黄土高原草地植物凋落物分解过程对降水的响应及其机制

Plant litter decomposition is the key process of C (carbon) cycling in terrestrial biogeochemical models. The litter which is derived from fine root contains more recalcitrant compound and break down more slowly than leaf. However, the rate of leaf litter decomposition are often assumed to be broadly representative of plant litter decomposition in models of ecosystem C cycling, resulting to underestimate the C pool of ecosystem. The precipitation is the main component of climate change, and affects litter chemistry and productivity, and influences leaching, chemical components of litter and soil microbial affecting C cycling of ecosystem. Now the research on litter decomposition by precipitation in semiarid grassland mainly focuses on leaf litter, and little is known about fine root litter decomposition. In this study, we propose to design reciprocal transplanting to study the effects of precipitation on soil microbial and chemistry of decomposition, especially the recalcitrant compound of leaf and fine root litter in the typical steppe, and reveal the interaction and mechanism of chemistry of litter and soil microbial by precipitation on litter decomposition. The results will be significant for understanding the responses of the rate and chemistry of decomposition of litter decomposition to precipitation. In addition, this research can also provide basic data to C accumulation and mechanism of steppe ecosystem.

植物凋落物的分解是陆地生态系统碳循环的关键过程之一。细根生成的凋落物含有更多的顽拗性化合物，比叶凋落物分解得慢。而在陆地生态系统碳循环的模型中，通常以叶凋落物的分解速率作为参数，其结果低估了生态系统的碳库。降水变化是全球气候变化中极其重要的一个方面，降水的变化影响了凋落物组成及产量，并通过影响凋落物的淋溶作用、化学组成以及微生物的活性对其分解产生影响，从而影响生态系统碳循环过程。目前，关于降水对半干旱草原凋落物分解过程的研究大部分集中在叶凋落物，对细根的研究很少。本项目拟采用移位分解试验，系统研究降水变化条件下，典型草原植物凋落物分解过程中各种化合物尤其是叶和细根中顽拗化合物含量及其土壤微生物特征的变化，揭示降水影响下的凋落物化学组成和土壤微生物的互作关系及其对凋落物分解的驱动机制。研究结果对加深理解全球气候变化背景下，黄土高原草地生态系统的碳循环具有重要意义，为碳循环模型提供基础数据。

该项目以黄土高原草地为研究区域，设置3个降水梯度（减水30%，自然降水，增水30%）进行降水控制实验，并选择草地建群种的叶和根凋落物为研究对象，主要研究了凋落物分解过程中叶和根的化学组分和土壤微生物对降水响应，探讨凋落物分解过程中，其化学组分与土壤微生物的互馈过程及其对凋落物分解的驱动机制。对照《任务书》研究要点，本项目主要取得如下研究成果：.1 随着降水量的增加，凋落物的地上和地下产量也显著增加。降水处理显著改变了叶和根凋落物的初始化学性质。.2 18个月的凋落物分解试验表明，叶和根凋落物的分解速率主要受凋落物初始木质素和氮含量的影响。在18个月的分解过程中，叶和根凋落物的半纤维素和纤维素含量不断减少，氮含量呈现增加的趋势。降水处理改变了叶凋落物氮和磷元素的分解模式，对根凋落物的氮、磷元素和两种凋落物的碳元素的分解模式均没有影响。.3 在黄土高原草地，降水量的增加或减少均抑制叶和根凋落物的分解，其中减水处理对根凋落物分解过程的抑制作用比增水处理更强。降水量的增加或减少均有利于土壤0-5cm土层养分的累积，土壤理化性状得到改善。.4 降水处理改变了土壤表层（0-5cm）细菌和真菌群落的组成。降水变化对土壤细菌和真菌群落的多样性没有显著的影响，但是增水处理的土壤细菌丰富度指数要显著高于减水和对照处理。.5 凋落物分解速率对降水处理所引起的综合作用与凋落物初始化学组成引起的间接作用响应不同；降水处理引起的土壤微生物群落结构组成、多样性的变化使得凋落物的分解过程更加复杂，特别是对叶凋落物的影响更强。