作者：张野1,2，雷泽勇1,2*，赵国军3，周凤艳1，杨晓红4，杨雨欣1
单位：1.辽宁工程技术大学环境科学与工程学院；2.辽宁工程技术大学退化土地生态治理研究院；3.辽宁省沙地治理与利用研究所；4.辽宁国有建平县青松岭林场
简介：张野，男，辽宁阜新人，硕士研究生，研究方向：森林生态学。*通信作者，教授，从事森林生态学研究。
基金项目：国家自然科学基金项目（31570709）。
来源：《安徽农业科学》2024年6期
引文格式：张野,雷泽勇,赵国军,等.樟子松人工成熟林凋落叶“三大素”含量特征及其影响因子研究[J].安徽农业科学,2024,52(6):105-109.
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森林凋落物在生态系统的养分循环中扮演着重要角色，对于营养循环和森林生产力至关重要。凋落物通过微生物、真菌和其他生物的分解以及环境中的化学过程逐渐转化为土壤中的有机质和养分。凋落物的分解速率受气候、凋落物基本性质和凋落物分解者的影响。其中，凋落物中的木质素、纤维素和半纤维素作为难分解物质，对分解速率具有重要影响。木质素赋予植物结构稳定性和抵抗外部环境的能力，纤维素则提供机械支持和细胞间通信的桥梁，而半纤维素则具有丰富的能量和养分。这些化合物是构成植物细胞壁的主要成分，通过提供结构支持、抵抗分解者、调节水分和释放养分等方式影响凋落物的分解速率、养分循环和土壤质量。
樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）是北方关键的造林树种，主要分布在大陆大兴安岭山地及海拉尔西南沙地地区。尽管樟子松人工林在三北地区具有巨大的生态价值和经济价值，但引种到章古台后，生长速度加快，生命周期缩短，成熟期提前（平均在第47年达到最大生长量，即林木数量成熟年龄）。而樟子松成熟林的养分输入主要依赖凋落物分解，其中凋落叶占比最大。分析凋落叶中的木质素、纤维素和半纤维素含量变化对于揭示该林分生态系统中的碳循环、养分供应和生物多样性等关键过程具有重要意义。
目的
揭示樟子松人工成熟林凋落叶“三大素”含量（木质素、纤维素、半纤维素）的变化机理及影响因子，为樟子松人工成熟林的经营提供科学依据。
方法
以辽宁省彰武县章古台镇成熟期樟子松人工林（林分生长阶段分别为43、49、65a，林分密度分别为400、625、800株/hm2，各3次重复）为研究对象，对凋落叶“三大素”含量的动态及影响因子进行分析。
研究地年均气温为6.1℃，年降水量为450~500mm，主要集中在6—8月，年蒸发量为1200~1450mm，年平均风速为3.8m/s（图1）。樟子松人工成熟林标准地的基本情况见表1。
图1 2021年研究地月降水量和月平均气温、月平均风速和月最大风速走势
结果
◆凋落叶“三大素”含量的动态特征
从图2可见，凋落叶木质素的动态变化规律呈双峰型，峰值分别出现在3月（405.33g/kg）和7月（432.44g/kg），最低值出现在1月（158.44g/kg）。在11月至次年3月木质素含量呈上升趋势，增幅较大；3—6和7—11月呈下降趋势，但7—11月下降幅度较为缓慢。纤维素呈多峰型，峰值分别出现在3、9和11月，分别为380.34、377.98和361.53g/kg，全年最低值出现在2月。2—3月纤维素含量急剧增加，3—7月呈下降趋势，降幅较缓，7—10月先升高后降低，11—12月纤维素含量下降。
图2 凋落叶“三大素”含量动态特征
半纤维素同样呈多峰型，峰值分别出现在1、3、8和10月，分别为345.04、297.90、343.73和364.86g/kg。较低的半纤维素含量出现在2月和9月，分别为174.71和176.86g/kg，半纤维素含量在2月和9月出现急剧下降，3—8月的变化幅度不大，10—12月呈下降趋势，12月下降速度放缓。
作为凋落叶的3种主要成分，木质素、纤维素和半纤维素均在3月出现峰值，2月出现相对较低值。3—6月这3种成分的含量表现为先降低再升高再降低的趋势。7月3种成分的含量差值最大，分别为木质素（432.44g/kg）、纤维素（222.34g/kg）、半纤维素（343.08g/kg）。樟子松凋落叶含量年均值表现为木质素［(316.58±19.10)g/kg］>纤维素［(291.71±13.86)g/kg］>半纤维素［(283.43±13.76) g/kg］。
◆林分生长和林分密度差异对凋落叶“三大素”含量的影响
从表2的方差分析可知，林分生长、林分密度以及它们之间的交互作用对凋落叶的木质素、纤维素、半纤维素含量均无显著影响（P>0.05）。
从图3可见，400、625、800株/hm2林分密度下的凋落叶木质素含量均值分别为275.22、307.94和363.07g/kg，纤维素含量均值分别为311.85、292.40和270.87g/kg，半纤维素含量均值分别为256.77、263.16和328.09g/kg。从3种成分含量的均值来看，800株/hm2林分密度下的木质素和半纤维素含量最高，400株/hm2林分密度下的纤维素含量最高。随着林分生长，400株/hm2林分密度下木质素含量呈先降低后升高趋势，纤维素含量略微降低，半纤维素含量先升高后降低。625株/hm2林分密度下木质素含量先降低后升高，纤维素含量逐渐降低，半纤维素含量逐渐升高。800株/hm2林分密度下木质素含量呈先升高后降低的趋势，纤维素含量呈下降趋势，降幅最为明显，半纤维素含量呈逐步升高趋势，但涨幅不如625株/hm2明显。同时，随着林分密度增大，43和49a凋落叶的木质素含量呈上升趋势，纤维素含量降幅不明显，半纤维素含量先下降后升高，65a木质素含量先升高后降低，纤维素含量逐渐下降，半纤维素含量逐渐上升。
注：不同大写字母表示同一林分生长阶段不同密度之间差异显著（P<0.05）;不同小写字母表示同一密度下不同林分生长阶段间差异显著（P<0.05）。
图3 林分密度和林分生长差异下凋落叶“三大素”含量
◆凋落叶中“三大素”与气候因子之间的相关性分析
从表3的相关性分析结果可以观察到以下关系：月均风速与凋落叶木质素、纤维素、半纤维素均呈负相关；月最大风速仅与凋落叶木质素含量之间呈显著正相关（P<0.05），与纤维素、半纤维素呈正相关；最大风速出现次数与凋落叶“三大素”均呈正相关；月降水量与凋落叶木质素含量呈正相关，与纤维素、半纤维素含量呈负相关；月平均气温与凋落叶木质素、半纤维素含量呈负相关，与纤维素含量呈正相关。然而，5个气候因子中月最大风速与木质素之间相关系数最大，月均风速和最大风速出现次数与木质素相关系数最小。
结论
凋落叶木质素、纤维素和半纤维素均在3月出现峰值，2月出现相对较低值。3—6月这3种成分的含量表现为先降低再升高再降低的趋势。在7月3种成分的含量差值最大，分别为木质素（432.44g/kg）、纤维素（222.34g/kg）、半纤维素（343.08g/kg）。10—12月这3种成分的含量整体呈下降趋势。林分生长、林分密度及它们之间的交互作用对凋落叶的木质素、纤维素、半纤维素含量均无显著影响（P>0.05）。但从3种成分含量的均值来看，800株/hm2林分密度下的木质素和半纤维素含量最高，400株/hm2林分密度下的纤维素含量最高，且在不同林分密度和生长条件下3种成分含量变化趋势不同。月最大风速与樟子松凋落叶木质素含量之间呈显著正相关（P<0.05）。
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- 采编：小白
- 排版：小同