森林凋落物占陆地净初级生产力的70%,是土壤有机碳的主要来源。随着森林成熟度逐渐增加,土壤有机碳积累速度是上升的,这与森林凋落物在分解过程中向矿质土壤分配的比例变化有关。凋落物分解的三个直接产物分别是:微生物呼吸代谢释放的CO2、从凋落物层淋溶至土壤的DOC及未分解的植物残屑。研究随着森林成熟度增加凋落物分解产物比例的变化,区分凋落物三个直接产物对土壤碳库的贡献,对深入理解森林生态系统的碳收支具有重要意义。本文以南亚热带地带性顶级群落-季风常绿阔叶林及其次生演替系列-针阔叶混交林和马尾松林为研究对象,通过添加和去除凋落物实验,探讨不同演替阶段森林凋落物分解产物间的比例关系及其对相关生态因子的响应机理。主要结论如下: (1)处于不同演替阶段的三个林型凋落物量和现存量的长期变化趋势并不一致。季风林凋落物输入量逐渐减少,其凋落物现存量基本不变;混交林凋落物输入量基本不变,其凋落物现存量却在不断积累;松林则是凋落物输入量和现存量均逐渐增加,表明处在不同演替阶段的森林凋落物的周转时间并不一致。从松林、混交林到季风林,凋落物代谢产物比例(FR)依次为35.9%、18.7%和9.7%,淋溶产物和植物残屑的比例则逐渐增加。淋溶产物和植物残屑的比例之和即为分解过程凋落物向土壤分配碳的比例,松林、混交林和季风林凋落物向土壤输入碳的比例分别为64.1%、81.3%和90.3%,表明随着森林正向演替凋落物在分解过程将更多的碳分配到土壤中。 松林、混交林和季风林凋落物初始碳氮比(C/N)分别为49.8、39.6和28.3。即随着森林正向演替,森林凋落物初始碳氮比(C/N)逐渐减小。凋落物初始C/N值与代谢产物比例的相关系数达到极显著水平,与凋落物残屑比例的相关系数达到显著水平,说明凋落物初始C/N值对凋落物分解产物去向有较强的控制作用。 (2)森林凋落物淋溶产物比例和代谢产物比例具有明显的季节动态,湿季较高,干季较低。随着森林正向演替,土壤湿度逐渐增加,土壤温度则呈现相反的变化趋势。三个林型的凋落物分解代谢产物和淋溶产物比例均与土壤温度具有显著的正指数关系,与土壤湿度具有显著的正线性关系。松林、混交林和季风林凋落物代谢产物比例相应的温度敏感系数Q10值(温度升高10℃时,凋落物代谢产物成比例增加的倍数)分别为1.65,1.60和1.72;而淋溶产物比例相应的Q10值分别为2.59,2.32和2.29,说明凋落物淋溶过程对温度的敏感性更高。季风林凋落物淋溶产物比例的温度敏感系数Q10值低于松林和混交林。 (3)森林演替对土壤微生物生物量碳有显著影响,土壤微生物生物量、细菌生物量和真菌生物量均随着森林演替逐渐增加。处于不同演替阶段的三种森林类型其土壤微生物群落组成显著不同。这种不同主要体现在革兰氏阴性菌和真菌上。真菌生物量与土壤温度极显著负相关,与土壤湿度极显著正相关,细菌生物量只与土壤湿度显著正相关。表明土壤微生物群落会因为土壤温度和湿度的不同而发生改变。真菌细菌比在三个林型表现为:混交林>季风林>松林。演替中期森林真菌细菌比较高的主要原因是季风林较高土壤湿度引起植物与微生物对资源的竞争,限制了真菌的生长。凋落物初始C/N值是影响土壤微生物群落结构组成的关键因素。真菌生物量与凋落物代谢产物比例极显著负相关。凋落物分解过程向地下输入碳的比例升高,真菌生物量也会随之增加。 (4)处于不同演替阶段的森林,添加凋落物对其分解产物比例的影响是不同的。添加凋落物处理显著提高了季风林和混交林淋溶产物比例,降低了松林代谢产物比例,对植物残屑的比例没有影响。随着森林正向演替,凋落物输入量增加对分解产物去向的影响减小,只有处于演替早期的松林凋落物在添加凋落物后向地下输入碳的比例升高,而这部分增加的碳主要以凋落物碎屑的形式累积在表层土壤。与分解产物比例变化相对应,添加凋落物后松林土壤真菌生物量和真菌细菌比显著降低,季风林和混交林则没有明显变化。表明在演替早期添加凋落物抑制了真菌的生长,促进了细菌的繁殖。 本研究表明随着森林成熟度的增加,森林凋落物分解后归还土壤的比例逐渐增加。凋落物初始C/N值是控制分解产物去向的关键因素。凋落物分解过程向矿质土壤分配碳的比例对土壤温度、土壤湿度和真菌生物量等变化的响应显著,其响应模式呈多样化。另外,凋落物输入量增加对森林生态系统土壤碳收支的影响较小。