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全球氮沉降及降雨格局的变化,对生态系统的影响成为生态学研究的热点。氮素和水分添加通过改变凋落物质量、分解环境和分解者群落以改变生态系统养分循环。本实验选取科尔沁沙地3种优势植物差巴嘎蒿、狗尾草、芦苇,分别对其粗根、细根、茎、叶凋落物进行氮素、水分及其氮水耦合添加处理,并对其剩余物质量、N、C含量加以测定,以检验氮素、水分添加对凋落物分解速率的影响。开展氮素和水分添加对凋落物分解影响的研究,有助于充分认识沙质草地生态系统结构功能,促进其物质循环和养分平衡,为改善典型沙地生态系统环境提供参考依据。该研究主要结论如下:
1)本研究经过为期540天的凋落物分解实验,发现在科尔沁典型沙地,凋落物在开始分解的180天内,凋落物质量迅速减少,最多减少60%,而在180-540天的分解期中,凋落物分解速率明显减慢。凋落物粗根、细根、茎、叶之间分解速率存在显著差异,这是因为不同器官凋落物质量不同,导致了其在分解速率上的差异。凋落物质量和分解微环境共同决定了不同器官凋落物分解速率。
2)在分解前期(0-180天),氮素未对3种植物各器官凋落物分解速率产生显著影响,但在分解后期,氮素添加对部分植物器官如差巴嘎蒿叶、狗尾草细根的分解具有显著抑制作用(P<0.05),其它各器官的剩余量也多于对照。
3)在分解前期(0-180天),夏季增雨处理和冬季增雪处理对凋落物分解速率无影响。在分解后期(180-540天),夏季增雨和冬季增雪处理显著影响差巴嘎蒿粗根、细根以及狗尾草细根的分解(p<0.05),但对其他器官没有显著影响。这主要与科尔沁地区雨热同期的气候特征和沙质土地保水能力差有关。
4)在分解前期(0-180天),氮素耦合冬季增雪处理显著抑制芦苇细根的分解(p<0.05),在分解后期(180-540天),该处理显著抑制了狗尾细根的分解(p<0.05)。但对其他器官没有显著影响。总体来看,氮水(包括夏季增雨、冬季增雪)耦合处理并没有改变凋落物损失量。但是耦合作用削弱了单纯施氮对凋落物分解产生的抑制作用。
5)凋落物分解过程中,仅差巴嘎蒿叶凋落物氮含量表现先释放然后累积的模式,其他器官氮含量均表现不断累积的特征。氮素添加使沙质革地优势植物各器官氮含量的变化波动幅度更大并对差巴嘎蒿叶凋落物氮素释放和累积有显著效应(P<0.05)。夏季增雨处理显著促进差巴嘎蒿叶凋落物氮含量的释放。总体来看单纯添加氮、单纯添加水分(包括夏季增雨和冬季增雪)以及氮水耦合处理并未改变各器官凋落物分解残留物氮含量变化趋势。
6)在分解过程中,3种植物各器官凋落物碳含量表现不断释放的特征,其中叶凋落物的碳含量释放最快,其它器官凋落物碳含量释放过程相对平缓。氮素处理下的沙质草地优势种根、时凋落物碳含量释放动态变异性较大。水分对碳释放影响不大,与氮处理相似,氮素耦合冬季增雪处理下3种植物凋落物碳含量释放动态变异较大,而氮素耦合夏季增雪处理下3种植物凋落物碳含量释放动态则与水分处理下的碳含量释放动态一致。总体而言,单纯氮素添加和水分添加,以及氮素耦合夏季增雨和氮素耦合冬季增雪处理对沙质草地优势植物各器官凋落物分解残留物碳含量影响不大。