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大兴安岭优势树种倒木分解的细菌群落组成及多样性差异

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中南林业科技大学学报 2023年第9期43卷 105-115页

作者：周宇潘虹杜君杨立宾董爱荣东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040 黑龙江省科学院自然与生态研究所黑龙江哈尔滨150040 黑龙江呼中国家级自然保护区管理局黑龙江大兴安岭地区165100

【目的】探究大兴安岭林地不同优势树种倒木分解过程中细菌群落组成、多样性及功能变化,探讨养分驱动下主要细菌群落分布格局的差异化响应。【方法】以一年期的白桦、樟子松、落叶松倒木为研究对象,测定其含水率(MC)、p H值、全碳(TC)... 详细信息

【目的】探究大兴安岭林地不同优势树种倒木分解过程中细菌群落组成、多样性及功能变化,探讨养分驱动下主要细菌群落分布格局的差异化响应。【方法】以一年期的白桦、樟子松、落叶松倒木为研究对象,测定其含水率(MC)、p H值、全碳(TC)、全氮(TN)、纤维素、半纤维素及木质素含量;采用Illumina MiSeq高通量测序技术分析细菌组成、相对丰度和生态功能群组;通过相关性分析探讨不同树种的细菌群落组成与倒木养分间的关联性。【结果】3种倒木分解过程中细菌种类由多到少依次为白桦、落叶松、樟子松,其中白桦独有细菌数量显著多于落叶松、樟子松。群落组成及分布研究表明,变形菌门Proteobacteria为3种倒木中细菌群落的绝对优势菌门,组内相对丰度在不同树种分解倒木中呈显著差异;Lysinimonas、Sphingomonas、Luteibacter为优势菌属,组内相对丰度在不同倒木中无显著差异。群落多样性差异分析表明,树种差异显著改变了樟子松与落叶松、樟子松与白桦细菌群落组内的Alpha多样性,在门、属水平上显著改变了组间的Beta多样性。倒木养分及与群落的相关性分析表明,TC、pH值、TN、C/N、半纤维素、木质素在3种倒木间均呈显著差异,其中TC、pH值、TN、C/N、纤维素、木质素为门水平上,pH值、TN、C/N、纤维素为属水平上影响倒木细菌组成及分布的关键因子。细菌功能预测结果表明,碳水化合物代谢、氨基酸代谢等方式是倒木细菌参与的主要功能通路,但均未表现出树种特异性。【结论】倒木分解过程中不同优势树种内细菌群落组成体现出明显的差异性,但菌群的主要功能通路未表现树种特异性。

关键词：大兴安岭倒木分解细菌多样性高通量测序

亚热带5个常见树种倒木分解及其对氮添加的响应

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亚热带5个常见树种倒木分解及其对氮添加的响应

作者：周东洋浙江农林大学

学位级别：硕士

倒木是森林生态系统中粗木质残体的最重要组分,其分解过程快慢,对森林生态系统的养分循环至关重要。目前,有关亚热带森林地上活立木部分和地下土壤碳循环和动态的研究较为丰富,但是对主要树种倒木分解及其对氮沉降(或添加)响应的研究十... 详细信息

倒木是森林生态系统中粗木质残体的最重要组分,其分解过程快慢,对森林生态系统的养分循环至关重要。目前,有关亚热带森林地上活立木部分和地下土壤碳循环和动态的研究较为丰富,但是对主要树种倒木分解及其对氮沉降(或添加)响应的研究十分有限。基于此,本研究以浙江省五洩国家森林公园内5个常见树种—青冈(Quercus glauca),木荷(Schima superba),马尾松(Pinus massoniana),杉木(Cunninghamia lanceolata),和毛竹(Phyllostachys heterocycla)为研究对象,研究30 kg·hm·yr(当前沉降)和60 kg·hm·yr(2倍沉降)条件下,不同树种分解过程中的木质密度变化,碳氮磷元素含量变化,不同月份呼吸速率等分解特征差异,得到主要结果如下:(1)亚热带5个常见树种倒木分解速率常数为(反应速率快慢,越大分解越快):青冈(0.020yr)>木荷(0.018yr)>毛竹(0.014yr)>杉木(0.007yr)>马尾松(0.003yr),其中,青冈的分解速率显著高于马尾松,其他树种间略有差异但不显著。木质密度损失是反应分解速率的重要指标(绝对值大代表分解速率快),不同树种排序为:青冈(0.30 g·cm)>木荷(0.25 g·cm)>毛竹(0.20 g·cm)>杉木(0.10 g·cm)>马尾松(0.03 g·cm),而氮添加对不同树种分解速率(木质密度变化)的影响不显著。(2)初始理化性质中,木质密度排序为:毛竹>青冈>木荷>马尾松>杉木。碳(Carbon,C)含量马尾松>杉木>毛竹>青冈>木荷,氮(Nitrogen,N)含量马尾松>毛竹>青冈>杉木>木荷,磷(Phosphorus,P)含量毛竹>马尾松>青冈>杉木>木荷。初始理化性质对分解速率有影响,半纤维素含量与分解速率呈正相关;C、N、P养分,木质素,纤维素含量与分解速率负相关。(3)不同树种倒木的呼吸速率差异均显著,监测期间(2021年10月-2022年4月)总体呼吸速率为青冈>木荷>杉木>马尾松>毛竹。5个树种的呼吸月动态与气温变化趋势显著相关,表现为与温度显著正指数相关关系;倒木呼吸速率与倒木表面湿度相关性不显著,对氮添加的响应也不显著,表明温度是影响倒木呼吸变化最重要的环境因子。(4)本研究还利用最初建设样地时不同树种分解前的树干部分碳氮磷(CNP)数据集,模拟估算了不同采样量大小对样地水平C、N、P含量估算的影响不确定性,旨在为相关研究提供方法借鉴。研究结果表明马尾松树干C含量变异较大,约为7-10%,显著高于其他树种,因此在估算马尾松碳储量时,建议适当增加取样量(N=5～10)以降低估算误差,或在仍采用N=3-5小样本取样量的同时,将±10%估算误差范围考虑在内。本研究结果表明,不同树种的倒木分解速率差异较大,2个阔叶树种木荷和青冈的分解速率高于2个针叶树种马尾松和杉木。本研究中毛竹呼吸速率最低,但是总分解(木质密度变化反应的失重率)介于2个阔叶和2个针叶树种之间,表明毛竹倒木分解可能受其他分解机制影响(或者相比于其他树种其呼吸过程变异性更强,本研究未能充分监测其变化)。总体上,倒木分解快慢对温度的响应明显,对N沉降(N添加)的响应总体不显著。以上结果对气候变化背景下亚热带森林养分循环模型的建立,碳氮磷储量的估算,以及从森林经营角度促进亚热带森林可持续发展具有重要意义。

关键词：倒木分解倒木呼吸氮沉降固碳

川西高山森林倒木不同分解阶段的微生物群落变化特征

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应用与环境生物学报 2014年第6期20卷 978-985页

作者：常晨晖吴福忠杨万勤谭波李晗肖洒苟小林何丽娜四川农业大学生态林业研究所长江上游林业生态工程重点实验室成都611130

微生物是倒木分解的积极参与者,而不同分解阶段的倒木也为微生物群落提供了重要的生长基质,可能形成差异显著的微生物群落结构.为了解高山森林倒木分解过程中微生物群落演变特征,采用磷酸脂肪酸(PLFA)分析技术研究一个分解序列的川西高... 详细信息

微生物是倒木分解的积极参与者,而不同分解阶段的倒木也为微生物群落提供了重要的生长基质,可能形成差异显著的微生物群落结构.为了解高山森林倒木分解过程中微生物群落演变特征,采用磷酸脂肪酸(PLFA)分析技术研究一个分解序列的川西高山森林岷江冷杉(Abies faxoniana)倒木心材、边材和树皮微生物生物量及群落结构特征.结果表明,随着腐烂等级增加,微生物总生物量、真菌生物量和细菌生物量均表现出相对一致的变化规律,但不同结构组分微生物生物量随腐烂等级增加的变化特征具有一定的差异.其中,心材微生物生物量在Ⅰ-Ⅳ随腐烂等级的增加缓慢升高,但在Ⅴ腐烂等级快速增加;边材和树皮在Ⅱ和Ⅲ腐烂等级微生物生物量最低;除Ⅲ腐烂等级树皮,整个分解序列的倒木真菌/细菌比值在0.22-0.73之间,随腐烂等级增加而降低.PLFA单体尤其是优势脂肪酸单体含量变化显著(P倒木不同结构组分在各分解阶段的理化特征密切相关.此外,聚类分析表明Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ腐烂等级心材,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ腐烂等级边材,Ⅰ-Ⅴ腐烂等级树皮微生物群落结构相似度较高;Ⅰ、Ⅱ腐烂等级心材与Ⅰ、Ⅱ腐烂等级边材微生物群落结构具有较高的相似度.可见,高度腐烂的倒木表现出相对较高的微生物生物量及丰富的群落类群,但不同结构组分在腐解过程中微生物群落结构特征具有相对独立的变化趋势,这对深入了解高山森林倒木分解与微生物群落演替的相互关系具有重要意义.

关键词：川西高山森林倒木分解磷酸脂肪酸腐烂等级微生物群落演替岷江冷杉

西藏色季拉山急尖长苞冷杉林粗木质残体储量与倒木分解研究

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西北林学院学报 2016年第5期31卷 68-73页

作者：马豪霞任毅华侯磊王博文郑维列西藏大学农牧学院资源与环境学院西藏林芝860000 西藏大学农牧学院高原生态研究所西藏林芝860000

粗木质残体是森林生态系统重要的组成部分,在生态系统的结构组成和功能发挥中扮演着重要角色。采用典型样地法对色季拉山急尖长苞冷杉(Abies geoegei var.smithii)原始林下的粗木质残体进行调查,估算林内粗木质残体的储量,并比较不同腐... 详细信息

粗木质残体是森林生态系统重要的组成部分,在生态系统的结构组成和功能发挥中扮演着重要角色。采用典型样地法对色季拉山急尖长苞冷杉(Abies geoegei var.smithii)原始林下的粗木质残体进行调查,估算林内粗木质残体的储量,并比较不同腐烂等级及不同类型粗木质残体储量的大小,分析南坡与北坡2种不同环境下倒木分解速率的差异。结果表明,色季拉山南北坡急尖长苞冷杉的粗木质残体的储量分别为84.245t·hm^(-2)和60.363t·hm^(-2),两者储量在不同类型的分布上均表现为倒木>枯立木>树桩>大枯枝;在不同腐烂等级分布上,南坡粗木质残体储量表现为Ⅰ级>Ⅳ级>Ⅱ级>Ⅲ级>Ⅴ级,北坡粗木质残体储量表现为Ⅰ级>Ⅱ级>Ⅲ级>Ⅳ级>Ⅴ级。色季拉山南北坡急尖长苞冷杉林倒木的分解均符合单指数衰减模型,南北坡的分解常数分别为0.014a-1(R2=0.870 3)、0.02a-1(R2=0.846 5)。南坡倒木分解50%和95%所需时间分别为29a和193a,北坡分解50%和95%所需时间分别为41a和156a,两者分解均呈现先快后慢的趋势。

关键词：急尖长苞冷杉粗木质残体储量倒木分解

色季拉山急尖长苞冷杉林生长季倒木分解释放CO_2通量动态特征

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河南农业科学 2015年第1期44卷 113-116页

作者：任毅华李江荣罗大庆西藏大学农牧学院高原生态研究所西藏林芝860000

通过对色季拉山急尖长苞冷杉(Abies georgei var.smithii)原始林内倒木分解释放CO2通量进行测定,分析了其生长季动态变化特征。结果表明:不同腐烂等级倒木分解释放CO2通量日变化不大,但随着倒木腐烂程度的加深,倒木释放CO2通量呈增大趋... 详细信息

通过对色季拉山急尖长苞冷杉(Abies georgei var.smithii)原始林内倒木分解释放CO2通量进行测定,分析了其生长季动态变化特征。结果表明:不同腐烂等级倒木分解释放CO2通量日变化不大,但随着倒木腐烂程度的加深,倒木释放CO2通量呈增大趋势,表现为3级腐烂>2级腐烂>1级腐烂,且差异显著(P倒木随季节变化其CO2通量具有相同的变化规律,均表现为8月>6月>10月>4月;不同腐烂等级倒木释放的CO2通量都有随温度升高而增强的趋势,但增强幅度不同,1级腐烂增强幅度最小,2级腐烂次之,3级腐烂最大。

关键词：急尖长包冷杉林生长季倒木分解 CO2通量

喀斯特森林常见树种倒木分解对土壤性质的影响

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喀斯特森林常见树种倒木分解对土壤性质的影响

作者：张宇辰贵州大学

学位级别：硕士

倒木作为森林生态系统中重要的结构功能组成要素,是联系生态系统养分循环和群落更新等主要功能的载体,对维护森林生态系统的完整性和稳定性方面具有重要作用。茂兰喀斯特常绿阔叶落叶混交林是目前我国乃至世界上罕见的中亚热带喀斯特原... 详细信息

倒木作为森林生态系统中重要的结构功能组成要素,是联系生态系统养分循环和群落更新等主要功能的载体,对维护森林生态系统的完整性和稳定性方面具有重要作用。茂兰喀斯特常绿阔叶落叶混交林是目前我国乃至世界上罕见的中亚热带喀斯特原生性较强的残存森林,研究该群落倒木分解对土壤性质的影响对揭示倒木在喀斯特地貌上的存在效应具有重要意义。本文以中国茂兰喀斯特森林自然保护区常绿阔叶落叶混交林为研究区域,选择林中的狭叶润楠(Machilus rehderi Allen.)、枫香(Liquidambar formosana Hance.)、青冈栎(Cyclobalanopsis glauca(Thunb.)Oerst.)和圆果化香(Platycarya longipes Wu.)这四个常见树种倒木为研究对象,采用野外调查并结合室内实验的方法,初步研究了不同树种和不同腐烂等级倒木邻近(10cm、30cm和50cm)土壤化学性质、腐殖质、团聚体及其有机碳的分布特征,旨在揭示倒木分解对土壤性质的影响机制,为喀斯特森林的科学经营和保护提供理论依据。研究结果显示:(1)随着腐烂等级的增加,倒木含水率逐渐增大,密度逐渐降低。除圆果化香外,其它树种倒木的全氮和全磷均在重度腐烂时最高。重度腐烂时倒木的养分含量在树种间存在差异,表现为全氮、全磷和全钾在青冈栎倒木中含量最高,分别为2.703 g/kg、0.156 g/kg和0.168 g/kg),在狭叶润楠倒木中最低,分别为1.346 g/kg、0.063 g/kg和0.007 g/kg。(2)除了狭叶润楠,其它树种倒木在中度和重度腐烂时邻近土壤全氮、水解氮、全磷、有效磷和有机碳均显著高于轻度腐烂。枫香和青冈栎倒木邻近土壤有效磷在距离上存在显著差异。腐烂等级越高树种对倒木邻近土壤的影响范围越大,距倒木越近,有机碳含量越高。腐烂等级和树种的交互对倒木下土壤全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳和碳氮比均有不同程度的显著影响。(3)腐烂程度越深,树种对邻近土壤腐殖质各组分的距离影响范围越大。除了狭叶润楠,其它树种倒木在中度和重度腐烂时邻近土壤腐殖质各组分均显著高于轻度腐烂。腐烂等级、树种及其交互对倒木下土壤腐殖质全碳量、胡敏酸、富里酸和胡敏素均有极显著影响。(4)腐烂等级对青冈栎倒木邻近土壤团聚体分布的影响最大,对狭叶润楠的影响最小。腐烂程度越深,树种对离倒木越近的土壤团聚体分布影响越显著。腐烂等级和树种仅对倒木邻近10 cm处的土壤团聚体破坏率有显著影响。重度腐烂的枫香和中度腐烂的圆果化香倒木邻近10 cm处的土壤团聚体破坏率均显著高于30 cm、50 cm处和对照。腐烂等级与树种的交互仅对倒木邻近土壤1.5 mm和倒木在中度或重度腐烂时邻近土壤团聚体有机碳均显著高于轻度腐烂。倒木的腐烂等级越高,树种对土壤团聚体各粒径的有机碳的距离影响范围越大。在中度和重度腐烂时,倒木邻近各距离土壤团聚体各粒径的有机碳均显著高于对照。腐烂等级、树种及其交互对土壤中的各粒径团聚体有机碳均有极显著影响。

关键词：倒木分解土壤性质喀斯特常绿落叶阔叶林茂兰国家自然保护区

亚高山针叶林林窗对倒木分解过程中碳和养分动态的影响

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亚高山针叶林林窗对倒木分解过程中碳和养分动态的影响

作者：汪沁四川农业大学

学位级别：硕士

倒木是森林生态系统的重要组成部分,其在森林生态系统地力维持、碳吸存和养分循环等方面具有重要作用。倒木的形成伴随着林窗的产生,林窗对光照和降水的再分配可改变倒木的分解环境和分解者微生物群落结构,从而影响倒木的分解过程。同时... 详细信息

倒木是森林生态系统的重要组成部分,其在森林生态系统地力维持、碳吸存和养分循环等方面具有重要作用。倒木的形成伴随着林窗的产生,林窗对光照和降水的再分配可改变倒木的分解环境和分解者微生物群落结构,从而影响倒木的分解过程。同时,倒木为附生植物提供了适宜的生境,附生植物通过调控环境因子间接促进倒木分解。然而,倒木分解是一个长期的过程,采用常规的倒木分解实验,很难在短期内获取倒木碳和养分释放的研究结果,因而国内研究相对较少,且有关林窗及附生植物对倒木分解过程的影响尚未见报道。因此,为理解亚高山原始林林窗及其附生植物群落对倒木分解过程中碳和养分释放的影响,本研究以川西岷江冷杉原始林中的倒木为对象,采用分解序列与年龄系列相结合的研究方法,通过倒木附生植物去除实验,研究了林窗对倒木不同结构分解过程中碳和养分动态的影响,以及倒木分解过程对附生植物去除的响应。主要研究结果如下:(1)随着腐解等级的增加,倒木树皮、边材、心材的密度均表现为降低趋势,且树皮变化最快,边材和心材在分解后期出现密度较大变化。倒木各结构组分密度的降低程度为:树皮>边材>心材。林窗位置对倒木密度的影响随腐解程度的加深而增强,低腐解等级倒木在林窗、林缘、林下内的密度变化差异不大,腐解等级高的倒木密度变化差异较大。林窗对腐解等级较高的倒木密度的影响可能存在季节性差异,但具体影响机制还有待进一步研究。(2)倒木心材、边材、树皮的碳、氮、磷含量变化程度均不同,表明倒木不同结构组分的C、N、P含量在分解过程中的动态变化因倒木化学成分和物理结构的不同存在差异。随着腐解等级的增加,倒木各结构组分C含量呈逐渐降低的趋势。倒木不同结构组分的碳含量在不同腐解等级大致表现为从林窗中心到林下逐渐增大的趋势,且物理结构和化学成分不同的倒木结构组分对林窗位置的响应相同。(3)随着腐解等级的增加,倒木各结构组分N含量呈逐渐增加的趋势,P含量在分解前期较稳定,在分解后期呈略微增加的趋势。倒木树皮氮含量在Ⅰ、Ⅱ腐解等级表现为林窗林下的趋势。倒木树皮的磷含量在所有腐解等级内均表现为林窗倒木心材和边材的氮、磷含量在低腐解等级(Ⅰ-Ⅲ腐解等级)表现为林窗>林下的趋势(除心材Ⅰ、Ⅱ腐解等级的磷含量外),而在高腐解等级(Ⅳ、Ⅴ腐解等级)表现为林窗倒木分解。附生植物促进倒木树皮碳含量释放、氮磷含量累积。附生植物对倒木树皮碳和养分含量的影响均表现为:林下>林窗,且附生植物和林窗位置的交互作用对倒木树皮的分解具有显著影响(P倒木分解过程的影响显著,且结构组分和腐解等级均显著影响倒木分解过程中的碳和养分动态变化。林窗的产生促进倒木碳含量的释放,但对倒木氮、磷含量的影响因结构组分和腐解等级的不同而不同。附生植物间接促进倒木分解,促进倒木树皮碳含量释放、氮磷含量累积,且附生植物对倒木碳和养分含量的影响均表现为:林下>林窗。以上研究结果为充分认识倒木在森林生态系统中的重要作用及其随林窗更新的变化特征提供了基础数据。

关键词：林窗倒木分解碳养分动态附生植物亚高山针叶林

不同分解等级的兴安落叶松倒木细菌多样性分析

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中南林业科技大学学报 2021年第4期41卷 93-100,182页

作者：杨立宾崔福星黄庆阳朱道光徐飞西华师范大学四川南充637002 黑龙江省科学院自然与生态研究所黑龙江哈尔滨150040

【目的】为探究大兴安岭寒温带兴安落叶松倒木分解过程中细菌的多样性、群落结构特征以及影响因素,揭示细菌在倒木分解过程中的作用。【方法】采用空间代替时间的方法,以5级分解等级的倒木为研究对象,测定不同分解等级倒木的理化性质,应... 详细信息

【目的】为探究大兴安岭寒温带兴安落叶松倒木分解过程中细菌的多样性、群落结构特征以及影响因素,揭示细菌在倒木分解过程中的作用。【方法】采用空间代替时间的方法,以5级分解等级的倒木为研究对象,测定不同分解等级倒木的理化性质,应用16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术分析细菌多样性和群落结构特征;通过冗余分析探讨不同分解等级倒木上细菌的差异及影响因素。【结果】5个分解等级倒木的理化性质存在不同的差异,对细菌16S rDNA测序共获得1360种可操作分类单元(OTU),分属于20门47纲126目222科377属637种,其中变形菌门Proteobacteria和放线菌门Actinobacteria为各分解等级倒木细菌的主要共有优势菌,相对丰度分别为38.55%~53.39%和17.97%~41.64%;各分解等级倒木细菌的优势菌门中放线菌门呈显著性差异。倒木的各分解等级间的Alpha多样性指数中,Ace指数呈显著性差异。Beta多样性和冗余分析结果表明:5个分解等级倒木上的细菌被划分为3组,Ⅰ级和Ⅱ级倒木的细菌群落相似性较高,Ⅲ级和Ⅳ级相似性较高;优势菌门中变形菌门与总氮含量极显著负相关,与碳氮比极显著正相关;优势菌门中的放线菌门与半纤维素含量极显著正相关,与碳氮比显著正相关。【结论】各分解等级倒木上的细菌多样性和组成受倒木腐烂程度影响,随着腐烂的加剧,分解的进行,分解基质发生了改变,细菌的多样性也随之发生了变化,碳氮比是影响细菌组成和多样性的重要因素。

关键词：倒木分解分解等级细菌多样性大兴安岭兴安落叶松林

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长白山北坡暗针叶林倒木贮量和分解的研究

应用生态学报 2002年第9期13卷 1069-1071页

作者：杨丽韫代力民张扬建中国科学院沈阳应用生态研究所

对长白山北坡海拔 12 6 0m和 16 2 0m暗针叶林中倒木蓄积、生物量和倒木的分解进行了比较研究 ,结果表明 ,暗针叶林中倒木的蓄积为 180 .87m3·hm-2 ,占林分蓄积的 2 1.83 % .低海拔的倒木蓄积和生物量均比高海拔的低 ,海拔 12 6 0m的... 详细信息

对长白山北坡海拔 12 6 0m和 16 2 0m暗针叶林中倒木蓄积、生物量和倒木的分解进行了比较研究 ,结果表明 ,暗针叶林中倒木的蓄积为 180 .87m3·hm-2 ,占林分蓄积的 2 1.83 % .低海拔的倒木蓄积和生物量均比高海拔的低 ,海拔 12 6 0m的倒木蓄积为 5 2 .5 7m3·hm-2 ,生物量为 2 6 .2 1t·hm-2 ;海拔 16 2 0m的倒木蓄积为 193.85m3·hm-2 ,生物量为 5 3 .33t·hm-2 .用单项指数衰减模型对倒木的分解进行模拟可知 ,倒木的分解常数随树种和海拔高度的不同而不同 .冷杉倒木的分解常数比云杉倒木大 ;倒木在低海拔的分解常数比在高海拔的大 ,表明云杉倒木完全分解需要较长的时间 .

关键词：长白山北坡暗针叶林倒木贮量倒木分解