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凋落物分解是生态系统物质循环的关键环节。随人工林林龄增加,林下植被演替和单一林木长期生长势必改变凋落物自身、林地土壤以及微生物分解者特性,从而影响凋落物的分解。然而,目前人工林林龄增加对林地凋落物分解的具体影响及其机制尚不清楚。本项目以黄土丘陵沟壑区造林10、20、33和43 yr的刺槐人工林为研究对象,通过野外原位分解试验研究林龄增加过程中,凋落物化学特性、林地土壤理化环境以及细菌和真菌分解者及其胞外酶活性的变化特征,解析上述变化对林地凋落物分解影响的贡献及途径。以期以凋落物分解为切入点分析人工林林龄增加对林地物质循环的影响机制,为选择合理的人工林管理措施提供科学依据。本研究获得的主要研究结果如下:(1)随林龄增加,林地凋落物的年分解速率k呈先降后增的变化趋势,其中33 yr林地凋落物的分解速率显著低于其他林地凋落物(P<0.05);林地凋落物C和P的释放率呈提高趋势,N的释放以及木质素和缩合单宁的降解率呈降低趋势(P<0.05),而纤维素的释放率无显著改变;10 yr林地中的主要凋落物在混合分解时表现出显著的协同效应,但随林龄增加上述协同效应消失。(2)随林龄增加,林地凋落物的总体基质质量也随之提高,呈现养分元素和氨基酸含量提高、C/N比和木质素/N比降低以及分解抑制物(主要是缩合单宁和水溶性酚)含量降低的趋势,且林地凋落物的化学丰富度和分异度均显著降低(P<0.05)。(3)随林龄增加,林地土壤温度、湿度、速效养分(硝铵态氮和有效磷)以及p H的变化不具备统一规律,但在分解试验前期(夏季)和中期(翌年春末夏初),土壤温湿度呈现一定不利分解的变化趋势。(4)凋落物定殖的优势微生物属中,随林龄增加,链霉菌属丰度呈持续提高(分解前期)或先增后降趋势(分解中后期),短小杆菌属和泛菌属呈先增后降趋势,根瘤属丰度呈相反趋势,鞘氨醇单孢菌属丰度呈持续降低趋势(分解前期)(分解前期),拟无枝酸菌属丰度则呈持续提高趋势(分解后期);真菌中链格孢属以及香菇属和曲霉属均呈先增后降趋势(分别在分解前中期和中后期),伞菌属丰度呈持续提高趋势(分解后期),柱霉属丰度呈相反趋势(分解中后期),单端孢霉属和支顶孢霉属丰度均呈N形变化趋势(分解前期和中期)。随林龄增加,在分解前期凋落物定殖细菌的物种丰富度、多样性和均匀度均波动降低(P<0.05),而在分解中后期,物种丰富度和多样性均呈先降后增趋势,均匀度显著降低(P<0.05);在分解前期和后期定殖真菌的物种丰富度、多样性和均匀度均呈波动降低趋势(P<0.05),而在分解中期则相反(P<0.05)。群落结构方面,在分解前期10 yr林地凋落物定殖细菌和真菌群落结构显著区别于其他林龄林地凋落物(P<0.05),但在分解中后期上述差异趋于消失。(5)凋落物对应表层土壤优势微生物属中,随林龄增加,酸杆菌门RB41属丰度则呈先增后降趋势(采样全程,对应分解全程);真菌中球腔菌属(采样前期)和镰刀菌属丰度呈持续降低趋势(采样中期),赤霉属、湿伞属、Leohumicola属、小皮伞属(采样中后期)和白环菇属(采样前期)丰度呈先增后降趋势。随林龄增加,土壤细菌的物种丰富度、多样性和均匀度均呈整体增加趋势(P<0.05);在分解前期,土壤真菌的多样性和均匀度均呈波动降低趋势(P<0.05),而在分解中后期,土壤真菌的物种丰富度呈显著提高趋势(P<0.05)。群落结构方面,不同林龄林地凋落物定殖细菌或真菌的群落结构在任何分解时期均未表现出显著差异(P<0.05)。(6)随林龄增加,凋落物漆酶(Lac,分解前期和后期)、锰过氧化物酶(Mn P,分解全程)、β-葡糖苷酶(βG,分解中期)和蛋白酶(Pro,分解后期)活性呈先降后增趋势,纤维二糖酶(CBH,分解后期)和碱性磷酸酶活性(LAP,分解全程)呈相反趋势,而木质素过氧化物酶/乙酰氨基葡糖苷酶(Li P/NAG,分解中期)和多酚氧化酶(PPO,分解全程)活性则呈N型或波动上升趋势。与此同时,凋落物对应土壤中Lac(采样前期)、Mn P(采样前期和中期)、Li P(采样后期)、βG(采样前期)和NAG(采样中期)活性均呈先增后降趋势,PPO活性呈显著降低趋势(采样前期和中期),而CBH(采样中期和后期)、Pro(采样前期和后期)和LAP活性(采样后期)则呈显著提高趋势。(7)林龄增加过程中刺槐林地凋落物基质质量的提高通过影响凋落物微生物群落结构(主要是分解前期的真菌以及分解后期的细菌群落结构)提高木质纤维素酶活性,最终提高凋落物的分解速率;与此同时,林地凋落物化学多样性的降低削弱了混合分解过程中产生的协同效应,并通过降低前述酶活性妨碍凋落物的分解;而林龄增加过程中土壤理化性质的改变(主要是分解前期温度的升高和水分条件的恶化和分解后期温度的降低)间接通过土壤微生物的群落(主要是分解前期和后期的真菌)影响凋落物微生物的群落结构,由此抑制木质纤维素酶活性和养分释放相关酶活性,最终不利凋落物的分解。刺槐林地凋落物在其原位分解时,10、20和43yr林地凋落物的分解速率显著高于33 yr林地凋落物的现象是凋落物及土壤性质改变经前述途径共同作用的结果。仅从林地凋落物分解角度考虑,造林达到33 yr时刺槐人工林的养分循环可能受限。