外源氮输入和水分变化对荒漠草原凋落物分解的影响

全球气候变化背景下,大气氮沉降和降水变化日益显著,其对荒漠草原凋落物分解的影响存在很大的不确定性.采用裂区设计,设置主区为自然降雨、增雨30%和减雨30% 3个水分处理,副区为0(N₀)、30(N₃₀)、50(N₅₀)和100 kg·hm^-2·a^-1(N₁₀₀)4个氮素水平,经过21个月(2016年1月—2017年10月)水氮处理,研究水氮共同作用对荒漠草原常见物种猪毛菜、短花针茅和木地肤3种植物凋落物分解的影响.结果表明: 3种凋落物干物质残留率随时间增加而减少,用Olson负指数衰减模型拟合效果较好,凋落物分解系数(k)大小为猪毛菜>短花针茅>木地肤.增雨30%N₁₀₀处理分解系数最高,为0.028.单因素处理下,增雨30%和N₅₀的凋落物分解最快.水氮共同作用下,增雨 30%N₁₀₀处理凋落物分解最快.3种凋落物初始化学全氮含量大小为猪毛菜>短花针茅>木地肤,猪毛菜和短花针茅k值与全氮含量呈显著正相关;全碳含量、纤维素含量、木质素含量、C/N、木质素/N和纤维素/N大小为木地肤>短花针茅>猪毛菜,猪毛菜k值与各指标均呈显著负相关,短花针茅和木地肤k值与C/N、木质素/N和纤维素/N均呈显著负相关.猪毛菜分解最快,木地肤分解最慢.适量的水、氮添加有利于荒漠草原凋落物的分解,可以促进土壤养分循环,对荒漠草原可持续发展及生态平衡有积极作用.     

氮沉降与降雨变化下中小型土壤动物对凋落物分解的影响

土壤动物是凋落物分解、养分转化过程的重要调节者,全球变化驱动的氮沉降与降雨变化通过改变其分解环境和土壤动物群落结构,进而影响凋落物分解进程。为了探究中小型土壤动物对凋落物分解的贡献受氮沉降和降雨变化的影响,本研究利用不同网孔(2 mm和0.01 mm)的凋落物分解网袋法,以建群种短花针茅为研究对象进行野外分解试验。试验采用裂区设计,主区为自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分处理,副区为0(N₀)、30(N₃₀)、50(N₅₀)和100(N₁₀₀) kg·hm^-2·a^-1 4个氮素处理。结果表明: 1)降雨变化显著影响了凋落物的分解速率,增雨处理中凋落物的分解速率加快,且随着氮添加浓度的升高,凋落物重量残留率逐渐降低,100 kg·hm^-2·a^-1时分解速度最快;在减雨处理与对自然降雨处理中凋落物的分解速率则呈先降低后升高的趋势,在50 kg·hm^-2·a^-1时分解速度最快。氮沉降和降雨变化对凋落物分解无显著的交互作用。2)在整个分解过程中,共捕获中小型土壤动物1577只,隶属于1门3纲13目(含亚目)49科,优势类群为蜱螨目、鞘翅目幼虫和弹尾目;增雨施氮提升了中小型土壤动物群落的类群数和个体数。3)凋落物重量残留率与中小型土壤动物类群数、个体数均呈极显著负相关,增雨处理整体提高了中小型土壤动物对凋落物分解的贡献率。综上,荒漠草原上中小型土壤动物对凋落物的分解具有积极作用,且水分和氮素输入的增加提高了中小型土壤动物的类群数及个体数,增加了其对凋落物分解的贡献;在水分不足时,过量的氮素会抑制中小型土壤动物群落的发展,导致中小型土壤动物对凋落物分解的贡献降低。     

氮沉降和降雨变化对荒漠草原凋落物分解的影响

以荒漠草原凋落物为研究对象,通过设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R) 3种水分处理和0 (N0)、30(N30)、50 (N50)和100 kg hm~(-2) a~(-1)(N100)4种氮素(NH_4NO_3)水平处理,用分解袋法,研究内蒙古短花针茅荒漠草原短花针茅(Stipa breviflora)、冷蒿(Artemisia frigida)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)和木地肤(Kochia prostrata)凋落物分解过程,旨在阐明荒漠草原凋落物分解过程及其对氮沉降和降雨变化的响应特征,为荒漠草原生态系统物质循环过程响应气候变化研究提供基础数据。结果表明:1)经过270 d分解后,短花针茅、冷蒿、木地肤和无芒隐子草干物质残留率分别为69.95%—78.67%、68.89%—79.89%、64.68%—79.23%、66.89%—79.38%,分解速率为木地肤无芒隐子草冷蒿短花针茅。2)氮沉降和降雨对短花针茅和冷蒿凋落物分解速率产生显著影响(P0.05),其交互作用对这两种凋落物分解速率不显著(P0.05)。氮沉降和降雨以及交互作用均对无芒隐子草和木地肤凋落物分解速率产生显著影响(P0.05)。3)单一水分或氮素的添加均提高土壤微生物量碳氮含量,而水氮交互作用下更为显著。4)凋落物分解速率受生物及非生物因子的影响,相关分析表明:冷蒿、无芒隐子草、木地肤与土壤微生物量碳呈极显著正相关(P0.01);冷蒿、木地肤、短花针茅与土壤微生物量氮呈极显著正相关(P0.01);木地肤和短花针茅与土壤含水量呈极显著正相关(P0.01);冷蒿、木地肤、短花针茅与地上生物量呈极显著正相关(P0.01)。     

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。