增温对凋落物分解的影响1

1、增温对陆地生态系统凋落物分解的影响2015.11.3概念和基础知识 凋落物 全球变暖 研究意义全球变暖对凋落物分解的影响 气候 凋落物质量 分解者总结 研究方法 研究结果 问题与展望1.1 凋落物凋落物凋落物也可称为枯落物或有机碎屑凋落物也可称为枯落物或有机碎屑, ,是指在生态系是指在生态系统内统内, ,由植物产生并归还到由植物产生并归还到地面地面, ,作为分解者的物作为分解者的物质和能量来源质和能量来源, ,借以维持生态系统功能的所有有机借以维持生态系统功能的所有有机质的总称。质的总称。广义上：凋落物分为叶凋落物、死亡根系和倒木广义上：凋落物分为叶凋落物、死亡根系和倒木1.1 凋落物凋落物土

2、壤发育土壤发育水文效应水文效应物质循环物质循环1.2 全球变暖全球变暖来源：来源：Climate Change 2014 Synthesis Report Summary for PolicymakersIPCC 1.2 全球变暖全球变暖1.3 意义意义凋落物分解对于土壤碳存储和养分的可利用性有重要影响增温对凋落物的分解速率有潜在的影响，而凋落物分解速率的改变会反作用于全球气温的变化凋落物分解速率的主要由三大因子决定： 气候、凋落物质量、分解者2 气候变暖对凋落物分解的影响气候变暖对凋落物分解的影响全球平均气温升高全球平均气温升高改变降雨格局改变降雨格局气候变暖气候变暖2.1 气候因素气候因素

3、直接作用直接作用间接作用间接作用改变不同生态系改变不同生态系统中水热条件统中水热条件化学反应速率化学反应速率降低土壤含水量降低土壤含水量影响凋落物的影响凋落物的分解分解2.1.1 直接作用直接作用湿度改变湿度改变温度升高温度升高年平均气温年平均气温是陆地生态系统凋落物分解速率最是陆地生态系统凋落物分解速率最密切相关的控制因子，可使凋落物分解率增加密切相关的控制因子，可使凋落物分解率增加 全球平均气温升高全球平均气温升高改变降雨格局改变降雨格局气候变暖气候变暖2.1 环境因素环境因素直接作用直接作用间接作用间接作用全球变暖全球变暖长期的作用影响地上植物群落的结构组成，特长期的作用影响地上植物群落

4、的结构组成，特别是优势物种的功能型以及延长植物生长周期别是优势物种的功能型以及延长植物生长周期凋落物质量和分凋落物质量和分解能力的改变解能力的改变 环境因素的改变，通过地上及地下生物群落的改变，影响凋落物质环境因素的改变，通过地上及地下生物群落的改变，影响凋落物质量和分解者。量和分解者。2.1.2 间接作用间接作用2.2 凋落物凋落物全球变暖全球变暖原生物带植被丰富度和组成的剧烈变化原生物带植被丰富度和组成的剧烈变化地上植物群落生产力和群落组成的改变地上植物群落生产力和群落组成的改变凋落物输入量凋落物输入量 气候变暖对气候变暖对凋落物输入量、凋落物物理特征和化学组分凋落物输入量、凋落物物理特征

5、和化学组分的影响均可能的影响均可能作用于陆地生态系统凋落物分解过程。作用于陆地生态系统凋落物分解过程。 凋落物质量凋落物质量2.2 凋落物凋落物凋落物输入量凋落物输入量：与：与植被生产力植被生产力有直接的关系。虽然升温对地上部分的生产有直接的关系。虽然升温对地上部分的生产力的影响是不一致的。但是，大多数研究结果表明升温增加了植被生产力力的影响是不一致的。但是，大多数研究结果表明升温增加了植被生产力。Norby and Luo (2004) 整合分析表明，综合考虑所有的研究区域，升温整合分析表明，综合考虑所有的研究区域，升温平均增加了地上植被生产力达平均增加了地上植被生产力达19%，然而这种响应

6、会随着，然而这种响应会随着MAT的增加而降的增加而降低。低。 2.2 凋落物凋落物凋落物质量凋落物质量称之为称之为“基质质量基质质量”，定义为凋落物的相对可分解性，其中包，定义为凋落物的相对可分解性，其中包括诸如含有括诸如含有C、N、P养分元素的易分解组分和木质素、纤维素等难分解有养分元素的易分解组分和木质素、纤维素等难分解有机组分。机组分。增温增温植物群落原有物种短期内植物群落原有物种短期内化学性质的改变化学性质的改变凋落物凋落物质量质量群落中物种组成的长期变化群落中物种组成的长期变化2.2凋落物凋落物 举例举例：漆：漆姑草姑草增增温温生物生物量增量增加加增加植物中增加植物中C含量，而含量，

7、而N浓浓度相对较低度相对较低增加凋落增加凋落物的数量物的数量及及C/N降低降低分解分解率率2.3 分解者分解者 分解者主要包括节肢动物、蚯蚓、白蚁、昆虫等大型分解者主要包括节肢动物、蚯蚓、白蚁、昆虫等大型土壤动物土壤动物以及细以及细菌、放线菌、真菌等菌、放线菌、真菌等微生物微生物，各种土壤分解者彼此相互作用、相互协调共，各种土壤分解者彼此相互作用、相互协调共同参与凋落物的分解过程。同参与凋落物的分解过程。 地上凋落物经过土壤动物的物理破碎后则由大量的土壤微生物进行生地上凋落物经过土壤动物的物理破碎后则由大量的土壤微生物进行生物化学分解作用，将其进一步分解成为简单无机分子或转化为腐殖质。物化学分

8、解作用，将其进一步分解成为简单无机分子或转化为腐殖质。2.3.1 土壤动物土壤动物增温增温不仅会影响土壤动物物种丰富度，对不同物种的差异性影响也会进一不仅会影响土壤动物物种丰富度，对不同物种的差异性影响也会进一步地改变土壤动物的物种组成。步地改变土壤动物的物种组成。 2.3.1 微生物微生物 气候变暖对气候变暖对微生物活性微生物活性、微生物生物量微生物生物量及及微生物群落结构微生物群落结构会产生直接会产生直接或间接的影响，从而调控凋落物分解。或间接的影响，从而调控凋落物分解。 气候变暖可以通过对温湿度变化直接影响酶的活性，影响分解酶的总气候变暖可以通过对温湿度变化直接影响酶的活性，影响分解酶的

9、总量和种类，同时影响微生物量和群落组成。微生物酶直接作用于有机质底量和种类，同时影响微生物量和群落组成。微生物酶直接作用于有机质底物，参与凋落物分解过程，气候变暖对分解底物数量和质量的改变同样会物，参与凋落物分解过程，气候变暖对分解底物数量和质量的改变同样会影响微生物酶活性及其分解作用。影响微生物酶活性及其分解作用。 例如例如：Suvendu对对 4 种理化性质不同的热带水稻生长的种理化性质不同的热带水稻生长的土壤进行土壤进行了增温了增温和升高和升高CO2 浓度处理，发现增温至浓度处理，发现增温至 45时土壤微生物碳含量平均时土壤微生物碳含量平均升高升高41.4%，同时微生物活性也显著，同时微

10、生物活性也显著升高升高。2.3.1 微生物微生物 例如：例如：Julie等通过两年的野外增温实验发现，微生物群落结构受到增等通过两年的野外增温实验发现，微生物群落结构受到增温的强烈影响，同时细菌数量随温度升高显著下降而真菌群落数量显著增温的强烈影响，同时细菌数量随温度升高显著下降而真菌群落数量显著增长，特别是外生菌根真菌，同时其相应的地上灌木树种也显著增加，这可长，特别是外生菌根真菌，同时其相应的地上灌木树种也显著增加，这可能是由于微生物类群在应对外界环境变化时选择了不同的生活对策能是由于微生物类群在应对外界环境变化时选择了不同的生活对策。2.3.1 微生物微生物3 总结总结经过多年的研究，小

11、结一下现有的试验方法、研究成果、存在经过多年的研究，小结一下现有的试验方法、研究成果、存在的问题的问题3.1 研究方法： 室内缩微试验 原位模拟增温试验（OTC、电缆加热、红外加热） 自然梯度试验研究结果研究结果草原生态系统草原生态系统湿地生态系统湿地生态系统森林生态系统森林生态系统长期大尺长期大尺度增温度增温短期小尺短期小尺度增温度增温提高土壤氮提高土壤氮的有效性的有效性提高凋落提高凋落物质量物质量促进凋落促进凋落物分解物分解增温增温+相应的植物群落生长过程中群相应的植物群落生长过程中群落组成改变的共同影响凋落物分解落组成改变的共同影响凋落物分解草原生态系统草原生态系统湿地生态系统湿地生态系

12、统森林生态系统森林生态系统间接作用间接作用增温增温直接作用直接作用增温增温增加水体温增加水体温度度促进淋溶促进淋溶促进凋落促进凋落物分解物分解促进无脊椎动物促进无脊椎动物的物理破碎的物理破碎促进凋落物促进凋落物分解分解研究结果研究结果草原生态系统草原生态系统湿地生态系统湿地生态系统森林生态系统森林生态系统凋落物分解变化凋落物分解变化不显著或不显著或降低降低干旱季节土壤湿度变化产生的补偿机制抑制干旱季节土壤湿度变化产生的补偿机制抑制了温度升高导致的凋落物的分解速率增加了温度升高导致的凋落物的分解速率增加研究结果研究结果3.2问题问题与展望与展望 重视多因子交互作用重视多因子交互作用 自然条件下，

13、凋落物分解过程受多因子的综合作用，探索多因自然条件下，凋落物分解过程受多因子的综合作用，探索多因素的分解模型可更为准确地预测凋落物分解速率及其对气候变化的素的分解模型可更为准确地预测凋落物分解速率及其对气候变化的反馈。比如，受水分限制的生态系统，增温处理对分解作用的影响反馈。比如，受水分限制的生态系统，增温处理对分解作用的影响可能是正向的，但是水分的限制却抵消了增温对分解作用的正效应可能是正向的，但是水分的限制却抵消了增温对分解作用的正效应。问题与展望问题与展望 重视地下凋落物分解过程重视地下凋落物分解过程研究研究 以往研究工作更多地侧重在地上凋落物分解过程，对地下凋落以往研究工作更多地侧重在地上凋落物分解过程，对地下凋落物分解作用相关知识的欠缺限制了地上与地下凋落分解过程研究的物分解作用相关知识的欠缺限制了地上与地下凋落分解过程研究的有效整合，以及对于二者