牡丹凋落葉和枝分解過程中養分釋放特征探析

張文靜，余伯均，雷應雪,3，楊 麗，李上官,3，蔣 羅，楊禮通,3

（1.彭州市規劃和自然資源局，四川彭州 611930；2.四川省林業科學研究院，四川成都 610084；3.彭州市天彭牡丹保育發展中心，四川彭州 611930）

植物凋落物的分解過程是生態系統中一個重要的過程，是生態系統中物流和能流的重要環節[1]。它不僅直接影響土壤養分的循環，還對土壤生態系統的穩定性和功能產生深遠影響。凋落物分解釋放能量和營養物質，使物流、能流渠道得以暢通，以保證植物的再利用，許多生物將凋落物分解作為它們生存和繁殖的資源[2-3]。牡丹（Paeonia×suffruticosa）屬于多年生草本植物，其凋落枝葉是潛在的有機質輸入源。本研究旨在探討牡丹凋落葉和枝的分解過程，關注養分釋放的動態變化和影響因素，了解牡丹凋落葉和枝分解過程中養分釋放的特征，對維護牡丹種植地生態平衡和土壤質量的提高具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于彭州市天彭牡丹保育發展中心，屬四川盆地亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫潤，季節性明顯。

1.2 試驗設計與樣品處理

2021 年4 月，分別收集成熟的牡丹新鮮葉和枝，自然風干后，分別稱取葉和枝10 g 裝入網眼孔徑0.5 mm、規格20 cm×20 cm 尼龍網分解袋中。于2021 年4 月中旬將上述裝有10 g 牡丹凋落葉和枝的分解袋分別隨機放置于地表。分別于2021 年8 月、10 月和12 月，2022 年2 月、4 月和6 月中旬在牡丹樣地中各采集3 袋葉和枝分解袋帶回實驗室。采用紐扣溫度計每2 h 自動記錄1 次氣溫，收集凋落物袋的同時采集0～20 cm 層土壤測定其含水量。

1.3 樣品分析與測試

采集回來分解袋剔除雜物后，于65 ℃烘箱中烘干至恒重，冷卻后立即稱重，計算土壤含水量；用磨樣機粉碎并過100 目篩，參照《森林植物與森林枯枝落葉層全氮、磷、鉀、鈉、鈣、鎂的測定》（LY/T 1271—1999）測定牡丹凋落葉和枝中全N、全P 和全K 含量，全C 含量測定采用硫酸-重鉻酸鉀法。

1.4 數據處理與統計分析

相關計算公式見（1）和（2）。

式中，Lt和Rt分別為采樣當次牡丹凋落葉和枝質量損失率和養分損失率，%；M0為牡丹凋落葉和枝初始質量，g；C0為牡丹凋落葉和枝養分初始含量，g·kg-1；Mt為采樣當次牡丹凋落葉和枝質量殘留量，g；Ct為采樣當次牡丹凋落葉和枝養分含量濃度，g·kg-1。

數據的處理和分析采用Excel 2013 及SPSS 25.0完成。

2 結果與分析

2.1 牡丹凋落葉和枝失重率

從圖1 可以看出，牡丹凋落葉的質量損失率總體上比枝條高，牡丹凋落葉和枝的分解過程中，其分解速率總體上呈現出起始高、中間平穩、后期高的特征。本研究中，6—10 月為氣溫較高和雨水較多的季節，該階段分解速率較高，從10 月到次年2 月氣溫較低，土壤生物活動較弱，牡丹凋落葉和枝分解速率較慢；次年2—4 月氣溫緩慢上升，牡丹凋落葉和枝的分解速率再次提升。

圖1 牡丹凋落葉和枝分解累計質量損失率

2.2 牡丹凋落葉和枝的碳、氮、磷、鉀釋放動態

從圖2 可以看出，牡丹凋落葉的碳、氮、磷、鉀累計釋放率均高于枝，兩者的養分釋放率總體上呈現出相同的變化趨勢。凋落葉全碳釋放率6 月為34%，到試驗結束時為75%，而枝條的測定數據分別為15%和39%，分析各時間點葉和枝分解速率差異發現，葉和枝條間的全碳釋放率差值呈現出逐漸增大的趨勢；牡丹凋落葉全氮釋放率以12 月為拐點，在該點后，全氮釋放速率明顯上升，而枝全氮釋放率則始終維持平緩態勢；牡丹凋落葉全磷釋放率在10 月有明顯的拐點，之后釋放速率提升幅度較大；牡丹凋落葉全鉀釋放率則在10 月后顯著下降（p＜0.05）。

圖2 牡丹凋落葉和枝不同分解階段累積養分釋放率

2.3 牡丹凋落葉和枝分解速率和分解時間

從Olson 分解系數計算結果（表1）可以看出，牡丹凋落葉和枝分解一半的時間分別為0.63 年和0.95年，分解95%的時間分別為1.24 年和2.42 年，凋落葉的分解速度明顯快于枝條。

表1 牡丹凋落葉和枝的分解速率和分解時間

2.4 牡丹凋落葉和枝質量損失率、養分釋放率與環境因子的相關性

如表2 所示，牡丹凋落葉和枝分解速率總體上受土壤含水量的影響大于氣溫，其中，凋落葉質量損失率與含水率間的相關系數為0.894（p＜0.01），全碳釋放率和全氮釋放率與含水率間的相關系數分別為0.781和0.714，均達到顯著水平（p＜0.05），僅全磷釋放率與溫度的關系達到極顯著水平（p＜0.01），相關系數為0.824。枝分解過程中，其質量損失率與土壤含水率間的相關系數為0.954，達到極顯著水平（p＜0.01），全氮釋放率與土壤含水率間的相關系數為0.841，達到顯著水平（p＜0.05），同樣只有全磷釋放率與溫度的關系達到顯著水平（p＜0.05），相關系數為0.745。

表2 牡丹凋落葉和枝分解與環境因子的相關性

3 討論與結論

牡丹凋落葉和枝的化學組成通常不同，凋落葉富含有機物質，如纖維素、半纖維素和鞣質，這些物質在分解過程中能夠提供碳和能量，吸引分解微生物[4]。相比之下，枝通常含有更多的木質素，這些物質分解較慢。同時，凋落葉通常比枝更脆弱，表面積相對較大，易被分解微生物入侵。此外，凋落葉的薄膜結構可以使水分和微生物進入更容易，從而促進分解。凋落葉通常富含營養素，如氮和磷，這些營養素能夠滋養分解微生物，促進分解過程。而枝的營養素含量較低，這可能限制了分解微生物的生長和活動[5]。牡丹枝表面可能附著有樹脂或其他化學物質，這些物質也可能抑制微生物的生長和分解活動[6]。同時，環境因子在凋落物分解過程中發揮著關鍵作用，它們可以顯著影響分解速度和分解過程的性質。總的來說，環境因子對于凋落物分解具有復雜的影響，并且可以因地理位置和氣候條件的變化而異。因此，在研究凋落物分解時，必須綜合考慮這些因素，以更好地理解分解過程的動態和模式。