凋落物对恢复草地氮动态和植被生产力的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackluyl
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植被生产力下降和多样性减少是草地长期封育造成的结果。土壤氮素有效性是决定植被生产力和多样性的关键指标。氮矿化作为氮循环的重要过程之一,不仅决定着氮素有效性,还影响着植被生产力和多样性的增减。凋落物是土壤与植被之间重要的媒介物质。但在长期封育草地凋落物厚度不断增加,不仅增加了草地火烧的风险,还可能减少环境资源有效性、增加种间竞争等过程,降低物种丰富度和生产力。本研究主要围绕长期封育草地凋落物去除与土壤氮矿化、植被多样性和生产力之间的相互作用关系,同时测定凋落物去除后土壤养分动态和酶活性,探讨半干旱草地凋落物去除是否可以作为封育后期草地的管理措施。主要研究结果如下:(1)阴坡植被盖度、地上部总生物量和豆科生物量较高,物种均匀度较低(与阳坡相比),但物种丰富度、Shannon指数、禾本科、莎草科、半灌木和杂类草不受坡向影响。封育显著增加植被盖度和均匀度、地上部总生物量和半灌木(蒿属)生物量,但降低了物种丰富度、莎草和豆科生物量。坡向改变了植被多样性和生物量对封育时间的响应。在阴坡,封育35年植被盖度大于10年,物种丰富度和Shannon指数小于10年;在阳坡,封育35年植被盖度、物种丰富度和Shannon指数均高于10年草地。在阴坡,封育35年地上总生物量和禾本科生物量均显著增加,而豆科生物量显著降低;在阳坡,封育35年地上总生物量、禾本科和豆科生物量均显著降低。凋落物去除降低了植被盖度,但增加物种丰富度;凋落物去除使地上总生物量、禾本科和半灌木生物量下降10.04%、11.04%和10.65%,但莎草科、豆科和杂类草生物量增加3.44%、38.33%和19.07%;凋落物去除使封育10年草地阴坡莎草生物量显著降低了65.92%,而在封育35年草地的阴、阳坡和10年的阳坡均使莎草生物量增加了244.91%、134.98%和65.68%。(2)半干旱草地0-20 cm土壤TC、OC、TN、TP、AP含量在阴坡大于阳坡,土壤IC含量在阴坡小于阳坡。封育显著提高了土壤OC、TN、TP、AP含量,降低了土壤IC含量,但不影响土壤TC含量,说明碳的输入与输出已经达到平衡。土壤养分对封育时间的响应会随坡向和土层的变化而不同。凋落物去除显著减少了0-20 cm土壤TC、OC、TN、AP含量,增加了土壤IC含量,不影响TP含量,且它们对凋落物管理的响应与封育年限、土层深度和坡向无关。(3)阴坡土壤碳循环酶(CBH、BX、BG)、氮循环酶(APP、LAP、NAG)和磷循环酶(AP)活性大于阳坡;0-10 cm土层酶活性大于10-20 cm;封育35年草地土壤酶活性大于10年。坡向和土层改变了酶活性对封育的响应,在阴坡,封育35年比10年增加了更多的碳循环酶活性;在0-10 cm,封育35年比10年增加了更多的土壤氮循环酶活性。凋落物去除显著降低了土壤0-20 cm碳循环酶、氮循环酶和磷循环酶活性,尤其是在封育35年草地。且封育35年有凋落物比无凋落物草地增加了更多的LAP活性。(4)土壤矿质氮和硝化速率在阴坡大于阳坡。长期封育增强了土壤矿化速率,且受坡向影响。封育35年土壤矿质氮含量在阴坡显著低于10年;封育35年土壤硝化速率在阳坡显著高于10年;封育35年土壤铵化速率在阴坡高于10年;在阳坡则相反。土壤氮矿化和无机氮库具有明显的季节动态,土壤矿质氮在生长季中期和非生长季增加,但在生长季前期和后期降低;土壤矿化速率在生长季中期增加,但在生长季前期、后期和非生长季降低。凋落物去除对土壤氮矿化和无机氮库无显著影响;但封育35年阴坡土壤矿质氮和矿化速率在凋落物去除后有明显降低的趋势。(5)在土壤养分、酶活性和植被特性中,有机质、碳磷比、磷酸酶活性、丙氨酸酶活性、植被盖度和杂草生物量是土壤氮矿化的最主要影响因素。本研究定量的说明了凋落物去除对土壤养分和酶活性系统主要产生负效应;对土壤氮矿化没有显著影响(但在35年阴坡凋落物去除展现较为明显的负效应);对植被地上部总生产力主要产生负效应;对植被多样性主要产生正效应。总体来说,短时间内(2年),该地区草地生态系统凋落物去除产生的负效应大于正效应。因此,凋落物去除不适合半干旱草地管理模式。
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