微生境和伴生草本植物对高寒沙化草地高山柳凋落物分解的影响

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高山柳(Salix cupularis)是良好的防风、固沙植物,也是川西北高寒沙区治理恢复的先锋植物,多年恢复治理实践发现,高山柳对该沙化环境的适应性极强,能有效地改善土壤养分条件。凋落物分解是物质循环中的关键环节,在高寒沙化地恢复中,高山柳凋落物的分解对于土壤养分条件的改善意义重大。沙化草地恢复治理过程中,可利用高原牧草的种植恢复对当地牧民的放牧生产有重要的现实意义,因而草本植物的恢复十分重要。而在扦插柳条和播种牧草同时进行的恢复措施中,不同的草本植物种含碳和含氮量不一致,对凋落物提供的添加物的量和质不一样,这必然会影响到高山柳凋落物的分解。本试验以不同伴生草种和高山柳灌丛特征(灌丛大小及冠幅下不同微位置)为研究因素,以求找出最适于高山柳凋落叶分解的高山柳灌丛大小、冠幅位置和更适于沙化草地治理恢复的草本植物。本试验主要结论如下:(1)不同大小高山柳灌丛下,微位置对质量损失率、凋落叶碳氮变化、C/N及木质素/N均有显著影响,且这些指标随分解时间的延长而变化明显。N含量上升、C/N下降,这一条件对凋落叶随后的分解是有利的,但木质素含量的升高减慢了分解速率。整个分解过程中纤维素和木质素含量都高于初始值,说明截至分解第19个月,纤维素和木质素的降解量低于对养分颗粒等的吸附量。不同大小高山柳灌丛下,均是外圈和中圈位置凋落叶的质量损失率接近,其中质量损失率从高到低分别为小灌丛、大灌丛、中灌丛,且均高于内圈凋落叶的质量损失率;高山柳凋落叶50%、95%分解时间显示,大灌丛和灌丛茎基位置的凋落叶分解更慢。综上所述,最适于高山柳凋落叶分解的位置是小灌丛的外圈。(2)土壤可溶性有机总碳先升高后降低,分解第10个月时最高,第13个月呈下降趋势且低于初始含量,而土壤蔗糖酶活力也是从13个月开始上升,说明从第13个月开始,土壤碳素循环加剧。随着凋落叶分解的进行,土壤硝态氮、铵态氮、有机质含量均增加,不同微位置间土壤养分含量异质性明显。重复测量方差分析表明,分解时间及冠幅下微位置对蔗糖酶和脲酶影响显著(P<0.05),不同大小高山柳灌丛对其无显著影响,而分解时间、不同大小高山柳灌丛及冠幅下微位置对纤维素酶和蛋白酶均无显著影响。土壤酶参与土壤碳、氮循环的生化反应,在本试验中,蔗糖酶和脲酶活力在不同微位置差异显著,且随凋落叶分解的进行而上升,说明蔗糖酶和脲酶在土壤碳、氮循环中的贡献高于纤维素酶和蛋白酶。PCA分析发现,脲酶和蔗糖酶与土壤可溶性有机总氮、硝态氮、铵态氮、含水量、有机质相关性显著;纤维素酶仅与土壤可溶性总碳相关,蛋白酶仅与土壤可溶性总氮相关,且相关性显著。(3)垂穗披碱草伴生的灌丛下,各微位置的凋落叶质量损失率最高,且高于同等大小高山柳灌丛下没有伴生草种的质量损失率,说明垂穗披碱草(Elymus nutans)促进了凋落叶的分解。三种草本植物伴生下,分解第19个月时,高山柳凋落叶全氮含量较初始值均增加,且均高于没有伴生植物影响下凋落叶中的全氮含量,其中垂穗披碱草伴生下增加最多;与没有伴生植物的对照相比,分解第19个月时,垂穗披碱草伴生的凋落叶C/N没有明显差异,而羊茅(Festuca ovina)和老芒麦(Elymus sibiricus)伴生的外圈凋落叶C/N明显增加;不同草种伴生下凋落叶碳氮含量及C/N的变化中,凋落叶质量在垂穗披碱草伴生下的变化比羊茅和老芒麦伴生下的变化更有利于其后续分解,这很好的解释了垂穗披碱草伴生下凋落叶质量损失率在分解第19个月时急剧上升,且明显高于同时期羊茅和老芒麦伴生下凋落叶的质量损失率。这个结果表明,在以高山柳为建群种的高寒沙化草地中,垂穗披碱草比羊茅和老芒麦更能有效促进高山柳凋落叶的分解,提升土壤肥力,是更适合用于治理恢复该地区此类沙化地的草本植物。
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