三江平原典型湿地枯落物早期分解过程及影响因素

枯落物分解是湿地物质循环和能量流动的关键环节,是维持湿地功能的重要过程之一。采用分解袋法对三江平原3种典型湿地植物枯落物分解过程及影响因素进行了研究。研究表明,在164d实验过程中乌拉苔草分解速率始终最快;在分解前103d中毛果苔草分解速率大于小叶章,但在103~164d间小叶章分解速率大于毛果苔草;分解164d,小叶章、乌拉苔草和毛果苔草枯落物的失重率分别为初始重的31.98%、32.99%和28.91%。分解过程中小叶章和毛果苔草枯落物中有机碳浓度波动较大,而乌拉苔草枯落物中持续下降;3种枯落物有机碳绝对含量都表现为净释放。小叶章枯落物中N浓度波动较大,绝对含量发生净释放;毛果苔草枯落物N浓度持续增加,绝对含量净增加;乌拉苔草枯落物N浓度先增加后减少,绝对含量发生净释放。3种枯落物中P浓度都先迅速下降后缓慢上升,绝对含量都表现为净释放。3种枯落物中C/N和C/P也相应的发生变化。小叶章和乌拉苔草枯落物分解速率与枯落物C/P显著相关,而毛果苔草枯落物与枯落物N浓度显著相关;对应3种枯落物分解速率的主要环境因子分别为土壤含水量、土壤容重和土壤温度。3种枯落物分解速率和营养物质含量动态受到枯落物自身质量和温湿条件、周围环境营养状况等自然环境条件的共同影响,相比而言,受枯落物质量的影响更大。     

不同水分条件下毛果苔草枯落物分解及营养动态

于2009年5月至2010年5月采用分解袋法,研究了三江平原典型湿地植物毛果苔草枯落物分解对水分条件变化的响应,探讨了典型碟形洼地不同水位下枯落物分解1a时间内的分解速率与N、P等营养元素动态。分解1a内,无积水环境下枯落物失重率为34.99%,季节性积水环境下为27.28%,常年积水环境下随水位增加枯落物失重率分别为26.99%与30.67%,表明积水条件抑制了枯落物的分解。枯落物的分解随环境变化表现出阶段性特征,分解0—122 d内随水位增加枯落物失重率分别为16.09%、24.25%、23.53%与26.60%,即生长季内积水条件促进了枯落物有机质的分解及重量损失。而随实验进行,分解122—360 d内随水位增加毛果苔草枯落物的失重率分别为18.90%、3.02%、3.46%、4.03%,即在非生长季土壤冻融期积水条件抑制了枯落物分解(P<0.05)。水分条件对毛果苔草枯落物N元素的影响表现为积水条件促进生长季内枯落物的N固定,水位最高处毛果苔草N浓度显著高于无积水环境(P<0.05)。但进入冻融期后积水环境下枯落物N浓度与含量降低;其中季节性积水限制了枯落物的N积累能力,至分解360d时与初始值相比表现出明显的N释放(P=0.01)。毛果苔草枯落物分解61d时P出现富集,其中积水条件下P的富集作用增强,但与水位不相关。分解1a后毛果苔草枯落物表现为P的净释放,不同水分条件下枯落物P元素损失没有明显差异(P>0.05)。     

毛果苔草湿地枯落物及地下生物量动态

采用网袋法和土柱法分别对三江平原湿地毛果苔草（Carex lasiocarpa）种群枯落物及地下生物量的季节动态变化规律进行分析。结果表明,毛果苔草的立枯物总的变化趋势是其拟合曲线符合指数方程。以其凋落物的失重率表示分解速率,而日失重率是随着时间增长而不断减少,且日失重率的变化在0.7058％-0.2372％之间。毛果苔草全生长季（1999年5月2日-10月10日）枯落物总量为210.8876g·m^-2。毛果苔草地下生物量具有明显的垂直结构,呈倒金字塔形,数学模拟近于抛物线型。     

三江平原沼泽湿地枯落物分解及其营养动态

分解袋法研究了三江平原典型沼泽湿地枯落物的分解速率和N、P营养动态.湿地枯落物的分解速率（0.000612～0.000945 d^-1）在群落间差异显著,分解480d,分别损失初始重的45.36%（Carexpseudocuraica）、35.32%（Carex lasiocarpa）、33.72%（Deyeuxia angustifolia）和29.13%（Deyeuxia angustifolia-Shrub）,即随淹水深度由大到小、淹水时间由长到短,枯落物分解由快到慢,说明湿地的淹水状况是影响枯落物分解速率的主要因素.分解过程中,漂筏苔草和毛果苔草枯落物N浓度持续上升,N在枯落物中积累;小叶章枯落物N浓度在第1个月快速下降而后缓慢上升,分解使枯落物释放N.各类枯落物P浓度的变化大致呈不同程度的降低趋势,分解使湿地枯落物均发生P释放.结果表明,微生物的营养需求状况决定了湿地枯落物N、P的动态变化,而其积累或释放的强度则可能与枯落物初始C：N和C：P的大小有关.     

三江平原小叶章湿地枯落物初期分解动态

通过4周淋洗分解试验,探讨了微生物活动和淋洗作用对三江平原沼泽湿地沼泽化草甸小叶章和湿草甸小叶章枯落物初期分解的影响.结果表明：两种小叶章植物初期分解的质量损失分别占当年分解物质损失量的59％和22％,28 d分解后枯落物残留量明显降低,并呈先快后慢的变化过程.两种枯落物中N、P含量均有明显下降,N含量分别下降了约3265%和2455%,P下降了36.71%和45.15％.抑制微生物处理的枯落物N、P含量较不抑制处理高,但差异不显著;抑制和不抑制微生物处理下枯落物释放到淋洗液N、P含量变化也不相同,但差异未达到显著水平.表明小叶章初期分解主要受淋洗作用的影响.两种小叶章植物的分解速率和养分损失速率差异均未达到显著水平.     

西藏东南部色季拉山主要类型森林叶片和枯落物养分含量特征

为阐明不同生长年限森林叶片和不同分解程度枯落物养分含量特征,为植物-土壤养分循环研究提供科学依据。以藏东南色季拉山几种典型森林植被(雪山杜鹃(Rhododendron aganniphum)、海拔4000 m和3900 m区域急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii)、川滇高山栎(Quercus aquifolioides))为研究对象,分析了1年生和2年生植物叶片及不同分解程度枯落物有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量。结果表明:色季拉山森林叶片和枯落物OC含量表现为2年生叶片1年生叶片未分解枯落物(ND)半分解枯落物(SD)完全分解枯落物(CD),即老叶片以C积累为主,而枯落物OC含量随分解程度的增加而下降,叶片OC平均含量(68.5%)显著高于中国平均水平(45.5%);叶片N、P、K含量表现为1年生2年生,即新叶以N、P、K等营养物质的吸收积累为主。枯落物TN含量低于中国森林的平均水平(12.03 g/kg),而TP含量显著高于中国森林平均水平(0.74 g/kg),枯落物TN和TP以SD最高,即分解初期表现为净固定,而后期则呈净释放,TK含量随分解程度的增加而增加,表现为K的净固定;叶片C∶N,C∶P和C∶K表现为2年生1年生,枯落物C∶N,C∶P和C∶K随着分解程度的增加而显著降低;叶片N∶P处于较低水平(6.08),显著低于全球平均水平(16.0),表现出明显的N限制营养型;研究结果为科学阐明藏东南森林生态系统植被-土壤养分循环研究提供了数据支撑。     

三江平原小叶章湿地枯落物分解及主要元素变化动态

应用分解袋法研究了三江平原小叶章湿地枯落物的分解失重及其主要营养元素的变化动态。结果表明,小叶章枯落物的年分解速率为0.257,二次指数模型:Wt/W0=0.0399e-0.545t+0.9601e0.018t(R2=0.945)能更好地描述其分解失重动态。分解过程中,C、N、P、Ca的积累系数(NAI)<100%(P<0.05),元素发生了净释放;K、Na的NAI>100%(P<0.05),元素发生了净积累;Mg、Mn、Fe的NAI值与100%无显著差异(P>0.05),元素既有释放又有积累。分解16个月后,小叶章枯落物各元素总体释放率的大小顺序为:Fe>P>Ca>N>C>Mg>Mn>K>Na,而相应元素的释放量分别为:0.106、0.147、0.971、0.568、65.37、-0.017、-0.114、-0.209和-0.125 g.m-2。     

盐度对互花米草枯落物分解释放硅、碳、氮元素的影响

为了研究潮汐湿地盐度对枯落物分解过程中硅、碳、氮元素释放的影响,通过室内模拟不同盐度(0、5、15和30)对互花米草枯落物茎和叶分解释放过程中硅、碳、氮元素的动态变化进行测定。结果表明:(1)互花米草茎和叶枯落物失重率和分解速率均随盐度增加而降低。(2)互花米草茎和叶枯落物分解水体中硅含量均随着盐度升高而增加,并且盐度30处理下,枯落物分解硅释放量显著高于盐度0和5(P0.05)。而分解末期生物硅残留量则随盐度升高而降低。(3)不同盐度处理茎枯落物分解碳释放量无显著差异,但叶枯落物分解碳释放量在盐度5、15和30处理中显著高于淡水(P0.05)。(4)互花米草茎枯落物分解释放到水中的NH_4~+-N含量随着盐度的升高而减少,NO_3~--N含量与之相反。研究单因素盐度对枯落物分解及元素释放的影响,可以为预测潮汐湿地枯落物分解对盐水入侵的响应机制提供参考,为湿地生源要素生物地球化学循环过程研究提供基础依据。     

三江平原湿地典型植物群落物种多样性研究

以三江平原分布最广的毛果苔草(Carex lasiocarpa)群落和小叶章(Calamagrostis angustifolia)群落为研究对象,研究2个群落的植物物种及其组成特征。结果表明,毛果苔草群落以毛果苔草为优势种,以漂筏苔草(C.pseudocuraica)为亚优势种,二者的重要值之和为56.4%;小叶章群落以小叶章为优势种,其重要值为50.8%。物种多样性分析表明,毛果苔草群落和小叶章群落的Simpson指数(D)、Shannon-Wiener指数(H)和Pielou均匀度指数(J)均有较大波动,且H与J呈显著正相关,与D呈显著负相关,与S无显著相关关系;毛果苔草群落的H、D、J和S均高于小叶章群落,但差异不显著;2群落的相似性指数为46.5%,表明二者间存在一定的联系。     

红壤侵蚀退化马尾松林下不同治理模式土壤化学计量特征

以南方红壤严重侵蚀退化地低效林改造、乔灌草混交、浅沟播草、封禁治理4种治理模式马尾松林地为对象,研究不同治理模式和不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和枯落物养分含量及其化学计量特征,为该区水土流失治理和植被恢复提供科学依据。结果表明: 不同治理模式下土壤SOC、TN、TP和枯落物P含量差异显著,土壤和枯落物养分含量均显著高于对照,改善效果均以乔灌草混交最好。土壤SOC、TN和TP含量总体上随土层增加而减少;而浅沟播草治理模式表现为,土壤SOC、TN、TP含量均随着土层增加呈先减小后增大的趋势,养分含量在5～20 cm土层达到最低值;不同治理模式下土壤C:N、C:P、N:P和枯落物C:P均存在显著差异,土壤空间变异性表现为土壤C:N>C:P>N:P。土壤C:N除乔灌草混交外,其他治理模式处于较低水平,而土壤C:P和N:P整体上较高。枯落物C:N、C:P和N:P与土壤呈相反的变化规律,低效林改造和乔灌草混交远小于对照。土壤C:N和C:P主要受控于土壤SOC含量和枯落物C含量,土壤N:P主要受控于土壤TP含量和枯落物P含量。土壤化学计量比还受土壤含水量、土壤容重、pH等因素的影响,枯落物与土壤养分之间关系密切并表现出相似的变化规律。     

三江平原典型沼泽湿地氧化亚氮通量

2002～2004年利用静态箱-气相色谱法对三江平原3种具有代表性的湿地类型(常年积水的毛果苔草沼泽、季节性积水的小叶章湿草甸和常年土壤过湿的灌丛湿地)进行了为期两年半的N₂O现场观测研究.结果表明,三江平原3种类型湿地N₂O通量均有明显的季节变化和年际变化,一般在非冰冻期表现为排放,冰雪覆盖期表现为微弱的吸收.生长季的N₂O通量以灌丛湿地N₂O排放通量最大,毛果苔草沼泽最小.全年平均N₂O交换通量: 毛果苔草沼泽为53.928 mg·m^-2·yr^-1,小叶章湿地为21.408 mg·m^-2·yr^-1,灌丛湿地为657.120 mg·m^-2·yr^-1,证明沼泽湿地是大气N₂O的源.3种类型湿地生长季N₂O通量无明显的日变化,与温度的相关性不大.     

三江平原生长季沼泽湿地CH4、N2O排放及其影响因素

 2003年6～9月采用静态箱_气相色谱法,对三江平原生长季不同淹水条件下沼泽湿地CH₄、N₂O的排放进行了同步对比研究,并探讨了影响气体排放的主要影响因素。结果表明, 生长季沼泽湿地CH₄和N₂O排放具有明显的时空变化特征。长期淹水的毛果苔草（Carex lasiocarpa）和漂筏苔草(Carex pseudocuraica)植物带CH₄的平均排放强度分别为259.2和273.6 mg•m^-2•d^-1,高于季节性淹水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)植物带的排放强度(38.16 mg•m^-2•d^-1)（p<0.00 0 1）;而生长季N₂O的平均排放强度分别为0.969、0.932 和0.983 mg•m^-2•d^-1, 植物带间无显著差异（p=0.967）。相关分析表明,气温和5 cm深地温对沼泽湿地CH₄生长季排放通量的影响较大,而水位则是影响长期淹水沼泽N₂O排放通量的主要因素;不同类型湿地间CH₄平均排放强度的差异主要受水位的控制,而强烈的还原环境可能是导致不同类型湿地具有近似的N₂O排放强度的原因。     

枯落物输入改变对森林生态系统土壤理化性质的影响

枯落物输入改变是影响森林生态系统土壤理化性质的一个重要因素,探究其对土壤理化性质的影响对了解和保护森林生态系统的稳定性至关重要。为探究森林生态系统土壤理化性质对枯落物输入改变的响应,对国内外已发表的研究论文中筛选出712组有效数据通过Meta分析,从枯落物输入改变、气候、海拔、林分类型、处理年限等因素揭示枯落物输入对土壤理化性质的影响程度。研究结果表明：枯落物添加使土壤pH降低2.22%;土壤含水量、有机碳、全氮、铵态氮分别提高3.99%、15.9%、9.82%和16.52%;枯落物去除使土壤含水量、pH、有机碳、全氮、C/N、铵态氮分别降低8.16%、4.02%、6.47%、5.09%、10.55%和8.86%。枯落物输入改变对土壤理化性质的影响还受到气候、海拔、林分类型、处理年限等因素的调控。在枯落物输入改变条件下,气候、海拔、林分类型、处理年限等因素对土壤含水量、有机碳、全氮、铵态氮均有显著的促进作用;海拔对土壤pH产生了显著的促进作用,而林分类型对土壤pH产生了抑制作用。同时得出枯落物输入改变条件下,年均温是土壤pH的主要调控因子,年均降水量是土壤含水量的主要调控因子;海拔是土...     

三江平原湿地小叶章生产力模拟模型

利用气象台站的常规观测资料,依据植物生长模拟理论,以d为步长,建立了湿地小叶章(Deyeuxia angustifolia)植被生产力动态模拟模型。该模型包括3个子模块:1)光合作用与呼吸作用;2)干物质积累;3)同化物分配,主要考虑了温度和积水因子对植物生长的影响。并利用实测资料对该模型进行了检验,结果表明:小叶章地上活体、枯落物、茎、叶各器官枯落物的模拟值与实测值之间均呈极显著的线性相关(R²分别为0.98、0.99、0.99和0.92)。在相邻区域的检验结果也表明,季节性积水沼泽化草甸小叶章的地上生物量明显高于常年积水沼泽。两类湿地小叶章地上生物量的模拟值与实测值之间均呈极显著线性相关(R²分别为0.66和0.79)。相近区域长期定位观测点连续2年的模拟结果与实测值之间也具有极显著的线性相关(R²分别为0.97和0.76)。     

Study on the Carbon Cycle of Leymus chinensis Steppe in the Xilin River Basin

Based on the past researches, an initial study on the carbon cycle of Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. steppe in the Xilin river basin of Neimenggu (Inner Mongolia) was conducted by combining field surveys and the CENTURY model simulation. The major results were summarized as follows: 1) Observed annual amount of carbon fixation via primary production for a L. chinensis community on a fenced site in the basin averaged (231.25 + 74.41 ) g C·m-2·a-1, average annual carbon input into soil was about 220.75 g C· m- 2· a- 1, while carbon output from the community via soil respiration was estimated to be (181.03 + 46.32) g C· m-2· a-1 by CENTURY model simulation; 2) The community had a simulated net carbon gain of about 19.88 g C·m-2·a-1 and an observed carbon gain of 39.72 g C·m-2·a-1; 3) About 12.4% of carbon originally stored in soil had been lost due to over-grazing over the recent 40-year period in Leymus chinensis steppe in the Xilin river basin.     

锡林河流域一个原生草原群落的碳素平衡研究

野外调查与历史资料相结合,对内蒙古锡林河流域一个永久试验样地内的羊草( Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.)草原群落(原生草原群落)的碳素贮量、主要流量和周转速度等进行了估计.结果表明:1)该群落中地上部净初级生产的碳素固定量的多年平均值为79.8 g C*m-2*a-1,根系碳素输入量的多年平均值为311.9 g C*m-2*a-1,碳素输入总量为391.7 g C*m-2*a-1; 2)土壤净呼吸量为346.9 g C*m-2*a-1,动物(昆虫)采食量14.7 g C*m-2*a-1,地上立枯阶段的淋溶与光化学分解损失为3.2 g C*m-2*a-1,碳素输出总量为364.8 g C*m-2*a-1; 3)该群落中碳素输入略大于输出,净积累速率为26.9 g C*m-2*a-1,0-30 cm土壤中的碳素周转速率为6.2%,周转时间为16年.     

Decomposition and nutrient dynamics of marsh litter in the Sanjiang Plain, Northeast China

The litterbag technique was used to study the decomposition and nutrient dynamics of marsh litter in the four communities, Carex pseudocuraica (C.pa), C. lasiocarpa (C.la), Deyeuxia angustifolia (D.aa), and D. angustifolia-Shrub (D.aa-Srb), in Sanjiang Plain, Northeast China. Decomposition was divided into two periods in the first year, with the mass loss ranging from 11.7% to 31.4% of the initial mass during summer and autumn, accounting for more than 75% of the annual loss. The decomposition rates ranged from 0.000 612 to 0.000 945 d^?1 depending on the depth of the flooding and its duration, and differed significantly in each community. The litter decomposed faster in communities with deeper and perennial flooding than in those with shallow and seasonal flooding. The initial ratios of C:N and C:P were also different among the four litter types, but these differences had no impact on the decomposition rates, suggesting that the main factor influencing the decomposition rates of marsh litter was the flooding status rather than the litter quality. The N concentrations in C.pa and C.la almost continuously increased over time, with their final values being 2.8 and 2.4 times higher than the initial ones, respectively. However, the nutrient dynamics in D.aa and D.aa-Srb offered another pattern, sharply falling in the first month and then gradually rising, with the values at the end of the experiment being close to those at the beginning. The litter accumulated substantial amounts of N in C.pa and C.la, while net N release from the litter was observed in both D.aa and D.aa-Srb. The difference may be caused by microorganisms' demand for nutrition, and then limited by the C:N ratios of litter and the availability of nitrogen from the soil and marsh water. In contrast with N dynamics, P concentrations of all the litter types apparently decreased during the first month, and then continued to decline in C.pa, remained constant in C.la and D.aa and increased slightly in D.aa-Srb. At the end of the experiment, the P concentrations decreased, respectively, by 56%, ?5%, 47% and 24% of the initial values of C.la, C. pa, D.aa and D.aa-Srb. The net P release was observed in all marsh litter over 480 days of decomposition and the intensity of the P release was different amongst communities, which may be regulated by ratios of initial C:P. The results suggested that in the marsh with the N limitation, litter tended to accumulate N and release P during decomposition and the intensity of accumulation or release was closely related to the initial C:N and C:P ratios.     

Effect of altered litter input and nitrogen addition on ecosystem aboveground primary productivity and plant functional group composition in a semiarid grassland

不同的草原利用方式(围封、放牧和割草等)随着大气氮沉降的不断加剧, 改变了凋落物输入量。凋落物作为连接地上-地下碳循环过程的关键环节, 对草原生态系统生产力和碳循环过程影响显著。氮是草原生产力的主要限制因子, 凋落物输入量的变化对草原生态系统结构和功能的影响仍缺乏长期实验证据支持。该研究在内蒙古半干旱典型草原建立一个凋落物输入变化和氮添加控制实验平台, 通过连续6年对群落生产力和功能群组成的监测, 研究了凋落物添加与去除和氮添加对半干旱草原群落生产力和功能群组成的影响。研究发现: 1)凋落物输入量增加和氮添加均显著提高了群落生产力, 在对照和氮添加处理下, 凋落物去除处理导致生产力分别降低了8.4%和7.6%, 而凋落物添加处理使生产力分别提高了10.7%和6.3%; 2)不同植物功能群对凋落物输入变化和氮添加的响应存在差异, 导致群落功能群结构发生变化。随着凋落物输入量增加和氮添加, 群落优势功能群多年生禾草(包括多年生丛生禾草和多年生根茎禾草)的生物量显著提高, 对群落生产力的贡献增加, 在群落中的优势地位增强; 而另一优势功能群多年生杂类草生物量对凋落物和氮添加处理均无显著响应, 进而导致在氮添加处理下其对群落生物量的贡献比例显著降低; 3)凋落物输入主要改善土壤水分状况, 而氮添加则主要通过提高土壤养分含量, 促进群落生产力, 并通过影响主要功能群生物量, 导致群落结构发生变化。以上结果表明, 适当的草原管理方式如围封禁牧和降低放牧强度等都能通过增加凋落物的输入来提高草原生产力, 维持生态系统稳定性。而适量的氮等养分添加管理也有助于提高草原生产力, 促进其恢复。     

凋落物输入变化和氮添加对半干旱草原群落生产力及功能群组成的影响

不同的草原利用方式(围封、放牧和割草等)随着大气氮沉降的不断加剧, 改变了凋落物输入量。凋落物作为连接地上-地下碳循环过程的关键环节, 对草原生态系统生产力和碳循环过程影响显著。氮是草原生产力的主要限制因子, 凋落物输入量的变化对草原生态系统结构和功能的影响仍缺乏长期实验证据支持。该研究在内蒙古半干旱典型草原建立一个凋落物输入变化和氮添加控制实验平台, 通过连续6年对群落生产力和功能群组成的监测, 研究了凋落物添加与去除和氮添加对半干旱草原群落生产力和功能群组成的影响。研究发现: 1)凋落物输入量增加和氮添加均显著提高了群落生产力, 在对照和氮添加处理下, 凋落物去除处理导致生产力分别降低了8.4%和7.6%, 而凋落物添加处理使生产力分别提高了10.7%和6.3%; 2)不同植物功能群对凋落物输入变化和氮添加的响应存在差异, 导致群落功能群结构发生变化。随着凋落物输入量增加和氮添加, 群落优势功能群多年生禾草(包括多年生丛生禾草和多年生根茎禾草)的生物量显著提高, 对群落生产力的贡献增加, 在群落中的优势地位增强; 而另一优势功能群多年生杂类草生物量对凋落物和氮添加处理均无显著响应, 进而导致在氮添加处理下其对群落生物量的贡献比例显著降低; 3)凋落物输入主要改善土壤水分状况, 而氮添加则主要通过提高土壤养分含量, 促进群落生产力, 并通过影响主要功能群生物量, 导致群落结构发生变化。以上结果表明, 适当的草原管理方式如围封禁牧和降低放牧强度等都能通过增加凋落物的输入来提高草原生产力, 维持生态系统稳定性。而适量的氮等养分添加管理也有助于提高草原生产力, 促进其恢复。