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北方泥炭地的分解
Tim Moore
Nate Basiliko
1
引言
泥炭
地以具有大量的有机质是泥炭地的特征，通常每平方米储存
50-150kg
泥炭，每年
每平方米积累
10-30g
泥炭
(Gorham 1991; Turunen et al. 20
01)
。
这种积累表明泥炭地输入和输
出是不平衡的，
CO2,CH4
或者溶解有机碳是输出的主要形
式，是土壤中有机质和植物器官
分解的主要产物。泥炭地中的净初级生产力一般很小
(Campbell et al. 2000; Moore et al. 2002;
Chap.
8)
，生态系统的
CO2
净交换量和土壤呼吸作用的比率也是这样
(
Frolking
et
al.
1998;
Chap. <
/p>
9)
。因此，泥炭地中有机质的积累通常归因于和低温、缺氧条件
、受功能性制约的分
解体群落、
凋落物和自然那分解很慢的有机
质基底有关。
很多研究测量了泥炭地中凋落物和
有机质分解速率
和影响这些比率的控制因素。
本章中我们将回顾他们的主要发现，
介绍一些
新的结果。
虽然从植物器官到泥炭的变化是连续过程
的一部分，
但是经常决定凋落物和泥炭
分解速率的方法是各不相
同的，因此我们应该予以区别对待。
2
凋落物分解
一种普通的测定土壤中凋落物或者植物器官分解率的方法是将这些物质放进网袋中，
把
这些袋子放入土壤剖面的不同位置，
在这些袋子中这些凋落物或
者植物组织正常情况下会分
解，
然后过一些年后取回，
建立取回袋子中残留物和相关化学上变化相关量的关系，
例如
C
、
N
和
P
的含量。
这种袋子装凋落物的方法受到批评，
因为通常会使用单一的凋落物，
如果网
眼太小
的话，
袋子可能会阻挡土壤生物体的进入，
如果网眼大的话可能
会允许凋落物微小颗
粒掉出，
并且使分解后期从混合物中分离出
原始凋落物变的困难。
此外，
袋子可能营造出和
大多数土壤不同的化学、水分含量、温度的环境条件。不过，这种方法非常的廉价，更容易
在剖面中不同位置或者深度对不同凋落物进行对比。
分解率温暖、
排水良好的拥有丰富凋落
物的土壤中分解速率快，但是在泥炭地中分解速率
慢，所以，大多数持续
2-3
年的凋落物袋
子研究仅仅显示出凋落物分解的一小部分，
因此追踪的只是从凋落物到泥炭的连续过
程的一
小部分。
发表的结果可能以在
固定时期凋落物剩余的比例或者是推断出凋落物和时间的数学关
系。在大多数的情况下，
一个简单的指数衰减模型可能会建立起来，其中，常量为
a
，为
凋
落物的初始值，衰减常数为
k
，通常
以年为底，即凋落物剩余量为
M=aekt
。凋落物
-
袋子试
验很少有进行足够长的时间来鉴定简单的
指数衰减模型能否充分的解释长期的分解速率。
唯
一的例外是<
/p>
Latter
等人在
1998
年的一个研究，在这个实验中，悬钩子的叶子、羊胡苔草的
叶子、石楠的茎
和芽四种凋落物分别被放置在聚丙烯网眼袋、发网中，或者不把它围起来，
直到
23
年后取回。
5
年后
质量损失从悬钩子叶子的
70%
，到其他植物的
24-55%
。对
23
年
数据双重指数衰减回归分析用石楠茎的
1.5%
，石楠芽的
10%
，到羊胡苔草的
29.2%
解释，
导致了比例的变异方面的提高，
一个渐进模型最为适合。
尽管如此，
单一指数模型通
常适合
数据。
图
7.1
中列举了在北方泥炭地典型的短期分解试验
（
6
年）
凋落物分解速率。
一般而言，
简单指数衰减模型能很好的匹配分解速率数据，
k
值在
-0.01-0.45year-1
之间，当分解迅速的
时候，判定系数（
r
< br>≥
0.8
）高。然而，当遇到像锈色泥炭藓或者木块等分
解速率缓慢时，判
定系数
r
≤
0.2
，很低。剩余凋落物随时间回归分析的截距值
a
和早期的凋落物损失有关，比
如溶于水的物质和其它组织
内不稳定的物质
(Trofymow et al.2002
)
。基于很多在加拿大泥炭
地研究，表
7.1
所呈现出来的凋落物测量六年的结果，得到了简单指数衰减常数
< br>k
。一般来
说，
k
值和分解从慢到快的顺序一致，
分解速度从慢到快依次为泥炭藓＜木质物
<
树叶
<
灌木
叶＜莎草。在灌木和树内部，常绿的物质分解速率慢于落叶物质。这些结果和
Alerts
et
al
（
1999
）
等人整理的结果相似，
基于第一年研究所获得的数据得到的
k
值。
虽然第一年得到
的
k
< br>值和六年后得到的
k
值有相关性，但是当这些组织分解时
，分解速率会有差别。
泥炭地中影响凋落物分解的主要控制因素被认为是大气候、<
/p>
微气候、
所处泥炭剖面中的
位置和凋落物
和泥炭的化学性质。
大气候对森林凋落物的影响已经很好的确定，
表明当气温
降低时分解速度减慢，
当降水量增加时分解速率加
快
（
Meentemeyer
1978
；
Moor et
al.1999
；
Trofymow
et al.2002
）
。
很少有在泥
炭地中的凋落物移植实验，
所以泥炭地中的分解模型还没
有明确
的建立起来。在一项研究加拿大森林中叶子凋落物分解速率的研究中
,
< br>年平均气温增
加
0-10
℃导致
分解率平均增大，表现为
6
年的
k
值从
-0.13 -
-0.23
每年，初始凋落物的量从
50%
降低到
22%
（
Trofymow
et
al.
2002
）
。在加拿大中部的
3
个泥
炭地，
Moore
et
al. (
2005)
表示所有的
12
种凋落物的
分解速率随着年平均温度的降低而降低，虽然这种模式可能与微
气候以及其他影响因素混
淆。
通常假设凋落物的分解速率在高山、
排水很好的森林比相邻的泥炭地要慢。
通过更小的
负
k
值，发现在温和的沼泽
3
< br>重树叶的分解速度比邻近的针叶林里还要慢（
Fig 7.2
）
。然而，
在加拿大中部，这种模式是变化的，在
12
种掉落物，通过
6
年在山地和泥炭地的
3
组实验
中发现（
Fig
7.3
）
。山地和泥炭地之间分解率的显著差异可能仅仅在分解的后期阶段发展。
在几个研究
中对洪水对掉落物分解速率的影响进行了检测，
根据持续时间、
掉落物种类、
水
化学的影响等，
得到了
多种多样的结果
（
Day
1983
，
Wylie
1987
，
Lockaby et
al. 1996
，
Baker
et al. 2001)
。短期的水淹可能刺激分解的进行，
然而，长时间的水淹可能减慢分解速度。因
此，
泥炭地中水淹类
别对掉落物的影响在几年后或者在掉落物被长时间水淹时可能变的非常
重要。
调落物在泥炭剖面
中的位置能够对分解有深远的影响，
因为泥炭剖面靠下的地方比表层