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新知 | 护花,还能抵御气候变暖——原来,你是这样的落叶
2020/10/27 19:00  新华报业网  

  交汇点讯 落叶不扫,方知秋浓。又到了“落叶纷纷满地秋”的时节,积落在地的枯黄残叶,一部分会被清洁工人运送到固废处理厂,还有一部分则会残留在土壤中。那么留在土壤表面的那些落叶,会经历怎样的“叶生”?

  古有“落红不是无情物,化作春泥更护花”,今有“秸秆还田促生长”,落叶是否也会像凋落的生物残体一样,变成供应土壤肥力的“大功臣”?它们除了供应土壤肥力,还会对生态环境、气候变化有着怎样的贡献呢?

  图片来源:视觉中国

  落叶组成知多少

  “木本植物的落叶和草本植物有些不同。”南京农业大学资源与环境科学学院教授潘根兴介绍,草本植物的落叶主要是由碳水化合物、纤维素、蜡质和角质(包括脂类)、木质素以及少量蛋白质等构成;木本植物的落叶可能会含更多的蜡质和角质,而叶子细胞的蛋白质更少。

  木质素由于富含非常稳定的苯环结构,常被认为是最难分解的一类复杂有机化合物。蜡质和脂类物质的化学结构相对简单,它们通常在树叶的表面形成蜡质层和角质层,用来防止水分的蒸发。而蛋白质相对前面几种有机化合物更容易分解,大约包含6% 的氮以及少量的硫、锰、铜、铁等植物生长需要的元素。

  “理论上,落叶中含有维持植物生长和代谢所需要的所有矿质元素,包括植物需求量比较大的大量元素,如氮、磷、钾;中量元素,如钙、镁、硫以及微量元素如铁、锰、铜、锌、硼等。”扬州大学环境科学与工程学院高级农艺师盛海君告诉记者,虽然落叶中的矿质元素众多,但与正常生长的叶片相比,不同矿质元素含量会有差异。

  原来,氮、磷、钾等大量元素由于在植物体内具有很好的“移动性”,具有从老组织向新生组织转移的特点,因此,落叶中的氮、磷、钾相对正常叶片来说含量较低。而微量元素因为在植物体内的“移动性”较差,在落叶中的含量与正常生长的叶片差不多。“在落叶被分解时,这些养分很快释放成为速效的矿质营养,所以落叶的分解作用也称为‘矿化作用’,养分溶于水而进入土壤,被活着的植物根系吸收从而再次进入生命体循环。”潘根兴说。

  落叶为土壤生态系统提供“食物”

  叶落归根,是植被生态系统的常态,片片落叶为土壤的生态系统提供了“食物”。

  当落叶进入土壤,首先会被植食性动物如蝼蛄、线虫、螨虫等食用。“例如蚯蚓,它们可将落叶和土壤中的矿质颗粒一起吞食。当这些食物通过蚯蚓的肠腔时,落叶中的一些大分子物质如木质素、纤维素和蛋白质等会被分解,最后连同土壤矿质颗粒粘合在一起作为粪便排至蚯蚓体外。”江苏省扬州农业环境安全技术服务中心主任、扬州大学教授封克解释,这些粪便具有通气、保肥、保水的结构特点,因而被认为是形成肥沃土壤的最佳团粒结构。

  同时,落叶还会在微生物分泌的胞外酶作用下发生氧化反应。“落叶为土壤中的微生物提供了新鲜养分,可促使微生物大量繁殖。”封克介绍道,在繁殖过程中,为了从落叶中获取足够养分,微生物会分泌一些特殊的酶类,易被分解的有机物会在酶的作用下释放出二氧化碳、水、能量和可供植物生长所需的无机营养元素。“它们使落叶中不能为微生物或植物直接吸收的复杂大分子物质分解成易被吸收的小分子养分。这些小分子养分可被植物的根系吸收,因此,微生物在这过程中起着将‘难有效养分’转化成‘易有效养分’的作用。”

  而被微生物分解后剩下的落叶残体,成为所谓的“腐殖质”。“这些腐解的、看不见的有机质再次牵手土壤矿物,或被土壤矿物绑架,成为结合于矿物的新物质。”潘根兴介绍,它们构成了土壤结构的基本粒子——团聚体,使土壤酥松、多孔、吸水和透水,同时也造就了土壤微生物的居住空间。

  “从以上过程我们可以看出,动物和微生物对落叶的分解可通过增加土壤的团粒结构以改善土壤的物理性质;通过提高养分的有效性来增加土壤肥力。”封克指出,这些过程都为来年植物的生长提供了更为良好的生长环境。

  小小落叶也能抵抗全球变暖

  全球气候变暖已经给地球的生态环境、物种平衡造成了严重的负面影响。陆地生态系统中的温室气体如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮的大量排放,是气候变暖的重要源头。为此,提升土壤有机质含量也成为应对全球气候变化的重要措施之一。

  提高土壤有机质含量和应对全球气候变化有什么联系呢?这就要从土壤的碳储量说起。“土壤不仅是陆地生态系统中最大的生物基因库,也是碳素生物循环转化和储存的巨大活动库。”封克解释,土壤微生物的活动一方面可将无机碳转化为有机碳而储存在土层中,通过减少向大气层排放的二氧化碳而减缓地球的温室效应;另一方面,土壤中大量有机碳的增加提高了土壤肥力,为绿色植物的生长创造了更好的条件,而绿色植物可通过光合作用固定二氧化碳,并释放出氧气,进一步改善了空气质量。

  “只有当落叶作为‘有机食物’投入土壤,土壤中有机质来源充分,土壤才能够形成稳定的结构。”潘根兴说,土壤的储碳、储水和储存养分的功能发达了,生态系统就稳定了,就能起到调节气候、供应养分和维持生命代谢的巨大作用。对农业来说,秸秆还田覆盖也是这个原理。“只是作物的落叶具有季节性,而作物又是人类‘有意’种植的。我们既要还田循环,又要特定时间内循环,所以就出现了人类辅助循环技术,例如炭化还田、堆沤还田等快速和高效循环的技术手段。”

  自然生态系统中的落叶,并不简单的是生命活动的“废弃物”,而是土壤维持自身肥力、维持健康及其提供人类生态系统服务的物质基础。它们落于土壤,经过有机物分解再回到大气中,参与碳循环和水循环,经过植物光合作用同化为碳水化合物,再成为生命的部分。如此循环再生,让地球上的植被得以长青。

  交汇点记者 王甜 王拓

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责编:顾志铭

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