全 文 ：第 35 卷第 12 期
2015年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.12
Jun.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31260581); 国家重点基础研究发展计划(973计划)前期专项资助项目(2012CB723206)
收稿日期:2013鄄09鄄22; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄07鄄02
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: lixuebin@ nxu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201309222321
李学斌, 陈林, 吴秀玲, 宋乃平, 李昕.荒漠草原 4种典型植物群落枯落物分解速率及影响因素.生态学报,2015,35(12):4105鄄4114.
Li X B, Chen L, Wu X L, Song N P, Li X.Litter decomposition rates and influencing factors of four typical plant communities in desert steppe.Acta
Ecologica Sinica,2015,35(12):4105鄄4114.
荒漠草原 4 种典型植物群落枯落物分解速率及影响
因素
李学斌1,*, 陈摇 林1, 吴秀玲2, 宋乃平1, 李摇 昕3
1 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室, 银川摇 750021
2 宁夏农业勘查设计院, 银川摇 750001
3 宁夏动物卫生监督所, 银川摇 750001
摘要:测定荒漠草原甘草、赖草、蒙古冰草以及黑沙蒿等植物群落枯落物分解过程中质量损失量分析荒漠草原枯落物分解速,同
时通过枯落物自身化学成份、含水率的测定,结合气候因子进行偏相关分析,探讨荒漠草原枯落物分解的影响因素。 结果表明:
荒漠草原 4种植物群落枯落物的质量累积损失率随分解时间的延长而增加,但枯落物分解的质量损失量与时间并不呈线性相
关;4种群落枯落物质量损失量大小依次均为:甘草群落>赖草群落>蒙古冰草群落>黑沙蒿群落;荒漠草原枯落物分解采用单指
数衰减的 Olson模型拟合效果较好,4种植物群落中甘草群落枯落物分解最快,黑沙蒿群落分解最慢;蒙古冰草、赖草和甘草群
落枯落物中 N、P、K的含量显著高于黑沙蒿群落,但是 C、木质素、纤维素、C / N、木质素 / N 和纤维素 / N 值则显著低于黑沙蒿群
落枯落物,蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和黑沙蒿群落 4种群落枯落物分解速率(k)与枯落物初始 N、P、K 含量均呈显著
正相关;偏相关分析表明,4种植物群落枯落物分解速率与降雨量、枯落物自身含水量的偏相关系数达显著水平,其余因子偏相
关系数均未达显著水平。 结合上述研究可以确定荒漠草原枯落物分解 50%所需时间为 2—5a,分解 95%需 8—24a。
关键词:封育; 荒漠草原; 枯落物; 分解速率
Litter decomposition rates and influencing factors of four typical plant
communities in desert steppe
LI Xuebin1,*, CHEN Lin1, WU Xiuling2, SONG Naiping1, LI Xin3
1 Key Lab of Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in North鄄western China of Ministry of Education, Ningxia University, Yinchuan
750021, China
2 Ningxia Agricultural Institute of Prospecting and Design, Yinchuan 750001, China
3 Ningxia Animal Health Supervision Institute, Yinchuan 750001, China
Abstract: Litter is the important components of grassland ecosystem, and plays an important role in grassland, influencing
ecosystem structure, process and functioning. Litter accumulation can change the nutrient availability and modify local
physical environmental conditions, and litter of grassland has gradually become one of the important issues in grassland
ecology, but the factors related to the decomposition litter and litter decomposition rates in desert steppe is still unknown. In
this study, four typical plant litters of desert steppe, Glycyrrhiza uralensis, Leymus secalinus, Agropyron crisatum and
Artemisia desertorum communities were selected in Yanchi Country of Ningxia, and the loss rate of litter mass, the chemical
composition, the water content of four typical plant communities were measured, and climatic factors and their partial
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correlations were analyzed, and statistics and numerical taxonomy methods were used to identify the effects of litter
accumulation. The results showed that the loss rate of litter mass was increased with decomposition time. However, the
relationship between the loss rate of litter mass and decomposition time was not linear correlation. The loss rate of litter mass
of four typical plant communities was Glycyrrhiza uralensis community >Leymus secalinus community >Agropyron crisatum
community>Artemisia desertorum community. The litter decomposition rates of desert steppe was best represented by the he
Olson model of single exponential decay, and the litter decomposition rate of Glycyrrhiza uralensis was the fastest, while the
Artemisia desertorum was the slowest. The contents of N, P, K of litters of Agropyron crisatum, Leymus secalinus and
Glycyrrhiza uralensis communities were significantly higher than Artemisia desertorum community, but contents of C, lignin,
cellulose, and rates of C 颐 N and lignin 颐 N and cellulose 颐 N were significantly lower than litter of Artemisia desertorum
community. The decomposition rates of four plant communities was positively correlated with the initial contents of N,P,K in
litters,. Partial correlation analysis results showed the decomposition rates of four plant communities was significantly
correlated with rainfall and the water content of litter. It was concluded that litter decomposition was complex physical and
chemical and biological processes, which Influenced by many factors, and plant species was an major factor decisioned the
rate of decomposition. The contents of 50% of litters decomposed in desert steppe was about 2—5 years, while 95% was
about 8—24 years, which could provide scientific basis for the response and adaptation mechanism of grassland on the
environmental factors and adaptation strategy.
Key Words: enclosed; desert steppe; litter; decomposition rate
草地枯落物是草地生态系统养分地球化学循环的物质基础。 枯落物分解与草地生态系统的养分循环、生
产力关系密切,并在维持土壤肥力等方面发挥重要作用[1]。 相关研究表明,多数生态系统中植物所吸收的养
分,90%以上的 N和 P、60%以上的矿质元素都来自于植被枯落残体归还给土壤的养分再循环[2鄄3]。 枯落物的
养分循环是由其分解速率决定。 目前,国内外关于枯落物分解速率及其影响因子进行了大量报道,一些学者
研究表明,森林生态系统枯落物初始 C含量及 C / N值是影响其分解速率的关键因子[4鄄5];另一些学者认为,草
地生态系统与森林生态系统不同,枯落物分解速率与初始碳含量、C / N 值关系不大,木质素 / N 值是影响其分
解速率的主要因子[6鄄7];而对于湿地生态系统来说,C / N 和枯落物分解速率呈负相关,C / P 具有更好地指示意
义[8]。 可见,在不同植被类型与环境条件下,枯落物的分解速率及其影响因子存在明显差异。 近年来,随着
荒漠草原“退耕还草冶和“封育禁牧冶等政策的实施,尤其在家畜等草食型动物退出草地生态系统后,荒漠草原
养分循环的链条发生了变化,枯落物成为联系植被与土壤的重要中间环节。 枯落物的分解动态及其影响因素
成为荒漠草原恢复及其“自肥冶机制的重要生态问题之一,目前相关研究还较少。 本研究选取围封的自然条
件条件下荒漠草原 4种典型植物群落枯落物的分解加以研究,分析枯落物分解速率,旨在明确不同植物枯落
物的分解特征,揭示荒漠草原枯落物分解的影响因素,以及不同组分对枯落物分解速率的贡献,以期为荒漠草
原的恢复、合理利用及科学管理提供理论依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
研究区位于宁夏盐池县高沙窝乡国家级草地资源观测站(37毅57忆01.34忆忆N,107毅00忆44.99忆忆E),草地封育时
间为 2005年底。 该地区属于典型中温带大陆性气候,年均气温 8.1 益,年降水量 250—350 mm,主要集中在
5—9月,约占年降水量的 60%以上。 年均无霜期为 165 d。 土壤类型主要是灰钙土,其次是风沙土和黑垆土。
植物类型主要是灌丛、沙生植被和荒漠植被,群落中常见植物种类以旱生和中旱生类型为主。 本试验选取蒙
古冰草 ( Agropyron crisatum)、甘草 ( Glycyrrhiza uralensis )、赖草 ( Leymus secalinus ) 和黑沙蒿 ( Artemisia
desertorum)4种典型植被类型,样地大小为 40m伊40 m。 样地基本情况于 2010年 8月野外测定(表 1),气象因
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子情况见表 2。
表 1摇 样地基本情况
Table 1摇 The condition of four plots
群落类型
Site
盖度 / %
Coverage
高度 / cm
Height
鲜生物量 / (g / m2)
Fresh biomass
伴生种
Companion species
A 76.67 70.11 245.5依21.0
银灰旋花(Convolvulus ammannii)、刺叶柄棘豆(Oxytrodis
aciphylla)、达乌里胡枝子 ( Leguminosae)、砂珍棘豆
( Oxytropis racemosa )、 沙 葱 ( Radix Acanthopanacis
Senticosl)、中亚白草(Pennisetum centrasiaticum)
B 51.66 38.89 226.2依23.6 银灰旋花、达乌里胡枝子、 二裂委陵菜 ( Potentillabifurca)、小变蒿(Pedicularis ternata)
C 83.33 20.78 150.9依11.9
甘草、 铁杆蒿 ( Artemisia )、 达乌里胡枝子、 狗尾草
(Setariaviridis)、沙生冰草(Agropyron desertorum)、小画眉
草(Eragrostis pilosa)
D 85.67 40.33 116.9依15.6 中亚白草、达乌里胡枝子、细叶山苦荬(Lxeris chinensis)、刺沙蓬(Salsola ruthenica)
摇 摇 A:蒙古冰草群落,B:甘草群落,C赖草群落,D:黑沙蒿群落
表 2摇 气象因子情况表
Table 2摇 Condition of meteorological factors
气象因子
Meteorological factors
2010年
5 6 7 8 9 10 11鄄12
2011年
1鄄2 3鄄4
均温 Average temperature / 益 8.32 16.04 21.16 25.03 21.03 14.48 6.19 -5.29 0.10
降雨量 Rainfal / mml 31.50 20.55 45.21 40.51 55.37 23.37 36.32 0.00 4.06
1.2摇 研究方法
(1)枯落物分解的测定摇 枯落物分解速率测定采用“质量损失率冶。 实验于 2010 年 4 月 5 日采集 4 种植
物群落的枯落物带回实验室,分别选择外形较为整洁的单一枯落物于 65 益烘箱烘干至恒重。 一部分用于枯
落物初始化学成分测定;另一部分用于分解测定,具体为将收集的枯落物剪成约 5 cm 左右的小段,分别称取
20 g,装入大小为 25 cm伊25 cm、网眼为 0.5 mm伊0.5 mm的尼龙网袋内,将样袋于 4 月 8 日按“S冶型随机分别
埋入样地内 10 cm左右深度,3次重复,每个样地埋放分解袋 27个,共计 108袋,分别于 5 月 8 日、6 月 10 日、
7月10日、8月 7日、9月 11日、10月 9日、12月 4日、翌年 2月 10日和 4月 5日依次收集取样,带回实验室去
掉泥沙及杂物,于 65 益恒温箱烘 24 h后称重,测定不同植物群落枯落物的质量损失量,用于计算枯落物的分
解速率。
(2)枯落物初始化学成份测定摇 将上述采集的枯落物用植物粉碎机粉碎,过 2 mm的孔径筛,然后装入纸
袋用于测定枯落物初始化学成份 C(重铬酸钾鄄浓硫酸氧化法)、N(半微量凯氏法)、P(氢氧化钠熔融鄄钼锑抗
比色法)、K(氢氧化钠熔融鄄火焰光度计法)、木质素和纤维素(硫酸法) [9]。
(3)枯落物自然含水率测定摇 在设置的样方内,分别于每月收取枯落物带回实验室称其鲜重,然后在自
然状态下避光风干称其干重,最后计算不同季节枯落物的自然含水率。 枯落物自然含水率(%)= (枯落物湿
重-枯落物干重)伊100%。
(4)相关环境因子测定摇 通过自动气象站获取温度、降雨等气象因子。
1.3摇 数据处理
各群落的枯落物质量为每月每个样地 3个分解袋的质量平均值得出。 枯落物质量损失率指放置一定时
间后枯落物失去的干质量除以放置前枯落物的干质量。 枯落物质量损失率公式:D = (Wt / Wo) 伊100%。 式中
D为枯落物干质量损失率(%),Wt为样品分解 t时间后损失的质量(g),Wo为样品的初始质量(g)。 枯落物质
量残留率是指放置一定时间后枯落物残留的干质量除以放置前枯落物的干质量。 分解速率采用改进的 Olson
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负指数衰减模型[10]:y=ae-kt,式中 y为枯落物月残留率(%),a 为修正参数,k 为分解指数(g g-1 m-1),t 为分
解时间(month)。
2摇 结果与分析
2.1摇 枯落物初始化学成分含量分析
枯落物分解不仅受到分解时所处环境的影响,主要是受枯落物基质质量的影响[11]。 用作枯落物(基质)
质量的常见指标有:N浓度、P 浓度、K浓度、C浓度、木质素与纤维素浓度、C / N 比值、木质素 / N 比值、C / P 比
值等。 枯落物分解前的化学组成对其后的分解速率和养分释放具有显著的影响[12]。
从表 3可以看出,荒漠草原 4 种群落枯落物组分中都是 C 的含量最大,占枯落物总质量的 40%以上,其
中,黑沙蒿群落枯落物的 C含量更是达到了 50%以上(506.0 g / kg),其次为纤维素和木质素,分别占枯落物总
质量的 25%—27%和 14%—16%,其它化学成分所占枯落物总质量的比重较小,分别为:N值 0.94%—2.04%;
P 值 0.04%—0.06%;K值 0.17%—0.28%。 作为荒漠草原的优质牧草禾本科的蒙古冰草、赖草和豆科的甘草
群落枯落物中 N、P、K的含量显著高于防风固沙的先锋植物黑沙蒿群落;而 C、木质素、纤维素、C / N、木质素 /
N和纤维素 / N值则显著低于黑沙蒿群落枯落物。
表 3摇 围封条件下荒漠草原 4种植物群落枯落物初始化学成分
Table 3摇 The chemical composition of four typical plant litter
化学组成 Chemical composition A B C D
C / (g / kg) 477.1 依 3.9 461.3 依 2.8 472.8 依 4.2 506.0 依 3.1
N / (g / kg) 14.3 依 0.4 16.6 依 0.2 14.19 依 0.3 8.3 依 0.1
P / (g / kg) 0.51 依 0.02 0.46 依 0.01 0.47 依 0.02 0.33 依 0.01
K / (g / kg) 1.97 依 0.10 2.29 依 0.13 2.15 依 0.09 1.46 依 0.07
木质素 Lignin / (g / kg) 126.5 依 7.8 114.4 依 6.9 121.2 依 5.2 137.4 依 4.1
纤维素 Cellulose / (g / kg) 213.4 依 5.7 219.6 依 4.2 217.8 依 6.3 229.2 依 3.7
C / N 33.36 27.8 33.3 60.9
C / P 935.5 1002.8 1005.9 1533.3
N / P 28.0 36.1 30.2 25.2
木质素 Lignin / N 8.8 6.9 8.5 16.6
纤维素 Cellulose / N 14.9 13.2 15.3 27.6
2.2摇 枯落物分解速率
2.2.1摇 不同植物群落枯落物分解质量损失率变化
枯落物分解过程中质量随时间的变化可用“质量损失率冶和“分解速率冶来表达,它们从不同角度反映了
分解过程中枯落物的动态变化[13]。 对于荒漠草原来说,枯落物分解受到多种因素的影响,除受自身组分影响
外,特别是受水分、温度等气候因素的影响,这就使得枯落物质量损失和分解速率的变化一方面具有某种规律
性,另一方面又表现出不规则变化,显示了相当的复杂性。
研究结果(图 1)表明:围封条件下荒漠草原 4种植物群落枯落物的质量累积损失率随分解时间的延长质
量累积损失率增加。 与质量损失率相比,枯落物分解的质量损失量并不与时间呈线性相关,不同季节质量损
失量增加的快慢有差异,在分解的 4—7月,枯落物质量损失量呈增大的趋势,8 月份质量损失有所降低,9—
10月又有一个跃进式的上升,但到了 11—12 月份质量损失明显降低,到了翌年 1—2月,枯落物质量基本保
持不变。 4种群落枯落物质量损失量大小依次均为:甘草群落>赖草群落>蒙古冰草群落>黑沙蒿群落。 黑沙
蒿群落枯落物第 1 年质量损失仅为 3.85 g,质量损失率为 19.25%,在 4 种群落枯落物分解中质量损失最低。
黑沙蒿为草本小灌木,在枯落物结构组成中,枝茎的比例相对较高,木质素、纤维素等较难分解的成份较多,又
是固沙先锋植物,因此质量损失相对较小;甘草群落枯落物第 1 年质量损失为 6.40 g,质量损失率为 32.00%,
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为 4种群落枯落物质量损失最大的。 甘草群落枯落物的结构组成中,叶的含量相对较高,同时甘草是豆科牧
草,植物体内 N素含量相对较高,C / N值较小,可能更易于枯落物的分解;蒙古冰草群落枯落物第 1 年质量损
失为 5.73 g,质量损失率为 28.00%;同为禾本科牧草,赖草的木质化程度相对于蒙古冰草要小一些,因此赖草
群落第 1年质量损失为 14.08 g,质量损失率为 29.60%。
图 1摇 围封条件下荒漠草原 4种植物群落枯落物质量损失量及质量损失率
Fig.1摇 The quality loss and quality loss rate of four typical plant litter
2.2.2摇 枯落物分解速率模型
枯落物分解是一个动态过程,用于描述枯落物分解速率常用的模型有单指数衰减模型、双指数衰减模型
和多指数模型[14鄄16]。 采用哪种模型要根据具体情况确定[17]。 对于荒漠草原草本植物来说,采用 Olson 的单
指数衰减模型拟合效果较好(表 4 和图 2)。 单指数模型 Yt =Y0e
-kt,式中 Y0为分解开始时的枯落物重量,Yt为
在时间 t时的剩余量,k为分解速率常数。 分解速率可用半分解时间( t0.50)和 95%分解时间( t0.95)来表征,它
们与 k的关系为:t0.50 = 0.693 / k,t0.95 = 3 / k。 但在实际应用中,多用 Y= ae
-kt来描述,式中 Y为重量残留率(%),
a为拟合参数,k为年腐解系数,即分解速率常数(g g-1 a-1)。 按照这一模型,得到各枯落物分解残留率随时
间的指数回归方程,再进一步估算各枯落物分解的半衰期(枯落物分解一半所需要的时间) t0.5和分解 95%时
所需要时间 t0.95。
表 4摇 围封条件下荒漠草原 4种植物群落枯落物分解模型
Table 4摇 The model of litter decomposition of four typical plant
群落类型
Community types
回归方程
Regression equation R
2 分解指数(k)
Decomposing index
t0.5 / Month t0.95 / Month
A y= 94.040e-0.0282 t R2 = 0.8104 0.0282 22.40 104.05
B y= 95.100e-0.0149 t R2 = 0.8197 0.0319 19.46 91.64
C y= 93.903e-0.0292 t R2 = 0.8205 0.0292 21.58 100.44
D y= 95.607e-0.0182 t R2 = 0.8364 0.0182 35.62 162.13
从图 2可以看出,随着时间的延长,枯落物残留率显著降低。 根据枯落物分解 1a的数据估算的分解模型
可知,4种植物群落枯落物在分解速率上存在显著差异,分解指数 k 介于 0.0182(黑沙蒿群落)—0.0319(甘草
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群落)之间,分解最快的是甘草群落,其分解一半所需的时间约是 1.62a,分解 95%需要 7.64a;其次是赖草,其
分解一半所需的时间是 1.80a,分解 95%需要 8.37a;再次是蒙古冰草群落,其分解一半所需的时间是 1.87a,分
解 95%需要 8.67a;分解最慢的是黑沙蒿,其分解一半所需的时间是 2.97a,分解 95%需要 13.51a。
2.3摇 枯落物分解速率影响因子
2.3.1摇 枯落物分解速率与枯落物初始化学成分的关系
由图 3可见,枯落物初始化学组成影响枯落物的分解速率。 蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和黑沙蒿
群落 4种群落枯落物分解速率(k)与枯落物初始 N、P、K含量均呈显著正相关,判定系数(R2)分别为 0.9895、
0.7530和 0.9788;与枯落物初始 C、木质素和纤维素含量呈显著负相关,判定系数(R2)分别为 0.9911、0.9236
和 0.6383;与 N / P 值呈显著正相关,判定系数(R2)为 0.7108;与 C / N值、C / P 值、木质素 / N值、纤维素 / N值呈
显著负相关,判定系数 R2为分别为 0.9893、0.8798、0.9943和 0.9773。
图 2摇 围封条件下荒漠草原 4种植物群落枯落物分解残留率变化
Fig.2摇 The residual rate of litter per month of four typical plant communities
2.3.2摇 枯落物分解速率与枯落物含水率的关系
实验选取 2010年 5—10月荒漠草原 4种植物群落枯落物自然含水率与分解速率进行相关分析,研究结
果图 4表明,枯落物分解速率与枯落物含水率呈正相关,其回归方程符合指数函数,蒙古冰草群落、甘草群落、
赖草群落和黑沙蒿群落相关性达到极显著水平(R2分别为:0.7234、0.6868、0.8159 和 0.6680,P<0.01)。 枯落
物分解速率随着枯落物含水率的升高而增加。
2.3.3摇 枯落物分解速率与气候因子的关系
对枯落物分解速率与降雨量、气温的关系进行统计分析,研究发现:枯落物分解速率与降雨量、气温有明
显的线性回归关系(表 5),说明在研究区域降雨量、气温对枯落物的分解速率产生显著的影响。
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图 3摇 围封条件下荒漠草原 4种植物群落 k值与枯落物初始元素组成的关系
Fig.3摇 The relationship of k value and chemical composition of four typical plant litter
在实验期内,枯落物分解随着气温和降雨的增加而增加,但枯落物分解速率最大值出现在 9月份,而没有
出现在温度最高的 7月,这说明枯落物分解除了受温度影响外,还受到降雨的影响。 在 4—5月,随着气温的
不断升高,同时由于上年降雨和冬季降水的储存,融化,地表水分相对充足,微生物活性逐步增强,枯落物分解
较快;5—7月期间,气温持续上升,土壤动物、土壤微生物繁殖、活性进一步增强,同时由于降雨和土壤水分的
运移,加速了枯落物的淋溶作用,枯落物分解加快,质量损失增多;8月份,由于阶段性的干旱和高温导致了土
壤水分的蒸散,尽管气温更加有利于微生物活性,但土壤水分使微生物活性大大受到了抑制;9 月份降雨较
多,微生物活性在短期的抑制后,活性进一步激活,枯落物分解达到了一个峰值。 在 5—10 月,枯落物累计损
失占总损失量的 89%—93%;11月至翌年的 4月,由于受到温度条件限制,分解较慢,枯落物累积损失仅占 1a
累积分解失重的 7%—11%。
总体来看,从 5—10月份,在气温相对较高,达到 10 益以上后,基本满足了土壤动物及多数微生物活性,
此时间,影响枯落物分解的主导因子是土壤水分;从 11 月份至翌年 4 月份,在秋季降雨的补足下(同时,土壤
蒸发大大降低),土壤水分相对充足,但气温降至 10 益以下,甚至降至 0 益以下或更低的温度,此时间段,由于
低温的影响,大大降低了土壤动物的活动及微生物的活性,影响枯落物分解的主导因素转变为温度。
1114摇 12期 摇 摇 摇 李学斌摇 等:荒漠草原 4种典型植物群落枯落物分解速率及影响因素 摇
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图 4摇 围封条件下荒漠草原枯落物分解速率与枯落物含水率关系
Fig.4摇 The relationship of decomposition rate and moisture content of four typical plant litter
表 5摇 围封条件下荒漠草原 4种植物群落枯落物分解速率与气温、降雨的关系
Table 5摇 The relationship of litter decomposition rate and air temperature, litter decomposition rate and rainfall of four typical plant
群落类型 Community type A B C D
与降雨的回归方程
The regression equation of litter
decomposition rate with rainfall
y= 0.0799x+0.9028
P<0.01
y= 0.0843x+1.1488
P<0.01
y= 0.0804x+0.9926
P<0.01
y= 0.0447x+0.9854
P<0.01
与气温的回归方程
The regression equation of litter
decomposition rate with air temperature
y= 0.193x+0.8878
P<0.05
y= 0.2011x+1.164
P<0.05
y= 0.1893x+1.0377
P<0.05
y= 0.1113x+0.9371
P<0.05
摇 摇 A:蒙古冰草群落,B:甘草群落,C赖草群落,D:黑沙蒿群落
2.3.4摇 影响枯落物分解速率因子的偏相关分析
枯落物分解是一个相当复杂的生态学过程,除与枯落物自身性质影响外,生态因素也是影响枯落物分解
的一个重要方面。 大量研究表明,气温、降雨、土壤 pH 值、枯落物自身含水率等均对枯落物分解有重要的影
响。 但无论相关影响因子多少,枯落物分解都是在土壤微生物作用下对诸生态因子综合效应的反映[18鄄19]。
本研究采用偏相关分析,对荒漠草原 4种植物群落枯落物分解速率与气温、降雨量、枯落物自身含水率、枯落
物自身性质(C、N、P、K、木质素、纤维素)等因子进行了偏相关分析,结果表明,4 种植物群落枯落物分解速率
与降雨量、枯落物自身含水量的偏相关系数达显著水平,其余因子偏相关系数均未达显著水平。
3摇 结论与讨论
(1)枯落物分解是一个复杂的物理化学和生物过程,受多因素制约,但植物种类是决定其分解速率的主
要因素[20]。 荒漠草原 4种植物群落枯落物分解速率存在显著差异,甘草群落>赖草群落>蒙古冰草群落>黑
沙蒿群落。 4种植物群落枯落物经过 1a 分解后,质量损失率均没有超过 50%,甘草群落枯落物分解速率最
大,质量损失为 32.00%,黑沙蒿群落枯落物分解速率最小,质量损失率仅为 19.25%,这与本研究中提出的枯
落物分解速率与初始化学成份相关相一致,前后互为印证。 但与张建利等[21]研究的西南山地草地枯落物分
解年质量损失率为 38%以上存在差异,这可能由于本研究区内降雨量较少,限制了枯落物分解速率的缘故。
(2)4种植物群落枯落物 Olson分解模型的判定系数(R2)均很高,说明拟合效果较好。 黑沙蒿群落枯落
物分解的半衰期最大,然后依次为蒙古冰草群落、赖草群落和甘草群落。 根据研究,推算出围封条件下荒漠草
原枯落物分解 50%所需时间为 2—5a,分解 95%需 8—24a。 研究结果长于温带森林生态系统枯落物分解 50%
需要 1—3.3a,分解 95%需要 8—17a[22]、西南山地草地枯落物分解 50%需要 1—4a,分解 95%需要 4—18a[23]、
热带雨林、温带草原枯落物分解 95%需要 2a[24]和东北羊草草地枯落物分解 95%需要 6—8a[25]。 这可能与水
2114 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 35卷摇
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热环境等因素的差异有关。
(3)草地枯落物的分解速率一般受到枯落物自身性质、气候、生物等因子的综合影响。 其中枯落物分解
速率与枯落物自身初始化学组成密切相关,但在不同研究区域、不同植物种类、不同土壤条件下,枯落物的初
始化学组成与枯落物分解速率的关系存在着差异。 本研究发现,荒漠草原枯落物初始 C、N、P、K、木质素和纤
维素的含量共同调控着枯落物的分解速率,枯落物分解速率与枯落物初始 N、P、K的含量呈显著正相关,与枯
落物初始 C、木质素和纤维素的含量呈显著负相关。 这与宋新章等[26]在浙江千岛湖姥山林场常绿阔叶林的
研究结果存在一定差异。 在浙江千岛湖姥山林场 7种常绿阔叶林的枯落物初始磷、氮和木质素的含量与枯落
物分解速率呈显著相关,而碳、钾的含量与分解速率关系不显著,这可能与选择的不同物种、枯落物的不同性
质有关系。 枯落物分解速率除受自身物质组成影响外,还与枯落物含水率、降雨量和气温呈正相关,分解速率
随着枯落物含水率、降雨量和气温的升高而增加,与枯落物含水率的回归方程符合指数函数,与降雨量、气温
呈线性正相关,这与张建利等[20]研究的云南马龙县山地封育草地枯落物分解,程积民等[27]研究的西北半干
旱区封育草地枯落物分解,杨靖春等[28]研究的东北羊草草地枯落物分解的结果相一致。 通过对 4 种植物群
落枯落物分解速率与以上影响因子进行偏相关分析,结果表明,枯落物分解速率与降雨量、枯落物自身含量的
偏相关系数达显著水平,其余因子偏相关系数均未达显著水平,这与郭继勋等[13]采用通径分析得出的土壤水
分对草地枯落物的分解速率的效应最强,与王娓[29]等采用的偏相关分析得出的降雨量、枯落物相对湿度对枯
落物的分解速率效应最大相一致。
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