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氮沉降背景下枯落物对草地生产力的影响

Tchister Morrel EBISSA  
【摘要】:枯落物对草地生态系中发挥重要作用,它会影响生态系统的结构、过程及功能。枯落物通过改变植物群落的光照条件、土壤水分、温度以及营养条件,影响种子萌发、幼苗建成,并且能够调节植物种间关系,进而改变植被的群落结构以及生产力。氮沉降会通过多种途径影响植物群落的结构和功能,也会通过改变枯落物的积累量和营养含量,影响枯落物对草地生态系统的调节作用。本论文通过连续3年的野外控制实验,研究施氮和枯落物对草地植物生产力的交互作用,探讨氮沉降背景下枯落物在调节草地植物生产力中的作用。本研究采用两因素裂区实验设计,氮包括施氮和不施氮两个水平,枯落物包括去除枯落物、自然枯落物和添加枯落物3个水平,分析了生长季中期植物生产力、生长季末枯落物生产力、地下根系生产力以及不同植物功能群生产力对施氮与枯落物的响应。 本研究提出以下假设:(1)施氮可以提高植物生产力;(2)枯落物对植物生产力的影响会随时间发生变化;(3)施氮与枯落物对植物生产力存在交互作用。主要研究结果如下: (1)施氮提高了植物和枯落物的生产力,禾本科植物对施氮的响应结果决定植物生产力的变化规律,而施氮对豆科植物和杂类草作用不显著。施氮没有影响地下根系生产力,虽然2009年在没有自然枯落物和两倍枯落物水平上,施氮有增加根生物量的趋势,而2010和2011年在去除枯落物和自然枯落物两个水平上,施氮有提高根生物量的趋势。 (2)在不施氮的情况下,枯落物对植物和枯落物生产力没有显著作用。在2011年,枯落物有增加豆科植物生产力的趋势,而在自然枯落物水平上杂类草生产力最高。2009年,没有枯落物的处理中根生产力高于其他处理。施氮之后,2009年植物生产力随枯落物处理水平降低,而在2010和2011两年,自然枯落物处理中的植物生产力高于其他枯落物处理。植物生产力的变化规律主要由禾本科植物决定的,而豆科植物和杂类草的生产力随枯落物处理水平的增加而升高。枯落物处理对生长季末的枯落物生产力没有显著影响。在2009年,施氮和枯落物处理对根的生产力没有明显的作用,而2010和2011两年,根生产力随枯落物处理的增加而降低。 (3)在施氮和不施氮的条件下,枯落物对植物生产力的作用不同,表明施氮与枯落物之间存在交互作用。尤其是在实验第1年,施氮之后,植物生产力随枯落物处理水平的增加而降低,而不施氮的情况下,植物生产力在枯落物处理之间没有差异。而在2010和2011年,枯落物对植物生产力的促进作用开始出现。枯落物对植物生产力作用随时间的变化规律表明是枯落物对植物生长物理和化学两方面作用的结果。实验第一年,枯落物还没有分解,其对植物生长的物理作用占优势,枯落物通过降低光照条件,抑制植物生长。而在2010和2011两年,枯落物分解可以改善土壤的营养条件,其对植物生长的促进作用开始表现出来。 本研究的结果表明,施氮可以提高生长季中期的植物生产力和生长季末的枯落物生产力。不施氮的条件下,枯落物对植物生产力没有作用;施氮之后,植物生产力在处理第1年随枯落物处理水平的增加而降低,而在第2年枯落物对植物生产力的促进作用开始表现出来。禾本科植物对枯落物处理的响应结果决定植物生产力的变化规律,而豆科植物和杂类草对枯落物的响应与禾本科植物的响应不同。在生长季末,枯落物对植物生产力的作用逐渐消失,而地下生产力与地上生产力的变化规律不同。枯落物可以通过拦截光照降低生境的光照条件,施氮也会增强植物之间的光竞争,两者对植物生产力产生累加的交互作用。本研究丰富了有关枯落物在草地生态系统中的功能及其对氮沉降响应的认识,并为草地的科学管理提供依据。


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