全 文 ：文章编号：１０００－６９４Ｘ（２０１０）０６－１３４１－０７
毛乌素沙地臭柏、油蒿细根分解过程中
养分与能量的变化
　　收稿日期：２００９－１０－１９；改回日期：２０１０－０３－３０
　　基金项目：国家自然科学基金项目（３０４７１４２３）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助
　　作者简介：秦艳（１９８０—），女，内蒙古兴安盟人，博士，助理研究员，从事沙区植物资源保护与利用研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｑｉｎｙａｎ＿８０＠１６３．ｃｏｍ
　　＊ 通讯作者：王林和（Ｅｍａｉｌ：ｗｌｉｎｈｅ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ）
秦 艳１，胡永宁２，３，王林和２＊，那日苏１，张国盛２
（１．中国农业科学院 草原研究所，内蒙古 呼和浩特０１００１０；２．内蒙古农业大学 生态环境学院，内蒙古 呼和浩特０１００１９；
３．内蒙古林业勘查设计院，内蒙古 呼和浩特０１００１８）
摘　要：应用埋袋法对毛乌素沙地天然分布的优势种臭柏、油蒿细根分解进行研究。对两年的实验数据进行分析，
结果显示，臭柏、油蒿细根分解过程中Ｃ、Ｐ、Ｋ、Ｍｇ均表现为释放，释放率油蒿＞臭柏，元素重量损失率Ｋ＞Ｐ＞Ｃ＞
Ｍｇ；Ｎ在臭柏分解中表现为积累，在油蒿分解中表现为释放；Ｃａ在臭柏、油蒿细根分解中都表现为积累的趋势，积
累率为油蒿＞臭柏；能量在臭柏、油蒿细根分解过程中表现为释放。该研究为沙区土壤库中的能量转化和流动过
程提供了理论依据。
关键词：臭柏；油蒿；细根分解；养分释放；能量变化
中图分类号：Ｑ９４５．１ 文献标识码：Ａ
　　细根在森林生态系统中的作用如同植物叶片一
样重要［１－２］，细根分解是指在土壤物理、化学和生物
综合作用下，死亡细根不断地与土壤环境进行物质
交换的复杂过程［３］。分解主要包括淋溶和破碎等物
理过程和生物作用为主的化学过程［４］。由于细根的
养分浓度高、寿命短、周转速度快，每年通过细根枯
死向土壤归还的养分数量较大［５］。细根在分解过程
中养分变化是陆地生态系统养分循环的重要组成部
分［６］，也是森林生态系统地球生物化学循环的重要
过程［７］。细根分解过程中常常伴随着物质淋溶、迁
移，土壤微生物代谢对养分元素的吸收与释放等过
程，与外界环境进行物质交换。因此，细根分解过程
中元素浓度也在不断发生变化，有些元素以积累为
主，有些则以释放为主，或积累与释放过程交替进
行［８］。
鄂尔多斯毛乌素沙区腹地是中国西部典型的干
旱、半干旱荒漠地区［９］。气候干旱少雨、风大沙多等
恶劣的自然环境导致造林成活率和保存率较低。加
强植被的保护、恢复与重建是沙漠化防治和改善生
态环境的根本对策之一［１０－１１］。臭柏、油蒿是毛乌素
沙地分布最广泛的沙生植物群落的优势种，是当地
主要的天然放牧场，并具有较好的固沙功能，是沙区
植被恢复重建的首选树种。笔者应用埋袋法对毛乌
素沙地天然分布的臭柏、油蒿细根分解进行研究，揭
示臭柏、油蒿分解过程中养分、能量的变化，为沙区
土壤库中的能量转化和流动过程提供理论依据。
１　研究材料与方法
１．１　试验地概况
研究地位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗图克苏木
境内毛乌素沙地开发整治中心北试验区，处于毛乌
素沙地的北部。地理位置为３８°５７′—３９°０１′Ｎ；１０９°
０２′—１０９°１７′Ｅ，海拔１　２００～１　３５０ｍ，总面积２２．１１
ｈｍ２。属于中温带半干旱气候区，具有明显的大陆
性季风气候特征。年平均降水量３５５ｍｍ左右，且
７０％集中在植物生长的７—９月，年平均气温６．７
℃，全年≥１０℃的有效积温为２　８２１．３℃，无霜期
１１９ｄ，年日照时数２　８９７．１ｈ，年平均风速 ３．３
ｍ·ｓ－１，最大瞬间风速２３ｍ·ｓ－１，年大风日数
２４ｄ。立地条件主要由固定、半固定和流动沙地组
成［１２］。地下水较丰富，分布普遍但不均衡，浅层地
下水存储量达１　２０３亿ｔ，地下水要靠大气降水补给，
滩地浅层地下水埋深小于３ｍ。在多雨的年份，浅
层地下水溢出地表，形成大小不等的湖泊。流动沙
地占６５％；固定、半固定沙地地形比较平缓，占总面
积的１０％；滩地地势平坦，面积大小不等，占总面积
的２５％。沙丘较为平缓，相对高度小于１０ｍ。该区
第３０卷　第６期
２０１０年１１月 　　　　　　　 　　　　　　
中　国　沙　漠
ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＥＳＥＲＴ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ
　　　　　　　　　　　　　
Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．６
Ｎｏｖ．２０１０
的地带性土壤为栗钙土，多分布于梁地上部。由于
受沙地基质稳定性及其他自然因素的影响，沙地上
土壤发育不十分明显，为风沙土，滩地为沙地草甸
土。流动沙地上植被覆盖率＜５％，基质尚在流动
中，土壤无发育。固定沙地地表有厚约１ｃｍ苔藓结
皮层，土壤剖面微显发育。该区固定沙地上建群植
物种有油蒿、臭柏等，植被覆盖率为３０％～９０％。
半固定沙地植被、土壤特征介于流动沙地和固定沙
地之间。丘间低地面积大小不等，土壤有机质浓度
较高，受地下水影响具潜育层，滩地中常见埋藏泥炭
层。滩地主要建群植物种有假苇拂子茅（Ｃａｌａｍａ－
ｇｒｏｓｔｉｓ　ｐｓｅｕｄｏｐｈｒａｇｍｉｔｅｓ）、寸草苔（Ｃａｒｅｘ　ｓｔｅｎｏ－
ｐｈｙｌｌｏｉｄｅｓ）、碱茅（Ｐｕｃｃｉｎｅｌｌｉａ　ｔｅｎｕｉｆｌｏｒａ）等，植被
覆盖率为４０％～９０％。
１．２　样地相对位置
依据臭柏、油蒿群落的自然分布特征、生长状况、
立地条件等综合因素，选择趋于中等水平的群落为细
根调查的固定样地（图１）。因此，选取的样地从所有样
地到各样地的局部特征都能覆盖比较宽泛的微环境类
型，从而所取数据有更高的代表性。因此，各样地互不
接壤，形状也不规则，微地貌特征差异也很大［１３］。
图１　样地位置及相对大小
Ｆｉｇ．１　Ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｓｃａｌｅ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｓｉｔｅｓ
２　研究方法
根据臭柏、油蒿的根系特性，将直径≤２ｍｍ的
根作为细根。根据研究目的、现有仪器、研究对象的
特点、尽量降低对样地的扰动、充分考虑细根生长的
季节节律等因素，本试验采用埋袋法进行，是研究细
根生产与周转的一部分。毛乌素沙地属温带大陆性
半干旱气候，臭柏一般于３月下旬至４月上旬新梢
开始萌动吐绿。李云章等［１４］、苏世平等［１５］和刘生
龙［１６］报道，至１０月生长基本停止；油蒿发叶较早，３
月上旬萌发，１１月中旬落叶。地下根系的生长略早
于地上部分，但考虑冻土、生长速率等因素的影响，
实验的开展时间为２００５年４—１１月，２００６年４—１１
月间两个生长季内进行。
２．１　细根分解取样
２００５年４月在毛乌素沙地挖取直径≤２ｍｍ的
细根，洗净，去除颜色发暗、无弹性的死亡根系，晾至
自然含水量，剪成５ｃｍ长的根段，称取细根５．０ｇ，
分别装入２０ｃｍ×２０ｃｍ网眼为０．５ｍｍ的尼龙网
带中，共５４０袋，把装好的根样按照样地不同坡位
（坡顶、阴坡、阳坡）埋入样地内，深度为２０ｃｍ，表层
覆盖林地凋落物。在２００５年４—１１月间每隔两个
月取样１次，２００６年４—１１月间每隔１个月取样１
次，取样时间为每月的１５日。臭柏群落，按照阴坡、
阳坡、坡顶３个方位取样，每个方位每次取３袋；臭
柏灌丛，每次每个样地取３袋；油蒿群落，按照阴坡、
阳坡两个方位取样，每个方位每次取３袋。整个北
实验地每次共取根样４５袋。拆开网袋，去除新长入
的根，采用土壤筛（４０目）冲洗根系，剩余的根系于
７５℃烘箱中烘２４ｈ后测定干重，相同方位的每６袋
根样混合后粉碎用于化学物质组成（木质素、纤维
素）、养分（Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ）、灰分、能量的分析。
２．２　化学物质组成、养分、能量的分析样品
对于细根分解的样品，臭柏测定（阴坡、阳坡、坡
顶）３个位置的指标，油蒿测定（阴坡、阳坡）两个位
置的指标，每个位置为６袋根样的混合样。测定的
２４３１　　　　　　　　　　　　 　　　 中　国　沙　漠 　　　　　　　　　　　　　第３０卷　
取样时间为２００５年的（４月、６月、８月、１０月）和
２００６年的（４月、６月、８月、１０月）。
２．２．１　细根全Ｃ、全Ｎ、全Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ测定
全Ｃ测定采用“德国元素ｌｉｑｕｉ　ＴＯＣ”测定仪测
量总有机碳，全Ｎ测定采用自动凯氏定氮法（国标，
１９８７），用钼锑比色法测定全Ｐ，同时制备待测液，全
Ｋ用火焰光度计法，Ｃａ、Ｍｇ测定用原子吸收分光光
度计法［１７］。
２．２．２　细根灰份、能量测定
灰分测量采用干灰分法，样品在马福炉中５５０
℃下灰化５ｈ后测定灰分浓度。去灰分热值＝干重
热值／（１－灰分）。能量测定采用清洗氧氮测热仪，
用精度为０．０００１ｇ的天平称取根样０．３～０．５ｇ，把
已称好的样品用宣纸包裹压成颗粒状固体，放入燃
烧杯中。用棉线连接电阻丝与颗粒状根样装入仪器
内测定，测定其干重热值。
２．２．３　细根木质素、纤维素测定
采用ＡＮＫＯＭ２２０型纤维分析仪测定。
２．３　数据处理
采用细根的重量保持率表示根系的分解，即残
余重量占初始重量的比例。养分（能量）保持率是指
残余根系重量与养分浓度乘积（干质量热值）占初始
重量与养分浓度（干质量热值）之积的比例。数据用
Ｅｘｃｅｌ２００３电子表格录入，所有图形中的误差是指
描述统计的标准误差（ＳＥ）。
３　细根分解过程中养分、能量的释放
３．１　细根分解过程中Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ的释放
臭柏、油蒿细跟在分解过程中均释放 Ｃ（图
２Ａ），分解初期（６０ｄ），臭柏Ｃ释放在１４．３１％，油蒿
Ｃ释放约为３１．６１％，释放速度都较快。随后６０～
１２０ｄ释放速度都有所减慢，１２０～１８０ｄ油蒿释放
速度加快，释放率达到４４．５２％，臭柏释放速度平缓
释放率为２４％。１８０ｄ后油蒿Ｃ保持率为下降状
态，５４０ｄ后，释放率为５６．４７％。１８０～３６０ｄ臭柏
Ｃ保持率有所回升，回升了５．４５％，３６０ｄ以后呈下
降趋势，直至５４０ｄ后，释放率为２９．４８％。
　　Ｎ保持率在臭柏分解过程中表现为上升与下降
交替进行的波浪形，变化幅度不大，分解５４０ｄ后，Ｎ
富集了１．７２％。油蒿Ｎ保持率在分解初期（６０ｄ），
图２　细根分解过程中Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ重量保持率的变化动态
Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｏｆ　Ｃ，Ｎ，Ｐ，Ｋ，Ｃａ，ａｎｄ　Ｍｇ　ｍａｓｓ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｄｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
３４３１　第６期 秦 艳等：毛乌素沙地臭柏、油蒿细根分解过程中养分与能量的变化 　　　
释放了２９．０４％，６０～５４０ｄ为上升与下降交替进行的
波浪形，分解５４０ｄ后，Ｎ释放达到２１．１２％（图２Ｂ）。
　　臭柏Ｐ保持率在分解前１２０ｄ，缓慢升高，富集
了０．６２％，１２０～１８０ｄ急速下降，１８０ｄ后释放了
２９．２９％，１８０～５４０ｄ表现为缓慢下降，分解５４０ｄ
后，Ｐ释放了３８．２０％。油蒿Ｐ保持率变化与臭柏
有所不同，在分解初期（６０ｄ），急速下降，释放了
４４．７５％，１８０～３６０ｄ缓慢下降，３６０～４２０ｄ回升，
４２０～５４０ｄ为平缓下降，分解５４０ｄ后，Ｐ释放了
５７．２５％（图２Ｃ）。
　　Ｋ保持率在臭柏、油蒿分解过程中变化趋势相
似，处于快速释放状态，释放率油蒿＞臭柏。在分解
初期（６０ｄ），Ｋ 保持率急速下降，臭柏释放了
６３．９４％，油蒿释放了７５．３５％；随后６０～１２０ｄ释放
速度都有所减慢，１２０ｄ后，臭柏释放了７８．５５％，油
蒿释放了８８．６０％；分解１２０～５４０ｄ，Ｋ保持率在不
断下降，直至５４０ｄ后，臭柏释放达到８５．９９％，油蒿
释放９７．５１％（图２Ｄ）。
在分解的５４０ｄ过程中，臭柏、油蒿Ｃａ保持率
表现为波浪形缓慢上升趋势，处于富集状态，富集率
油蒿＞臭柏（图２Ｅ）。臭柏细根中 Ｍｇ保持率在分
解０～１２０ｄ表现为上升趋势，为富集状态，１２０ｄ富
集了６．６４％，１２０～３６０ｄ平缓下降，３６０ｄ后释放了
４．１４％，３６０～４２０ｄ有所回升，随后下降，分解５４０
ｄ后臭柏 Ｍｇ释放了９．４２％。油蒿细根中 Ｍｇ保持
率表现为波浪形下降趋势，分解５４０ｄ后油蒿 Ｍｇ
释放了４１．０５％。Ｍｇ释放率油蒿＞臭柏（图２Ｆ）。
由表１可知，在分解至５４０ｄ后，Ｃ、Ｐ、Ｋ、Ｍｇ均
表现为释放，元素重量损失率Ｋ＞Ｐ＞Ｃ＞Ｍｇ，且臭
柏与油蒿间存在着不同程度的差异，释放率油蒿＞
臭柏。Ｎ 在臭柏分解中表现为积累，积累率为
１．７２％，在油蒿分解中表现为释放，释放率为
２１．１２％；Ｃａ在臭柏、油蒿细根分解中都表现为积累
的趋势，油蒿积累率为５５．９４％，臭柏为２５．９７％。
由此可见，不同元素与细根结构组织的结合程度决
定了该元素损失率的大小。Ｋ由于是易淋溶的元
素，因而其分解速率最快；Ｃ、Ｎ、Ｐ都是细胞结构组
织的组成元素，其分解作用常取决于其在分解过程
中是否发生富集，在本研究中，它们都发生了不同程
度的富集，导致损失率大大降低。
表１　细根分解过程中化学成份的重量损失
Ｔａｂｌｅ　１　Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｗｅｉｇｈｔ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
群落类型 Ｃ／％ Ｎ／％ Ｐ／％ Ｋ／％ Ｃａ／％ Ｍｇ／％ 木质素／％ 纤维素／％
臭柏 ２９．４８ －１．７２　 ３７．２　 ８５．９９ －２５．９７　 ９．４２　 １８．５７　 １６．３９
油蒿 ５６．４７　 ２１．１２　 ５７．２５　 ９７．５１ －５５．９４　 ４１．０４　 ５５．１８　 ４９．８１
　　注：表中各值为５４０ｄ实测值重量损失（％）＝［（初始干重×初始浓度－残留干重×残留物浓度）／（初始干重×初始浓度）］×１００％。
３．２　细根分解过程中木质素、纤维素的释放
在整个分解过程中，无论是臭柏还是油蒿，其木
质素与纤维素的重量保持率变化趋势相同，臭柏的
木质素和纤维素重量保持率在每年的４—６月（０～
６０ｄ和３６０～４２０ｄ）有所富集，随后释放。油蒿的
木质素和纤维素重量保持率０～１８０ｄ急速下降，
１８０～３６０ｄ有所回升，随后下降（图３）。分解５４０ｄ
后，臭柏木质素、纤维素重量损失达到１８．５７％和
１　６．３９％；油蒿木质素、纤维素重量损失达到５５．１８％
图３　细根分解过程中木质素、纤维素重量保持率的变化动态
Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｏｆ　ｌｉｇｎｉｎ　ａｎｄ　ｃｅｌｕｌｏｓｅ　ｍａｓｓ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｗｅｉｇｈｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
４４３１　　　　　　　　　　　　 　　　 中　国　沙　漠 　　　　　　　　　　　　　第３０卷　
和４９．８１％。
３．３　细根分解过程中灰分、能量的变化
３．３．１　灰分的变化
灰分含量在臭柏、油蒿细根分解过程中，整体上
表现为上升趋势，但变化规律有所不同。在臭柏中，
表现为在分解初期（６０ｄ）快速升高，６０～１８０ｄ缓慢
提升，１８０～４２０ｄ缓慢下降，４２０ｄ又有缓慢提升，
在分 解 ５４０ｄ 后，臭 柏 细 根 灰 分 含 量 上 升 了
２９．８１％。在油蒿中，灰分含量在分解初期（６０ｄ）缓
慢上升，６０～１２０ｄ快速升高，１２０～１８０ｄ变化平
缓，１８０～３６０ｄ有所下降，３６０～５４０ｄ快速提升，
５４０ｄ后油蒿灰分含量上升了８９．７８％（图４）。
图４　细根分解中灰分含量变化动态
Ｆｉｇ．４　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｏｆ　ａｓｈ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｕｒｓｅ
ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
　　随着细根的死亡和分解，干物质重减少，而灰分
却在死细根里得到不断的累积。臭柏灰分重量保持
率在分解前１８０ｄ升高，臭柏灰分表现为富集，富集
率达到１８．０３％，１８０～３６０ｄ缓慢下降，３６０ｄ后变化
平缓，分解至５４０ｄ，富集率为４．７８％。油蒿灰分重量
保持率，在分解初期（６０ｄ），急速下降，释放了
２５．６６％，６０～１２０ｄ上升，１２０～３６０ｄ下降，释放率达
到３０％，３６０ｄ后一直表现为不同幅度上升，分解５４０
ｄ后，发生了富集，富集率油蒿为０．４８％（图５）。
３．３．２　能量的变化
通过对臭柏和油蒿细根分解过程中干质量热值
的分析（图６），结果表明，细根在分解过程中干质量
热值呈递减趋势变化，这与细根中的营养物质和能
量逐渐被土壤微生物分解和释放有关。在０～１２０ｄ
内干质量热值变化加快，这是因为细根中含有大量
的可溶性糖等容易被微生物分解利用的物质，同时
又恰逢水热条件最丰沛的时期，所以这个时期分解
较快。此后，由于残留物中木质素、纤维素等难以
分解的物质比例增大，分解速度逐渐减小。在经过
图５　细根分解中灰分保持率变化动态
Ｆｉｇ．５　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｏｆ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ａｓｈ　ｄｕｒｉｎｇ
ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
图６　细根分解中干质量热值的变化动态
Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｏｆ　ｇｒｏｓｓ　ｃａｌｏｒｉｃ　ｖａｌｕｅ　ｄｕｒｉｎｇ
ｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
５４０ｄ的分解后，臭柏细根的平均干质量热值比油
蒿高０．８１４４ＭＪ·ｋｇ－１。能量在臭柏、油蒿细根分
解过程中表现为释放，油蒿在分解初期（６０ｄ）释放
速度最快，达到３０％左右，无论是臭柏还是油蒿分
解第一年能量的释放速度都高于第二年，分解５４０ｄ
后释放率分别为２１．９１％和５０．０２％（图７）。
图７　细根分解能量保持率的变化动态
Ｆｉｇ．７　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｏｆ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｕｒｉｎｇ
ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
４　讨论与结论
细根分解速率试验为研究土壤中死亡细根库物
５４３１　第６期 秦 艳等：毛乌素沙地臭柏、油蒿细根分解过程中养分与能量的变化 　　　
质养分的周转提供了必不可少的资料［８］。本研究采
用埋袋法测定细根分解率，分解１８０ｄ时，臭柏分解
在１７％左右，油蒿分解在４１％左右［１８］。当可溶性
物质被淋溶，进入后期分解阶段时，难分解物质成为
分解速度的限制因子。由于残余的木质纤维素的生
物学保护作用［１９］，以及根皮细胞壁所含的单宁等次
生防御物质，它们阻碍土壤中无脊椎动物和微生物
将根系破碎［２０］，造成细根分解缓慢。臭柏和油蒿细
根的分解第一年年分解率为１７．６％、４１．８％，第二
年的分解率仅为２％和５％左右［１８］。因此，采用短
期的分解数据可能会高估细根周转，这些难分解的
物质必须在微生物分泌酶的作用下才能降解，它们
在土壤Ｃ库存储中起着重要的作用［１９］。
不同树种、不同气候区林木细根的分解速率差异
较大。与其他地区的研究结果相比，臭柏、油蒿细根
分解系数为０．０００４ｄ－１、０．０００９ｄ－１［１８］，低于南亚热
带马尾松林０．６０５，针阔混交林０．６０８，常绿阔叶林
０．６７６（年分解系数）［８］；低于北亚热带秦岭火地塘林
区油松和锐齿栎的０．００２４、０．００３１［２１］。杉木林的
０．００２６［２２］；低于温带长白山阔叶红松林的０．００１７［２３］，
臭柏低于水曲柳和落叶松０．２７２和０．２４６４（＜２ｍｍ
年分解系数）［２４］。油蒿细根分解系数高于水曲柳和
落叶松年分解系数。从已研究的结果比较分析可知，
分解速度比较，从树种上看，一般阔叶树根的分解＞
针叶树种，从气候带上看，热带树种＞亚热带树种＞
温带树种；同一气候带上的（温带）不同树种分析，半
灌木＞阔叶乔木＞针叶乔木＞针叶灌木。
４．１　细根分解过程中养分的变化
由于细根的寿命（尤其是根尖的寿命）较短，且细
根中含有大量营养物质，其死亡和分解过程释放大量
营养元素［２５］。细根占总生物量和养分的很大部分，
细根分解过程释放的养分限制森林的净初级生产
力［２６］。因此，研究细根分解过程中的Ｃ和养分的释
放对于了解生态系统生物地球化学循环具有重要意
义。森林凋落物的分解过程中元素迁移有：淋溶－富
集－释放、富集－释放、直接释放模式［２７］。根系养分释
放过程比较复杂，不同于细根有规律地下降，分解过
程中养分的释放受凋落物质量和环境控制［４］。初始
浓度高的元素能够满足微生物生命活动的需求，一般
富集量较小或直接释放，变化相对比较平稳；凋落物
中浓度低的养分易于发生富集或者是富集量较高，或
分解过程中无明显规律，常常出现波动［２８］。许多研
究结果表明，细根分解过程中发生Ｎ、Ｐ和Ｋ养分释
放［２４，２９］。本研究的试验结果表明，臭柏、油蒿中Ｃ、Ｐ、
Ｋ、Ｍｇ均表现为释放，Ｎ在臭柏中表现为积累，在油
蒿中表现为释放，Ｃａ在臭柏、油蒿细根分解中都表现
为积累。其中臭柏中的Ｐ、Ｍｇ为富集－释放的模式，
Ｃ、Ｋ为直接释放模式，Ｎ为富集－释放－富集模式，Ｃａ
为直接富集模式；油蒿中Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｍｇ都为直接释
放模式，Ｃａ为直接富集模式。
４．２　细根分解过程中能量的变化
林木细根的凋落、分解、归还构成了土壤库中能
量转化和流动过程之一。细根在分解过程中，能态
的变化不是一个简单的吸能或放能的过程。而是既
有吸能又有放能的一个错综复杂的能态变化过程。
能态的高低与分解物的灰分浓度呈负相关［２１］。细
根在分解过程中干质量热值呈递减趋势变化，这与
细根中的营养物质和能量逐渐被土壤微生物分解和
释放有关。这是因为细根中含有大量的可溶性糖等
容易被微生物分解利用的物质，同时又恰逢水热条
件最丰沛的时期，所以这个时期分解较快。此后，由
于残留物中木质素、纤维素等难以分解的物质比例
增大，分解速度逐渐减小。本研究中，在分解５４０ｄ
后，臭柏细根灰分浓度上升了２９．８１％，油蒿灰分上
升了８９．７８％。灰分在细跟分解的过程中发生了富
集。富集率油蒿为０．４８％，臭柏为４．７８％。在分解
０～１２０ｄ内干质量热值变化加快，在经过５４０ｄ的
分解后，臭柏细根的平均干质量热值比油蒿高
０．８１４４ＭＪ·ｋｇ－１。能量在臭柏、油蒿细根分解过
程中表现为释放，油蒿在分解初期（６０ｄ）释放速度
最快，达到３０％左右，无论是臭柏还是油蒿分解第
一年能量的释放速度都高于第二年，分解５４０ｄ后
释放率分别为２１．９１％和５０．０２％。
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６４３１　　　　　　　　　　　　 　　　 中　国　沙　漠 　　　　　　　　　　　　　第３０卷　
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ｏｆ　Ｓａｂｉｎａ　ｖｕｌｇａｒｉｓ　ａｎｄ　Ａｒｔｅｍｉｓｉａ　ｏｒｄｏｓｉｃａｉｎ　Ｍｕ　Ｕｓ　Ｓａｎｄｌａｎｄ
ＱＩＮ　Ｙａｎ１，ＨＵ　Ｙｏｎｇ－ｎｉｎｇ２，３，ＷＡＮＧ　Ｌｉｎ－ｈｅ２，ＮＡ　Ｒｉ－ｓｕ１，ＺＨＡＮＧ　Ｇｕｏ－ｓｈｅｎｇ２
（１．Ｇｒａｓｓｌａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｏｈｈｏｔ　０１００１０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｃｏｌｏ－
ｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｏｈｈｏｔ　０１００１９，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｄｅｓｉｇｎ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ，Ｈｏｈｈｏｔ　０１００１８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓａｂｉｎａ　ｖｕｌｇａｒｉｓ　ａｎｄ　Ａｒｔｅｍｉｓｉａ　ｏｒｄｏｓｉｃａｉｎ　ＭＵ　ＵＳ
Ｓａｎｄｌａｎｄ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ａ　ｂｕｒｉｅｄ　ｂａｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｗｏ－ｙｅａｒ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ
ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓａｂｉｎａ　ｖｕｌｇａｒｉｓ　ａｎｄ　Ａｒｔｅｍｉｓｉａ　ｏｒｄｏｓｉｃａ，Ｃ，Ｐ，Ｋ　ａｎｄ　Ｍｇ
ｗｅｒｅ　ｒｅｌｅａｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　Ｓ．ｖｕｌｇａｒｉｓ　ｗａｓ　ｂｉｇｇｅｒ　ｔｈａｎ　Ａ．ｏｒｄｏｓｉｃａ；Ｔｈｅ　ｌｏｓｓ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔ
ｗｅｉｇｈｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ａ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｋ＞Ｐ＞Ｃ＞Ｍｇ；Ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ａｎ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｆｉｎｅ
ｒｏｏｔｓ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓ．ｖｕｌｇａｒｉｓ　ａｎｄ　ａ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｆｏｒ　Ａ．ｏｒｄｏｓｉｃａ；Ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ａｎ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａ　ｄｕｒｉｎｇ
ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓ．ｖｕｌｇａｒｉｓ　ａｎｄ　Ａ．ｏｒｄｏｓｉｃａ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　Ａ．ｏｒ－
ｄｏｓｉｃａ　ｗａｓ　ｂｉｇｇｅｒ　ｔｈａｎ　Ｓ．ｖｕｌｇａｒｉｓ；Ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓ　ｒｅｌｅａｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ
Ｓ．ｖｕｌｇａｒｉｓ　ａｎｄ　Ａ．ｏｒｄｏｓｉｃａ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ａ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｌｏｗ
ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｐｏｏｌ　ｉｎ　ｓａｎｄｙ　ａｒｅａ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓａｂｉｎａ　ｖｕｌｇａｒｉｓ；Ａｒｔｅｍｉｓｉａ　ｏｒｄｏｓｉｃａ；ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔｓ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｎｕｔｒｉｅｎｔ　ｒｅｌｅａｓｅ；ｅｎｅｒｇｙ　ｃｈａｎｇｅ
７４３１　第６期 秦 艳等：毛乌素沙地臭柏、油蒿细根分解过程中养分与能量的变化