋落物存在极大的空间分布不均匀性；（4）在不同时间添加不同分解程度的凋落物会产生不同的非加和效应；（5）混合凋落物之间不同的组分会发生氮素的传输。本项目的实施阐述了凋落物混合分解的整体效应，明确了氮素在不同品质凋落物之间的传输，同时也提出新的挑战：树木叶凋落的节律会显著影响混合凋落物分解过程。本项目的研究结果对于全面理解凋落物的混合分解与养分周转具有重要意义。本项目的实施阐述了凋落物混合分解的整体效应，明确了氮素在不同品质凋落物之间的传输，同时也提出新的挑战：树木叶凋落的节律会显著影响混合凋落物分解过程。本项目的研究结果对于全面理解凋落物的混合分解与养分周转具有重要意义。