降水变化和氮沉降对宁夏荒漠草原枯落物分解的影响

作     者：万红云 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李学斌;陈林;庞丹波

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：降水变化 氮沉降 荒漠草原 枯落物分解 

摘      要：枯落物作为连接植物与土壤的中间环节,在生态系统的物质循环和能量流动中发挥着重要作用,其分解主要与枯落物化学组分、分解者群落和非生物环境因素有关。大气氮沉降增加和降水格局改变影响着枯落物的化学组分和所处环境。荒漠草原作为草原向荒漠过渡的草原类型,其生态系统脆弱、对气候变化的响应明显,研究该区域枯落物分解对降水变化和氮沉降的响应,对于深入了解荒漠草原生态系统枯落物分解对全球气候变化的响应过程具有重要意义。鉴于此,本研究以宁夏荒漠草原典型植物群落猪毛蒿（Artemisia scoparia）、苦豆子（Sophora alopecuroides）、短花针茅（Stipa breviflora）和蒙古冰草（Agropyron mongolicum）的枯落物为研究对象,采用裂区设计,主区为降水处理:减雨30%（R）、自然降雨（CK）、增雨30%（W）;副区为氮处理:添加（10 g·m2·a-1）和不添加（0 g·m-2·a-1）（不包括大气氮沉降）,进行为期1 a的野外试验,通过野外分解袋法比较降水变化和氮沉降下的枯落物分解特征,分析各处理下枯落物的分解速率和化学组分变化规律,结合土壤性质的变化特征,旨在揭示降水变化和氮沉降下的枯落物分解机制。研究结果表明:（1）不同类型枯落物分解速率有所不同。随分解进行,干物质残留率逐渐降低,整体表现为禾本科（蒙古冰草、短花针茅）豆科（苦豆子）菊科（猪毛蒿）,蒙古冰草的干物质残留率为52.67%-64.95%,短花针茅的干物质残留率为51.53%-64.25%,苦豆子的干物质残留率为55.9%-62.68%,猪毛蒿的干物质残留率为44.68%-62.63%。Olson指数衰减模型显示,蒙古冰草分解最慢（k值最小）,猪毛蒿分解最快（k值最大）。降水变化显著影响枯落物干物质残留率,氮沉降影响不显著:同一氮处理下,增雨促进分解,减雨抑制分解;同一水分处理下,氮添加促进分解。（2）枯落物分解过程中化学组分的变化模式不同。随着分解进行,4种枯落物的木质纤维素（木质素、纤维素和半纤维素）残留率整体呈下降趋势,氮、磷残留率均表现为淋溶-富集-释放模式,碳、钾残留率表现为直接释放模式,微量元素（钙、镁、锰）残留率随分解进行整体表现为富集-释放模式。枯落物的化学计量比在分解过程中呈先增后减的变化趋势,分解212 d时比值最大。（3）枯落物化学组分对水、氮变化的响应敏感,同一氮处理下,增雨抑制木质纤维素、碳、氮、钾残留率和化学计量比,促进磷和微量元素残留率;同一水分处理下,氮添加抑制木质纤维素、碳、磷、镁残留率,促进氮、钾、钙、锰残留率和化学计量比。（4）枯落物分解速率与枯落物化学组分和土壤性质有关。枯落物分解速率与初始半纤维素、木质素、锰含量显著负相关,与初始碳、磷、钾含量显著正相关。降水变化和氮沉降对枯落物化学组分影响显著,其与枯落物分解密切相关,枯落物干物质残留率与木质纤维素、碳、氮、磷、镁和钾残留率呈显著正相关。降水变化和氮沉降下的土壤性质存在明显差异,其与枯落物分解相关性不显著。枯落物化学组分是枯落物分解的主控因子（解释率为61.6%）,其中碳残留率起着重要作用。综上所述,降水变化和氮沉降下猪毛蒿、苦豆子、短花针茅和蒙古冰草的分解速率不同,分解过程中不同化学组分的释放特征及其对水、氮变化的响应规律也不同。降水变化和氮沉降下的枯落物分解主要受枯落物化学组分的驱动,土壤性质对分解无显著影响。适宜的降水变化和氮沉降有促进分解的作用,会对荒漠草原生态系统的能量流动和养分循环产生积极影响。