森林地下过程研究是当前生态学研究的热点和前沿。丘陵山区人工林林下植物大量根系生长于凋落物中是一种较为常见的现象。在森林生态系统中,植物体内的养分主要以凋落物的形式分解归还到土壤,又通过根系的吸收作用重新回到植物体中,正是二者的共同作用联通了整个森林生态系统的物质循环和能量流动。但对于植物的根系是如何影响凋落物的分解,凋落物的分解又是怎样诱导根系的生长和发育还知之甚少。本研究一方面选取湿地松(Pinus elliottii)和枫香(Liquidambar formosana)凋落叶为对象,采用凋落物尼龙网分解袋法,通过控制有和无林下植物檵木(Loropetalum chinense)根系参与分解的两种处理,定期测定分析凋落物的重量衰减以及有机碳、氮磷元素含量的动态变化规律,剖析林下植物根系生长影响凋落物分解的机制。另一方面,以林下植物檵木为对象,开展凋落物加倍+正常供水、凋落物加倍+供水减半、去除凋落物+正常供水、去除凋落物+供水减半四种处理,定期测定凋落物层和土壤层檵木根系生长动态、有效氮磷供应状态,揭示凋落物分解对根系生长的作用。基于以上两个试验,探讨林下植物根系生长和凋落物分解的相互作用及其机制,为人工林的林下植被和凋落物管理提供科学依据,推动森林地下生态学的发展和提高人工林的经营和管理水平。主要结果和结论如下:(1)檵木根系的参与对枫香凋落叶的分解有显著的促进作用,但主要表现在分解前期,而对中、后期的影响较小。作用机制可能是在分解前期根系为其共生微生物提供了所需的氮源,微生物活跃程度增高,加快了凋落物重量衰减,碳、氮和磷的释放速率。而檵木根系的参与对湿地松凋落物的分解无显著作用,且表现出一定的抑制能力。可能与湿地松凋落叶氮含量较低,碳/氮比较高,对提高根系共生微生物的活跃不利有关。因此,整个分解过程有根系的参与虽然使凋落物有机碳、全磷的释放变缓,但对于重量衰减、氮素动态无显著影响。(2)无论是枫香还是湿地松凋落叶,根系参与分解虽然会使其有机碳、全氮和全磷含量的变化加快或者减慢,但并不会对分解过程中凋落物碳:氮:磷化学计量比的动态变化造成影响。较好地支持了凋落物分解趋于同质化的理论。(3)凋落物输入显著促进林下植物根系在凋落物层中的分化,但降低其在土壤中的生长,且水分添加会加剧这种变化。这是因为,相较于土壤,凋落物自身更容易释放出大量的铵态氮和硝态氮,而水分的添加又会显著提高凋落物中矿质氮的含量,从而诱导根系的大量生长。(4)凋落物的输入促进了植物吸收根的分化生长,抑制贮藏根的生长,而水分的添加则促进了运输根和贮藏根的分化生长。而在凋落物和水分同时供应条件下,植物会减少对运输根和贮藏根的投入,而分化产生更多的吸收根。推断,植物根系会根据外界水分和养分环境的改变,根系生长分化的响应模式有别。综上所述,在丘陵红壤人工林中,有许多因素共同控制着林下植物根系生长和凋落叶分解的相互作用。整体上可以推断,林下植物根系生长对凋落物分解的作用不如凋落物自身化学计量比的控制能力。但根系的参与会通过加快凋落物有机碳、氮和磷的释放等改变凋落物分解的时间动态格局。凋落物分解会带来大量矿质氮和速效磷等植物所需养分的释放,而水分供应不仅促进了凋落物的进一步分解,还会在凋落物中形成一个水分和养分远高于土壤的良好环境,诱导根系在凋落物层中的不断分化生长。可见,水分在凋落物分解和根系生长的“正反馈”调节作用中起着重要的作用。