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宁南山区典型植物根系生产力及根系分解对土壤有机碳和养分的影响

杨轩  
【摘要】:自20世纪末开始,国家实施退耕还林还草政策,黄土高原地区生态环境得到了良好的改善,植被覆盖度明显提高,同时植物地下根系生物量的增加对土壤养分的改善起到了至关重要的作用,因此植被恢复过程中,植物地下根系部分对土壤有机碳及养分的影响受到越来越多的关注。本文在宁南山区云雾山封育保护区进行野外试验,选取5个不同恢复年限样地的典型植物群落,利用内生长法进行根系生产力试验,并选取该地区3种典型植物长芒草、铁杆蒿、百里香细根,采用分解袋法进行根系分解试验,研究植被恢复过程草地生态系统植物群落地下生产力特征和根系分解特征,以及对土壤有机碳和养分的影响,以阐明植被恢复过程中根系对土壤有机碳和养分的贡献,以期为植物与土壤间的养分循环提供理论依据。主要得出以下结论:(1)植物群落组成、根系生物量随封育年限变化明显。封育1年是以糙隐子草、星毛委陵菜为主要建群种的植物群落;封育5年是以百里香为主要建群种的植物群落;封育10年是以长芒草、厚穗冰草为主要建群种的植物群落;封育25年是以铁杆蒿、长芒草为主要建群种的植物群落;封育30年是以长芒草、大针茅为主要建群种的植物群落,之后植物群落基本达到稳定状态。并且在不同封育阶段,根系生物量均主要分布在0-15cm土层,且随封育时间的增加,植物群落地下生物量也逐渐增加。(2)随着封育年限的增加,植物群落地下初级生产力(BNPP)逐渐增加。封育5年样地植物群落地下初级生产力为:61.54 gC·m~(-2)·yr~(-1),封育25年左右植物群落地下初级生产力明显升高:140.23 gC·m~(-2)·yr~(-1)。在组成BNPP的两个成分中,根源碳所占的比例(57%~81%)大于根系生物量碳所占的比例(19%~43%)。随着封育年限的增加,根源碳所占的比例呈下降趋势,封育时间越长根系生物量碳对BNPP的贡献越大。(3)根系分解过程质量损失有明显的阶段性。在分解前45天,属于快速分解阶段,45天之后,为慢速阶段。分解360天后,根系残留率在49%~87%之间。植物根系分解速率与初始N含量呈正相关,与初始木质素含量呈负相关关系。三种典型植物根系分解速率为铁杆蒿长芒草百里香。在原位样地分解与撂荒地分解根系的质量变化基本一致。(4)根系分解过程,碳一直呈现释放状态,而氮、磷呈现先释放后富集的变化。这是因为分解过程根碳大量损失,质量浓缩,所以氮磷富集。三种根系中,铁杆蒿根碳养分保持率下降最快。并且根系在原位样地分解与撂荒地分解养分保持率动态基本一致。(5)根系分解可以明显提高土壤有机碳含量,对土壤全氮、全磷影响较小。根系分解对原位分解样地土壤有机碳的提高作用表现在0~45天,对撂荒样地的提高作用表现在45~90天,集中在分解试验的前期。根系对0-5cm土层有机碳的提高量大于5-10cm土层。(6)根系分解可以明显提高土壤微生物生物量碳(MBC),可溶性有机碳(DOC),但对微生物生物量氮(MBN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)影响较小。土壤活性碳氮组分对环境比较敏感,呈现出了明显的季节性变化,且变化范围较大。整体而言,土壤活性碳氮组分中,0-5cm土层MBC受根系分解的影响最大。


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