季節(jié)性積雪下高山草地凋落物分解

1、《應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報》ChinJApplEnvironBiolDoi:10.19675ki.1006687x.2018.04013季節(jié)性積雪下高山草地凋落物分解周天陽12王金牛13??徐波4周海燕5謝雨1吳彥1??1中國科學(xué)院成都生物研究所成都6100412中國科學(xué)院大學(xué)北京1014083國際山地綜合發(fā)展中心加德滿都4阿壩師范學(xué)院阿壩6234025內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)江641000摘要青藏高原高山草地的凋落物分解是其生物地化循環(huán)過程的重要

2、一環(huán)。本文采用樣方調(diào)查法估測了兩種典型地形條件下高山草地單位面積的年凋落物產(chǎn)量，分析定面積凋落物分解袋中的初始裝袋量與凋落物分解率的關(guān)系，估算了最佳初始凋落物裝袋量。通過積雪期設(shè)置雙面凋落物分解袋于淺雪、深雪、無雪及人工雪被處理下，比較不同的雪被處理下凋落物的分解率，同時測定對應(yīng)的土壤溫度及土壤微生物生物量碳氮含量，進而分析土壤微生物生物量碳氮與凋落物分解率之間的相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)：1）兩種典型樣地內(nèi)植物凋落物在自然狀態(tài)下的年產(chǎn)生量均約

3、為90gm2；2）非生長季中凋落物分解率與凋落物初始重量呈負線性相關(guān)，凋落物初始裝袋量3g是研究分解率的相對較佳重量；3）隨著積雪厚度的增加，非生長季土壤溫度和凋落物分解率提高。同時也促進了土壤微生物生物量的積累。凋落物分解率和土壤微生物生物量碳、氮在深雪與無雪處理下分別達到最大值（分別為10.15%156.37mgkg175.89mgkg1）和最小值（分別為3.07%65.38mgkg120.17mgkg1）。土壤微生物生物量碳、氮均

4、與凋落物分解率呈顯著相關(guān)性（P0.05）。綜上所述，即便在冬季氣溫低于冰點的情況下，雪被的隔絕作用使得土壤微生物活動依然活躍進行。雪被變化既改變了土壤環(huán)境因子及凋落物分解率，也深刻影響著高山草地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。（圖5表2參43）關(guān)鍵詞凋落物產(chǎn)量；分解率；雪被；土壤微生物生物量碳氮；土壤溫度LitterdecompositionofalpinemeadowundertheseasonalsnowcoverZHOUTianyang12

5、WANGJinniu13XUBo4ZHOUHaiyan5XIEYu1WUYan11ChengduInstituteofBiologyChineseAcademyofSciencesChengdu610041China2UniversityofChineseAcademySciencesBeijing100049China3InternationalCenterfIntegratedMountainDevelopment(ICIMOD)K

6、athmuNepal4AbaTeachersUniversityAba623002China5NeiJiangAcademyofAgriculturalSciencesNeijiang641000ChinaAbstractLitterdecompositionisanimptantfractionofbiogeochemicalcyclesinalpinemeadowsofeasternTibetanPlateauunderlongla

7、stingsnowcover.Thisstudyaimedtoconductannualplantlitterproductiondetermineappropriatelittermassinafixedarealitterbag.Thenthedecompositionrateofplantlitterwascomparedunderdifferentsnowdepths.Lastlyitwasanalyzedtherelation

8、shipsoflitterdecompositionratewithsoilmicrobialbiomass.Theannuallitterproductionperunitareahadbeencalculatedbyquadratmethodattwo收稿日期Received:20180409接受日期Accepted:20180509?國家自然科學(xué)基金（41661144045，31400389）和中國博士后科學(xué)基金（2014M552

9、385）資助SupptedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(4166114404531400389)theChinaPostdoctalScienceFoundation(2014M552385)通訊作者Crespondingauth(Email:wangjn@cib.wuyan@cib.)《應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報》ChinJApplEnvironBiolDoi:10.19675ki.

10、1006687x.2018.04013[22324]。因此，有必要考慮樣地的凋落物實際產(chǎn)量，裝取適宜的初始凋落物量來開展相關(guān)實驗，以便得到較為真實的凋落物分解率。因此，本文選擇青藏高原東緣高山草地作為凋落物分解的實驗樣地，旨在認識不同積雪處理下高山草地的凋落物分解過程及其影響機制，具體目標如下：1）結(jié)合樣方調(diào)查與雙面凋落物分解袋，按不同質(zhì)量梯度進行實驗，探討凋落物初始重量與分解率的關(guān)系，明確凋落物分解袋最佳初始裝袋量；2）根據(jù)所確定的最

11、佳凋落物裝袋量，進行凋落物分解實驗，對比不同雪被厚度下的凋落物分解率；3）分析對比不同處理間土壤微生物生物量碳氮及其與凋落物分解率的相關(guān)性。從而進一步加深對高山草地生態(tài)系統(tǒng)凋落物分解過程及其對氣候變暖響應(yīng)機制的理解，以期對全球變化背景下高寒生態(tài)系統(tǒng)的保護工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)支撐。1材料與方法1.1研究區(qū)概況本試驗地位于四川省松潘縣卡卡山山頂（32.98N103.67E），隸屬于青藏高原東緣的岷山山脈中部，海拔3930m，年均降雨量為7

12、20mm，并呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性分布，超過70%的降水集中在6月至8月間，干濕季節(jié)間差異較為明顯。降雪通常開始于9月底，結(jié)束于次年5月初，11月初左右開始擁有穩(wěn)定的雪被。該地區(qū)受西南暖濕氣流和東南季風(fēng)控制，屬于典型山地季風(fēng)氣候。年均氣溫5.6℃，1月均溫7.4℃，7月均溫9.5℃，年均太陽輻射時數(shù)1824.5h，≥10℃年積溫438.6℃。土壤為棕色草氈土，土壤pH6.21~7.11。喬木以岷江冷杉（Abiesfargesiivar.fax

13、oniana）為主；高山灌木有窄葉鮮卑花（Sibiraeaangustata）、鷓鴣杜鵑（Rhododendronzheguense）和鷓鴣柳（Salixzhegushanica）；草本植物有高原毛茛（Ranunculustanguticus）、甘肅馬先蒿（Pediculariskansuensis）、川西小黃菊（Pyrethrumtatsienense）、珠芽蓼（Polygonumviviparum）、黑褐苔草（Carexatrofu

14、sca）和矮蒿草（Kobresiahumilis）等[25]。1.2試驗設(shè)計及樣品采集2015年9月底對本研究樣地的高山草地開展樣方調(diào)查，確定在自然狀況下的植物生物量（包括正常生長的活體植物、枯死植物及凋落物），將樣方內(nèi)植物分為四個部分，即凋落物、苔蘚、地衣及維管植物，其中凋落物組成主要為樣方中的優(yōu)勢物種，包括黑褐苔草、矮蒿草、高原毛茛、甘肅馬先蒿、川西小黃菊等。對本研究區(qū)域中兩個代表性地點（南坡和平地）開展調(diào)查，其中每個樣地的大小為5

15、0m50m，同時每個樣地內(nèi)至少20個樣方（25cm25cm）。對樣方內(nèi)的植物進行整理分揀并收集所有的凋落物，清理后混勻儲存在紙袋中，置于65℃的烘箱中干燥48小時后測干重。在相關(guān)的野外凋落物研究中，凋落物分解袋法由于操作簡便得到了廣泛運用，然而分解袋網(wǎng)孔大小的差異會給凋落物分解率帶來一定影響[2627]。因此，凋落物分解率采用尼龍網(wǎng)狀材料制成的改良后的雙層結(jié)構(gòu)的凋落物分解袋（14cm20cm）測定，上層網(wǎng)格孔徑大小為4.5mm，下層網(wǎng)格

16、孔徑大小為0.8mm?？讖捷^大的上層允許大部分微型節(jié)肢動物進入，這些微型節(jié)肢動物是青藏高原東緣高山草地主要的土壤動物。而孔徑較小的下層可以減小實驗過程中由于凋落物掉落造成的損失，可以反映出更接近自然狀態(tài)下的凋落物分解情況[27]。為了了解研究樣地在非生長季凋落物的分解過程，于12月下旬左右，開展以下兩步實驗過程：1）確定凋落物初始重量與分解率的關(guān)系。將凋落物按重量劃分為3個梯度（1.5g、3g、5g）并取相應(yīng)質(zhì)量的凋落物封裝于分解袋中，

17、每個梯度3個重復(fù)并做好標記，裝袋時盡量將凋落物均勻分布于凋落物袋中。然后放置于山頂（海拔約4200m）人工雪被下；2）確定不同雪被厚度下的凋落物分解率。在非生長季，背風(fēng)坡的山脊上會依據(jù)海拔差異形成不同厚度的人工雪被，并按厚度劃分為兩個梯度，即深雪處理（海拔約為4190m）和淺雪處理（海拔約為4195m）。無雪處理在山頂一塊相對平坦區(qū)域開展，每次降雪后及時清除樣地積雪。人工雪被處理在無雪處理附近設(shè)置，用高2m，寬1.5m的透明有機玻璃作為