气候和凋落物性状对分解的相对影响随时间、气候和性状变异性而变化

来源：拇指科研

导读

气候和凋落物质量驱动凋落物分解，但目前对它们的相对重要性几乎没有共识，这可能是因为研究在持续时间、气候梯度和凋落物性状值的变异性方面存在差异。了解这些驱动因素很重要，因为它们决定了气候变化对分解的直接和间接（通过植被组成）影响，从而影响碳和养分循环。作者在智利采用了沿气候梯度的凋落物易位实验，跟踪分解2年，使用了30种植物物种，具有广泛的功能性状值，以研究了微气候（土壤湿度和温度）和凋落物性状如何相互作用地影响凋落物质量损失。研究发现凋落物性状和气候对分解的相对影响取决于所考虑的气候和凋落物性状的范围，并随时间变化。该研究强调了气候和功能性状值在分解中的关键作用，以了解凋落物分解的驱动因素，并提高对气候变化对这一重要生态系统过程的影响的预测。

原文信息

正文

揭示凋落物分解的驱动因素对于理解重要的生态系统过程，如土壤碳储存和生产力，以及主要温室气体的排放至关重要。环境因素，包括气候，土壤条件和分解者活性，是凋落物分解的重要驱动因素。分解往往随着温度和降水的增加而增加，因为温暖和潮湿的条件刺激分解者的活动。此外，凋落物质量是分解的另一个重要因素。叶凋落物质量由一套叶片功能性状决定，即与获取和保护资源有关的叶片结构和化学性质。结构特征（如叶韧性和木质素含量）、营养性状（如氮和主要阳离子）和防御性状（如酚类化合物）共同控制凋落物的可分解性。尽管现在已经清楚地表明，凋落物性状和气候在控制凋落物分解方面都起着核心作用，但这两个主要驱动因素的相对重要性仍在争论中。为此，作者沿着智利沿海地区气候和植被梯度（图1），设计了一个长达2年、包含30种植物物种的凋落物袋易位分解实验。旨在了解气候、植物功能性状和时间在它们对凋落物分解的影响中是如何相互作用的，以及实验中包含的叶片功能性状和气候范围的变化在多大程度上决定了关于性状和气候对分解的相对重要性的结论。

图1 凋落物易位分解实验的地理位置

结果

在12个月后，场地平均凋落物质量损失从半干旱（SA）的27%到温带低地（TL）的63%。经过24个月的分解后，场地平均凋落物质量损失从干旱场地（AD）的41%到TL的85%。在所有物种和分解阶段，凋落物质量损失与土壤水分（MSM，r =0.30，p <0.0001）呈显著正相关，与土壤温度（MST，r =−0.21，p <0.0001）呈负相关。一般来说，四个最干燥的地点（AD、AF、SA和ME）之间的差异很小，而这四个干燥地点和两个最湿的地点（TU和TL）之间的差异很大，在以后的分解阶段两个最湿地点之间的差异很大（图2）。

图2 在不同气候下分解3、6、9、12和24个月后的平均凋落物质量损失（平均值±SE）。不同字母表明，在同一分解期，气候之间有显着性差异（p <0.05），其中质量损失经过Logit转化。

在几乎所有的分解阶段，土壤湿度、蛋白质，钠（Na）和镁（Mg）含量和比叶面积（SLA）与分解呈正相关，而冲孔力（FP）则与不同气候下3、6、9、12和24个月分解后的平均凋落物质量损失（%）呈负相关。在这些性状中，Na是最强的预测因子，其次是蛋白质和Mg含量（图3）。

图3 土壤平均水分（MSM）和功能性状及其相互作用在不同分解阶段凋落物质量损失中的作用

凋落物性状对凋落物质量损失（Traits R2）的重要性降低，而MSM的重要性随着时间的推移而增加。在分解的第一年，功能性状表现出比MSM更高的相对重要性，而MSM在分解24个月后比性状更重要（图3）。

凋落物在FP、单宁、Ca、Na和P含量中变化很大（>100倍变化），其次在SLA、C/N、木质素/N、蛋白质、木质素、Al、Mg含量中也有变化（≥10倍变化），而碳水化合物和铁含量变化较小（<10倍变化）。对于大多数性状，相同数量物种（6、8或10）的性状变异（较高的SD）的增加导致性状（性状R2）在解释分解差异方面的平均重要性增加。

表2 不同性状的重要性与不同分解阶段凋落物质量损失的线性模型中所考虑的性状值范围的皮尔逊相关系数。

结论

本研究具有非常广泛的凋落物性状值，气候条件和相对较长的凋落物分解时间，包括几个分解阶段的采集。这种组合使得能够确定气候和凋落物性状对分解动力学的相对重要性的主要因素。土壤水分和植物功能性状在驱动凋落物分解中起着关键作用。重要的是，它们的相对贡献和相互作用随着时间的推移而变化。建议未来进一步在其他广泛的气候范围内进行实验（包括与我们的实验相同的性状值的较大变化和沿着分解过程的几个凋落物收集）阐明在什么条件下，气候作为凋落物分解的驱动因素，以及何时性状变得更重要。量化这些驱动因素对于正确建模分解速率及其在全球范围内碳循环中的作用至关重要。由于气候变化还会引起植被性状分布的变化，碳模型情景的结果在很大程度上取决于对植被过程以及基于植物和气候的凋落物分解控制的深刻和平衡的理解。