内蒙古温带草原不同放牧强度和围栏封育对凋落物分解的影响

放牧和围封通过影响植物群落结构和土壤微环境来调控草地生态系统的碳循环。该研究在内蒙古温带草原设置轻度放牧后围封、轻度放牧、重度放牧后围封、重度放牧4种样地, 通过测定干旱年(2011年)和湿润年(2012年)地上、地下凋落物产量、质量及其分解速率和土壤养分含量, 分析不同放牧强度对凋落物形成和分解的影响, 以及围栏封育对生态系统恢复的作用。结果表明: 重度放牧地上凋落物产量和分解速率均高于轻度放牧。干旱年轻度放牧样地地下凋落物产量和分解速率高于重度放牧, 湿润年相反。短期围封显著提高了凋落物产量, 轻度放牧样地围封后地上凋落物分解速率和养分循环加快, 而重度放牧样地围封后地上凋落物分解减慢。因此, 与重度放牧相比, 轻度放牧草地的恢复更适合采用围栏封育措施; 而重度放牧草地的恢复可能还需辅以必要的人工措施。降水显著促进地上、地下凋落物形成和分解。地下凋落物的生产和分解受降水年际波动影响较大, 重度放牧草地对降水变化的敏感度比轻度放牧草地高。地上凋落物分解速率与凋落物N含量显著正相关, 与土壤全N显著负相关, 与地上凋落物C:N和木质素:N相关性不大; 地下凋落物分解速率与凋落物C、C:N和纤维素含量显著负相关。该研究结果将为不同放牧强度的草地生态系统恢复和碳循环研究提供理论依据。     

放牧对青藏高原东部两种典型高寒草地类型凋落物分解的影响

为认识放牧对青藏高原东部中生性的高寒草甸草地和半湿生的沼泽草地凋落物分解的影响,在这两种草地上分别设置了围栏和放牧样地,研究了其各自的混合凋落物样品和4个优势物种(发草Deschampsiacaespitos、鹅绒委陵菜Potentilla anserine、木里苔草Carexmuliensis、藏嵩草Kobresiatibetica)凋落物的分解和养分释放动态,这4个优势物种也大致代表了当地沼泽草地生态系统在放牧和气候变暖驱动下逆行演替不同阶段的优势物种类群。结果表明,各优势物种凋落物的分解速率有显著差异;放牧在总体上促进了凋落物的分解,但不同物种的响应有所不同;放牧对凋落物C的释放影响不显著或有抑制作用,但对N、P的释放具有一定促进作用。对各优势物种凋落物分解和养分释放模式的分析表明,群落逆行演替过程中,凋落物分解和C释放加速,可能促进沼泽湿地退化的正反馈效应。草甸草地的退化标志物种鹅绒委陵菜具有较高的凋落物质量和分解速度,反映了中生条件下植物应对牲畜啃食采用"逃避"而非"抵抗"策略的趋向。     

典型喀斯特峰丛洼地植被群落凋落物C∶N∶P生态化学计量特征

为了解典型喀斯特峰丛洼地植被群落凋落物养分空间分异以及其生态化学计量特征,分析了4个不同演替阶段植被凋落物现存量、C、N、P含量及C、N、P元素比值关系在不同坡位间的差异。结果表明:(1)不同演替阶段群落凋落物现存量和C、N、P含量、N ∶ P值随植被正向演替而升高;C ∶ N值和C ∶ P值随植被正向演替而下降。(2)凋落物C含量、C ∶ N值、C ∶ P值和N ∶ P值在不同坡位表现为上坡位较高、下坡位较低;P含量的变化规律与之相反,N含量则没呈现很明显的规律性(P<0.05)。典范对应分析(CCA)结果表明演替阶段和坡位对凋落物积累、养分分布和存储影响最大,坡度、坡向和裸岩率也有较大影响。(3)N ∶ P值是制约凋落物分解和养分循环的重要因素。凋落物在P素较低的情况下具有较高的N及木质素含量(即较高的N ∶ P值),分解速率较低,较低的N ∶ P值使凋落物更易分解。N素在3个坡位的不显著差异以及P素的显著差异反映了P含量波动对喀斯特峰丛洼地植被凋落物N ∶ P值和分解速率变化的影响。推测下坡位及幼龄林群落由于具有较低的N ∶ P值,其凋落物分解速率相对较快,养分的存储量较少。因此,上坡位、成熟林群落的凋落物有利于积累养分。     

草地利用方式对土壤呼吸和凋落物分解的影响

草地利用方式影响植被群落结构和土壤微环境, 制约草地生态系统碳循环。该文通过测定温带草原在放牧、割草、围封3种利用方式下湿润年(2012年)和干旱年(2011年)的凋落物产量、质量及其分解速率和土壤碳通量, 分析了草地利用方式对土壤呼吸和凋落物的影响, 探讨了凋落物对土壤呼吸的贡献机制。结果表明: 在干旱年份, 放牧样地土壤呼吸最大, 分别达到割草和围封样地的1.5倍和1.29倍; 在湿润年份, 割草样地土壤呼吸最大, 为309 g C∙m^-2∙a^-1, 明显高于放牧样地和围封样地。不论干旱年还是湿润年, 围封样地凋落物产量都大于放牧样地和割草样地。3种利用方式下湿润年土壤呼吸和凋落物分解均比干旱年增强。因此, 水分是温带草原植物生长和生态系统碳循环的主要限制因子, 草地利用方式则显著影响凋落物生产和分解。进一步分析表明, 经过两年的分解, 同一样地内凋落物质量C:N下降, N含量和木质素:N升高, 土壤呼吸与凋落物产量、凋落物分解速率以及木质素:N正相关, 而与凋落物C:N负相关。     

凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响

凋落物分解是生态系统营养物质循环的核心过程,而土壤微生物群落在凋落物分解过程中扮演着极其重要且不可替代的角色。随着生物多样性的丧失日益严峻,探讨凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响,不仅有助于了解凋落物分解的内在机制,而且可为退化草原生态系统的恢复提供参考。以内蒙古呼伦贝尔草原退化恢复群落中的草本植物为研究对象,依据植物多度、盖度、频度和物种的重要值及其在群落中的恢复程度筛选出排序前4的羊草（Leymus chinensis）、茵陈蒿（Artemisia capillaris）、麻花头（Serratula centauroides）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）的凋落物为实验材料,通过设置3种凋落物多样性水平（1,2,4）,包括11种凋落物组合（单物种凋落物共4种,两物种凋落物混合共6种,四物种凋落物混合共1种）,利用磷脂脂肪酸（PLFA）方法来研究分解60 d后凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响。结果表明：（1）凋落物物种多样性仅对C残余率具有显著影响,表现在两物种混合凋落物C残余率显著低于单物种凋落物,而凋落物组成对所观测的4个凋落物分解参数（质量、C、N残余率以及C/N）均具有显著影响;（2）凋落物物种多样性对细菌（B）含量具有显著影响,而凋落物组成对真菌（F）含量具有显著影响,两者对F/B以及微生物总量均无显著影响;（3）冗余分析结果表明凋落物组成与凋落物分解相关指标（凋落物质量、C、N残余率及C/N）和土壤微生物（真菌、细菌含量）的相关关系高于凋落物多样性。（4）进一步建立结构方程模型（Structural Equation Model,SEM）发现,凋落物初始C含量对凋落物质量、C、N残余率及C/N有显著正的直接影响;凋落物木质素含量对凋落物质量、C、N残余率有显著正的直接影响;凋落物初始N含量对N残余率有显著正的直接影响,而对C残余率及C/N有显著负的直接影响;凋落物初始C/N对凋落物质量、N残余率有显著正的直接影响,而对C/N有显著负的直接影响。此外,凋落物初始C、N、木质素含量及C/N均对真菌含量具有显著正影响,并可通过真菌对凋落物质量分解产生显著负的间接影响。以上结果表明该退化恢复区域优势种凋落物分解以初始C、木质素为主导,主要通过土壤真菌影响凋落物的分解进程,这将减缓凋落物的分解速率进而减慢草原生态系统的进程。这些结果为凋落物多样性及组成对自身分解和土壤微生物群落的影响提供了实验依据,也为进一步分析凋落物分解内在机制以及草原生态系统的恢复提供了数据参考。     

Effects of grassland-use on soil respiration and litter decomposition

 草地利用方式影响植被群落结构和土壤微环境, 制约草地生态系统碳循环。该文通过测定温带草原在放牧、割草、围封3种利用方式下湿润年(2012年)和干旱年(2011年)的凋落物产量、质量及其分解速率和土壤碳通量, 分析了草地利用方式对土壤呼吸和凋落物的影响, 探讨了凋落物对土壤呼吸的贡献机制。结果表明: 在干旱年份, 放牧样地土壤呼吸最大, 分别达到割草和围封样地的1.5倍和1.29倍; 在湿润年份, 割草样地土壤呼吸最大, 为309 g C·m^–2·a^–1, 明显高于放牧样地和围封样地。不论干旱年还是湿润年, 围封样地凋落物产量都大于放牧样地和割草样地。3种利用方式下湿润年土壤呼吸和凋落物分解均比干旱年增强。因此, 水分是温带草原植物生长和生态系统碳循环的主要限制因子, 草地利用方式则显著影响凋落物生产和分解。进一步分析表明, 经过两年的分解, 同一样地内凋落物质量C:N下降, N含量和木质素:N升高, 土壤呼吸与凋落物产量、凋落物分解速率以及木质素:N正相关, 而与凋落物C:N负相关。     

冬小麦生境中土壤养分对凋落物碳氮释放的影响

土壤养分影响植物生长, 进而影响凋落物质量和产量; 凋落物质量和产量影响凋落物分解过程。基于一个生长实验和一个相同环境分解实验, 研究了冬小麦(Triticum aestivum)生境中养分可利用性对凋落物碳(C)和氮(N)释放的影响。结果显示: (1)冬小麦凋落物产量、叶/根C:N比、C释放量和N释放量随土壤养分梯度呈单调变化; (2)土壤养分影响叶凋落物丢失率而不影响根凋落物丢失率; (3)初始叶/根C:N比与其C、N释放量之间存在负相关关系; (4)分解过程降低叶C:N比和根C:N比。结果表明: 生境中土壤养分的提高可加速凋落物C、N归还, 这反过来可能促进冬小麦生长, 因此这种效应是正反馈; 初始C:N比可预测凋落物C、N释放量。     

陆地生态系统凋落物分解对全球气候变暖的响应

陆地生态系统凋落物分解是全球碳收支的一个重要组成部分, 主要受气候、凋落物质量和土壤生物群落的综合控制。科学家们普遍认为全球气候变化将对陆地生态系统凋落物分解产生复杂而深远的影响。该文结合凋落物分解试验的常用方法——缩微试验、原位模拟实验和自然环境梯度实验, 归纳现有研究结果, 意在揭示全球气候变化对陆地生态系统凋落物分解的直接影响(温度对凋落物分解速率的影响)和间接影响(温度对凋落物质量、土壤微生物群落及植被型的影响)的普遍规律。各种研究方法都表明: 在水分条件理想的情况下, 温度升高往往能加快凋落物的分解速率; 原位模拟实验中, 凋落物分解速率因物种、增温方法和地理方位而异; 全球气候变化能改变凋落物质量, 但可能不会在短期内影响凋落物的分解速率; 凋落物质量和可分解性的种间差异远大于增温所引发的表型响应差异, 那么, 气候变化所引发的植物群落结构和物种组成的变化将对陆地生态系统凋落物分解产生更强烈的影响; 土壤生物群落如何响应全球气候变化, 进而怎样影响凋落物分解过程, 这些都还存在着极大的不确定性。     

中亚热带几种针、阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物群落碳代谢多样性的影响

土壤微生物群落功能如何响应凋落物物种组成的改变,对于指导我国的人工林种植具有重要意义。通过小盆模拟试验,用BIOLOG微平板培养的方法研究了南方红壤丘陵区典型物种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎和青冈的凋落物混合,与单一针叶凋落物分解时相比,针阔混合凋落物分解过程中土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明：(1)针叶和阔叶混合分解提高了土壤微生物群落碳代谢的强度、丰富度以及多样性,针阔混合凋落物分解时土壤微生物群落的碳源代谢方式与单一针叶分解时差异显著;(2)凋落物分解前期土壤微生物群落碳代谢强度、丰富度和多样性与凋落物初始C/N呈显著负相关,分解后期土壤微生物群落碳代谢强度与凋落物初始木质素/N比呈显著负相关,碳代谢多样性与初始P含量呈显著正相关;(3)通过改变凋落物物种组成,进而改变凋落物元素组成(C/N、木质素/N和P),能显著影响土壤微生物群落的碳代谢强度和代谢多样性。在南方红壤丘陵区,针-阔叶混合的凋落物比单一针叶凋落物更有利于提高土壤微生物群落的功能。     

放牧对呼伦贝尔草地植物和土壤生态化学计量学特征的影响

放牧通过畜体采食、践踏和排泄物归还影响草地群落组成、植物形态和土壤养分,植物通过改变养分利用策略适应环境变化。通过分析呼伦贝尔草原放牧和围封样地中的群落植物和土壤的碳氮磷养分及化学计量比,探讨放牧对生态系统化学计量学特征和养分循环速率的影响机制。结果如下:(1)群落尺度上,放牧和围封草地植物叶片C、N和P的含量没有显著差异;但是在种群尺度上,放牧草地植物叶片N含量显著高于围封草地;(2)放牧草地土壤全C、全N、有机C、速效P含量,低于围封草地,硝态N含量高于围封草地;土壤全P和铵态N指标没有显著差异;(3)放牧草地植物C∶N比显著低于围封草地,植物残体分解速率较快,提高了生态系统养分循环速率。     

降水变化和氮沉降对荒漠草原两种多年生禾草凋落物分解的影响

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的重要过程,在生物地球化学循环过程中发挥着重要作用。全球变化是影响凋落物分解的重要因子,其对生态系统养分循环的影响存在诸多不确定性。研究荒漠草原凋落物分解对氮沉降和降水变化及其二者交互作用的响应,是揭示这些不确定性、保护草原生态系统结构和功能的科学基础。以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,选取建群种短花针茅和优势种无芒隐子草两种植物凋落物,开展为期4年的长期分解实验,探究两种植物凋落物分解特征及养分释放规律。实验采用裂区设计,主区为自然降水（C）、增雨30%（W）和减雨30%（R）3个水分梯度,副区为0（N0）、30（N30）、50（N50）和100（N100） kg hm^-2 a^-1 4个氮素梯度。结果表明：（1）增雨和氮沉降促进荒漠草原凋落物分解,减雨反之,降水对两种凋落物影响具有差异,而氮沉降的作用不依赖于物种;（2）氮沉降缩短凋落物分解周期5.12%-14.82%,增雨与氮沉降交互缩短凋落物分解周期3.69%-28.75%;（3）降水始终有利于凋落物中碳、纤维素和木质素释放,而分解后期氮沉降对其影响不显著,凋落物分解后期主要受木质素分解速率控制。综上所述,影响荒漠草原凋落物分解的主要因素为降水,其次是氮素,二者对凋落物分解具有协同作用。     

荒漠草原4种典型植物群落枯落物分解速率及影响因素

测定荒漠草原甘草、赖草、蒙古冰草以及黑沙蒿等植物群落枯落物分解过程中质量损失量分析荒漠草原枯落物分解速,同时通过枯落物自身化学成份、含水率的测定,结合气候因子进行偏相关分析,探讨荒漠草原枯落物分解的影响因素。结果表明:荒漠草原4种植物群落枯落物的质量累积损失率随分解时间的延长而增加,但枯落物分解的质量损失量与时间并不呈线性相关;4种群落枯落物质量损失量大小依次均为:甘草群落赖草群落蒙古冰草群落黑沙蒿群落;荒漠草原枯落物分解采用单指数衰减的Olson模型拟合效果较好,4种植物群落中甘草群落枯落物分解最快,黑沙蒿群落分解最慢;蒙古冰草、赖草和甘草群落枯落物中N、P、K的含量显著高于黑沙蒿群落,但是C、木质素、纤维素、C/N、木质素/N和纤维素/N值则显著低于黑沙蒿群落枯落物,蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和黑沙蒿群落4种群落枯落物分解速率(k)与枯落物初始N、P、K含量均呈显著正相关;偏相关分析表明,4种植物群落枯落物分解速率与降雨量、枯落物自身含水量的偏相关系数达显著水平,其余因子偏相关系数均未达显著水平。结合上述研究可以确定荒漠草原枯落物分解50%所需时间为2—5a,分解95%需8—24a。     

不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植被-土壤系统有机碳组分储量特征

草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用。以内蒙古短花针茅荒漠草原不同放牧强度样地为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系、土壤中有机碳和土壤轻组有机碳,研究草原植被-土壤系统有机碳组分储量的变化特征,从碳储量角度为合理利用草原提供指导。研究结果表明:(1)不同放牧强度荒漠草原地上植物碳储量为11.98—44.51 g/m~2,凋落物碳储量10.43—36.12 g/m~2,根系(0—40cm)碳储量502.30—804.31 g/m~2,且对照区(CK)均显著高于中度放牧区(MG)、重度放牧区(HG);(2)0—40cm土壤碳储量为7817.43—9694.16 g/m~2,其中轻度放牧区(LG)碳储量为9694.16 g/m~2,显著高于CK、HG(P0.05);(3)植被—土壤系统的碳储量为8342.14—10494.80 g/m~2,LGMGCKHG,有机碳主要储存于土壤当中,占比约90.54%—93.71%,适度放牧利用有利于发挥草地生态系统的碳汇功能;(4)土壤轻组有机碳储量为484.20—654.62 g/m~2,LG储量最高,表明适度放牧有助于草原土壤营养物质的循环和积累。     

氮水添加对放牧背景下荒漠草原生产力的影响

水分与氮素作为干旱和半干旱草原生产力的共同限制性因子在退化草原的生态快速修复过程中备受关注。以不同放牧强度背景下的短花针茅荒漠草原为研究对象,开展围封模拟放牧利用实验,同时添加氮素和水分。通过分析历史放牧强度与年份对生产力的影响,以及添加氮素和水分对不同功能群植物生物量的作用,探讨放牧强度对短花针茅草原生产力的内在作用机制,以及如何实现荒漠草原资源合理开发和可持续利用。研究结果显示,降雨量与放牧强度决定着短花针茅草原的植物群落结构。氮素和水分添加可分别提升11%-29%和12%-32%的群落地上生物量,且二者存在显著的交互作用。不同功能群植物的地上生物量对氮素与水分添加的响应存在差异,多年生丛生禾草对氮素和水分添加响应最敏感。氮素与水分添加可显著提高多年生丛生禾草的地上生物量,但与自然降水量相关。氮素添加对地上生物量的影响在正常降雨和稍旱年份作用显著,而水分添加在干旱年份作用显著。在正常降雨年份,以半灌木植物为优势种的轻度放牧背景以添加水分对提升生产力最宜,以多年生丛生禾草和半灌木为共优种的中度放牧背景和以多年生丛生禾草为优势种的重度放牧以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜;在干旱年份不同放牧强度背景下均以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜。我们的结果表明了养分与资源的改善有利于退化短花针茅草原的快速恢复和可持续生产。     

氮磷添加对荒漠草原植物-凋落物-土壤生态化学计量特征的影响

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应，阐明"植物-凋落物-土壤"连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用，以宁夏荒漠草原为研究对象，于2018年开始进行氮（N）、磷（P）养分添加控制试验。试验处理包括对照（CK）、N添加、P添加、NP共同添加4个处理。结果表明：（1） NP共同添加显著增加了荒漠草原植物N和P含量、以及凋落物和土壤P含量，显著降低了荒漠草原植物C：N和C：P、以及土壤和凋落物C：P和N：P。P添加显著增加了荒漠草原植物、凋落物和土壤P含量，显著降低了植物、凋落物、土壤C：P和N：P。N添加分别增加了植物、凋落物N含量和N：P，但对植物N含量影响未达到显著水平。（2） C、N、P含量和N：P大小均表现为植物 > 凋落物 > 土壤，C：N和C：P均表现为凋落物 > 植物。（3） N添加提高了荒漠草原植物对P再吸收效率，降低了荒漠草原植物对N利用效率；P添加提高荒漠草原植物对N再吸收效率，降低荒漠草原对P的利用效率；NP共同添加提高了荒漠草原植物对N和P再吸收效率，降低了荒漠草原植物对N和P利用效率。（4）植物-凋落物-土壤的N、P含量和化学计量比之间显著相关，其中植物N、P、N：P与凋落物和土壤N、P、N：P显著正相关，凋落物P、C：N与植物和土壤C：P、N：P显著负相关。（5）荒漠草原植物和凋落物N较稳定（1/H=0.45和1/H=0.48），而植物和凋落物P、N：P较敏感（1/H=0.80、0.73和1/H=0.81、0.78）。荒漠草原植物生长受N限制，N添加缓解荒漠草原植物N限制，P添加和NP添加加剧荒漠草原植物N限制，荒漠草原植物通过改变养分利用策略和再吸收利用效率适应土壤中N、P含量的变化。     

黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征

草地是世界上分布最广的植被类型之一,作为陆地生态系统的重要组成部分,参与了全球碳源/汇及碳循环过程,在全球气候变化中扮演着重要角色,并对其产生重大影响。以黄土高原草地植被为研究对象,结合国家退耕还林草与封山禁牧工程的实施,对封禁前后的天然草地和退化草地,采用样带多点调查与多年定位测定相结合的方法,分析了黄土高原不同类型草地植物活体、凋落物和根系碳密度分布格局与地带性规律,系统研究了黄土高原不同草地类型退化草地和封禁草地生物量与碳密度沿海拔及降水梯度的时空变异特征,阐述了影响草地碳密度分布的主要驱动因子及其作用机理。结果表明:4种草地类型3种处理的草地生物量和碳密度自西北向东南均与降雨量呈指数增长趋势,并随海拔降低而显著降低,且二者呈显著的线性回归关系;各草地类型地上/地下生物量与碳密度分布规律均为荒漠草原<丘陵典型草原<梁塬典型草原<草甸草原;封禁11a草地活体植物、凋落物和根系碳密度总量:荒漠草原为7.066 t/hm2,丘陵典型草原为8.080 t/hm2,梁塬典型草原为15.319 t/hm2,草甸草原为20.982 t/hm2,分别是退化草地的14.8、8.33、6.5倍和15.88倍。充分表明,封禁不仅能使草地植被恢复和生物量提高,而且也是草地生产力和碳密度增加的一条重要途径。由此可见,气候干旱和草地退化是影响草地生物量和碳密度的关键因素,系统研究黄土高原封禁草地生物量增长与碳密度变化过程,将会对未来全球气候变化分析作出重要贡献。     

长期不同放牧强度下荒漠草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)叶片解剖结构变化

植物叶片解剖结构随放牧强度的变化而发生变化。以短花针茅荒漠草原长期(19年)固定监测放牧样地为研究区,以建群种短花针茅叶片作为实验材料,测量不同放牧强度(对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG))下短花针茅叶片保护组织、输导组织、机械组织、同化组织有关的14个解剖结构指标,分析短花针茅叶片解剖结构随长期不同放牧强度的变化,从生理角度探讨荒漠草原植物对长期放牧的适应及响应。研究结果表明：(1)叶片层次上,短花针茅通过增加其叶片横切面面积和叶厚度去适应放牧干扰;(2)保护组织方面,与对照区相比,重度放牧区角质层厚度增加,但未达到差异显著性(P>0.05),角质层厚度占叶厚度比例随放牧强度的增加整体呈增加趋势;(3)输导组织方面,木质部面积随放牧强度的增加呈下降趋势,而韧皮部面积、主导管面积、维管束面积等指标均随放牧强度的增加呈增加趋势,但没有达到显著性(P>0.05);(4)机械组织方面,厚壁组织面积和厚壁组织占叶面积比例均随放牧强度的增加呈增加趋势;(5)同化组织方面,随着放牧强度的增加,短花针茅叶片叶肉组织面积显著增加(P<0.05)。可见,...     

Responses of litter decomposition and nutrient release rate to water and nitrogen addition differed among three plant species dominated in a semi-arid grassland

Background and aims

Precipitation and nitrogen (N) deposition are predicted to increase in northern China. The present paper aimed to better understand how different dominant species in semi-arid grasslands in this region vary in their litter decomposition and nutrient release responses to increases in precipitation and N deposition.

Methods

Above-ground litter of three dominant species (two grasses, Agropyron cristatum and Stipa krylovii, and one forb, Artemisia frigida) was collected from areas without experimental treatments in a semi-arid grassland in Inner Mongolia. Litter decomposition was studied over three years to determine the effects of water and N addition on litter decomposition rate and nutrient dynamics.

Results

Litter mass loss and nutrient release were faster for the forb species than for the two grasses during decomposition. Both water and N addition increased litter mass loss of the grass A. cristatum, while the treatments showed no impacts on that of the forb A. frigida. Supplemental N had time-dependent, positive effects on litter mass loss of the grass S. krylovii. During the three-year decomposition study, the release of N from litter was inhibited by N addition for the three species, and it was promoted by water addition for the two grasses. Across all treatments, N and potassium (K) were released from the litter of all three species, whereas calcium (Ca) was accumulated. Phosphorus (P) and magnesium (Mg) were released from the forb litter but accumulated in the grass litter after three years of decomposition.

Conclusions

Our findings revealed that the litter decomposition response to water and N supplementation differed among dominant plant species in a semi-arid grassland, indicating that changes in dominant plant species induced by projected increases in precipitation and N deposition are likely to affect litter decomposition, nutrient cycling, and further biogeochemical cycles in this grassland. The asynchronous nutrient release of different species’ litter found in the present study highlights the complexity of nutrient replenishment from litter decomposition in the temperate steppe under scenarios of enhancing precipitation and N deposition.

     

The Effects of Exotic Grasses on Litter Decomposition in a Hawaiian Woodland: The Importance of Indirect Effects

Exotic grasses and grass-fueled fires have altered plant species composition in the seasonal submontane woodlands of Hawaii Volcanoes National Park. These changes have altered both structural and functional aspects of the plant community, which could, in turn, have consequences for litter decomposition and nitrogen (N) dynamics. In grass-invaded unburned woodland, grass removal plots within the woodland, and woodland converted to grassland by fire, we compared whole-system fluxes and the contributions of individual species to annual aboveground fine litterfall and litterfall N, and litter mass and net N loss. We assessed the direct contribution of grass biomass to decomposition and N dynamics, and we determined how grasses affected decomposition processes indirectly via effects on native species and alteration of the litter layer microenvironment. Grasses contributed 35% of the total annual aboveground fine litterfall in the invaded woodland. However, total litterfall mass and N were not different between the invaded woodland and the grass removal treatment because of compensation by the native tree Metrosideros polymorpha, which increased litter production by 37% ± 5% when grasses were removed. The 0.3 g N m^–2/y^–1 contained in this production increase was equal to the N contained in grass litter. Litter production and litterfall N was lowest in the grassland due to the loss of native litter inputs. Decomposition of litterfall on an area basis was highest in the grass-invaded woodland. We attributed this effect to increased inherent decomposability of native litter in the presence of grasses because (a) the microenvironment of the three vegetation treatments had little effect on decomposition of common litter types and (b) M. polymorpha litter produced in the invaded woodland decomposed faster than that produced in the grass removal plots due to higher lignin concentrations in the latter than in the former. Area-weighted decomposition was lowest in the grassland due to the absence of native litter inputs. Across all treatments, most litter types immobilized N throughout the incubation, and litter net N loss on an area basis was not different among treatments. Our results support the idea that the effects of a plant species or growth form on decomposition cannot be determined in isolation from the rest of the community or from the direct effects of litter quality and quantity alone. In this dry woodland, exotic grasses significantly altered decomposition processes through indirect effects on the quantity and quality of litter produced by native species.