中国科学院水利部水土保持研究所机构知识库

凋落物指在生态系统内由生物组分产生并归还到地面，作为分解者物质和能量来源，借以维持生态系统功能的所有有机物质的总称。凋落物是植物-土壤系统养分循环的基本载体，具有维持土壤肥力，促进生态系统物质循环和养分平衡的重要作用。凋落物分解向土壤的归还过程促进土壤有机碳向大气释放以及土壤氮累积。植物-土壤系统碳氮循环是陆地生态系统碳氮循环的重要组成部分，农业生态系统碳氮循环的变化不仅会影响土壤-植物系统碳氮平衡，而且会进一步影响到国家粮食安全。本研究以黄土高原农业生态系统作物分解为研究对象，通过分析不同物种及不同凋落物器官分解特征和凋落物分解过程碳氮与土壤碳氮的相互影响。研究得出以下主要结论：

（1）凋落物分解过程质量残留率先迅速下降后趋于稳定，符合负指数模型，根凋落物在分解一年过程未达到稳定阶段，茎和叶凋落物质量残留率差异显著，15℃培养凋落物质量残留率高于25℃培养，但与室温培养之间差异不显著；凋落物分解过程CO₂累积释放量，先迅速上升后趋于稳定，符合对数模型，凋落物CO₂累积释放量根、茎、叶片的平均值分别为0.66 mg/g、0.75 mg/g、0.84 mg/g，土壤介质培养CO₂累积释放量高于石英砂培养，同一温度条件，两种介质培养CO2累积释放量表现为叶>茎>根，CO₂累积释放量与质量残留率呈显著负相关关系。

（2）凋落物分解前期碳氮残留率迅速下降，3个月之后，逐渐趋于稳定。不同器官碳氮残留率表现为根>茎>叶，不同温度培养条件碳氮的释放速率表现为15℃>室温>25℃培养，凋落物氮素变化呈释放-富集模式，不同器官凋落物C/N表现为叶凋落物C/N差异先增加后缩小，茎凋落物C/N差异随分解时间逐渐增大。凋落物类型、器官类型、温度、分解时间对碳氮残留率、碳氮比有显著影响，质量损失、碳残留率与氮残留率呈显著相关关系。

（3）土壤碳氮变化受凋落物分解过程显著影响，分解时间对凋落物添加土壤碳氮含量有显著差异，凋落物分解前期碳氮以释放为主，分解后期氮素以富集为主。土壤碳含量整体均呈增加趋势，土壤氮含量变化相反，恒温条件培养，凋落物氮含量高者，输入土壤部分的氮较多，变温和高温培养都不利于凋落物输入土壤氮的储存。土壤碳氮含量变化受激发效应影响，高温培养条件，有影响时间短，土壤碳氮含量增量大的特点，叶凋落物比茎凋落物添加土壤碳氮含量增加多；凋落物氮释放最多和土壤氮增量最大存在一定时间差。

（4）凋落物分解过程碳氮同位素丰度变化差异较大，温度对根和茎凋落物δ¹³C丰度值影响主要体现在前3个月，对叶凋落物δ¹³C丰度值影响主要体现在前6个月，初始δ¹³C丰度值较高的凋落物前期下降较迅速，分解后期均趋于稳定，茎凋落物δ¹⁵N丰度值以降低为主，叶凋落物δ¹⁵N丰度值以增加为主；土壤δ¹³C丰度值随不同器官和作物类型变化趋势不一致，茎凋落物添加土壤δ¹³C丰度值呈下降趋势，温度对凋落物添加土壤δ¹⁵N丰度值影响不明显，根、茎、叶三种不同器官类型凋落物添加土壤δ¹⁵N丰度分解后期以降低为主，不同温度对土壤中凋落物来源碳所占比例变化影响较大，土壤凋落物来源氮所占比例则相反。

（5）不同物种和器官凋落物添加土壤中凋落物来源碳氮变化，茎凋落物添加土壤碳含量高于叶凋落物添加，同一器官类型凋落物添加在不同温度条件下表现为25℃>15℃>室温培养；土壤中凋落物来源氮含量表现为叶>茎>根，不同器官类型凋落物添加对土壤中凋落物来源氮含量影响在分解后期差异减小。

（6）同物种和器官凋落物添加土壤中原有碳氮变化，土壤原有碳含量在分解后期增加，整体为叶>茎>根，温度对叶凋落物添加土壤碳含量影响大于茎凋落物添加；叶凋落物添加土壤原有氮含量高于茎和根，温度对土壤原有氮含量影响较小。