草原凋落物的分解及营养元素的释放和累积

草原凋落物的分解是草原生态系统物质循环的主要环节, 其中植物营养元素的释放和累积对退化草场恢复的进程和质量有着重要意义。本文从凋落物自身的性质、外部环境因素(生物及非生物因子)、混合效应等对凋落物分解速率的影响以及凋落物分解时植物营养元素的释放和累积两个方面论述了国内外对草原凋落物的分解及营养元素的生物地球化学行为的研究现状。一般情况下, 草原凋落物分解速率与凋落物自身的N、P、K等元素含量正相关, 与C/N、C/P、木质素、纤维素等的比值或含量值负相关, 而与周围环境中营养元素的组成及含量的关系不大。混合凋落物中不同种类凋落物的N、P含量及物种丰富度影响着非加性效应作用的效果。在凋落物分解过程中, 总体趋势表现为分解初级阶段对N的积累, 对P 和K的释放, 而对Na、Ca、Mg等营养元素来说, 随物种和根茎叶等部位的不同规律也不一样。凋落物中各元素的含量、凋落物分解阶段、物种类型、非加性效应、土壤环境等都是影响其营养元素释放和累积的因素。据此, 本文展望了草原凋落物未来可能的研究方向, 指出多因子的交互作用对草原凋落物分解的影响、凋落物混合分解机制探究、某些大量及微量营养元素的释放和累积可能是未来需要研究的重点。     

中国森林凋落物分解速率影响因素分析

本研究通过收集国内已发表的文献中具有凋落物分解常数的数据,采用SPSS13.0软件综合分析中国森林凋落物分解速率的影响因素.结果发现:凋落物类型对凋落物分解速率有显著影响(P0.05),凋落叶氮含量与分解速率呈极显著正相关(P0.01).在同一样地的研究中,混合分解的凋落叶分解常数极显著高于单独分解的(P0.01).叶习性对凋落叶分解速率没有显著影响(P0.05),但在中国的温带地区则有显著影响(P0.05).在全国尺度上树种组成对凋落物分解速率没有显著影响(P0.05).凋落叶分解速率与经度、年均温和降水量成极显著正相关(P0.01),与纬度和海拔成极显著负相关(P0.01).凋落叶分解速率的Q10值为1.768.网袋孔径与土壤类型对凋落叶分解速率亦均有极显著影响(P0.01).     

古尔班通古特沙漠5种植物凋落物分解特征

为明确养分受限环境中凋落物的分解特征及调控因素,以古尔班通古特沙漠5种不同生活型植物粗柄独尾草(Eremurus inderiensis)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、芦苇(Phragmites communis)、花花柴(Karelinia caspia)和小果白刺(Nitraria sibirica)为对象,利用分解网袋法,研究了典型植物各器官(叶、茎、根)凋落物的分解过程。结果表明:(1)不同生活型植物各器官凋落物的质量损失过程可以用负指数衰减模型较好地拟合(R²>0.70),经过629 d的分解,物种间及同一植物各器官间凋落物的分解速率存在显著差异,粗柄独尾草和尖喙牻牛儿苗的分解快于芦苇、花花柴和小果白刺,5种植物叶、根凋落物的分解快于茎,而叶和根分解的快慢具有明显的种间差异;(2)凋落物分解过程中N、P养分动态因物种、器官类型而异,5种植物茎凋落物呈现不同程度的养分固持,而粗柄独尾草和尖喙牻牛儿苗的叶、根表现为N、P养分的净释放;(3)初始化学组成对根、茎凋落物分解的影响比叶重要,其中,初始养分含量和难降解成分是限制根分解的主要因子。凋落物初始化学组成是预测温带荒漠凋落物分解的重要因素,而其重要性受植物生活型和器官类型的影响,因此,未来气候变化下,植物物种或植物生物量分配的变化所引起的凋落物质量改变,可能会对荒漠生态系统碳和养分循环产生较大影响。     

科尔沁沙地优势植物叶凋落物分解及碳矿化——凋落物质量的影响

凋落物矿化分解是维持生态系统养分循环的关键过程,也是陆地生态系统C向大气释放的主要动力,因此影响和控制生态系统凋落物矿化分解的主要因素一直备受关注。土地沙漠化是科尔沁沙地最严重的环境问题,并且导致土壤粗质化和贫瘠化,凋落物输入和矿化分解对于改善该地区土壤质地和养分状况至关重要。通过室内培养的方法,对科尔沁沙质草地27种主要植物叶凋落物矿化分解及其与凋落物C含量、N含量、木质素含量、C/N、木质素/N、极易分解有机物含量(LOMⅠ)、中易分解有机物含量(LOMⅡ)及难分解有机物含量(RP)等指标关系进行研究。结果表明:科尔沁沙地27种植物叶凋落物质量存在较大差异(P<0.001),相应的27种植物叶凋落物培养样品矿化有机碳总量和干物质损失量存在显著差异(P<0.001),分别在9.0 mg C·g^-1干土至12.7 mg C·g^-1干土和14.7%至40.4%之间变化。添加凋落物后培养样品的CO₂释放总量显著大于对照(不添加凋落物),说明土壤中添加凋落物后,培养样品的有机碳矿化速率明显增大。27种植物叶凋落物矿化有机碳总量以及损失干物质总量与凋落物的N含量、C/N、木质素/N、LOMⅠ、LOMⅡ和RP等指标存在显著的相关性,叶凋落物的矿化分解主要受LOMⅠ和木质素/N的影响。     

科尔沁沙地优势植物叶凋落物分解及碳矿化——凋落物质量的影响北大核心CSCD

凋落物矿化分解是维持生态系统养分循环的关键过程,也是陆地生态系统C向大气释放的主要动力,因此影响和控制生态系统凋落物矿化分解的主要因素一直备受关注。土地沙漠化是科尔沁沙地最严重的环境问题,并且导致土壤粗质化和贫瘠化,凋落物输入和矿化分解对于改善该地区土壤质地和养分状况至关重要。通过室内培养的方法,对科尔沁沙质草地27种主要植物叶凋落物矿化分解及其与凋落物C含量、N含量、木质素含量、C/N、木质素/N、极易分解有机物含量(LOMⅠ)、中易分解有机物含量(LOMⅡ)及难分解有机物含量(RP)等指标关系进行研究。结果表明:科尔沁沙地27种植物叶凋落物质量存在较大差异(P<0.001),相应的27种植物叶凋落物培养样品矿化有机碳总量和干物质损失量存在显著差异(P<0.001),分别在9.0mg C·g^(-1)干土至12.7mg C·g^(-1)干土和14.7%至40.4%之间变化。添加凋落物后培养样品的CO2释放总量显著大于对照(不添加凋落物),说明土壤中添加凋落物后,培养样品的有机碳矿化速率明显增大。27种植物叶凋落物矿化有机碳总量以及损失干物质总量与凋落物的N含量、C/N、木质素/N、LOMⅠ、LOMⅡ和RP等指标存在显著的相关性,叶凋落物的矿化分解主要受LOMⅠ和木质素/N的影响。     

生物土壤结皮对温带荒漠植物凋落物分解的影响

环境和微生物群落的变化会影响凋落物的分解过程。生物土壤结皮是干旱荒漠区地表普遍存在的生物覆盖,对土壤物理化学性质有显著影响,但对于是否影响荒漠植物凋落物分解缺乏深入了解。选择8种在古尔班通古特沙漠广泛分布的荒漠植物（白梭梭Haloxylon persicum、梭梭Haloxylon ammondendron、黑沙蒿Artemisia ordosica、粉苞菊Chondrilla piptocoma、羽毛针禾Aristida pennata、刺沙蓬Salsola ruthenica、紫翅猪毛菜Salsola affinis、钩刺雾冰藜Bassia hyssopifolia）,分析生物土壤结皮覆盖对这8种凋落物质量损失率和分解速率的影响。结果表明：生物土壤结皮和植物种对凋落物质量损失率有极显著影响（P<0.01）,生物土壤结皮的存在增大了荒漠植物凋落物质量损失率,不同物种的分解率差异显著。8种植物凋落物的质量损失率在结皮覆盖条件下为13.67%~64.56%,去除结皮处理下为13.58%~54.13%。其中,结皮覆盖条件下白梭梭、梭梭、紫翅猪毛菜的质量损失率（46.12%、41.26%、64.56%）显著高于去除结皮处理（35.85%、36.97%、54.13%,P<0.05）。生物土壤结皮的存在缩短了凋落物的半分解和95%分解时间,缩短长度随物种差异而不同,受凋落物的初始全碳和全氮含量调节。荒漠地表生物土壤结皮对植物凋落物分解具有促进作用,且这种作用具有显著的种间差异,地表生物土壤结皮的存在对初始全碳含量较低而全氮含量较高的凋落物促进作用更明显。     

科尔沁沙地3种灌木凋落物分解速率及其与关键气象因子的关系

选取科尔沁沙地3种代表性灌木（差不嘎蒿、黄柳、小叶锦鸡儿）作为研究对象,采用网袋法对其凋落物进行研究,每月取样测试,结合试验期间当地气象资料,对凋落物在不同类型沙丘、不同深度的分解率进行相关分析。结果表明,生长季节内,放置在地表的凋落物在固定沙丘上的分解率大于其在流动沙丘上的分解率,而在冬春季节却相反;凋落物在地下10 cm深处的分解普遍快于地表;经过一年的分解,差不嘎蒿的分解率大于另两种植物,以固定沙丘地表放置为例,其最终分解率为53.6%,大于小叶锦鸡儿的28.5%及黄柳的21%;降水对凋落物的分解影响较地温更大。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片凋落物分解的主场效应

在气候变化和人类活动的影响下,科尔沁沙质草地中灌木植物种增加,导致沙质草地逐渐向灌木地转变。选取该地区优势固沙灌木差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿叶（Caragana microphylla）凋落物及其混合凋落物开展交互移置培养试验,分析了培养过程中CO₂释放和干物质损失量以及混合凋落物CO₂释放量实测值与预测值的差异,辨析主场效应产生的原因及其驱动机制,以期为将主场效应纳入到凋落物分解模型提供理论基础。结果表明：与高质量的小叶锦鸡儿叶凋落物相比,质量较低的差不嘎蒿叶凋落物分解具有更强的主场效应;其次,引起叶凋落物分解的主场效应归因于土壤微生物的特化作用,而不是土壤动物的搬运或贮藏行为。此外,混合凋落物主场效应与其分解生境中长期输入的凋落物的质量相似性紧密相关,质量相似性越大,主场效应越强,这也是本研究中混合凋落物分解在差不嘎蒿灌丛土壤下具有较强主场效应的原因。     

沙漠公路防护林凋落物量、组成及动态

凋落物由植物产生并最终归还给土壤,为分解者提供物质和能量的来源。以塔克拉玛干沙漠公路沿线防护林为对象,2014年对各林龄防护林内的凋落物量、凋落物组成及动态变化进行研究。结果表明：沙漠公路8、10、13、16、19 a防护林年总凋落量分别为8 301.96、9 089.71、10 540.64、6 184.70、7 929.95 kg·hm^-2。各林龄防护林凋落物组成均以乔木状沙拐枣（Calligonum arborescens）同化枝、梭梭（Haloxylon ammodendron）同化枝和多枝柽柳（Tamarix ramosissima）枝凋落物占的比例最大,3种凋落物总量占年总凋落量的比例分别为89.05%、79.16%、75.28%、78.75%、81.14%。各凋落物组分在不同林龄间差异显著（P<0.05）。不同林龄防护林皆表现出春、秋季凋落量高,夏、冬季凋落量低的季节动态。各林龄防护林凋落物总量及主要凋落物的凋落量月动态变化曲线均呈现三峰型,在3—5月、7月和9—11月出现峰值,叶、果和其他的凋落量呈不规则变化,花只在4—8月凋落。     

小兴安岭针叶凋落物的分解与土壤动物的作用

应用不同网孔分解样袋、排除不同类型土壤动物的作用的方法,对比研究土壤动物对针对凋落物的分解作用,结果表明,在各类土壤动物作用下的大孔网袋样品的分解速度明显快于只有中小型土壤动物作用的中孔网的分解样品,快于尽量排除土壤动物作用条件下的小孔网袋的分解洋;凋落物分解过程中,凋落物失重量与土壤动物个体数量之间的相关性不明显,土壤动物对质地较软的凋落物作用程度较质地较硬的凋落物高;土壤动物的多样性指数分析表明,土壤动物的多样性随样品分解时间的增长无明显的规律性变化。     

沙化农田小麦凋落物产量测定及分解量预测

为了揭示沙化农田小麦在不同施肥条件下凋落物的产量特征和变化规律,对科尔沁沙地农田生态系统小麦凋落物产量动态与分解量进行了测定和分析。结果表明,随着施肥量由225kg·hm^-2增加到300kg·hm^-2和450kg·hm^-2,沙地小麦凋落物总产量也由34.39g·m^-2增加到了39.97g·m^-2和51.58g·m^-2。处理1中凋落物产量随着小麦的生长由6月1日的13.18g·m^-2减少到了8.65g·m^-2。处理2和处理3的凋落物的变化趋势则是中间一次(6月15日)取样测得的产量高于第一次和第三次取样的测定结果。对照则与处理1的变化趋势相反,随着时间而增加。灰分校正对准确地估测小麦的凋落物产量及其数学模型分析有着重要的意义。     

科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物运移特征

通过测定科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物的运移量,分析了沙丘类型和生境变化对凋落物运移的影响,并探讨了是否可以通过凋落物运移量的变化来判断营养物质的迁移。结果表明:科尔沁沙地沙丘凋落物的运移过程主要发生在非生长季,呈明显的单峰型季节波动。凋落物运移量在不同沙丘的丘间地、迎风坡、丘顶和背风坡均表现出明显的空间差异性,丘顶的凋落物运移量最大,迎风坡次之,丘间地和背风坡相对较小。凋落物运移量有随距地表高度增加而下降的趋势,距地表高度为0~25 cm时,凋落物运移量最大,显著高于25~50、50~75、75~100 cm 3个高度区间。凋落物运移量与风速在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘均呈显著的二次曲线正相关,显示风速是影响凋落物运移量动态变化的重要因素。     

科尔沁沙地30种植物叶凋落物CO2释放量及释放速率的研究

 采用可以有效控制环境因子的室内土壤培养试验，初步研究了科尔沁沙地30种植物叶凋落物的CO₂释放量及释放速率。结果表明：①在28 d培养期内，不同植物叶凋落物释放的CO₂量差异很大，其中，多年生植物叶凋落物CO₂释放量平均值大于一年生植物，但二者之间的差异不显著；禾本科植物叶凋落物CO₂释放量平均值明显小于其他植物，二者之间呈显著差异。②在28 d培养期内，不同植物叶凋落物每四天CO₂释放速率差异很大。一年生与多年生植物叶凋落物28 d内每四天释放CO₂的速率无显著差异；禾本科与其他植物叶凋落物每四天释放CO₂的速率在培养的前16 d差异呈显著，而后差异消失。③植物叶凋落物的全碳含量，氮含量，C／N，灰分/N及灰分含量不同造成CO₂释放量及释放速率的差异。叶凋落物28 d释放CO₂的量与叶凋落物初始碳含量及灰分含量均无相关关系，与叶凋落物初始氮含量呈显著正相关，与叶凋落物C／N及灰分／N呈显著负相关。叶凋落物培养期内每四天释放CO₂的速率与叶凋落物初始碳含量无相关关系；叶凋落物0\_20天释放CO₂的速率与叶凋落物初始氮含量呈显著正相关，与叶凋落物C／N呈显著负相关；叶凋落物9\_28天CO₂释放速率与灰分／N呈显著负相关；培养后期（17\_28天）的CO₂释放速率与灰分含量呈显著负相关。     

近6 ka以来科尔沁沙地东部气候变化记录

 根据科尔沁沙地东部TL剖面磁化率、有机质、化学元素等气候代用指标的变化特征和14C测年结果,分析和讨论了科尔沁沙地6 ka BP以来的气候变化过程。实验数据显示,高频磁化率、低频磁化率、有机质、Al2O3含量变化趋势基本一致,且峰值段对应古土壤层,谷值段对应风成砂层。依据气候代用指标的变化将6 ka BP以来科尔沁沙地气候变化分为3个阶段：Ⅰ.6.0～4.2 ka BP,气候暖湿,夏季风逐渐增强,并占主导,冬季风较弱,与全新世大暖期对应,但存在百年尺度的气候波动,其中：6.0～5.6 ka BP,5.6～5.4 ka BP,4.9～4.2 ka BP气候暖湿;5.6～5.5 ka BP,5.4～4.9 ka BP气候相对冷干。Ⅱ.4.2～1.3 ka BP,气候相对暖湿,与上一阶段相比夏季风有所减弱,但仍强于冬季风,其间也存在次一级波动,3.7～3.6 ka BP,3.4～1.3 ka BP,气候相对暖湿,4.2～3.7 ka BP,3.6～3.4 ka BP气候相对干冷。Ⅲ.1.3～0.65 ka BP以来,气候波动频繁,后期有向暖湿发展的趋势。总体而言,区域气候变化与全球具有较好的一致性。     

科尔沁沙地荒漠化土地初析

应用1996年TM卫星影像资料得出,科尔沁沙地中心地区荒漠化土地占总土地面积的34.02%,以风蚀荒漠化土地为主。各种荒漠化土地在14个旗(县)的分布不同,按严重程度划分为重度荒漠化地区、中度荒漠化地区和轻度荒漠化地区。对历史时期和近期的分析表明,科尔沁沙地荒漠化土地产生和扩展的根本原因是过度开垦。     

科尔沁沙地不同类型沙地植被恢复过程中地上生物量与凋落物量变化

植物体生长、死亡及分解是沙地生态系统物质周转的重要环节。以科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘及草地为研究对象,通过对2009-2011年3个生长季各生境植被特征、地上生物量和凋落物的测定,分析了沙地恢复过程中地上生物量和凋落物量的变化趋势和季节动态。结果表明:(1) 地表植被存在显著的生境差异,植被盖度、生物量和密度等均表现为草地 > 固定沙丘 > 流动沙丘。(2) 3类生境地上生物量均存在显著的单峰曲线的季节差异性,其中草地最大生物量分别出现在7月(2009年)和8月(2010、2011年),最大生物量为163.71~247.64 g·m^-2;固定沙丘最大生物量均在2009、2010、2011年7月达到最高,分别为96.13、96.02、102.74 g·m^-2,流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10 g·m^-2,分别出现在7月(2009年和2010年)和9月(2011年)。(3) 2009、2010、2011年3类生境中的年最大凋落物量分别为21.0、267.6、370.1 g·m^-2,其中草地和固定沙丘中凋落叶和凋落枝等非立枯有较大比重,流动沙丘凋落物主要为立枯;同时各生境凋落物具有与地上生物量相反的季节特征。     

科尔沁沙地人地系统协调性分析

从分析科尔沁沙地近代景观格局的形成与变化入手,阐述了由于景观生态系统的边缘效应与不合理的人类活动相耦合,因此而引发的共振效应导致了科尔沁沙地人地系统的不稳定性。又借助环境库兹涅兹曲线(EKC)论证了该系统人地关系的协调机制。提出改变不合理的人类活动是实现科尔沁沙漠化综合防治的关键。