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凋落物的分解是生态系统养分循环的关键过程之一,是草地生态系统养分循环和碳循环过程中的重要环节,对全球大气二氧化碳平衡及其变化具有重要作用。全球变暖已经改变并继续改变着陆地生态系统的结构和功能,放牧是对草地生态系统主要的利用和管理方式。在气候变化和人类干扰加剧的背景下,变暖和放牧共同驱动着草地生态系统的动态变化。因此,研究气候变暖和放牧对草地凋落物分解的影响,不仅有助于深入理解草地物质循环过程和群落演替趋势,也有助于科学应对气候变化和人类干扰的双重影响。
为认识增温和放牧对青藏高原东部中生性的高寒草甸草地和半湿生的沼泽草地凋落物分解的影响,在这两种草地上分别设置了围栏和放牧样地,并在围栏样地内设置开顶式温室增温装置模拟气候变暖。试验采用改进的上大下小异孔径凋落物袋(简称双面袋,上面孔径3.35mm,下面孔径0.55mm)代替一般的双面相同孔径凋落物袋(大孔袋,双面均为3.35mm;小孔袋,双面均为0.55mm),研究了草甸草地和沼泽草地各自的混合凋落物样品和4个优势物种(发草Deschampsiacaespitos、鹅绒委陵菜Potentilla anserine、木里苔草Carex muliensis、藏嵩草Kobresia tibetica)凋落物分解过程以及碳和养分释放动态。这4个优势物种也大致代表了当地草甸草地和沼泽草地生态系统在气候变暖和放牧干扰驱动下逆行演替不同阶段的优势物种类群。
结果表明,双面袋与大孔袋和小孔袋相比,既能减少凋落物碎片的损失,也能允许大部分土壤动物的进入。本研究证明,采用双面袋能更准确地测度草地植物凋落物的分解速率。
增温能够加快高寒草甸草地和沼泽草地植物凋落物的分解。同时,4个草地优势物种凋落物的分解对增温的响应存在明显的种间差异。增温对不同草地类型N、P释放的影响不同,在草甸草地,增温对凋落物N、P的影响主要表现在分解后期,并呈现正效应,而在沼泽草地增温促进了N元素的释放,但抑制了P元素的释放。
放牧总体上加快了高寒草甸草地和沼泽草地植物凋落物的分解,放牧效应的种间差异也十分明显;草甸草地植物凋落物分解对放牧的响应比沼泽草地更为强烈。放牧对凋落物C的释放影响不显著或有抑制作用,但对N、P的释放具有一定促进作用。对各优势物种凋落物分解和养分释放模式的分析表明,群落逆行演替过程中,凋落物分解和C释放加速,可能促进沼泽湿地退化的正反馈效应。草甸草地的退化标志物种鹅绒委陵菜具有较高的凋落物质量和分解速度,反映了高寒中生条件下植物应对牲畜啃食采用“逃避’’而非“抵抗”策略的特征,而这种特征是退化过程中凋落物分解速率呈“正反馈’’效应的重要原因。目前采用的在“退化沼泽湿地中”播种禾本科植物并施肥的植被恢复措施,可能提高沼泽草地凋落物分解强度,从而不一定有利于湿地的恢复,特别是微观水文过程和养分循环过程的恢复。