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尽管干旱区生态系统的脆弱性受到了广泛关注,但目前关于干旱区土壤有机碳循环与植物细根以及地面凋落物关系的研究还比较少见。在2010年整个生长季节内,在中国科学院新疆生态与地理研究所阜康荒漠生态站附件的野外样地选取了三种群落作为研究对象,其中琵琶柴群落(Reaumuria soongorica)与梭梭+琵琶柴群落(Reaumuria soongorica-Haloxylon ammodendron)为当地典型植被群落类型,糙隐子草群落(Cleistogenes squarrosa)则是受人类活动影响较大的群落。在生长季节内,采用土钻法、内生长法和网袋分解法分别对新疆干旱区的三种群落类型土壤有机碳时间动态和空间分布、植物细根生物量动态、生产力和周转以及对土壤有机碳的贡献量和地面凋落物量季节动态、分解以及对土壤有机碳的归还进行了测定。研究主要结果如下:
1)土壤含水量表现出从浅层到深层逐渐增加的趋势;而表层土壤的有机碳含量最高,随着土壤深度的加深,有机碳含量逐渐降低。三个群落中糙隐子草群落的有机碳含量最高,0-100cm土层有机碳含量的月平均值达到0.34％,琵琶柴群落和琵琶柴+梭梭群落0-100cm土壤有机碳的平均值分别为0.31%和0.27%。
2)糙隐子草群落的土壤有机碳储量(0-100cm)为5033 g m-2,琵琶柴群落为4569 g m-2,琵琶柴+梭梭群落为4014 g m-2,三种群落中糙隐子草群落的土壤碳库最大。
3)糙隐子草群落的细根生物量最大,月平均值(0-30cm)达到61.51 g m-2,其次是琵琶柴+梭梭群落(59.29 g m-2),琵琶柴群落的细根生物量最小,月平均值54.51 g m-2。
4)三种方法计算的群落细根生产力范围在69.76-220.01g m-2),y-1之间;三个群落中的细根周转率分别是:2.58y-1(糙隐子草)、2.50),y-1(琵琶柴+梭梭)和2.08y-1(琵琶柴);糙隐子草群落通过细根周转进入土壤中的有机碳为68.19 g m-2y-1,琵琶柴群落为49.22 g m-2y-1,琵琶柴群落+梭梭群落为68.63 g m-2y-1。
5)琵琶柴+梭梭群落凋落物对土壤有机碳的年贡献量最大,为41.72 gm-2y-1,琵琶柴群落凋落物对土壤有机碳的贡献量次之(22.69 g m-2y-1),糙隐子草群落对土壤有机碳的贡献最小(17.53 g m-2y-1)。
三个群落较低的土壤有机碳储量是生态系统生产力、植被类型、气候和土壤因素共同作用的结果。虽然细根通过周转进入土壤的有机碳只是土壤有机碳的一小部分,但对三个群落的土壤有机碳影响很大,说明细根生物量碳是土壤有机碳的重要组成部分和来源;三种群落的凋落物碳归还量远低于其它生态系统,表明不同生态系统的凋落物碳归还量不同。
干旱区细根和凋落物都是土壤有机碳的来源,与细根对土壤有机碳的作用相比,凋落物分解对土壤有机碳的贡献相对较小,因此细根的有机碳贡献是干旱区土壤有机碳的主要来源。