呼伦贝尔草甸草原主要优势植物地上部凋落物和根系组织分解过程及其控制机制

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凋落物分解作为生态系统物质养分循环过程的一个重要环节,对生物地球化学循环起着非常重要的作用。在补充植物可利用土壤养分库的同时,释放光合作用固定的碳到大气中。目前,围绕不同类型生态系统的凋落物分解已经开展了大量研究工作,其中以森林生态系统的研究居多。但是,凋落物分解的研究还有许多问题需要深入研究,例如,影响分解的各种因素的相对作用与交互作用、混合凋落物分解中组分凋落物在混合效应(或非加性效应)中的作用、根系组织的分解及其影响机理、氮沉降对凋落物分解的影响等等。针对这些问题,本研究通过分析我国主要的草甸草原——呼伦贝尔草甸草原主要优势植物的地上部凋落物和根系组织的分解过程,同时考虑影响分解的因素,如凋落物初始化学性质、微生物、土壤条件、分解环境、氮沉降等,揭示该区凋落物分解特点及其影响因素,为深入理解呼伦贝尔草甸草原养分循环过程提供理论依据。  本研究采用野外凋落物袋法,比较了呼伦贝尔草甸草原贝加尔针茅(Stipabaicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、日荫菅(Carex pediformis)、扁蓿豆(Melissitus ruthenica)和裂叶蒿(Artemisia tanacetifolia)五种优势植物地上部凋落物分解的差异,探讨了分解底物初始化学性质对分解的影响。阐明了不同凋落物(贝加尔针茅、羊草、扁蓿豆)两两混合后的分解特点及其组分凋落物在混合分解中的相对贡献。同时,通过变换放置位置,揭示了不同分解环境对植物(贝加尔针茅、羊草)地上部凋落物和根系分解的影响。此外,探讨了外界低剂量氮沉降对凋落物分解过程的影响。通过一系列的研究,我们得出以下主要结论:  (1)不同月份收集的五种植物(贝加尔针茅、羊草、日荫菅、扁蓿豆和裂叶蒿)作为分解底物,他们的初始化学性质有明显的差异;分解底物初始P、N、K、Zn、Mg、Ca含量与分解呈正相关关系,而C∶N与分解呈负相关关系;分解过程中,多数分解底物表现出N释放,仅有少量分解底物出现N累积。并且分解底物初始N含量对分解后期N含量的变化影响较大;土壤含水量对凋落物分解的影响较微弱,而微生物活动对凋落物分解有影响,特别是土壤微生物中N的含量;植物N回收效率与凋落物分解常数之间存在负相关关系。  (2)混合凋落物分解期间,不同的混合处理多数情况下明显地促进分解,仅少部分时期出现抑制分解;扁蓿豆对混合凋落物中其他组分凋落物分解有明显影响:扁蓿豆凋落物促进了贝加尔针茅(或羊草)凋落物的分解,但分解前期其自身的分解受到抑制,仅在分解后期表现出轻微的促进;从分解常数来看,扁蓿豆的分解在混合处理和单物种分解处理中差异不显著;凋落物残余重量(MR)与凋落物剩余N含量(NR)之间有明显的正相关关系。  (3)地上部凋落物分解比根系组织分解快;分解底物(地上部凋落物和根系)置于土壤表层(0~15cm)的分解速率比置于地表的分解速率快,但是贝加尔针茅根系组织和羊草须根组织在土壤表层和地表两种环境条件下分解差异并不显著;相对于凋落物放置位置,凋落物类型对分解的作用更大;根系组织的分解与初始P、K含量呈极显著负相关,与初始Ca、Mg、Mn含量及N∶P呈极显著正相关。  (4)低剂量的施氮肥处理对单物种凋落物分解的影响不显著,而且这种作用持续时间较长;N添加轻微地影响了凋落物混合对分解的非加性作用。在低N处理(LN)样方中,部分时期观测到了混合凋落物分解的抑制作用。  (5)总之,分解受到底物初始化学性质、分解环境(如土壤温度、土壤湿度、微生物N含量)的影响,但是外界的低剂量N沉降并不能影响凋落物分解过程。两种植物混合分解过程与单个植物单独分解过程是不同的,凋落物混合能明显影响组分凋落物分解,其中豆科植物在混合凋落物分解中起重要作用。  
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