干旱与半干旱生态脆弱区凋落物分解响应降水格局变化的对比研究

The precipitation pattern shows the features of increasing precipitation interval and uneven distribution of precipitation in arid and semi-arid regions as global climate change intensifies. Among the biogeochemical cycling processes influenced by precipitation, litter decomposition and its nutrient release are important in maintaining the stability of ecological fragile region, improving soil structure and promoting vegetation restoration in arid and semi-arid regions. However, the mechanism of how different forms of precipitation pattern change affect the litter decomposition and its nutrient release under cross-regional scaleis not well understood due to the lack of comparative studies. Therefore, our project intends to conduct a comparative networking research in two typical ecological fragile regions under different precipitation gradients of arid and semi-arid regions to study the litter decomposition and their nutrient release of different life-form plants (shrubs, perennials and annuals) under different forms of precipitation pattern change, the biotic and abiotic regulatory factors of litter decomposition under precipitation pattern change were also measured to clarify the response mechanism of litter decomposition and its nutrient release in arid and semiarid regions to different forms of precipitation pattern change, to provide theoretical and practical support for the vegetation-soil material cycle and nutrient balance in fragile regions.

随着全球气候变化加剧，降水格局在干旱与半干旱区呈现出降水时间间隔增大、单次降水量增多等特征。在受降水影响的诸多生物地球化学循环过程中，凋落物的分解及养分释放对于改良干旱与半干旱生态脆弱区的土壤结构、促进植被恢复，进而维持其稳定性具有特殊意义。然而，因缺乏对比研究，降水格局变化对凋落物分解和养分释放在跨区域尺度上的影响机制尚不十分清楚。因此，本项目拟以我国干旱与半干旱区不同降水梯度下两个典型生态脆弱区为研究区域，对具有代表性的不同生活型植物叶凋落物在不同形式降水格局变化下的分解和养分释放过程进行联网对比研究，并通过测定降水格局变化下影响凋落物分解的各生物与非生物调控因子的改变，揭示不同形式降水格局变化对不同生态脆弱区凋落物分解速率及其养分释放的影响差异，阐明干旱与半干旱生态脆弱区凋落物分解及其养分释放对不同形式降水格局变化的响应机制，为改善生态脆弱区植被-土壤物质循环和养分平衡提供科学依据。

凋落物作为连接植物与土壤的纽带，可通过分解和养分释放来促进干旱半干旱区脆弱生态系统的土壤结构改良和植被生长，而随着全球变化的加剧，凋落物的分解和养分释放受到了降水格局改变的影响。我们以我国干旱与半干旱区不同降水梯度下两个典型生态脆弱区为研究区域，对其具有代表性的叶凋落物在不同形式降水格局（降水量减少和降水间隔增大）变化下的分解和养分释放过程进行联网对比研究，并测定了降水格局变化下影响凋落物分解的各生物与非生物调控因子。结果表明：（1）在试验期间，半干旱区的年降水量较高，凋落物分解速度更快，而干旱区的凋落物单位累积降雨量分解效率更高；（2）两种降水格局改变处理均对凋落物质量损失产生负面影响；（3）对于非生物因素，两种处理仅影响土壤水分；对于生物因子，两种处理均降低了凋落物木质素含量；降水间隔增大处理降低了凋落物N和K含量，但增加了凋落物C/N比和木质素/N比；（4）凋落物质量损失的主要控制是由于我们对干旱状况的控制及其对土壤分解环境的影响，而不是其他因素，如凋落物质量或光照强度；（5）与减少降水量相比，增加降水间隔对凋落物质量损失的影响更大，这是由于增加降水间隔处理中凋落物C/N比增加所致。我们推测，降水间隔的增加对凋落物分解者来说是一个更为恶劣的影响因素；（6）凋落物质量损失与初始碳或氮含量无关，但与初始木质素含量呈负相关，表明初始木质素含量是预测凋落物分解的指标；（7）增加降水量并没有改变土壤微生物多样性，但它削弱了升温对土壤微生物多样的负面影响。本研究揭示了不同形式降水格局变化对不同生态脆弱区凋落物分解速率及其养分释放的影响差异，阐明了干旱与半干旱生态脆弱区凋落物分解及其养分释放对不同形式降水格局变化的响应机制，为改善生态脆弱区植被-土壤物质循环和养分平衡提供了科学依据。