季节性积雪下高山草地凋落物分解.DOC

1、应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol Doi: 10.19675/ki.1006-687x.2018.04013季节性积雪下高山草地凋落物分解周天阳 1, 2 王金牛 1, 3 徐 波 4 周海燕 5 谢 雨 1 吴 彦 11 中国科学院成都生物研究所 成都 610041 2 中国科学院大学 北京 101408 3 国际山地综合发展中心 加德满都4 阿坝师范学院 阿坝 6234025 内江市农业科学院 内江 641000摘 要 青藏高原高山草地的凋落物分解是其生物地化循环过程的重要一环。本文采用样方调查法估测了两种典型地形条件下高山草地单位面积的年凋落物产量，分

2、析定面积凋落物分解袋中的初始装袋量与凋落物分解率的关系，估算了最佳初始凋落物装袋量。通过积雪期设置双面凋落物分解袋于浅雪、深雪、无雪及人工雪被处理下，比较不同的雪被处理下凋落物的分解率，同时测定对应的土壤温度及土壤微生物生物量碳氮含量，进而分析土壤微生物生物量碳氮与凋落物分解率之间的相关关系。研究发现：1）两种典型样地内植物凋落物在自然状态下的年产生量均约为 90 gm-2；2）非生长季中凋落物分解率与凋落物初始重量呈负线性相关，凋落物初始装袋量 3 g 是研究分解率的相对较佳重量；3）随着积雪厚度的增加，非生长季土壤温度和凋落物分解率提高。同时也促进了土壤微生物生物量的积累。凋落物分解率和土

3、壤微生物生物量碳、氮在深雪与无雪处理下分别达到最大值（分别为 10.15%, 156.37 mgkg-1, 75.89 mgkg-1）和最小值（分别为 3.07%, 65.38 mgkg-1, 20.17 mgkg-1） 。土壤微生物生物量碳、氮均与凋落物分解率呈显著相关性（P 人工雪 浅雪 无雪。其中，深雪处理下的土壤微生物生物量碳、氮(分别为 156.37 mgkg-1, 75.89 mgkg-1)均显著高于无雪处理及浅雪处理（P 0.05） ，相较于人工雪处理，无雪及浅雪处理的微生物生物量碳分别减少了 56.41%和35.59%，微生物生物量氮分别减少了 73.11%和 38.96%。应

4、用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol Doi: 10.19675/ki.1006-687x.2018.04013图 4 不同雪被处理下对微生物生物量碳、氮含量的影响。不同字母表示不同雪被处理下差异显著（P 人工雪浅雪无雪，这与武启骞等人研究结果较为相似 7。这种结果主要是由不同雪被下土壤温度差异所致，即雪被对凋落物分解过程带来的直接影响。深雪雪被下土壤环境较为稳定，凋落物的分解过程得到了热量上的保障，同时温度较高更利于土壤养分的矿化作用，提高养分可利用性，进而促进了凋落物的分解 37；相比之下，人工雪及浅雪雪被下土壤温度略低，对于凋落物分解过程稍有限制；无雪处理下

5、凋落物分解速率最低，主要是由于低温环境下土壤微生物及动物的活性受到极大限制。另外，表层土壤冻结后造成的低氧、厌氧环境也进一步抑制了微生物的分解过程 38。然而有研究指出雪被去除后导致的冻融频度提高会加速凋落物的物理破碎，从而提高凋落物的分解率 39。但从本研究来看，整个非生长季中，雪被的缓冲保温作用对凋落物分解率的影响也许大于冻融循环对凋落物分解的影响。雪被对凋落物分解的间接影响主要体现在对于土壤微生物的数量及活性上。土壤微生物是土壤生态过程的重要参与者，对凋落物分解过程至关重要用，其中微生物生物量碳、氮含量能直接反映土壤微生物的数量及活性，且与不同雪被下的温度变化密切相关。不同雪被下凋落物分

6、解率与微生物生物量碳、氮含量的变化趋势一致（图 3 和图 4） 。此外，凋落物分解率与微生物生物量碳、氮含量具有显著的相关关系（分别为 r = 0.60，P 0.05; r = 0.62， P 0.05，图 5） 。冬季轻 微或严重的冷冻事件均可以直接影响微生物的死亡率，并且显著地增加不稳定性 N 的输入，从而导致凋落物分解率下降 22。尽管如此，深雪雪被的绝热作用仍可以维持足够的热量支持广泛的土壤生物活动 28。此外，考虑三种雪被处理的形成日期与消失日期，深雪处理下的土壤环境不仅同期优于其余处理，而且在持续时间上也超过其余处理。冻融循环作为温度特征的另一个指标，季节转换过程中表层土壤每天约出

7、现一次冻融现象。前人的研究表明，浅雪地段会频繁的发生冻融循环，其频度提高将产生更大的温度波动 40，导致土壤微生物数量及其活性可能受冻融循环的影响逐渐降低，进而使得凋落物的分解率降低，难分解底物含量的逐渐增加在一定程度上也阻碍了凋落物的分解过程 41。上述均是非生长季节凋落物分解率的重要影响因素，而其它影响因素有待进一步深入探究。 凋落物分解作用给高山草地生态系统提供了有效碳源和氮源，带给高山植物的次年生长脉冲式的正效应。雪被作为绝热层对冬季土壤温度带来的效应以及对夏季土壤水分造成的影响，且涉及了雪被对生长季长度、土壤肥力以及水分利用的影响 42, 43，并将影响物种的生态地理分布格局、植物个

8、体的适应性及植物功能性状的变化。近年来，气候变化预测表明随着气温升高，未来几十年山区降雪量可能会下降 44, 45，在气候变暖背景下将可能导致雪被斑块的出现，土壤冻结现象的大量发生可能造成植物根系和微生物死亡率的改变，乃至水文、氮素损失及水分酸碱度的变化 14。毋庸置疑，雪被变化不仅仅是通过改变植物凋落物的分解率影响青藏高原东部高寒草甸生态系统的结构和功能，有必要进一步开展系统与综合性的监测探究雪被对高山生态系统结构与功能及生态过程的影响机制。应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol Doi: 10.19675/ki.1006-687x.2018.04013参考文献

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