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凋落物分解对全球变暖的响应研究综述
摘要：凋落物分解是重要的森林生态系统过程之一，受到气候、凋落物质量、土壤生物群落等生物和非生物因素的综合调控。讨论了全球变暖可能引起的凋落物量和凋落物分解的变化，气温上升可能引发植被分布、物候特征和制约凋落物分解因素的改变，影响森林凋落物动态，从而最终影响森林生态系统物质循环的功能。本文将讨论凋落物动态对全球变暖的响应。
关键词：生态系统；凋落物分解；全球变暖
全球环境变化，包括全球变暖，大气CO2浓度升高、UV—B辐射增强和酸沉降等，将对陆地生态系统的生产力及其分配格局产生重要而深远的影响，引起生态学家们的广泛关注，并相继开展了大照研究，以预测全球环境变化对地球生态系统的影响。但已有的研究多集中在气候变化对农作物生长机理和外部形态的影响研究方面，而关于气候变化对森林凋落物分解影响的研究还相对较少。
凋落物分解是重要的森林生态系统过程之一，它联结生物有机体的合成（光合作用）和分解（有机物分解、营养元素释放）。全球环境变化将对森林生态系统凋落物的分解和养分循环产生直接和间接的多重影响。凋落物通过影响植物的萌发、生长、物种的丰度和地上生物量来影响植物群落的构建和种群间对繁殖地的竞争。全球环境变化直接积间接改变各种影响凋落物分解的因素，并最终影响到凋落物的分解速率。
1.全球变暖对凋落物分解的影响
全球气候变化是正在发生的引人注目的全球变化现象之一。人口的剧增和高速率的资源消费导致了全球环境的变化。全球变化主要包括：气候变化，大气组成变化，土地利用变化和生物多样性变化4个方面。全球气候变暖是较明显的气候变化。大气组成的变化包括：CO2浓度上升、氮的沉降和酸雨等。科学家们预计，CO2浓度倍增后，地球表面的温度将上升1.5~4.5℃。
1.1凋落物分解过程
凋落物分解过程将生物大分子降解为无机小分子，最后大部分转化为CO2和水，只剩少量的腐殖质进入土壤。其包括物理、化学和生物学过程，由降水降解淋溶、动物的咀嚼和啃食、土壤干湿交替和冻融、生物代谢等相互联系的作用共同完成。淋溶作用是湿润环境条件下新鲜凋落物质量损失的一个物理化学过程，而动物的机械咀嚼，干湿交替等物理作用破坏了凋落物的形态和组织结构。
森林凋落物在分解的过程中，并不总是释放出养分，它与凋落物的类型和分解阶段有关，也与养分的本身的特性有关。凋落物分解过程中，营养固定与释放的阶段性特征非常明显，某些材料可在数年后才可观察到氮的释放。氮的这种阶段性的长短主要决定于落叶的氮素水平，凋落物分解过程中养分（特别是氮）的固定和释放的关系，与凋落物所处的分解环境有关，例如有报道说半腐解腐殖质土壤上分解的凋落物比熟化腐殖质土壤上分解的固态氮量大。在凋落物分解过程中，氮的积累被认为是微生物因素造成的，经过研究，发现土壤中被固定的氮很大部分是以微生物组织内不溶解的成分形式存在，如同真菌菌丝体。
1.2 对生物因素的影响
全球变暖对凋落物之类的影响方面，单独的气温上升会增加凋落物的产量，对其质量的影响还没有明显的报道。一般认为生物因素是凋落物分解的主导因子，生物分解过程是凋落物分解的主导过程，它有赖于生物分解者的种类、数量及活性。一般生物因素通常又划分为动物与微生物的部分。温度作为影响生命活动的主导因子，对微生物的数量和酶的活性有着重要的影响，如增加土壤微生物的活性，加快有机质及凋落物的分解和其它物质循环，增强N的矿化作用等，进而对凋落物的分解起着主导作用。温度升高直接提高了森林土壤和凋落物的微生物活性，加速了凋落物的分解，从而促进了森林生态系统内的生物元素循环。
1.3 对非生物因素的影响
非生物因素指气候、土壤、大气成分等环境条件。全球变暖对凋落物分解的非生物作用有正效应，也有负效应。全球变暖可能会带来气候带的移动，寒温带和热带森林的将区域增加，温带森林面积将减少。气候可通过直接或间接作用影响凋落物的分解过程，是影响凋落物分解的最基本生态因子。
植物炭的同化与分配、凋落物积累和分解、土壤呼吸与碳释放等碳循环过程都与温度的调节作用密切相关。气温升高可能直接或间接的影响凋落物的分解过程。温度升高可能对森林生态系统的水热动态产生显著影响。气温上升一方面会使土壤N的矿化作用增强，土壤营养的有效性增加，有利于凋落物分解。另一方面也会导致地面蒸散作用增加，土壤含承量减少，不利于凋落物的淋溶和分解。温度上升本身可加速各种物理、化学过程的进行，对凋落物分解是有利的。
2.CO2浓度升高对凋落物分解的影响
CO2浓度上升是全球变化最重要的因素，它对陆地生态系统的各个过程会产生不同程度的影响，凋落物分解作为碳平衡的重要组成部分，其对CO2浓度变化的响应已经得到一定程度的评估。
CO2浓度上升对凋落物的影响主要是间接的，它通过影响凋落物质量而影响分解过程。目前的研究，多数是探讨高CO2浓度条件下生长的植物，其产生的凋落物分解会有什么变化，基本的结论是，由于CO2浓度上升显著增加植物产量，并形成含氮量较低的有机物质，因而分解会减慢，因而，CO2浓度上升对凋落物分解的影响主要是间接的。但是，必须指出，CO2浓度上升一定程度上减缓了凋落物分解速率，但是其形成的温室效应将导致温度上升，升温却又加速了分解过程，加拿大的研究显示，它可增加分解率的4%~7%，所以，CO2浓度上升形成的总效应让带有待研究。
3.湿地枯落物分解对全球变化的响应
由于湿地是由水陆相互作用而形成的特殊自然综合体，所以其枯落物分解既不同于陆地生态系统也不同于水生生态系统，而更多的是受水陆环境交互作用（如干湿交替、积水条件、沉积行为与特征等）的影响，它对于湿地形成与演化的意义重大。如湿地积水形成的厌氧环境常会使枯落物分解缓慢，并可在气候、水文和酸碱等条件的交互作用下促进泥炭的发育。同时，枯落物基质质量和环境条件的差异使其分解过程表现出阶段性和连续性特征
湿地枯落物分解同时要受生物因素和非生物因素的制约，与上述的大致相同。非生物因素包括：湿地气候条件、湿地水分条件、湿地的养分条件和湿地酸碱与盐分条件。这些都是与生物因素息息相关。同时，枯落物分解还依赖于湿地沉积行为，沉积物的沉积作用可通过抑制O2浓度和无脊椎动物的活动等而明显抑制分解的进行。湿地中枯落物中的O2和CO2状况对其分解过程影响深刻，它通常受温度和含水量的影响较大。
4.问题和展望
综上所述，全球环境变化对凋落物分解的影响是一个复杂的综合作用过程，但其作用于凋落物分解的内在机理是一致的。一是通过改变凋落物的基质质量影响其分解速率；二是通过改变凋落物分解的外部环境来影响分解，包括生物环境和非生物环境。从已发表的文献来看，研究主要集中于对于凋落物非生物环境影响和基质质量上，对于生物环境的研究较少。同时人们将重点放在对于凋落物的研究，忽略的树木的根等。同时，对于凋落物的研究，研究集中于森林和草地生态系统，而对于湿地的研究相对较少。
鉴于当前研究中存在的问题，未来的研究应进行多途径的探索，如在不同气候带之间进行凋落物交互分解实验的研究、着重加强全球环境变化对植物其他部分如枝条根系分解影响的研究，同时积极开展全球变化对湿地枯落物分解影响的野外和室内模拟试验研究，从而更好地揭示不同气候下的凋落物对气候变暖及其引起的相应变化的响应，进行不同与凋落物的枝条根系分解的研究有利于我们获得气候变化对植物凋落物分解影响的完整理解。
参考文献：
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