本发明专利技术公开了一种针叶分解进程的直接观测法。本发明专利技术按分解阶段对地表针叶进行分类并测定各类针叶的干重及单位长度重量，通过实验获得的年针叶凋落量数据，采用迭代方法计算出处于不同分解阶段的针叶之间的流通速率，再通过模型计算出针叶分解速率。本发明专利技术还可同时测定针叶分解过程中元素的动态变化过程，与当前野外测定针叶分解速率的方法相比，本发明专利技术操作简单、实验周期短，实验操作少，能真实、准确地反映自然条件下针叶分解进程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生态系统中重要的生态过程——凋落物分解过程的直接观测法，具体地说是一种针叶分解过程的针叶分解速率、分解过程中元素变化动态和释放规律的直接观测法。
技术介绍
凋落物分解是森林生态系统物质循环和能量流动的关键环节，其在维持土壤养分的有效性和养分平衡方面起着重要作用。据估算，植物凋落物分解过程中每年释放的营养元素可满足69％～87％的森林生长所需量，全球凋落物分解释放的CO2量约占全年碳总流通量的70％。随着全球气候变化的加剧，森林凋落物分解日益受到关注。野外测定凋落物分解速率最常用的方法是凋落物分解袋法，将装有一定量凋落物的尼龙网袋放在地表或埋入土中，定期取回凋落物袋测定袋内凋落物重量和养分浓度的变化。分解袋法存在严重的局限性：(1)实验周期长，特别是一些难于分解的凋落物；(2)由于凋落物被装于网袋内，不管网眼多大，网袋的隔离作用都限制了一些动物对凋落物的破碎或其它作用；(3)凋落物袋改变了土壤的小环境和微生物活动。另外，估算凋落物分解速率较快的一个方法是通过调查地面上未分解的枯落物积累现存量和放置凋落物收集框获得的年凋落物的现量，以年凋落物量除以枯落物积累量所得的比值作为分解速率的估算值。但由于该方法所用的年凋落量为当年的值，而枯落物积累量为多年累计的结果，所以估算的结果与实际情况往往会有较大的误差。找到一个能实验周期短、真实、准确地反映自然条件下凋落物分解过程的观测方法，一直是凋落物分解研究的重要方面。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种观测自然条件下针叶分解过程的快捷、准确的方法，本专利技术适用于任何稳定状态针叶林凋落物分解过程的观测。为了实现上述目的，本专利技术技术方案是：针叶分解过程的直接观测法，按如下步骤操作：1)收集针叶：采用凋落物收集容器收集针叶，统计针叶年凋落量F0；同时收集10cm×10cm～50cm×50cm面积地面所有针叶；2)分类针叶：根据针叶的破碎度和颜色，按照针叶的分解程度对收集的针叶进行分类，测定处于分解阶段i的针叶单位长度重量Li，并称量每一类别针叶的干重，测得处于分解阶段i的针叶重量Si(t ha-1)；3)计算流通速率参数：通过迭代方法计算出处于不同分解阶段的针叶之间的流通速率参数，包括从分解阶段i-1转移到分解阶段i的流通量Fi，i-1(t ha-1y-1)、从分解阶段i-1转移到分解阶段i的针叶相对失重率MLi、处于分解阶段i的针-->叶存留时间tri；4)计算针叶分解速率：采用凋落物分解模型模拟计算方法，利用计算出的流通速率参数，包括流通量Fi，i-1、针叶相对失重率MLi、存留时间tri，计算针叶分解速率k。所述从分解阶段i-1转移到分解阶段i的流通量Fi，i-1的计算式为：Fi，i-1(t ha-1y-1)＝(Li/Li-1)Fi-1，i-2，i＝2，......，11；其中，Li-1为处于分解阶段i-1针叶的单位长度重量，Fi-1，i-2为处于分解阶段i-2到分解阶段i-1的流通量。所述处于分解阶段i的针叶已存留时间的计算式为：tri＝Si/Fi，i-1，i＝2，......，11；所述从分解阶段i-1转移到分解阶段i的针叶相对失重率的计算式为：MLi=(Lo-Li)Lo]]>其中，Lo代表初始单位长度针叶重量，即分解阶段为零的刚凋落的针叶的单位长度重量。所述针叶分解速率的计算采用公式：RM＝Ae-kt+B其中A和B分别为组成针叶的两个组分所占的百分比；RM为干重剩余率，RM＝1-MLi；k为组分A的分解速率；t为分解时间，t＝tri。对于针叶早期分解过程，所有针叶均为易分解的组分A，即所述公式中A＝100，B＝0。对于较长时间的针叶分解过程，针叶划分为易分解的组分A和较难分解的组分B两部分；组分A以恒定速率k分解，组分B的分解速率接近或等于零。与现有的凋落物分解过程观测的方法相比，该方法的优点在于：1.采用本专利技术实验周期短，只需要获得年凋落量数据，同时在某一时刻收集一次地表针叶，就能得出整个分解进程的信息；2.采用本专利技术比尼龙网袋等方法能更真实、准确地反映自然条件下针叶的分解过程，包含了过去的气候等历史条件对分解进程的影响，而不受人为实验控制的干扰；3.采用本专利技术能够获得针叶长期(可长至10年)分解的数据，这通过分解袋法及别的野外方法很难获得，因此，能提供气候对针叶分解的长期效应的信息，对成熟稳定的针叶林凋落物的分解过程观测有很强的适用性；4.采用本专利技术可同时得到的分解过程中针叶的分解速率和养分浓度动态变化的多组实验数据，避免了分次实验，减少了实验操作，降低了实验误差，对于针叶的研究具有实践意义。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述。实施例11、收集针叶：观测样地选定后，一方面，用凋落物收集容器收集针叶，统计针叶的年凋-->落物量F0；另一方面，收集20cm×20cm内地面上所有针叶，挑出除针叶外的树枝、树皮、球果等其它凋落物，烘干至恒重，为了取得更精确的实验，针叶收集可进行多次重复取样。2、分类针叶：根据针叶的形态，如破碎度和颜色，按照分解程度对收集的地表针叶进行分类。例如，对于欧洲赤松(Pinus sylvestris)，随着分解程度的增强，针叶可分为：N1：完整的浅棕色针叶；N2：完整的深棕色针叶；N3：黑色的针叶；N4：破碎的黑色针叶；N5：细碎的黑色针叶。对于不同的针叶树种，可根据针叶的具体特性和实地情况来判别不同的分解阶段和确定分为几类针叶。针叶分类完后，对每一类针叶称重，测得处于分解阶段i的针叶的重量Si(t ha-1)。3、计算流通速率参数：(1)针叶的相对失重率MLi的计算：针叶失重量利用单位长度针叶重量的变化来计算。分在同一类中的地表针叶烘干后，将单根针叶首尾相连成直线，1m长的针叶重量即为单位长度针叶重量(Li，mg m-1)。Li的测定必须做若干个重复，其中i代表分解阶段。针叶的相对失重率(MLi)计算如下：MLi=(Lo-Li)Lo---(1)]]>式中Lo代表初始的单位长度针叶重量，即刚凋落的针叶的单位长度重量，Li为处于分解阶段i的针叶的单位长度重量。(2)从分解阶段i-1转移到分解阶段i的流通量Fi，i-1(t ha-1y-1)的计算：处于不同分解阶段的地表针叶形成一个级联系统，每年从分解阶段i-1转移到分解阶段i的流通量Fi，i-1可以通过年凋落量F0和单位长度针叶重量Li计算获得，具体推导步骤如下：处于分解阶段i的针叶的重量Si的随时间变化率可由下式表示：dS1(t)/dt＝F10-k11S1(t) (2)dS2(t)/dt＝k21S1(t)-k22S2(t) (3)dSi(t)/dt＝ki，i-1Si-1(t)-kiiSi (t)(4)i＝2，......，11上式中，F10为处于第一个分解阶段的针叶的输入量，kii为从Si输出的动力学参数，ki，i-1为从Si-1转移到Si的动力学参数；由于凋落物分解过程中有CO2的释放，因此ki，i-1<ki-1i-1，从分解阶段i-1转移到分解阶段i的分配系数则Pi，i-1可由下式求得：Pi，i-1＝ki，i-1/ki-1，i-1，i＝2，....本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种针叶分解过程的直接观测法，其特征在于：按如下步骤操作： １）收集针叶：采用凋落物收集容器收集针叶，统计针叶年凋落量Ｆ↓［０］；同时收集１０ｃｍ×１０ｃｍ～５０ｃｍ×５０ｃｍ面积地面所有针叶； ２）分类针叶：根据针叶的破碎度和颜色，按照针叶的分解程度对收集的针叶进行分类，测定处于分解阶段ｉ的针叶单位长度重量Ｌ↓［ｉ］，并称量每一类别针叶的干重，测得处于分解阶段ｉ的针叶重量Ｓ↓［ｉ］（ｔ ｈａ↑［－１］）； ３）计算流通速率参数：通过迭代方法计算出处于不同分解阶段的针叶之间的流通速率参数，包括从分解阶段ｉ－１转移到分解阶段ｉ的流通量Ｆ↓［ｉ，ｉ－１］（ｔ ｈａ↑［－１］ｙ↑［－１］）、从分解阶段ｉ－１转移到分解阶段ｉ的针叶相对失重率ＭＬ↓［ｉ］、处于分解阶段ｉ的针叶存留时间ｔ↓［ｒｉ］；４）计算针叶分解速率：采用凋落物分解模型模拟计算方法，利用计算出的流通速率参数，包括流通量Ｆ↓［ｉ，ｉ－１］、针叶相对失重率ＭＬ↓［ｉ］、存留时间ｔ↓［ｒｉ］，计算针叶分解速率ｋ。
【技术特征摘要】
1、一种针叶分解过程的直接观测法，其特征在于：按如下步骤操作：1)收集针叶：采用凋落物收集容器收集针叶，统计针叶年凋落量F0；同时收集10cm×10cm～50cm×50cm面积地面所有针叶；2)分类针叶：根据针叶的破碎度和颜色，按照针叶的分解程度对收集的针叶进行分类，测定处于分解阶段i的针叶单位长度重量Li，并称量每一类别针叶的干重，测得处于分解阶段i的针叶重量Si(t ha-1)；3)计算流通速率参数：通过迭代方法计算出处于不同分解阶段的针叶之间的流通速率参数，包括从分解阶段i-1转移到分解阶段i的流通量Fi，i-1(t ha-1y-1)、从分解阶段i-1转移到分解阶段i的针叶相对失重率MLi、处于分解阶段i的针叶存留时间tri；4)计算针叶分解速率：采用凋落物分解模型模拟计算方法，利用计算出的流通速率参数，包括流通量Fi，i-1、针叶相对失重率MLi、存留时间tri，计算针叶分解速率k。2、按权利要求1所述针叶分解过程的直接观测法，其特征在于：从分解阶段i-/转移到分解阶段i的流通量Fi，i-1的计算式为：Fi，i-1(t ha-1y-1)＝(Li/Li-1)Fi-1，i-2，i＝2，......，11；其中，Li-1为处于分解阶段...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵琼，曾德慧，范志平，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
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