氮素和水分添加对典型草原植物凋落物分解的影响

全球氮沉降的增加和降水量和格局的可能变化是全球变化的两个重要内容。氮素营养和降水的改变将对地球表面陆地生态系统凋落物分解过程产生重要的影响，导致生态系统碳收支平衡的改变，并进一步影响生态系统的其他功能过程。本研究拟通过在三个地点氮素和水分添加（冬季增雪，夏季增水）处理的控制实验，研究氮素和水分增加对凋落物分解和养分释放速率的影响，重点探讨不同水分处理（冬季增水、夏季增水和对照）下凋落物分解和养分释放的差异，氮素添加处理对凋落物分解的直接作用（通过改变土壤N的可获得性）和间接作用（通过增加凋落物中N的含量，改善凋落物质量），并进一步分析凋落物质量（木质素/N比，C/N比和N含量）、水分和养分三者之间的耦合作用以及对凋落物分解影响的内在机制，为全球变化情景下北方草地生态系统碳收支平衡的模拟提供实验依据。

在过去3年间，我们采用控制实验手段，在内蒙古典型草原生态系统开展了氮、水添加对生态系统凋落物分解的影响。取得下列初步研究结果：.（1）群落优势植物10个物种经过1065天的分解后，非禾草类的叶、细根凋落物比禾草类的叶、细根分解快（叶：11.3%，细根：13.0%），而非禾草类的茎凋落物比禾草类的分解慢（6.7%）。非禾草类叶、茎、细根凋落物分解最快的是叶，最慢的是茎凋落物；在禾草类中分解最快的是叶，最慢的是细根凋落物。与结构相关的植物性状（C，C/N，C/P）通常对凋落物的分解有负作用，而与植物营养相关的性状（K，S，N，Mg，P）对凋落物的分解产生正作用。与分解正相关的因子在分解较快的凋落物中含量值较高，而与分解负相关的因子在分解较快的凋落物中含量值则较低。我们的研究结果表明功能性状对凋落物的分解是正或负的作用在很大程度上取决于内在的功能性状之间的联系与权衡。.（2）夏季增雨显著促进了凋落物的分解，而春季增雪对分解的作用微弱或有一定的负作用，氮素（N）添加显著抑制了凋落物的分解。夏季增雨在实验初始阶段降低了10-20cm的土壤微生物量碳，表明氮素添加导致土壤酸化，降低分解微生物的生物量，进而抑制分解。N、水添加之间并不存在显著的交互作用，说明凋落物分解过程与生产过程对N、水格局的响应并不一致。尽管N、水添加并不改变凋落物在两个功能群之间的差异，但它们对不同功能群的相对作用以及作用强度却不一致。例如，它们改变了非禾草类植物阿尔泰狗娃花与大籽蒿叶、茎、根凋落物分解速率上的差异，说明在预测N沉降增加与降水量与降水格局改变对半干旱典型草原C循环影响时，不同功能群以及不同器官凋落物的响应强度不能忽视。.（3）典型草原的羊草和大针茅叶、细根凋落物在四个景观类型的分解表明，四种凋落物类型在沙地草地分解最快。虽然分解初期细根的分解比叶片快，但最终叶比土壤中的细根凋落物分解快。四个景观单元中凋落物分解速率与初始氮浓度均呈显著正相关，尤其在年降水最高的高寒草地，表明自然降水条件影响凋落物质量对分解的控制。年降水和年均温解释叶凋落物分解变化的18%和40%（二者共同解释58%）。年降雨量，年均温，年紫外（UV）辐射分别解释5%，35%和22%（三者共同解释62%）细根凋落物的分解。夏季增雨促进凋落物的分解，春季增雪作用较弱，N素添加在不同景观单元作用不同。氮素添加抑制了凋落物