Dynamic and influencing factors of forest litter decomposition in permafrost region of Great Xing’an Mountains

Huang Min; Gao Mingliang; Li Gewei; Wang Yu; Jia Bingrui

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.05.003

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Dynamic and influencing factors of forest litter decomposition in permafrost region of Great Xing’an Mountains

Experimental Researches

- Dynamic and influencing factors of forest litter decomposition in permafrost region of Great Xing’an Mountains
- Bulletin of Soil and Water Conservation Vol. 45, Issue 5, Pages: 103-110(2025)
- 作者机构：
  
  1.河南科技大学园艺与植物保护学院，河南洛阳 471000
  2.黑龙江呼中国家级自然保护区;管理局，黑龙江呼中 165036
  3.中国科学院植物研究所植被与环境变化重点实验室，北京 100093
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.05.003
  CLC： S718.5
- CSTR：32312.14.stbctb. 2025.05.003.
- Received：21 March 2025，
  
  Revised：2025-05-14，
  
  Published：10 October 2025
- 稿件说明：
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黄敏, 高明亮, 李格炜，等.大兴安岭多年冻土区森林凋落物分解动态及其影响因素[J].水土保持通报,2025,45(5):103-110.

Huang Min, Gao Mingliang, Li Gewei, et al. Dynamic and influencing factors of forest litter decomposition in permafrost region of Great Xing’an Mountains [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(5):103-110.
黄敏, 高明亮, 李格炜，等.大兴安岭多年冻土区森林凋落物分解动态及其影响因素[J].水土保持通报,2025,45(5):103-110. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.05.003. CSTR： 32312.14.stbctb. 2025.05.003..

Huang Min, Gao Mingliang, Li Gewei, et al. Dynamic and influencing factors of forest litter decomposition in permafrost region of Great Xing’an Mountains [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(5):103-110. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.05.003. CSTR： 32312.14.stbctb. 2025.05.003..

摘要

目的

探究大兴安岭多年冻土区优势树种兴安落叶松（

Larix gmelinii

）和伴生种白桦（

Betula platyphylla

）凋落叶的分解动态特征及其影响因素，为冻土退化背景下森林生态系统稳定性维持、碳汇功能提升及适应性管理策略的制定提供科学依据。

方法

采用凋落物分解袋法，设置兴安落叶松、白桦及其混合（3∶1比例）3种处理类型，通过为期2 a的原位分解试验，系统分析凋落物质量损失动态变化特征及其与碳氮含量的关系，结合Olson指数模型计算凋落物分解半衰期和完全分解所需时间。

结果

①凋落物在两年分解期内质量损失依次为：阔叶（23.53%）

针阔混合（16.41%）

针叶（14.47%），其中第1年占总分解量的65.11%~66.80%；针阔混合凋落物失重率的观测值仅在分解第1年显著高于预期值，表现出协同效应。 ②阔叶和针阔混合凋落物失重率与氮含量呈极显著正相关，与碳氮比呈极显著负相关，而针叶失重率与氮含量及碳氮比无显著相关性。 ③Olson指数模型可有效描述凋落物分解过程（

R²

0.89），分解半衰期和完全分解所需时间阔叶最短（5.45和23.55 a），其次是针阔混合（9.32和40.27 a），针叶分解最慢（11.55和49.93 a）。

结论

大兴安岭多年冻土区阔叶凋落物分解快，主要与其氮含量高且碳氮比低有关，其完全分解需要20 a以上，而针叶与针阔混合凋落物需要40 a以上，针阔混合凋落物仅在分解第1年表现出协同效应。凋落物分解的缓慢过程对维持冻土—植被互馈系统的碳氮平衡及提升寒区生态屏障功能具有重要作用。

Abstract

Objective

This study investigated the litter decomposition dynamics and their influencing factors of the dominant species，

Larix gmelinii，

and its associated species，

Betula platyphylla，

in the permafrost region of the Great Xing’an mountains， in order to provide scientific insights for maintaining forest ecosystem stability， enhancing carbon sequestration capacity， and formulating adaptive management strategies under permafrost degradation.

Methods

A litterbag experiment was conducted using three treatments of

L. gmelinii

litter （needleleaf），

B. platyphylla

litter （broadleaf）， and a combined litter （3∶1 ratio）. Over a two-year in-situ decomposition period， litter mass loss dynamics and their relatio

nships with C and N content were systematically analyzed. The Olson exponential model was used to calculate the times required for 50% and 95% litter decomposition.

Results

① The litter mass loss over the two-year decomposition period was fastest for broadleaf litter （23.53%）， followed by the mixed litter （16.41%）， and slowest in the needleleaf litter （14.47%）， with 65.11%—66.80% of the total mass loss occurring during the first year. The measured mass-loss rates of the mixed litter were significantly higher than predicted in the first year of decomposition， indicating a synergistic effect. ② Broadleaf and mixed litter mass loss showed highly significant positive correlations with N content and negative correlations with the C/N ratio. However， there were no significant correlations between needleleaf mass loss and N content or C/N ratio. ③ The Olson model effectively described the decomposition dynamics （

0.89）. The time required for 50% and 95% litter decomposition was shortest for broadleaf litter （5.45 years and 23.55 years）， followed by mixed litter （9.32 years and 40.27 years）， and slowest for needleleaf litter （11.55 years and 49.93 years）.

Conclusion

The rapid decomposition of broadleaf litter may be attributed to its high N content and low C/N ratio. The complete decomposition of needleleaf and mixed litter requires over four decades， nearly double the time for complete broadleaf litter decomposition， which requires slightly over two decades. The mixed litter mass loss only exhibited synergistic effects during the first yesr of decomposition. These slow decomposition processes are critical for maintaining the C-N balance in the permafrost-vegetation feedback system and for enhancing the ecological barrier functions of cold region ecosystems.

关键词

Keywords

references

金会军，李述训，王绍令，等 . 气候变化对中国多年冻土和寒区环境的影响［J］. 地理学报， 2000 ， 55 （ 2 ）： 161 - 173 .

Jin Huijun ， Li Shuxun ， Wang Shaoling ， et al . Impacts of climatic change on permafrost and cold regions environments in China ［J］. Acta Geographica Sinica ， 2000 ， 55 （ 2 ）： 161 - 173 .

周晓宇，赵春雨，李娜，等 . 东北地区冬半年积雪与气温对冻土的影响［J］. 冰川冻土， 2021 ， 43 （ 4 ）： 1027 - 1039 .

Zhou Xiaoyu ， Zhao Chunyu ， Li Na ， et al . Influence of snow and temperature on the depth of frozen soil in winter half year in northeast China ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology ， 2021 ， 43 （ 4 ）： 1027 - 1039 .

窦百强，容丽，俞国松，等 . 茂兰喀斯特森林自然保护区凋落叶分解动态［J］. 水土保持通报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 94 - 100 .

Dou Baiqiang ， Rong Li ， Yu Guosong ， et al . Decomposition dynamics of leaf litters in Maolan karst forest natrue reserve ［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 94 - 100 .

魏强，凌雷，王多锋，等 . 甘肃省兴隆山森林主要树种凋落叶分解速率与初始质量的关系［J］. 水土保持通报， 2019 ， 39 （ 1 ）： 9 - 15 .

Wei Qiang ， Ling Lei ， Wang Duofeng ， et al . Relationships between decomposition rate of leaf litter and initial quality of main tree species in Xinglong Mountain of Gansu Province ［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 9 - 15 .

刘瑞鹏 . 气候变化背景下东北东部山区红松和蒙古栎凋落物分解特征［D］. 黑龙江哈尔滨：东北林业大学， 2014 .

Liu Ruipeng . Study on the impact of climate change on litter decomposition of Pinus koraiensis and Quercus mongolica in the eastern mountainous region in northeast China ［D］. Harbin， Heilongjiang ： Northeast Forestry University ， 2014 .

Hobbie S E ， Schimel J P ， Trumbore S E ， et al . Controls over carbon storage and turnover in high-latitude soils ［J］. Global Change Biology ， 2000 ， 6 （ Suppl. 1 ）： 196 - 210 .

杨玉盛，郭剑芬，林鹏，等 . 格氏栲天然林与人工林枯枝落叶层碳库及养分库［J］. 生态学报， 2004 ， 24 （ 2 ）： 359 - 367 .

Yang Yusheng ， Guo Jianfen ， Lin Peng ， et al . Carbon and nutrient pools of forest floor in native forest and monoculture plantations in subtropical China ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2004 ， 24 （ 2 ）： 359 - 367 .

杨万勤，邓仁菊，张健 . 森林凋落物分解及其对全球气候变化的响应［J］. 应用生态学报， 2007 ， 18 （ 12 ）： 2889 - 2895 .

Yang Wanqin ， Deng Renju ， Zhang Jian . Forest litter decomposition and its responses to global climate change ［J］. Chinese Journal of Applied Ecology ， 2007 ， 18 （ 12 ）： 2889 - 2895 .

Withington C L ， Sanford R L . Decomposition rates of buried substrates increase with altitude in the forest-alpine tundra ecotone ［J］. Soil Biology and Biochemistry ， 2007 ， 39 （ 1 ）： 68 - 75 .

吴迪，崔晓阳，郭亚芬 . 寒温带林区不同林型下土壤中氮矿化特征［J］. 北京林业大学学报， 2019 ， 41 （ 9 ）： 122 - 129 .

Wu Di ， Cui Xiaoyang ， Guo Yafen . Characteristics of nitrogen mineralization in soils under different forest types in cold-temperate forest region ［J］. Journal of Beijing Forestry University ， 2019 ， 41 （ 9 ）： 122 - 129 .

张鹏，贾丙瑞 . 大兴安岭北部寒温带针叶林表层土壤冻融变化特征［J］. 土壤， 2023 ， 55 （ 5 ）： 1122 - 1128 .

Zhang Peng ， Jia Bingrui . Characteristics of topsoil freeze-thaw cycles in cold temperature needle-leaved forest of northern Daxing’anling in northeast China ［J］. Soils ， 2023 ， 55 （ 5 ）： 1122 - 1128 .

刘思琪，满秀玲，张頔，等 . 寒温带4种乔木树种不同径级根系分解及碳氮释放动态［J］. 北京林业大学学报， 2023 ， 45 （ 7 ）： 36 - 46 .

Liu Siqi ， Man Xiuling ， Zhang Di ， et al . Dynamics of root decomposition and carbon and nitrogen release of four tree species with different diameter classes in the cold temperate zone ［J］. Journal of Beijing Forestry University ， 2023 ， 45 （ 7 ）： 36 - 46 .

李勋，张艳，宋思梦，等 . 马尾松与乡土阔叶树种凋落叶分解氮磷释放的混合效应［J］. 应用与环境生物学报， 2022 ， 28 （ 2 ）： 308 - 318 .

Li Xun ， Zhang Yan ， Song Simeng ， et al . Effects of mixed leaf litter on nitrogen and phosphorus release in Pinus massoniana and native broad-leaved tree species ［J］. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology ， 2022 ， 28 （ 2 ）： 308 - 318 .

张娟娟 . 刺槐沙棘纯林与混交林凋落物分解及养分释放动态特征［D］. 陕西杨凌：西北农林科技大学， 2023 .

Zhang Juanjuan . Dynamic characteristics of litter decompositionand nutrient release in pure and mixed forests of Robinia pseudoacacia and Hippophae rhamnoides ［D］. Yangling， Shaanxi ： Northwest A & F University ， 2023 .

Liski J ， Nissinen A ， Erhard M ， et al . Climatic effects on litter decomposition from Arctic tundra to tropical rainforest ［J］. Global Change Biology ， 2003 ， 9 （ 4 ）： 575 - 584 .

贾丙瑞 . 凋落物分解及其影响机制［J］. 植物生态学报， 2019 ， 43 （ 8 ）： 648 - 657 .

Jia Bingrui . Litter decomposition and its underlying mechanisms ［J］. Chinese Journal of Plant Ecology ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 648 - 657 .

Berg B ， McClaugherty C . Plant Litter： Decomposition， Humus Formation， Carbon Sequestration ［M］. Berlin ： Springer ， 2008 .

Sun Tao ， Dong Lili ， Zhang Yunyu ， et al . General reversal of N-decomposition relationship during long-term decomposition in boreal and temperate forests ［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ， 2024 ， 121 （ 20 ）： e2401398121 .

Wardle D A ， Bonner K I ， Nicholson K S . Biodiversity and plant litter： Experimental evidence which does not support the view that enhanced species richness improves ecosystem function ［J］. Oikos ， 1997 ， 79 （ 2 ）： 247 .

Gartner T B ， Cardon Z G . Decomposition dynamics in mixed-species leaf litter ［J］. Oikos ， 2004 ， 104 （ 2 ）： 230 - 246 .

Briones M J I ， Ineson P . Decomposition of eucalyptus leaves in litter mixtures ［J］. Soil Biology and Biochemistry ， 1996 ， 28 （ 10/11 ）： 1381 - 1388 .

潘禹，王克勤，宋娅丽，等 . 华山松林凋落物养分释放及土壤生态化学计量特征对模拟氮沉降的短期响应［J］. 生态环境学报， 2021 ， 30 （ 3 ）： 492 - 502 .

Pan Yu ， Wang Keqin ， Song Yali ， et al . Short-term responses of litter nutrient release and soil ecological stoichiometry to simulated nitrogen deposition in Pinus armandii forest in central Yunnan， China ［J］. Ecology and Environmental Sciences ， 2021 ， 30 （ 3 ）： 492 - 502 .

Hansen R A ， Coleman D C . Litter complexity and composition are determinants of the diversity and species composition of oribatid mites （Acari： Oribatida） in litterbags ［J］. Applied Soil Ecology ， 1998 ， 9 （ 1/2/3 ）： 17 - 23 .

何丹 . 马尾松、樟树凋落物混合分解及养分释放［D］. 湖南长沙：中南林业科技大学， 2015 .

He Dan . Decomposition and nutrient release of mixed litterfall of Pinus massoniana and Cinnamomum camphora ［D］. Changsha， Hunan ： Central South University of Forestry & Technology ， 2015 .

贺红月，马长明，牟洪香，等 . 华北落叶松和白桦叶凋落物混合分解特征及土壤养分动态［J］. 林业资源管理， 2018 （ 3 ）： 93 - 100 .

He Hongyue ， Ma Changming ， Mu Hongxiang ， et al . The decomposition characteristics and soil nutrient dynamics of leaf litter mixture of Larix principis - rupprechtii and Betula platyphylla ［J］. Forest Resources Management ， 2018 （ 3 ）： 93 - 100 .

赵鹏武 . 大兴安岭兴安落叶松林凋落物动态与养分释放规律研究［D］. 内蒙古呼和浩特：内蒙古农业大学， 2009 .

Zhao Pengwu . Studies on litterfall dynamics and nutrient release regularity of Larix gmelinii in Greet Xingan Mountains ［D］. Hohhot， Inner Mongolia ： Inner Mongolia Agricultural University ， 2009 .

武启骞，王传宽 . 控雪处理下红松和蒙古栎凋落叶分解动态［J］. 植物生态学报， 2018 ， 42 （ 2 ）： 153 - 163 .

Wu Qiqian ， Wang Chuankuan . Dynamics in foliar litter decomposition for Pinus koraiensis and Quercus mongolica in a snow-depth manipulation experiment ［J］. Chinese Journal of Plant Ecology ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 153 - 163 .

史哲 . 火干扰和黑碳添加对兴安落叶松林凋落物分解的影响［D］. 黑龙江哈尔滨：东北林业大学， 2023 .

Shi Zhe . Effects of fire disturbance and black carbon addition on litter decomposition of Larix gmelinii forest ［D］. Harbin， Heilongjiang ： Northeast Forestry University ， 2023 .

李娜，赵传燕，郝虎，等 . 海拔和郁闭度对祁连山青海云杉林叶凋落物分解的影响［J］. 生态学报， 2021 ， 41 （ 11 ）： 4493 - 4502 .

Li Na ， Zhao Chuanyan ， Hao Hu ， et al . Decomposition and its nutrients dynamic of Qinghai spruce leaf litter with elevation gradient in Qilian Mountains ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2021 ， 41 （ 11 ）： 4493 - 4502 .

吴鹏，王襄平，张新平，等 . 东北地区森林凋落叶分解速率与气候、林型、林分光照的关系［J］. 生态学报， 2016 ， 36 （ 8 ）： 2223 - 2232 .

Wu Peng ， Wang Xiangping ， Zhang Xinping ， et al . Effects of climate， forest type and light availability on litter decomposition rate in forests of northeast China ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2016 ， 36 （ 8 ）： 2223 - 2232 .

Zhu Jianxiao ， He Xinhua ， Wu Fuzhong ， et al . Decomposition of Abies faxoniana litter varies with freeze-thaw stages and altitudes in subalpine/alpine forests of southwest China ［J］. Scandinavian Journal of Forest Research ， 2012 ， 27 （ 6 ）： 586 - 596 .

Wu Fuzhong ， Yang Wanqin ， Zhang Jian ， et al . Litter decomposition in two subalpine forests during the freeze-thaw season ［J］. Acta Oecologica ， 2010 ， 36 （ 1 ）： 135 - 140 .

邓长春，蒋先敏，刘洋，等 . 高山林线交错带高山杜鹃的凋落物分解［J］. 生态学报， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1769 - 1778 .

Deng Changchun ， Jiang Xianmin ， Liu Yang ， et al . Litter decomposition of Rhododendron lapponicum in alpine timberline ecotone ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1769 - 1778 .

赵鹏武，张素华，张波，等 . 森林草原过渡区森林凋落物分解初期规律研究［J］. 内蒙古林业科技， 2016 ， 42 （ 3 ）： 16 - 19 .

Zhao Pengwu ， Zhang Suhua ， Zhang Bo ， et al . Study on the rules of early forest litter decomposition in forest-steppe transition zone ［J］. Journal of Inner Mongolia Forestry Science and Technology ， 2016 ， 42 （ 3 ）： 16 - 19 .

邓仁菊 . 季节性冻融对亚高山森林凋落物分解的影响［D］. 四川雅安：四川农业大学， 2008 .

Deng Renju . Effects of seasonal freeze-thaw on litter decomposition in the subalpine forest ［D］. Yaan， Sichuan ： Sichuan Agricultural University ， 2008 .

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