论文部分内容阅读
凋落物分解过程是生态系统碳循环、养分归还和能量流动的关键环节。湿地仅占陆地表面的4%-6%,却包含了全球陆地碳储量的37%,是重要的碳库,因此湿地生态系统凋落物分解过程尤为重要。湿地中凋落物分解受凋落性质、水文和植物等各种因素综合影响。本文以洞庭湖湿地凋落物为研究对象,通过野外调查、原位分解和室内控制实验相结合的方法,阐明各种因素影响洞庭湖湿地凋落物动态、分解过程和水文与植被控制机理。主要结果如下: (1)洞庭湖湿地主要优势群落短尖苔草(Carex brevicuspis)、荻(Miscanthussacchariflorus)和辣蓼(Polygonum hydropiper)的凋落物现存量分别呈现不同的动态,这是由这些植物的物候和水文决定的。短尖苔草在全年大部分份月份都有凋落物出现,以洪水来临前更多;荻和辣蓼凋落物现存量呈现出单峰模式,在洪水来临前很少有出现,而在洪水消退后大量出现。洞庭湖湿地通过凋落物形式将大量碳和养分归还土壤,且以苔草群落能力最强,每年碳、氮和磷归还量达399g m-2、7.988 g m-2、0.355 g m-2,这主要是由于苔草凋落物量最大以及养分含量最高。 (2)短尖苔草群落中360天培养期的不同高程交互地点分解实验表明,苔草叶凋落物分解受凋落物性质和分解环境的共同控制。由于来源于低高程样带的凋落物养分含量更高,因此其分解速率比来源于高高程样带的凋落物快。与高高程样带相比较,低高程样带土壤养分含量和含水量更高,淹水时间更长,这样的分解环境更促进凋落物分解。对于短尖苔草群落凋落物分解,凋落物性质(F=86.17)比分解环境(F=40.07)更为重要。 (3)苔草叶(养分含量较高)、荻叶(养分含量中等)和荻茎(养分含量较低)凋落物在相对水面0 cm(不淹水)、5 cm(浅淹水)和80 cm(深淹水)三种模拟水位下进行培养期为210天的分解,不同类型凋落物分解速率从大到小为荻叶>苔草叶>荻茎。凋落物性质和水位对凋落物分解过程存在着交互影响:苔草叶凋落物在三种水位下分解速率为5 cm>80 cm>0 cm,荻叶凋落物为5 cm≥80 cm>0 cm;而荻茎凋落物在三种水位下分解速率无显著差异。培养期结束时,两种叶凋落物释放氮和磷,而荻茎凋落物则固持这些养分。有机碳、纤维素和木质素在叶凋落物中比茎凋落物分解更快。叶凋落物真菌生物量比茎凋落物高;叶凋落物真菌生物量受水位影响,而茎凋落物真菌生物量不受水位影响。可以看出,水位对凋落物分解的影响取决于凋落物性质:淹水对难分解凋落物的分解没有影响,而深淹水对易分解凋落物的分解促进程度不如浅淹水。 (4)苔草叶、荻叶和荻茎凋落物在淹水时长(0、90、180和360天)和淹水频率(1、2、4和6次)的模拟水文周期下进行培养期为360天的分解,不同类型凋落物分解速率从大到小为荻叶>苔草叶>荻茎。与水位相似,凋落物性质和水文周期也对凋落物分解过程存在着交互影响:对于两个叶凋落物,分解速率受淹水时长和淹水频率影响,且不同淹水时长下分解速率排序为360天≥180天≥90天≥0天,不同淹水频率下分解速率排序为1次≥2次≥3次≥6次,单次淹水和2次淹水时分解速率差异不显著,而3次淹水和6次淹水时分解速率显著下降;而茎凋落物在不同淹水时长或淹水频率下的分解速率无显著差异。可以看出,水文周期对凋落物分解的影响取决于凋落物性质:水文周期难分解凋落物的分解没有影响,而对易分解凋落物有影响,其中连续、长时间淹水更促进这些凋落物的分解。 (5)苔草叶、荻叶和荻茎凋落物单独或者两两等量混合在三种不同水分可获得性(20%、46%和100%土壤水分饱和度)中分解120天,所有单独或混合凋落物分解速率都随水分可获得性增加而加快。荻叶+荻茎凋落物混合物中发生拮抗效应或者加和效应,而苔草叶+荻叶凋落物混合物中则发生协同效应。与苔草叶凋落物混合后,荻叶、荻茎凋落物氮含量均增加、木质素失重速率均加快,这是发生协同效应的原因。而拮抗效应则是由于凋落物混合物总体养分含量较低和次生物质的抑制作用。协同效应幅度随着水分可获得性增加而加强;拮抗效应则表现出相反趋势。这些结果表明,非加和效应的方向主要取决于凋落物性质,而幅度则受水分可获得性调节。 (6)苔草叶和荻叶凋落物在5种不同植物粉末添加处理(对照,添加2.5kgm-2短尖苔草粉末,添加2.5 kg m-2辣蓼粉末,添加1.25 kg m-2苔草粉末和添加1.25 kg m-2辣蓼粉末)下培养120天。相对于对照,苔草粉末添加提高了凋落物养分含量,促进了凋落物分解;而辣蓼粉末添加虽然也提高了凋落物养分含量,却抑制了真菌生物量和凋落物分解。这表明芳香植物辣蓼由于体内富含精油而通过抑制微生物生长和降低凋落物养分可利用性以抑制其他凋落物的分解。