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本文采用可以有效控制环境因子的小型温湿控制箱土壤培养法对科尔沁沙地主要沙质草地植物叶凋落物分解过程中CO2释放量和部分叶特征的关系进行了研究。采样时间选择在8月底至9月初期。选取黄蒿、狗尾草、马唐等30种常见植物的叶凋落物作为样品,分土壤中添加与不添加凋落物两种处理进行培养。培养处理期为28天,每四天进行一次CO2释放量的测定。同时,对叶凋落物的品质,所属科属、生活型、光合类型以及土壤有机C、N等元素和、分等环境因子进行了测定,并对叶凋落物的CO2释放量与这些因素的关系进行了分析,初步得到如下结论:
(1)在28天培养期内,不同植物的叶凋落物CO2释放量不同。其中,多年生植物叶凋落物CO2释放量的平均值大于一年生植物,但二者之间的差异不显著;C3和C4植物叶凋落物CO2释放量之间的差异也达不到显著;单子叶植物叶凋落物CO2释放量平均值明显小于双子叶植物,二者之间呈显著差异。在培养期内,不同植物叶凋落物每四天培养处理的CO2释放速率也不同。一年生与多年生植物、C3和C4植物叶凋落物每四天释放CO2的速率相互间均无显著差异;单子叶植物与双子叶植物叶凋落物每四天释放CO2的速率在培养的前16天差异呈显著,培养后期(17-28天)差异逐步消失。
(2)植物叶凋落物的全碳含量,氮含量,C/N,灰分/N及灰分含量不同造成CO2释放量及释放速率的差异。叶凋落物释放CO2的总量与叶凋落物初始碳含量及灰分含量均无显著相关关系,与叶凋落物初始氮含量呈显著正相关,与叶凋落物C/N及灰分/N呈显著负相关。叶凋落物培养期内每四天CO2的释放速率与叶凋落物初始碳含量无显著相关关系;叶凋落物0-20天CO2的释放速率与叶凋落物初始氮含量呈显著正相关,与叶凋落物C/N呈显著负相关;叶凋落物9-28天CO2释放速率与灰分/N呈显著负相关;培养后期的CO2释放速率与灰分含量呈显著负相关。
(3)20种单子叶植物和双子叶植物成熟叶片的叶氮浓度、叶碳浓度、叶C/N和叶干物质含量之间存在显著差异。这两类植物的CO2释放量之间的差异也呈显著。在外界环境一致的情况下,凋落物质量是影响凋落物分解的重要因素,而凋落物质量的差异通常被解释为植物遗传特性或适应环境的结果。相关性分析显示在科尔沁沙地20种植物成熟叶片的凋落物分解过程中,CO2释放量和释放速率与叶灰分含量、N浓度、C浓度、C/N以及干物质含量之间存在显著的相关关系。这说明可以利用成熟叶片的N浓度、C浓度、C/N以及干物质含量间接的预测叶凋落物的分解速率。
(4)土壤CO2的释放量及凋落物的分解均与土壤干湿情况相关。在添加凋落物与不添加凋落物的处理中,培养前4天的低含水条件下CO2释放速率与中高含水处理相比差异均呈极显著,而4天以后不同水分条件下的CO2释放速率无显著差异。在沙地中,土壤过于湿润或干旱均阻碍凋落物的分解。
(5)不同类型土壤对土壤中CO2的释放及凋落物的分解均有显著的影响。随着土壤从丘间低地向流动沙地的演变,不同类型土壤在添加和不添加凋落物的条件下,CO2释放量均逐步减少。培养发现,流动沙地土壤中CO2的释放量只相当于丘间低地的11%;在小叶锦鸡儿叶凋落物处理中,CO2的释放总量从丘间低地的1246±62.3μg g-1干土下降到了流动沙地的586±29.3μg g-1,释放量减少了53%;而在差巴嘎蒿叶凋落物处理中,流动沙地的CO2释放总量比起丘间低地来更是下降了62%。