羊草和大针茅凋落物分解及其微生物学效应

本文对锡林郭勒草原的主要建群种羊草(Aneurolopidium chinense)和大针茅(Stipa grandis)凋落物的分解状况与各类群腐解微生物生物量动态变化以及凋落物分解对其相应土层的生物活性影响进行了初步研究。研究结果表明： 1．羊草和大针茅凋落物(茎、叶)的分解速率均较缓慢。二年来地表样的失重率分别为15.9%、16.9%和21.5%;埋置样分别为21.4%、23.5%和26.5%。其埋置凋落物分解速率高于地表层。2．凋落物腐解过程中各类群腐解微生物生物量均有明显上升,与凋落物(起始)表面附着微生物的生物量相比,其上升幅度多在10—300倍之间。3．两年中凋落物残体的碳、氮含量比值随腐解进程而下降。4．凋落物的腐解可以刺激相应土层的土壤微生物活性的增长,而且其土壤有机质含量亦有提高。     

大针茅草原6种主要植物叶凋落物和根系分解特征与功能性状的关系

开展凋落物分解特征与植物功能性状间的关系研究对于认识生态系统功能的维持机制至关重要。为了阐明不同物种叶凋落物和根系分解的主要影响因素, 该研究以大针茅(Stipa grandis)典型草原的大针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、知母(Anemarrhena asphodeloides)、羊草(Leymus chinensis)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)和黄囊薹草(Carex korshinskyi) 6种植物的叶凋落物和根系为研究对象, 采用凋落物袋法通过501天的野外分解实验对叶凋落物和根系的分解速率常数进行研究, 并测定6种植物的叶片干物质含量、根比表面积、根组织密度以及叶凋落物和根系的碳(C)、氮(N)含量、纤维组分含量等功能性状, 探讨了6种植物叶凋落物和根系的分解特征与其功能性状之间的关系。结果表明, 6种植物叶片和根系性状的种间差异显著, 大部分性状的最大值和最小值的比值在1到2之间, 而个别性状如根系的C:N和根比表面积相差近4倍。叶凋落物和根系在分解过程中质量剩余率与分解速率常数整体变化趋势都表现出前期分解迅速, 中期相对变缓, 后期分解最慢的规律; 并且糙隐子草的叶凋落物和根系分解最慢, 而银灰旋花的叶凋落物分解最快, 知母根系分解最快。通过相关分析和逐步回归分析发现, 在不同分解时期, 叶凋落物和根系的分解过程受到不同性状的影响。结构性碳水化合物含量是叶凋落物前期和后期分解以及根系前期分解的主要影响因素, 非结构性碳水化合物含量则是根系中期和后期分解的主要影响因素; 另外, 叶凋落物在分解中期的分解速率主要受叶片干物质含量的影响, 根系在分解中期和后期的分解速率还分别受到根系C:N和N含量的显著影响。研究结果对于预测大针茅草原的碳和养分循环过程具有重要指导意义。     

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。     

锡林河流域两类植物群落土壤呼吸特征的比较

采用碱液吸收法对锡林河流域一个半干旱典型草原群落的土壤呼吸进行了5个月的野外测定,并对其与气候因子和生物量之间的关系进行了分析.另选择了锡林河岸边的一个沼泽化草甸群落作为对比来研究土壤湿度和植被类型对土壤呼吸的影响.主要结果包括:1)两个群落土壤呼吸的季节动态基本一致,均出现了两个峰值,其中草原群落和草甸群落土壤呼吸速率的变化范围分别为312.8～1 738.9mgC@m-2@d-1和354.6～2 235.6 mg C@m -2@d-1.草甸群落的土壤呼吸速率明显高于草原群落,它们的日平均土壤呼吸速率分别为1 349.6 mg C@m-2@d-1和785.9mg C@m-2@d1;2)在草原群落中,土壤呼吸速率与土壤湿度的相关性比其与温度的关系更加显著,而在草甸群落正好相反,反映出这两种气候因子在不同生境中起着不同的作用.根据土壤呼吸与气温之间的同归关系外推出2001年生长季草原群落和草甸群落的土壤呼吸量分别为142.4 g C/m2和236.1 g C/m2;3)在草甸群落中,地上总生物量与土壤呼吸速率之间没有显著的相关关系,而地上部活体生物量与土壤呼吸速率之间则存有很显著的幂函数关系.在草原群落中,土壤呼吸速率与地上活体生物量或地上总生物量的相关性均很弱.     

放牧对内蒙古典型草原大针茅凋落物中土壤动物组成及其分解功能的影响

放牧是影响草地生态系统中土壤动物组成和凋落物分解的重要因素.2010—2012年,选择内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内的禁牧草地、放牧草地和沙地为研究样地,以凋落物袋法研究了大针茅凋落物分解过程中主要理化特性以及其中土壤动物群落的变化特征.共采集到土壤动物67056头52类,隶属于5门8纲,其中螨类23科,昆虫19科.大针茅凋落物的初始有机质含量为92.5%,分解780 d后分别降至40.0%(禁牧草地)和41.3%(放牧草地),差异不显著;凋落物残留率分别降低至50.0%(禁牧草地)和23.0%(放牧草地),差异显著.放牧影响下,大针茅残留凋落物中土壤动物多度显著降低.将大针茅凋落物置入沙地环境,有机质分解速率无显著变化,但凋落物残留率显著降低,螨类群落组成发生显著变化.在内蒙古典型草原环境下,放牧显著改变了植物凋落物中的土壤动物群落组成和多度,但凋落物中有机质分解速率未发生显著变化;半干旱地区土壤动物的凋落物分解功能较为微弱.     

内蒙古典型草原4种植物凋落物分解速率与气候因子之间的定量关系

文章报道了内蒙古典型草原羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）,大针茅（Ｓｔｉｐａ ｇｒａｎｄｉｓ）,猪毛菜（Ｓａｌｓｏａａ ｃｏｌｌｉｎａ）和芨芨草（Ａｃｈｎａｔｈｅｒｕｍ ｓｐｌｅｎｄｅｎｓ）的凋落物的分解速率与气温和降水之间的关系,建立了动态模型Ｘ（ｔ）／Ｘ（Ｏ）＝ｅ＾－（ａｔ－ｂΣＴ－ｃΣｐ）．其中ｔ表示时间,Ｘ（ｔ）是ｔ时凋落物残留量,ΣＴ是累计气温,ΣＰ是累计降水量。气     

内蒙古锡林河流域典型草原初级生产力和土壤有机质的动态及其对气候变化的反应

应用Ｃｅｎｔｕｒｙ 生态系统模型,作者模拟内蒙古锡林河流域羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）草原和大针茅（Ｓｔｉｐａ ｇｒａｎｄｉｓ）草原在１９８０～１９８９ 年的生物量动态,并估测气候变化和大气ＣＯ２ 浓度倍增对典型草原初级生产力和土壤有机质含量的影响。Ｃｅｎｔｕｒｙ 模拟的生物量季节动态和年际变化同野外实测值显著地吻合。在大针茅草原,野外实测值为１４２．４５～１４４．３７ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１２７．０４～１５６．２３ ｇ／ｍ ２;在羊草草原,野外实测值为２１０．３８～２２７．４４ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１８９．２５～１９３．９８ ｇ／ｍ ２。根据加拿大气候中心和美国地球物理流体动力学实验室的大气环流模型预测的气候变化数据,气候变化将导致羊草草原和大针茅草原初级生产力和土壤有机质含量显著下降     

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。     

内蒙古克氏针茅草原土壤异养呼吸对土壤温度和水分变化的响应

土壤异养呼吸在野外自然条件下除受温湿度影响外, 还受其他多种因子的综合影响, 很难利用野外观测数据确定土壤异养呼吸对温湿度变化的响应方程形式, 以及温湿度间是否存在交互作用。该研究在严格控制温湿度的条件下对内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)(西北针茅(Stipa sareptana var. krylovii))草原土样进行室内培养实验, 旨在解决上述问题。该研究的正交实验包括5个温度梯度(9、14、22、30、40 ℃)和5个湿度梯度(土壤持水力(water holding capacity, WHC)分别为20%、40%、60%、80%、100%)。室内培养实验持续71天, 土壤异养呼吸速率测定为2天(后期为1周)一次, 土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳含量测定约为18天一次。研究结果显示: 土壤异养呼吸与温度呈显著正相关(p < 0.001)且温度间差异显著(p = 0.001), 呼吸温度敏感性(Q₁₀)与土壤水分含量呈正相关(p < 0.001); 呼吸与土壤水分二项式拟合效果较好, 在80% WHC时呼吸速率最大, 且最适湿度随温度上升而增加。土壤温度和水分的交互作用显著(p < 0.05), 土壤异养呼吸最适响应方程为lnRh = 0.914 + 0.098T + 0.046M + 0.001TM - 0.002T² - 0.001M² (Rh为异养呼吸, T为温度, M为湿度), 这说明加和形式的温湿度响应模型可能优于乘积形式。微生物生物量碳与土壤异养呼吸的相关性随培养时间发生变化, 土壤可溶性有机碳与土壤异养呼吸无显著相关(培养第20天除外), 原因可能是培养期间微生物死亡或群落结构改变导致微生物总体代谢活性的变化。     

内蒙古锡盟地区大针茅草原群落光合速率日变化的比较研究

大针茅(Stipa grandis)草原是内蒙古中部地带性草原类型之一。它在野火影响下出现了几个具不同生物量和结构的群落。在此基础上进行灌水处理,用同化箱 CO_2气体交换法进行了群落光合速率的比较研究。研究表明:1.在少雨的1981年7月,所有群落地段的光合日变化都呈双峰型,“中午降低”现象明显。而在多雨的8月,“中午降低”较为轻微,尤其在水肥较多的群落,甚至看不出这一现象。2.上午和下午都呈现峰值,但不相同。在干旱天气状况下,上午的峰值比下午高。而在多雨天气,则情况恰恰相反。3.不同群落地段的日净光合速率有显著差异。未经火烧覆砂地段最高,次为火烧灌水厚土地段,火烧薄土地段最低。这些事实初步说明在野外条件下光合速率的差异与环境的水分、营养状况有密切关系。     

呼伦贝尔草甸草原优势种贝加尔针茅根系组织和地上部分凋落物的分解

采用凋落物分解袋法, 研究了呼伦贝尔草甸草原主要优势种贝加尔针茅(Stipa baicalensis)根系组织和地上部分凋落物分解的季节动态以及凋落物的放置位置(置于地表和15 cm土壤表层)对分解的影响。结果表明, 置于表层土壤中的根系组织和地上部分凋落物的分解速率比置于地表的快, 但是根系组织在两个放置位置分解的差异不显著。无论置于地表还是置于表层土壤中, 地上部分凋落物的分解均快于根系组织的凋落物分解。在分解过程中, 凋落物碳(C)损失的季节变化模式与重量损失相似; 而氮(N)变化模式明显不同, 地上部分凋落物表现为释放—累积—释放, 根系则表现为释放—累积, 并且地上部分或者根系在不同放置位置中N含量变化的差异较小。地上部分和根系组织凋落物的初始化学组成的差异可能是导致其分解过程差异显著的主要原因, 其次的原因才是土壤含水量。因此, 该地区未来环境温度、湿度因子的变化将会显著影响贝加尔针茅地上部分凋落物的分解过程, 而对根系组织凋落物的分解作用较小。     

锡林河流域两类植物群落土壤呼吸特征的比较

采用碱液吸收法对锡林河流域一个半干旱典型草原群落的土壤呼吸进行了5个月的野外测定,并对其与气候因子和生物量之间的关系进行了分析。另选择了锡林河岸边的一个沼泽化草甸群落作为对比来研究土壤湿度和植被类型对土壤呼吸的影响。主要结果包括:1)两个群落土壤呼吸的季节动态基本一致,均出现了两个峰值,其中草原群落和草甸群落土壤呼吸速率的变化范围分别为312.8～1 738.9 mg C·m-2·d-1 和354.6～2 235.6 mg C·m-2·d-1。草甸群落的土壤呼吸速率明显高于草原群落,它们的日平均土壤呼吸速率分别为1 349.6 mg C·m-2·d-1和785.9mg C·m-2·d-1; 2)在草原群落中,土壤呼吸速率与土壤湿度的相关性比其与温度的关系更加显著,而在草甸群落正好相反,反映出这两种气候因子在不同生境中起着不同的作用。根据土壤呼吸与气温之间的回归关系外推出2001年生长季草原群落和草甸群落的土壤呼吸量分别为142.4 g C/m2 和 236.1 g C/m2;3)在草甸群落中,地上总生物量与土壤呼吸速率之间没有显著的相关关系,而地上部活体生物量与土壤呼吸速率之间则存有很显著的幂函数关系。在草原群落中,土壤呼吸速率与地上活体生物量或地上总生物量的相关性均很弱。     

内蒙古贝加尔针茅草原不同利用方式土壤微生物功能多样性

基于Biolog-ECO技术,研究了贝加尔针茅草原在自由放牧、刈割和围封3种不同利用方式下土壤微生物群落功能多样性变化。结果表明:不同的利用方式能显著改变土壤微生物群落代谢活性,反映微生物活性的平均颜色变化率表现为围封>自由放牧>刈割,围封时土壤微生物群落代谢活性最高;不同的利用方式改变了土壤微生物群落多样性指数,自由放牧土壤微生物群落丰富度指数、均匀度指数和优势度指数均最高,围封次之,刈割最低。主成分分析结果表明:在自由放牧和刈割2种利用方式下土壤微生物群落碳源利用模式及代谢功能相似,而围封土壤微生物群落具有不同的碳源利用模式和代谢功能;糖类、氨基酸类和代谢中间产物及次生代谢物为土壤微生物利用的主要碳源。不同的利用方式改变了贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性。     

大针茅草原蝗虫的群落结构和能流研究

大针茅草原蝗虫的常见种类有１１种,其中７种属蝗亚科。毛足棒角蝗短星翅蝗和鼓翅皱膝蝗狭翅雏蝗分别构成蝗虫早、中、晚期的优势种类蝗虫九落的物 丰富度及多样性指数在蝗虫的性中期较高。蝗虫的次级生产力为５．１８ｋＪ／ｍ＾２．ａ,是地上净初级生产国物０．１８％。通过整个蝗虫群落的能流为１６．８４ｋＪ／ｍ＾２．ａ不同的蝗虫各 在生态秕有流中具有不同的贡献;其中毛尼中棒角蝗天整个蝗虫 能流中直着十分重要的作用,     

菌根真菌对土壤呼吸以及凋落物分解的影响

土壤呼吸是植物固定的碳由陆地生态系统进入大气的主要途径之一; 凋落物分解是养分循环的重要环节。陆地植物的90%以上可同菌根真菌形成共生关系, 菌根真菌对于植物获取环境中的养分具有重要的作用。然而, 其对土壤呼吸和凋落物分解的影响却经常在生态系统对环境变化的响应研究中被忽视。本文系统地综述了国内外相关研究进展, 对菌根真菌如何影响土壤呼吸和凋落物分解这两个过程及这种影响如何受到环境变化的制约做了全面的分析, 并对以往研究中存在的问题以及未来的研究方向提出了展望。     

锡林河流域一个羊草群落中土壤呼吸与生物量之间的相关性分析

采用根系生物量梯度上土壤呼吸变化趋势线外推法对锡林河流域一个羊草(Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.)群落中根系呼吸占土壤总呼吸的比例进行了估计,对生物量各组分(地上、地下部分)之间以及它们与土壤呼吸间的相关性进行了分析.结果表明:在测定年度(1998年)整个生长季的不同月份,该群落中根系呼吸量占土壤呼吸总量的比例在14%～39%之间,平均为27%;地上总生物量及根系生物量与土壤呼吸间的相关性较差,但地上活生物量与土壤呼吸间存在着显著的乘幂关系.上述结果与国外同类研究结果相比,具有很好的一致性.     

凋落物多样性及组成对凋落物分解及土壤微生物群落的影响——二氧化碳倍增条件下

受全球变化的影响生物多样性的丧失日益严重,及时了解凋落物物种多样性及其组成如何直接或者通过调节微生物群落来间接影响凋落物分解已经成为生态学领域的热点问题之一。在呼伦贝尔典型草原区,羊草（Leymus chinensis）为原生群落建群种,茵陈蒿（Artemisia capillaris）、麻花头（Serratula centauroides）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）在退化及恢复群落中的多度均较大,本研究以此4种植物的凋落物为研究对象,在两倍于当前大气CO₂浓度（800 μmol/mol）条件下,通过嵌套实验设计来研究凋落物多样性（凋落物组成）对凋落物质量、C、N残余率和残余C/N的影响,并深入分析凋落物初始性质以及土壤革兰氏阳性菌（G⁺）、革兰氏阴性菌（G^-）、细菌（B）、真菌（F）及土壤总微生物磷脂脂肪酸（Phospholipid Fatty Acid,PLFA）含量和F/B对凋落物分解的影响。结果表明：（1）凋落物多样性及组成对凋落物质量、C、N残余率以及残余C/N均具有显著影响;凋落物组成对G⁺ PLFAs含量具有显著影响;（2）冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）结果表明凋落物组成对凋落物分解和土壤微生物群落相关指标的影响高于凋落物多样性;（3）结构方程模型（Structural Equation Model,SEM）结果表明凋落物初始木质素含量和初始C/N均对凋落物分解具有显著影响,其中凋落物初始木质素含量起主导作用,其还可通过对土壤真菌PLFAs含量的影响来间接影响凋落物N残余率和残余C/N。所得结果可为大气CO₂浓度升高条件下退化草原生态系统的物质循环特征的预测乃至草原生态系统功能的合理评估提供数据支持。