2005-2015 年中亞熱帶常綠闊葉林凋落物回收量和現(xiàn)存量月動態(tài)數(shù)據(jù)集

關(guān)欣，黃苛，顏紹馗，汪思龍

1. 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，會同森林生態(tài)實驗站，湖南會同 418307

2. 亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與服務(wù)功能湖南省重點實驗室，湖南會同 418307

引 言

凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)生物量的重要組成部分[1]。凋落物的分解是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量流動的關(guān)鍵過程[2-4]。凋落物通過微生物的分解向土壤輸入能量和養(yǎng)分，進而改變了土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性[5-6]，影響土壤的生物學(xué)特征[7]、植物的種間關(guān)系，其是連接土壤地上和地下過程的重要樞紐。在維持土壤肥力、水土保持、涵養(yǎng)水源以及維持森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡方面發(fā)揮著極其重要的作用。森林凋落物的回收量和現(xiàn)存量可以反映出森林凋落物的季節(jié)及年變化規(guī)律以及植物生長過程中林木的新陳代謝情況。森林凋落物量的影響因素較多，主要受樹種組成[8-9]、林齡[10]、林分結(jié)構(gòu)、氣候類型[11]、海拔高度[12]及環(huán)境因子等諸多因素的影響[13]。常綠闊葉林是亞熱帶地區(qū)最具代表性的植物群落，我國對常綠闊葉林凋落物的研究已經(jīng)有了較大的發(fā)展，現(xiàn)有的研究就基本涵蓋了不同氣候帶的不同的森林類型。但已有的報道多為一年或幾年的短期試驗，受諸多因素的影響難以系統(tǒng)反映出其變化規(guī)律，需要長期的定位監(jiān)測才能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)論。

中國科學(xué)院會同森林生態(tài)實驗站自1989 年加入中國科學(xué)院中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）以來，在常綠落葉闊葉混交林綜合觀測場定期進行凋落物的收集記錄。本數(shù)據(jù)集整理了2005-2015 年的凋落物月回收量及現(xiàn)存量，為深入研究中亞熱帶地區(qū)的凋落物動態(tài)特征提供本底資料，為認識中亞熱帶地區(qū)森林的物質(zhì)循環(huán)特征及其對氣候變化的響應(yīng)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

本數(shù)據(jù)集的構(gòu)建過程主要包括：樣方的采樣設(shè)計、凋落物收集器設(shè)置、凋落物收集處理、數(shù)據(jù)加工及處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與評估、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)庫的形成與入庫。

1.1 數(shù)據(jù)采集

1.1.1 樣地描述

會同站位于湖南省懷化市會同縣廣坪鎮(zhèn)，常綠闊葉林綜合觀測場建立于1997 年，面積15 000 m2，能滿足100 年的監(jiān)測要求，觀測場內(nèi)設(shè)有永久樣地和破壞性樣地。永久樣地面積約5000 m2，在樣地核心區(qū)域內(nèi)設(shè)面積為2500m2的一級樣方一個，一級樣方內(nèi)又劃分為25 個10 m×10 m 的二級樣方，整個一級樣方用圍欄永久性保護。二級樣方分布見圖1。本觀測場為亞熱帶地區(qū)目前保留很少的天然次生常綠闊葉林，喬木層組成主要有栲（Castanopsis concinna）、青岡(Quercus glaucaThunb.)、刨花楠(Machilus pauhoiKaneh.)，伴生樹種有樟樹(Cinnamomum camphora(L.) Presl)、楓香(Liquidambar formosanaHance)、楊梅樹（Myrica rubra(Lour.) S. et Zucc）、大花枇杷（Eriobotrya cavaleriei(Levl.) Rehd.）等；灌木有山茶（Camellia japonicaL.）、山核桃（Carya cathayensisSarg.）、白葉莓（Rubus innominatusS. Moore）、杜莖山(Maesa japonica(Thumb.) Moritzi)、油茶（Camellia oleiferaAbel.）、箬竹（Indocalamus tessellatus(Munro) Keng f.）、柃木（Eurya japonica）、鉤狀雀梅藤（Sageretia hamosa(Wall) Brougn.）、黃杞（Engelhardtiaroxburghiana）、寒莓（Rubus buergeriMiq.）等；草本植物有小葉馬蹄香（Asarum ichangense）、土茯苓（Smilax glabraRoxb.）、狗脊（Woodwardia japonica(L. F.) Sm.）、十字薹草（Carex cruciataWahlenb.）、小葉菝葜（Smilax microphyllaC. H. Wright）。海拔高度300-415 m，地貌為山地中丘陵，坡度32°，坡向ES(東南)，坡位中坡。土壤類型為：黃壤。土壤剖面特征：枯枝落葉分解多，土壤為棕至淺黃色，石礫含量較多，母巖為板、頁巖；0-10 cm 腐殖質(zhì)多、土色深，10-20 cm 土色較淺，20-30 cm 細根多、淺黃色，30-40 cm 中根多，40 cm 以下淺黃色至黃色、可見少量的大根。

1.1.2 凋落物采集

在永久樣地內(nèi)采用機械布點，選取固定的10 個樣方進行凋落物長期觀測。凋落物收集器面積為1 m2。底部采用尼龍網(wǎng)，四周用PVC 管固定。每月末收集凋落物收集器中的全部凋落物，用于記錄凋落物回收量。每月同一時間隨機選擇5 個收集器，在凋落物收集器鄰近地表選擇一處1 m×1 m 的樣方，收集其中全部凋落物用于記錄凋落物現(xiàn)存量。2007 年2 月后，每個樣方重復(fù)3 次，共收集15個樣本。會同站常綠闊葉林綜合觀測場二級樣方平面示意圖及凋落物框編號示意圖見圖1。將每次回收的凋落物按枝、葉、花果（繁殖器官）、樹皮、苔蘚地衣、雜物等分類記錄，并根據(jù)含水量記錄不同類別的干重。數(shù)據(jù)集中2008 年1 月、2011 年1 月、2012 年1 月、8 月、9 月以及2014 年2 月因極端天氣（冰凍災(zāi)害、滑坡、洪水等）原因，未進行凋落物回收量和現(xiàn)存量的收集，延續(xù)至下個月一起收集。

1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要包括記錄信息的核查和完善、數(shù)據(jù)錄入。首先將紙質(zhì)記錄的數(shù)據(jù)進行核查，然后將紙質(zhì)數(shù)據(jù)錄入計算機，再進一步核查，確保數(shù)據(jù)輸入的準(zhǔn)確性。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

中亞熱帶常綠闊葉林凋落物回收量和現(xiàn)存量月動態(tài)數(shù)據(jù)集包含的指標(biāo)如下表1 和表2。

表1 中亞熱帶常綠闊葉林凋落物回收量

序號 字段名稱 量綱 數(shù)據(jù)類型9 苔蘚地衣干重 g·m-2 數(shù)值型10 雜物干重 g·m-2 數(shù)值型13 總干重 g·m-2 數(shù)值型

表2 中亞熱帶常綠闊葉林凋落物現(xiàn)存量

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

本數(shù)據(jù)集的質(zhì)量控制主要從采集凋落物前準(zhǔn)備、凋落物的收集、室內(nèi)處理及數(shù)據(jù)錄入4 個方面進行。前期準(zhǔn)備主要是有操作經(jīng)驗的工作人員參與采集，減少人為誤差。按照《森林生態(tài)系統(tǒng)生物野外觀測規(guī)范與方法》[14]中相關(guān)規(guī)定進行采集，采集過程中確認采集編號的準(zhǔn)確性。室內(nèi)處理嚴格按照實驗室操作規(guī)程，數(shù)據(jù)錄入采取一人錄入、一人查驗的方式，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

根據(jù)會同站對中亞熱帶常綠闊葉林連續(xù)11 年的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果我們可以看出：中亞熱帶常綠闊葉林凋落物回收量（圖2）出現(xiàn)明顯的凋落規(guī)律，一年之中出現(xiàn)兩個波峰，分別是5 月和11 月。5 月的凋落物回收量平均值為120.45 g/m2，11 月的凋落物回收量平均值為99.51g/m2。第一個高峰主要是由于常綠闊葉林樹種在生季節(jié)初期的第一次換葉，以利于新葉的生長發(fā)育。第二個高峰主要是落葉樹種在秋末冬初的一次性落葉造成。凋落物回收量最少出現(xiàn)在1 月份，為13.93 g/m2。凋落物的這種季節(jié)變化與樹種的生物學(xué)特性和氣候條件密切相關(guān)。本數(shù)據(jù)研究中亞熱帶常綠闊葉林年凋落物回收量為6.79 t/hm2。汪思龍等[15]對中亞熱帶常綠闊葉林的研究成果進行總結(jié)發(fā)現(xiàn)：中亞熱帶常綠闊葉林年凋落物回收量為3.90-7.72.00 t/hm2，本數(shù)據(jù)集結(jié)果在其范圍內(nèi)。由圖3 可以看出，中亞熱帶常綠闊葉林凋落物現(xiàn)存量最高值出現(xiàn)在4 月份，平均值為1014.12 g/m2。凋落物現(xiàn)存量與凋落物量和植被分解速率密切相關(guān)。通過對本數(shù)據(jù)分析表明：2005-2015 年年凋落物現(xiàn)存量平均值為9.79 t/hm2。楊玉盛等[16]研究發(fā)現(xiàn)格氏栲樹天然林年凋落物現(xiàn)存量為8.99 t/hm2。張萬儒等[17]研究發(fā)現(xiàn)青岡櫟天然林年凋落物現(xiàn)存量為11.24 t/hm2。張德強等[18]研究發(fā)現(xiàn)錐栗-荷木-厚殼桂天然林年凋落物現(xiàn)存量為8.74 t/hm2。均與本研究結(jié)果相近。

圖2 中亞熱帶常綠闊葉林凋落物回收量

圖3 中亞熱帶常綠闊葉林凋落物現(xiàn)存量

4 數(shù)據(jù)價值

常綠闊葉林是中亞熱帶地區(qū)的最為穩(wěn)定的頂級演替群落，其森林生態(tài)服務(wù)功能價值高。對常綠闊葉林凋落物回收量和現(xiàn)存量的長期連續(xù)研究，可以為我們揭示亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林凋落物月、季節(jié)變化規(guī)律。本數(shù)據(jù)可以與水分、溫度等氣象因素、物種、微生物以及凋落物養(yǎng)分等數(shù)據(jù)進行耦合，明確其變化規(guī)律，揭示凋落物量變化以及凋落物分解的過程。為我們掌握亞熱帶地區(qū)森林恢復(fù)驅(qū)動機制提供數(shù)據(jù)支撐，為人工林近自然經(jīng)營提供理論依據(jù)。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

關(guān)欣（1983—），女，遼寧燈塔人，博士，工程師，研究方向為森林生態(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析與論文撰寫。

黃苛（1983—），男，湖南溆浦人，碩士，工程師，研究方向為微生物學(xué)。主要承擔(dān)工作：凋落物取樣、分揀、錄入，數(shù)據(jù)錄入。

顏紹馗（1974—），男，湖南婁底人，碩士，高級工程師，研究方向為土壤動物。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)審核，項目組織、數(shù)據(jù)建設(shè)與管理。

汪思龍（1964—），男，安徽九華山人，博士，研究員，研究方向為森林生態(tài)學(xué)，森林土壤。主要承擔(dān)工作：項目組織、數(shù)據(jù)建設(shè)與管理。