李吉玫 張毓?jié)?李 翔 韓燕梁

(新疆林業(yè)科學(xué)院森林生態(tài)研究所，烏魯木齊 830063)

降水強(qiáng)度變化對天山云杉地表凋落物和細(xì)根分解的影響

李吉玫 張毓?jié)?李 翔 韓燕梁

(新疆林業(yè)科學(xué)院森林生態(tài)研究所，烏魯木齊 830063)

為了探明不同降水條件下干旱區(qū)山地森林主要優(yōu)勢樹種凋落物分解特征，采用野外模擬試驗,通過設(shè)計3種降水強(qiáng)度處理[ZP(去除降水)、CK(自然降水，對照)、DP(雙倍降水)]，研究了降水強(qiáng)度變化對天山云杉地表凋落物(葉和枝)和細(xì)根分解的影響。研究結(jié)果表明：分解24個月后對照凋落葉、凋落枝和細(xì)根干重?fù)p失率比去除降水損失率分別高24.79%、2.54%和23.09%，比雙倍降水損失率低7.04%、0.68%和10.70%，去除降水對凋落葉和細(xì)根分解的抑制作用顯著，對凋落枝抑制作用較微弱，雙倍降水對分解具有促進(jìn)作用，但僅對細(xì)根分解的促進(jìn)作用顯著。對照和雙倍降水處理下凋落葉和細(xì)根月平均分解率均表現(xiàn)為雙峰型曲線，凋落枝為單峰曲線，去除降水處理下地表凋落物和細(xì)根月平均分解率相對平緩。木質(zhì)素和纖維素殘留率也表現(xiàn)為去除降水>對照>雙倍降水。不同降水處理下分解過程中N元素釋放模式不同，但C釋放模式基本一致。相關(guān)分析表明，凋落物月分解率與0～10 cm土層溫度的相關(guān)性不顯著(P>0.05)，但與土壤含水量間為線性極顯著正相關(guān)(P<0.05)。我們研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)云杉凋落物與根系分解對降水強(qiáng)度變化存在明顯差異，未來氣候變化對土壤碳周轉(zhuǎn)影響應(yīng)該充分考慮這種器官間差異。

降水強(qiáng)度；凋落物；分解；養(yǎng)分釋放；天山云杉；干旱區(qū)山地森林

降水變化對碳固定和釋放有控制和調(diào)節(jié)作用[1]。近幾十年強(qiáng)降雨、嚴(yán)重干旱和洪水等極端災(zāi)害事件頻發(fā)，導(dǎo)致降水變化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程及其對氣候變化的反饋方式產(chǎn)生重大影響[2]。西北干旱區(qū)是全球降水波動最明顯的地區(qū)之一[3]。受全球氣候變化研究的推動，降水對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響目前備受關(guān)注，尤其是森林碳氮等養(yǎng)分循環(huán)。森林凋落物在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著重要的作用，它的生產(chǎn)與分解及其相關(guān)過程變化不僅體現(xiàn)了森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)與能量循環(huán)動態(tài)，而且直接影響著陸地碳儲量和大氣二氧化碳濃度。細(xì)根作為地下生態(tài)系統(tǒng)的主體，在森林生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力、碳和養(yǎng)分循環(huán)中的作用巨大[4～5]。細(xì)根分解是全球碳預(yù)算的重要組成部分，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳和養(yǎng)分輸入的主要途徑[6]。研究細(xì)根分解過程及養(yǎng)分的釋放對于了解森林生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要意義[7]。干旱區(qū)降雨量是凋落物分解過程中的主要決定環(huán)境因子之一。它通過影響凋落物的淋溶和破碎而顯著影響分解速率[8～10]。目前降水對凋落物分解的影響研究主要得出以下3種結(jié)論：正效應(yīng)、負(fù)效應(yīng)和無效應(yīng)，這主要歸因于影響凋落物分解的氣候因素、植被與分解者群落、凋落物質(zhì)量等[11～13]。如在熱帶地區(qū)，降雨量越大,表層凋落物分解越快[14]，而在一些溫帶生態(tài)系統(tǒng)中,高降雨量的嫌氣條件反而使凋落物分解減慢[15]。干旱區(qū)水熱條件惡劣，各環(huán)境要素對凋落物分解的影響存在復(fù)雜性和特殊性，使得本區(qū)域的研究結(jié)果仍存在較大不確定性[1]。研究不同降水條件下干旱區(qū)凋落物分解的變化規(guī)律，掌握特殊氣候背景下凋落物分解轉(zhuǎn)化的特征，對于準(zhǔn)確估計該區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化有著重要意義。

天山云杉(Piceaschrenkiana)是新疆山地森林的主要組成部分,在涵養(yǎng)水源、保育土壤等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)功能。本文以新疆天山森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位研究觀測站為依托，通過野外模擬，研究降水強(qiáng)度變化對天山云杉地表凋落物(葉和枝)與細(xì)根分解及其養(yǎng)分釋放的影響，旨在掌握干旱區(qū)凋落物分解與環(huán)境要素間存在的規(guī)律，為進(jìn)一步研究氣候變化對森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概括和試驗方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于新疆天山森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，地處天山山脈中段北坡，隸屬于烏魯木齊縣水西溝鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)E87°27′28.5″～87°28′47.7″,N43°24′48.3″～43°26′17.9″,海拔1 908～2 960 m。該地區(qū)屬溫帶大陸性氣候,年均氣溫2.0℃,年降水量400～600 mm,雨季集中在6～8月份,年蒸發(fā)量980～1 150 mm,年均相對濕度65%,無霜期89 d,≥10℃積溫1 170.5℃。林下土壤為山地灰褐色森林土,腐殖質(zhì)層較厚。該區(qū)植被類型是以天山云杉為主的溫帶針葉林，森林覆蓋率達(dá)60%，林冠截留率為21.62%。研究區(qū)近5年平均降水和平均溫度如圖1。

圖1 研究區(qū)近5年平均降水量和氣溫Fig.1 The average precipitation and air temperature during the recent five years

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置

2011年秋季(9月底)在研究區(qū)地形、土壤性質(zhì)、植被分布和樹木長勢較一致的典型林區(qū)內(nèi)設(shè)置固定樣方9塊,面積均為3 m×3 m，并進(jìn)行林分狀況和土壤養(yǎng)分等調(diào)查。樣方內(nèi)主要地被植物有：天山雨衣草(AlchenillatianschanicaJuz.)、羊角芹(AegopodiumpodagrariaL.)、天藍(lán)巖苣(Cicerbitaazurea(Ledeb.)Beauv)、木地膚(Kochiaprostrata)、羊茅(Festucaovina)、老鶴草(GeraniumdahuricumDC.)等。

1.2.2 降水處理設(shè)置

本試驗設(shè)計去除降水(ZP)、自然降水(對照，CK)和雙倍降水(DP)3個處理。每個處理重復(fù)3次。去除降水和雙倍降水的設(shè)計參照陳小梅[16]和方熊等[17]的方法。去除降水樣方四周用PVC板材圍起，PVC板插入地面15 cm，以阻止地表徑流的流入，但不影響深層土壤的水分交流。在樣方四個角各插入一根角鐵，用網(wǎng)孔為5 cm×5 cm的防護(hù)欄網(wǎng)搭建在四根角鐵上，然后在防護(hù)欄上再蓋一層等面積的透明防水氈，形成有坡度的擋雨(雪)面，這樣就阻止雨(雪)水進(jìn)入樣方。為了不影響樣方內(nèi)正常的水氣交換，擋雨(雪)面距離地面約1.8 m。擋雨(雪)面收集的雨(雪)水匯流至匯流槽，匯流槽兩端封口使水流不外流。匯流槽收集的雨水經(jīng)PVC管分流，將雨水平均分配到下坡位等面積的樣方，加上自然降水，形成雙倍降水處理。3種處理樣方的林分和土壤養(yǎng)分本底值見表1。

表1 各處理樣方的林分和土壤養(yǎng)分本底值(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

1.2.3 分解試驗

2011年秋季(9月底)在研究區(qū)收集天山云杉凋落葉和凋落枝，并隨機(jī)挖取新鮮細(xì)根(直徑小于2 mm)，帶回實驗室，細(xì)根用蒸餾水沖洗干凈，在65℃下烘至恒重。分解試驗采用野外埋藏分解袋法[18]，在每個規(guī)格為10 cm×10 cm、網(wǎng)孔為1 mm的分解袋各裝入烘干葉10.0 g、枝10.0 g和細(xì)根7.5 g(由于細(xì)根挖缺難度較大，所以采集的細(xì)根總量有限，所以分解帶中的細(xì)根相對枝和葉較少)，共648袋。裝有樣品的分解袋均勻平行地放置于模擬降水強(qiáng)度變化的各樣方上、中和下部,其中細(xì)根埋藏深度在土壤表層以下5～10 cm處。為防止樣品袋被風(fēng)吹走，用細(xì)鐵絲串在樣品袋口并且兩端插入地面。2012年5、7、9月和2013年5、7、9月中(每年11月到第二年的4月為大雪封山季，無法進(jìn)入林區(qū))，即分解8、10、12、20、22和24個月，在每個樣方的上、中和下部各收集1袋樣品，將收集的樣品用蒸餾水沖洗干凈，在65℃下烘干至恒重，計算其失重，并取出部分烘干樣品，用于測定樣品中的全C、全N、木質(zhì)素和纖維素含量。在采樣當(dāng)月每5天用烘干法測定不同樣方內(nèi)0～10 cm土層和10～20 cm土壤含水量,用地溫計測土壤溫度。木質(zhì)素和纖維素含量用酸性洗滌纖維法測定；全C采用外加熱重鉻酸鉀氧化法測定；全N采用凱氏定氮法測定。參照文獻(xiàn)14[18]的方法，計算葉凋落物分解率、殘留率以及養(yǎng)分釋放率等。在分解實驗開始前，取凋落葉、凋落枝和細(xì)根各6份，測定初始C、N、木質(zhì)素和纖維素含量(表2)。

表2供試樣品初始C、N、木質(zhì)素和纖維素含量

Table2ThecontentsofC，N，ligninandcelluloseofsamples(%)

凋落物L(fēng)itterCN木質(zhì)素Lignin纖維素Cellulose葉Leaf49．27±6．102．25±0．0327．35±3．8140．02±2．99枝Branch51．98±9．331．134±1．0449．60±5．0070．77±7．32細(xì)根Fineroot50．60±4．071．191±0．0744．49±6．7552．92±4．68

殘留率計算公式為：

(1)

月平均分解率計算公式：

(2)

養(yǎng)分殘留率：

(3)

凋落物分解指數(shù)模型

y=ae-kt

(4)

分解50%所需要的時間

(5)

分解95%所需要的時間

(6)

式中：D為樣品干重殘留率(%)；Wi為第i個月樣品干重(g)；W0為投放時分解袋內(nèi)樣品初始干重(g)；Dm為樣品月分解率(%)；W為測定時所取樣品干重減少量(g)；Nm為第i次取樣和第i-1次取樣中間間隔的月份數(shù)；R為第i個月所取樣品養(yǎng)分元素的殘留率(%)；其中Ci為第i次取樣時養(yǎng)分含量(mg·g-1)；Mi為i次取樣時樣品總干重(g)；C0為初始養(yǎng)分含量(mg·g-1)；M0為初始樣品總干重(g)；y為樣品質(zhì)量殘留率(%)；a為擬合參數(shù)；t為分解時間(月)；k為樣品的分解系數(shù)(kg·kg-1·a-1)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Origin7.5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。各處理之間干重殘留率的差異用單因素方差分析(one-way ANOVA)進(jìn)行分析，在0.05水平顯著的情況下利用Turkey法進(jìn)行多重比較，干重月分解率與土溫和含水量的關(guān)系用相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1降水強(qiáng)度變化對地表凋落物和細(xì)根干重殘留率變化的影響

3種處理凋落葉、凋落枝和細(xì)根干重殘留率均表現(xiàn)為去除降水>對照>雙倍降水(圖2)。方差分析結(jié)果表明降水變化對凋落枝干重殘留率沒有顯著影響(P>0.05)，對凋落葉和細(xì)根干重殘留率有影響(P<0.05)。分解24個月后對照凋落葉、凋落枝和細(xì)根干重?fù)p失率分別為24.30%、6.75%和35.67%，對應(yīng)地比去除降水損失率分別高24.79%、2.54%和23.09%，比雙倍降水損失率低7.04%、0.68%和10.70%。說明去除降水對天山云杉凋落葉和細(xì)根分解的抑制作用顯著，對凋落枝抑制作用較微弱，雙倍降水對分解具有促進(jìn)作用，但僅對細(xì)根分解的促進(jìn)作用顯著。

3種處理下天山云杉地表凋落物和細(xì)根的分解系數(shù)K值均表現(xiàn)為雙倍降水>對照>去除降水(表3)。如與對照細(xì)根分解50%和95%的時間相比，去除降水處理分別增加了5.47和23.75年，雙倍降水處理分別減少了0.44和1.91年。

圖2 不同降水強(qiáng)度處理下天山云杉凋落葉、凋落枝和細(xì)根干重殘留率 橫坐標(biāo)括號里的數(shù)字表示該時間對應(yīng)的放置月份數(shù) 下同。Fig.2 The mass remaining of litter leaf,litter branch and fine root under three precipitation intensity treatments The number in brackets under horizontal axis were months that the samples were placed corresponding sampling time.The same as below.

2.2降水強(qiáng)度變化對地表凋落物和細(xì)根干重月平均分解率的影響

天山云杉月平均分解速率表現(xiàn)為雙倍降水>對照>去除降水(圖3)。對照和雙倍降水處理凋落葉和細(xì)根月分解率曲線均表現(xiàn)為雙峰型，而且第1次高峰均出現(xiàn)在分解進(jìn)行的第12個月，第2個高峰出現(xiàn)在分解進(jìn)行的第22個月。凋落枝月分解率在對照和雙倍降水處理下表現(xiàn)為隨著分解時間的延長呈現(xiàn)先增加后降低的單峰曲線，峰值出現(xiàn)在分解的第10個月。去除降水處理下凋落葉、凋落枝和細(xì)根的月分解率曲線都相對較平緩。

表3不同降水處理下天山云杉凋落葉、凋落枝和細(xì)根分解系數(shù)

Table3Thedecompositionconstantoflitterleaf,branchandfinerootunderthreeprecipitationtreatments

凋落物L(fēng)itter處理Treatment擬合參數(shù)Fittingparametera分解系數(shù)Decompositioncostantk決定系數(shù)AdjR2T0．5T0．95葉Leaf去除降水ZP87．310．0630．87112．2353．11自然降水CK88．740．1560．9004．5819．89雙倍降水DP90．040．2180．9043．2113．96枝Branch去除降水ZP96．190．0340．93320．9691．06自然降水NP95．350．1030．9087．0230．47雙倍降水CK92．800．1190．9406．19126．878細(xì)根Fineroot去除降水ZP93．800．0790．9078．75038．139自然降水CK86．770．2180．8933．31314．385雙倍降水DP90．520．3040．9602．87412．479

圖3 不同降水處理下天山云杉凋落葉、凋落枝和細(xì)根月分解率Fig.3 The monthly decomposition rates of litter leaf,litter branch and fine root under under three precipitation treatments

圖4 不同降水處理下天山云杉凋落葉、凋落枝和細(xì)根分解過程中木質(zhì)素和纖維素殘留率Fig.4 The lignin and celluous remaining ratio of litter leaf,litter branch and fine root under under three precipitation treatments

2.3降水強(qiáng)度變化對地表凋落物和細(xì)根中纖維素和木質(zhì)素分解的影響

木質(zhì)素和纖維素的殘留率表現(xiàn)為去除降水>對照>雙倍降水(圖4)。分解24個月后對照凋落葉、凋落枝和細(xì)根中木質(zhì)素分解率分別為15.4%、9.3%和14.51%，對應(yīng)地比去除降水處理分解率分別高39.5%、27.90%和30.32%，比雙倍降水分解率低51.68%、13.67%和35.01%。分解24個月后對照凋落葉、凋落枝和細(xì)根中纖維素分解率分別為20.6%、12.68%和22.30%，對應(yīng)地比去除降水處理分別高52.18%%、24.35%和11.890%，比雙倍降水分解率低42.28%、25.94%和41.26%。

2.4降水強(qiáng)度變化對地表凋落物和細(xì)根中C和N釋放的影響

分解24個月后對照凋落葉、凋落枝和細(xì)根中C元素?fù)p失率分別為34.00%、15.90%和40.90%，對應(yīng)地比去除降水C元素?fù)p失率分別高16.09%、8.79%和25.89%，比雙倍降水C元素?fù)p失率低6.59%、11.30%和12.03%(圖5)。對照、雙倍降水處理下凋落葉、凋落枝和細(xì)根在分解前12個月C元素率高于分解后12個月，這可能是分解前12個月降水可能通過淋溶作用直接加速了凋落物中易分解的碳水化合物C元素的釋放，分解后12個月淋溶作用逐漸消失。

分解過程中，凋落葉N元素在對照和雙倍降水處理下均表現(xiàn)為凈釋放，沒有出現(xiàn)富集，去除降水處理在分解的前12個月表現(xiàn)為N富集，之后轉(zhuǎn)變?yōu)閮鬘釋放(圖5)。凋落枝在對照在分解的前10個月表現(xiàn)為N富集，之后轉(zhuǎn)變?yōu)閮鬘釋放，在去除降水處理中N元素表現(xiàn)為富集，在雙倍降水處理下表現(xiàn)為凈釋放。分解24個月后，雙倍降水處理細(xì)根N元素表現(xiàn)為凈釋放；對照和去除降水處理在分解的前8個月表現(xiàn)為微弱的N富集，但很快轉(zhuǎn)變?yōu)閮鬘釋放，并持續(xù)到試驗結(jié)束。

圖5 不同降水處理下天山云杉凋落葉、凋落枝和細(xì)根分解過程中C元素和N元素殘留率Fig.5 The C and N element remaining ratio of litter leaf, litter branch and fine root under under three precipitation treatments

圖6 天山云杉凋落葉、凋落枝和細(xì)根分解月分解率與0～10 cm土層土壤溫度和含水量的關(guān)系Fig.6 The relationship between monthly decomposition ratio of litter leaf,litter branch and fine root under and 0-10 cm soil layer temperature and water content

2.5天山云杉地表凋落物和細(xì)根月分解速率與土壤含水量和溫度的關(guān)系

相關(guān)分析表明，天山云杉凋落葉、凋落枝和細(xì)根干重月分解率與0～10 cm土層土壤溫度的相關(guān)性不顯著(P>0.05)，但與土壤含水量間為線性極顯著正相關(guān)(P<0.05)。隨著土壤含水量的增加，月分解率不斷增加。

3 討論

3.1降水強(qiáng)度變化對天山云杉地表凋落物和細(xì)根分解的影響

降水變化對凋落物分解的影響研究目前主要有正效應(yīng)、負(fù)效應(yīng)和無效應(yīng)等3種不同的結(jié)論，這除了與凋落物基質(zhì)含量和生態(tài)系統(tǒng)類型有關(guān)，還與降水量有密切關(guān)系。當(dāng)年降水量<100 mm時，土壤大部分時間處于極度干旱狀態(tài)，凋落物的分解基本受降水的控制；當(dāng)降水量>200 mm時，土壤含水量較低，但可維持土壤生物活性，降水對凋落物分解的影響顯著下降[1]。如鐘華平和杜占池[19]、王其兵等[20]的研究說明降水在凋落物分解過程中起重要作用，減少降水導(dǎo)致凋落物分解速率降低。李雪峰等[21]在長白山通過開展降水量對蒙古櫟凋落物分解的研究表明，凋落物分解速率與降水量為負(fù)相關(guān)。這主要是由于較高降水量導(dǎo)致土壤含水量達(dá)到飽和，濕潤土壤中的水分阻礙了微生物的氧氣供給，抑制了分解者的生物活性和減少了微生物的數(shù)量，進(jìn)而使得細(xì)根分解減慢[1]。趙紅梅等[22]的研究表明季節(jié)性增加降水對荒漠植物分解沒有顯著影響，這主要是由于該地區(qū)降水量較低，即使是增倍降雨，對土壤含水量的影響也不顯著。有學(xué)者的研究表明，地中海地區(qū)森林凋落物分解過程雨量多的春季和秋季，凋落物分解明顯高于干旱炎熱的夏季[10]。尹承軍等[23]在內(nèi)蒙古典型草原對4種植物凋落物分解速率與氣候因子關(guān)系的研究也發(fā)現(xiàn)，降水量的增大有利于調(diào)落物的分解。本文的研究表明降水對天山云杉地表凋落物和細(xì)根分解影響不同，其中去除降水顯著抑制了凋落葉和細(xì)根的分解速率，對凋落枝分解的抑制作用不顯著。雙倍降水對細(xì)根的分解起顯著促進(jìn)作用(P<0.05)，對凋落葉和凋落枝分解的促進(jìn)作用不顯著(P>0.05)，但仍然表現(xiàn)為雙倍降水處理的分解率高于對照和去除降水。本文去除降水抑制分解的主要原因可能是低的土壤含水量導(dǎo)致參與分解的生物數(shù)量和活性降低，不利于凋落物中營養(yǎng)元素的快速釋放，這一點可以從地表凋落物和細(xì)根分解速率與土壤含水量的正相關(guān)性體現(xiàn)。而雙倍降水處理下土壤水分產(chǎn)生干濕交替變化，增加了土壤生物數(shù)量和活性，加速了凋落物營養(yǎng)元素的釋放。相關(guān)分析結(jié)果也表明地上凋落物和細(xì)根月分解速率與土壤含水量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。二是長期去除降水導(dǎo)致凋落物缺少物理破碎與淋溶侵蝕的過程，降低了凋落物生物量損失。雙倍降水引起凋落物和細(xì)根物理破碎與淋溶侵蝕過程加劇，加速了生物量損失。三是去除降水降低了植被凈生產(chǎn)力，為凋落物和細(xì)根的形成提供的物質(zhì)來源十分有限，間接地抑制了凋落物和細(xì)根的周轉(zhuǎn)速率，雙倍降水可能有利于提高凈生產(chǎn)力。

雙倍降水和自然降水處理的月分解速率的峰值都出現(xiàn)7月，秋末和初夏(9月至第二年的5月)分解緩慢。魏晴等[24]通過開展增雨雪對矮嵩草草甸4種植物凋落物分解的影響試驗，發(fā)現(xiàn)了4種植物凋落物分解率最高的都是發(fā)生在7月份。這也主要是由于研究區(qū)7月為降水量最高的月份，林地內(nèi)土壤濕潤，最適合土壤動物和微生物的繁殖和生長，從而加速了凋落物的分解，而9月至第二年的5月天氣寒冷，地表溫度較低，凋落物難以分解。

干濕交替促進(jìn)了細(xì)菌對活性底物(如半纖維素)的分解，而不利于真菌對難分解復(fù)合物(如木質(zhì)素、纖維素)的分解。本文的研究結(jié)果表明分解24個月后，3種處理下木質(zhì)素和纖維素的分解率仍然較低，尤其是凋落枝，雙倍降水、自然降水和去除降水，分解24個月后木質(zhì)素分解率僅為12.9%、9.3%和8.98%；對應(yīng)的纖維素分解率僅為16%、12.68%和9.59%。與自然降水相比，雙倍降水處理下凋落物分解過程中木質(zhì)素和纖維素分解率更高，殘留率低，而去除降水則表現(xiàn)為分解率較低，而殘留率較高的趨勢。說明減少降水對木質(zhì)素和纖維素的分解有抑制作用，而雙倍降水具有促進(jìn)作用。這可能是由于在去除降水處理中，較低的土壤含水量限制了木質(zhì)素和纖維素分解酶的活性。趙紅梅等[25]在古爾班通古特沙漠對荒漠植物凋落物分解研究也得出來類似的結(jié)論，他們認(rèn)為與降水較多的季節(jié)相比，凋落物中木質(zhì)素在降水稀少的季節(jié)釋放的更慢。這可能與凋落物中基質(zhì)含量有關(guān)。

3.2降水強(qiáng)度變化對天山云杉地表凋落物和細(xì)根分解過程中C和N釋放的影響

有學(xué)者對多種具有不同化學(xué)特性的凋落葉和根凋落物進(jìn)行了跨21個站點、長達(dá)10年的分解試驗進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)凋落葉初始含N量不低于1.02%時，在分解過程中基本不發(fā)生N固持作用，當(dāng)初始含N量低于0.80%時，會富集初始N含量的170%左右[18]。本研究中天山云杉地上凋落物和細(xì)根初始N含量介于1.14%～1.25%，但在不同的降水處理下凋落物分解過程中N元素釋放模式不同，具體表現(xiàn)為凋落葉N元素在對照和雙倍降水處理下表現(xiàn)為凈釋放，去除降水處理表現(xiàn)為富集—釋放。對照凋落枝表現(xiàn)為富集—釋放，在去除降水處理表現(xiàn)為富集，雙倍降水處理表現(xiàn)為凈釋放。雙倍降水處理細(xì)根N元素表現(xiàn)為凈釋放，對照和去除降水處理表現(xiàn)為富集—釋放。整個試驗階段降水處理并沒有改變天山云杉地上凋落物和細(xì)根分解過程中C的釋放模式。與去除降水處理相比，雙倍降水和自然降水處理凋落物N和C元素釋放量更高。這一方面是由于降水通過淋溶作用加速了養(yǎng)分的釋放。另一方面是由于降水改變了土壤水分含量，土壤水分通過影響分解者的活動以及微生物活性影響其養(yǎng)分釋放。這與已有研究得出的在凋落物分解的初期(分解率達(dá)80%)，水分條件控制養(yǎng)分的釋放的結(jié)論基本一致[23]。

1.王新源,趙學(xué)勇,李玉霖,等.環(huán)境因素對干旱半干旱區(qū)凋落物分解的影響研究進(jìn)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2013,24(11):3300-3310.

Wang X Y,Zhao X Y,Li Y L,et al.Effects of environmental factors on litter decomposition in arid and semi-arid regions:a review[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(11):3300-3310.

2.宋飄,張乃莉,馬克平,等.全球氣候變暖對凋落物分解的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(6):1327-1339.

Song P,Zhang N L,Ma K P,et al.Impacts of global warming on litter decomposition[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(6):1327-1339.

3.周朝彬,陳劉生,牛攀新,等.干旱區(qū)降水格局改變的生態(tài)效應(yīng)及其復(fù)雜性[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2012,27(3):48-54.

Zhou C B,Chen L S,Niu P X,et al.Ecological effects of the change of precipitation pattern and its complexity in arid regions[J].Journal of Northwest Forestry University,2012,27(3):48-54.

4.Fraser L H,Hockin A D.Litter decomposition rates of two grass species along a semi-arid grassland-forest ecocline[J].Journal of Arid Environments,2013,88:125-129.

5.梁晶,王慶成,許麗娟,等.撫育對長白山兩種林分凋落物分解及土壤的影響[J].植物研究,2015,35(2):297-303.

Liang J,Wang Q C,Xu L J,et al.Effect of thinning on litter decomposition and soil of two stands in Changbai mountain[J].Bulletin of Botanical Research,2015,35(2):297-303.

6.Chapin III F S,Mcfarland J,Mcguire A D,et al.The changing global carbon cycle:linking plant-soil carbon dynamics to global consequences[J].Journal of Ecology,2009,97(5):840-850.

7.Gill R A,Jackson R B.Global patterns of root turnover for terrestrial ecosystems[J].New Phytologist,2000,147(1):13-31.

8.Salah Y M S,Scholes M C.Effect of temperature and litter quality on decomposition rate ofPinuspatulaneedle litter[J].Procedia Environmental Sciences,2011,6:180-193.

9.郭鯤,劉瑞鵬,張玲,等.原始闊葉紅松林下紅松、蒙古櫟混合凋落葉分解特征及相互作用研究[J].植物研究,2015,35(5)716-723.

Guo K,Liu R P,Zhang L,et al.Decomposition characteristics and interaction of mixed leaf litter mixtures ofPinuskoraiensisandQuercusmongolicain original broadleaved-Korean pine forest[J].Bulletin of Botanical Research,2015,35(5)716-723.

10.Kemp P R,Reynolds J F,Virginia R A,et al.Decomposition of leaf and root litter of Chihuahuan desert shrubs:effects of three years of summer drought[J].Journal of Arid Environments,2003,53(1):21-39.

11.Cornelissen J H C,Van Bodegom P M,Aerts R,et al.Global negative vegetation feedback to climate warming responses of leaf litter decomposition rates in cold biomes[J].Ecology Letters,2007,10(7):619-627.

12.Pucheta E,Llanos M,Meglioli C,et a1.Litter decomposition in a sandy Monte desert of western Argentina:influences of vegetation patches and summer rainfall[J].Austral Ecology,2006,31(7):808-816.

13.侯玲玲,孫濤,毛子軍,等.小興安嶺不同林齡天然次生白樺林凋落物分解及養(yǎng)分變化[J].植物研究,2012,32(4):492-496.

Hou L L,Sun T,Mao Z J,et al.Litter decomposition and nutrient dynamic ofBetulaplatyphyllasecondary forest with different stand ages in Xiaoxing’an Mountains[J].Bulletin of Botanical Research,2012,32(4):492-496.

14.Wieder W R,Cleveland C C,Townsend A R.Controls over leaf litter decomposition in wet tropical forests[J].Ecology,2009,90(12):3333-3341.

15.Schuur E.The effect of water on decomposition dynamics in mesic to wet Hawaiian montane forests[J].Ecosystems,2001,4(3):259-273.

16.陳小梅,劉菊秀,鄧琦,等.降水變率對森林土壤有機(jī)碳組分與分布格局的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010,21(5):1210-1216.

Chen X M,Liu J X,Deng Q,et al.Effects of precipitation intensity on soil organic carbon fractions and their distribution under subtropical forests of South China[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(5):1210-1216.

17.方熊,劉菊秀,張德強(qiáng),等.降水變化、氮添加對鼎湖山主要森林土壤有機(jī)碳礦化和土壤微生物碳的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報,2012,18(4):531-538.

Fang X,Liu J X,Zhang D Q,et al.Effects of precipitation change and nitrogen addition on organic carbon mineralization and soil microbial carbon of the forest soils in Dinghushan,Southeastern China[J].Chinese Journal of Applied and Environmental Biology,2012,18(4):531-538.

18.涂利華,胡庭興,張健,等.沉降對華西雨屏區(qū)慈竹林土壤活性有機(jī)碳庫和根生物量的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2010,30(9):2286-2294.

Tu L H,Hu T X,Zhang J,et al.Effects of simulated nitrogen deposition on soil active carbon pool and root biomass inNeosinocalamusaffinisplantation,rainy area of West China[J].Acta Ecologica Sinica,2010,30(9):2286-2294.

19.鐘華平,杜占池.川東中高山地區(qū)紅三葉、鴨茅凋落物分解速率與氣候因子之間的定量關(guān)系[J].中國草地,1997,(6):29-32.

Zhong H P,Du Z C.The relationship between the climatic factors and the litter decomposition ofTrifoliumpratense,Dactylisglomeratain mountains of eastern Sichuan[J].Grassland of China,1997,(6):29-32.

20.王其兵,李凌浩,白永飛,等.模擬氣候變化對3種草原植物群落混合凋落物分解的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報,2000,24(6):674-679.

Wang Q B,Li L H,Bai Y F,et al.Effects of simulated climate change on the decomposition of mixed litter in three steppe communities[J].Acta Phytoecologica Sinica,2000,24(6):674-679.

21.李雪峰,韓士杰,張巖.降水量變化對蒙古櫟落葉分解過程的間接影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2007,18(2):261-266.

Li X F,Han S J,Zhang Y.Indirect effects of precipitation on litter decomposition ofQuercusmongolica[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18(2):261-266.

22.趙紅梅,黃剛,馬健,等.荒漠區(qū)地表凋落物分解對季節(jié)性降水增加的響應(yīng)[J].植物生態(tài)學(xué)報,2012,36(6):471-482.

Zhao H M,Huang G,Ma J,et al.Responses of surface litter decomposition to seasonal water addition in desert[J].Chinese Journal of Plant Ecology,2012,36(6):471-482.

23.尹承軍,黃德華,陳佐忠.內(nèi)蒙古典型草原4種植物凋落物分解速率與氣候因子之間的定量關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報,1994,14(2):149-154.

Yin C J,Huang D H,Chen Z Z.Quantitative relationships between the litter decomposition of four species in inner Mongolia grassland and climatic factors[J].Acta Ecologica Sinica,1994,14(2):149-154.

24.魏晴,周華坤,姚步青,等.施肥和增雨雪對矮嵩草草甸4種典型植物凋落物分解的影響[J].草地學(xué)報,2013,21(5):875-880.

Wei Q,Zhou H K,Yao B Q,et al.Effects of fertilizer and water additions on the litter decomposition of four typical plants inKobresiahumilismeadow[J].Acta Agrestia Sinica,2013,21(5):875-880.

25.趙紅梅,黃剛,馬健,等.典型荒漠植物凋落物分解及養(yǎng)分動態(tài)研究[J].干旱區(qū)研究,2012,29(4):628-634.

Zhao H M,Huang G,Ma J,et al.Study on dynamic status of litter decomposition and nutrients of typical desert plants[J].Arid Zone Research,2012,29(4):628-634.

投稿須知

1.投稿前請登陸本刊網(wǎng)站(http://bbr.nefu.edu.cn/)認(rèn)真閱讀本刊投稿中心中的各項說明，并按照本刊要求修改和補(bǔ)充論文中的有關(guān)內(nèi)容，使論文符合本刊要求。投稿時請附作者單位介紹信或全體作者簽名，說明無泄密、署名無誤和未一稿多投，網(wǎng)上投稿請簽訂版權(quán)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。作者自留底稿及軟盤備份。

2.投稿時，請登陸本刊網(wǎng)站在線提交論文。投稿后，可隨時登陸查詢稿件處理狀況。

3.稿件如初審?fù)ㄟ^，請作者按要求郵寄已簽名的《版權(quán)轉(zhuǎn)讓協(xié)議》。

4.稿件經(jīng)過外審和編審后，如符合我刊要求，須交寄發(fā)表費(fèi)，待發(fā)表費(fèi)收到后，作者可登陸本刊網(wǎng)站后，在發(fā)稿狀態(tài)下打印《稿件錄用通知》。

5.作者文責(zé)自負(fù)。本編輯部對來稿可做必要修改。

6.稿件一經(jīng)發(fā)表，酌致稿酬，并贈樣刊2本。

7.凡在本刊發(fā)表的論文，如榮獲省部級以上成果獎，請及時通知本編輯部，并提供獲獎證書復(fù)印件。

《植物研究》編輯部

Natural Science Foundation of the XinJiang Uygur(2016D01A008)

introduction：LI Ji-Mei(1980—),female,research associate,mainly engaged in research on forest ecology in arid.

date:2016-12-07

ImpactofPrecipitationIntensityontheDecompositionofFloorLitterandtheFineRootsofPiceaschrenkiana

LI Ji-Mei ZHANG Yu-Yao LI Xiang HAN Yan-Liang

(Institute of Forest Ecology,Xinjiang Academy of Forestry,Urumqi 830063)

To study the characteristics of litter decomposition of the dominant tree species of mountain forests in arid areas under different precipitation conditions, a field simulation experiment was performed with three precipitation treatments of ZP(zero precipitation), CK(natural precipitation), and DP(double precipitation). The impact of precipitation intensity on the decomposition of litter(leaves and branches) and the fine roots ofPiceaschrenkianawas investigated. Compared with decomposition rates of leaf, branch and fine root under CK treatment, those of under ZP treatment were 24.79%,2.54% and 23.09% lower, whereas, those of under DP treatment were 7.04%, 0.68% and 10.70% higher, respectively. ZP treatment significantly inhibited the decomposition of leaf litters and fine roots(P<0.05) and weakly inhibited the decomposition of branch litters(P>0.05). DP treatment only significantly promoted the decomposition of fine roots(P<0.05). For the CK and DP treatments, the monthly average decomposition rates of leaf litters and fine roots and branch litters showed single-peak curves, respectively, whereas the monthly average decomposition rates of litters and fine roots were relatively stable for ZP treatment. The remaining rates of the lignin and cellulose from different organs showed that ZP>CK>DP. With the different precipitation treatments, the release patterns of N were different, whereas the release patterns of C were essentially the same. By correlation analysis, the monthly decomposition rate of litter was not significantly correlated with soil temperature at depths in 0 10 cm(P>0.05) but showed a significant positive linear correlation with the soil water content(P<0.05). Our findings highlight that future climatic change effects should fully consider the organ-dependent differences of litter and root decomposition in arid mountain forests.

precipitation intensity；litter；decomposition；nutrient release；Piceaschrenkianavar.tianshanica；arid mountain forest

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金(2016D01A008)

李吉玫(1980—)，女，副研究員，從事干旱區(qū)森林生態(tài)研究。

2016-12-07

S791.18

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2017.03.006