降水變化對天山云杉細(xì)根分解及養(yǎng)分釋放的影響

李吉玫，張毓?jié)n燕梁，李翔

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

降水變化對天山云杉細(xì)根分解及養(yǎng)分釋放的影響

李吉玫，張毓?jié)n燕梁，李翔

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

采用野外模擬試驗(yàn)，通過設(shè)計(jì)3種降水變化處理[ZP（去除降水）、CK（自然降水，對照）、DP（雙倍降水）]，研究了降水變化對天山云杉細(xì)根分解的影響。研究結(jié)果表明，分解24個(gè)月CK處理的細(xì)根干質(zhì)量殘留率分別是ZP和DP處理的80%和128%倍。除在分解進(jìn)行到第8個(gè)月時(shí)，3種處理細(xì)根質(zhì)量殘留率差異不顯著外（P>0.05），其余分解時(shí)期差異均顯著（P<0.05）。3種處理下細(xì)根分解系數(shù)為DP（0.30）>CK（0.22）>ZP（0.08）。與CK處理下細(xì)根分解50%和95%的時(shí)間相比，ZP處理分別增加了5.47年和23.75年，DP處理分別減少了0.44年和1.91年，說明增加降水促進(jìn)了天山云杉細(xì)根分解，而去除降水抑制了分解。CK和DP處理下細(xì)根月分解率表現(xiàn)為雙峰型曲線，ZP處理則變化相對平穩(wěn)的曲線。降水處理改變了細(xì)根分解過程中纖維素和木質(zhì)素分解模式及N元素的釋放模式，但對C元素的釋放模式?jīng)]有影響。

降水變化；天山云杉；細(xì)根分解；養(yǎng)分釋放；干旱區(qū)山地森林

水分是干旱區(qū)植物生長最重要的限制因子之一，尤其是調(diào)節(jié)地上植被碳固定及碳釋放過程的重要媒介（周朝彬等，2012）。降水是干旱區(qū)最重要的水分來源之一，降水變化同樣會對碳循環(huán)產(chǎn)生一定影響。尤其是近幾十年在全球氣候變化的大背景下，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（Wu et al.，2011）。西北干旱區(qū)是全球降水波動最明顯的地區(qū)之一，也是對氣候變暖響應(yīng)表現(xiàn)最為脆弱的地區(qū)之一（王鶴齡等，2015）。受全球氣候變化研究的推動，降水變化對森林生態(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)。

細(xì)根作為地下生態(tài)系統(tǒng)的主體，在森林碳氮等養(yǎng)分循環(huán)中作用巨大（魏圓云，2013；蘇紀(jì)帥，2013）。細(xì)根分解控制著細(xì)根周轉(zhuǎn)率和養(yǎng)分循環(huán)速率，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，尤其是深層土壤中有機(jī)質(zhì)的重要來源（林成芳等，2008；陳曦等，2012）。因此研究細(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。目前對細(xì)根分解的研究主要集中在分解過程、影響分解的因子等方面（林成芳等，2008；魏晴等，2013），而關(guān)于降水變化對細(xì)根分解及其養(yǎng)分釋放的影響的研究還存在著很大的局限性，尤其是在干旱區(qū)山地森林，許多問題有待深入研究。目前降水對森林凋落物分解的影響研究主要有以下 3種不同的結(jié)論：正效應(yīng)、負(fù)效應(yīng)和沒有效應(yīng)。這主要與研究對象所屬的森林生態(tài)系統(tǒng)類型、研究區(qū)所處的氣候帶等有關(guān)。

天山云杉（Picea schrenkiana）林是新疆山地森林的主要組成部分，在干旱區(qū)涵養(yǎng)水源、保育土壤、保護(hù)生物多樣性和固碳釋氧等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)作用。目前國內(nèi)外學(xué)者對天山云杉的研究主要集中在生物量分配（張毓?jié)龋?013；王燕等，2000）、種群分布格局（張毓?jié)龋?011）、水源涵養(yǎng)功能（李海軍等，2011）等方面，缺乏對天山云杉細(xì)根分解的相關(guān)研究。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，通過野外模擬水分變化，研究降水變化對天山云杉細(xì)根分解及其養(yǎng)分釋放的影響，試圖為進(jìn)一步研究干旱區(qū)氣候變化對森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)以及更好地預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)對氣候變化的響應(yīng)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于國家林業(yè)局天山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，地處天山山脈中段北坡，隸屬于烏魯木齊縣板房溝鄉(xiāng)，地理坐標(biāo) E87°27′28.5″～87°28′47.7″，N43°24′48.3″～43°26′17.9″，海拔1908～2960 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980～1150 mm，年均相對濕度65%，干燥度1.4，無霜期89 d，≥10 ℃積溫1170.5 ℃。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%（李海軍等，2011）。研究區(qū)近 5年月平均降水和平均溫度如圖1。

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

2 研究方法

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（表 1）。樣方內(nèi)主要地被植物有：天山雨衣草（Alchenilla tianschanica Juz.）、羊角芹（Aegopodium podagraria L.）、天藍(lán)巖苣（Cicerbitaazurea(Ledeb.)Beauv）、木地膚（Kochia prostrata）、羊茅（Festuca ovina）、老鶴草（Geranium dahuricum DC.）等。

表1 各處理樣地的林分和土壤養(yǎng)分本底值Table 1 The background values of forest stand and soil nutrient in individual treatment plots

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 分解試

2011年秋季（9月底）在研究區(qū)隨機(jī)挖取天山云杉新鮮細(xì)根（直徑小于2 mm），帶回實(shí)驗(yàn)室用蒸餾水沖洗干凈，在 65 ℃下烘至恒重。分解試驗(yàn)采用野外埋藏分解袋法（涂利華等，2012），在每個(gè)規(guī)格為10 cm×10 cm、網(wǎng)孔為1 mm的分解袋中裝入7.5 g烘干細(xì)根，共216袋。裝有細(xì)根的分解袋均勻平行地埋于各樣方上、中和下部，埋藏深度為土壤表層以下5～10 cm處。2012年5月、2012年7月、2012年9月、2013年5月、2013年7月和2013年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個(gè)月、10個(gè)月、12個(gè)月、20個(gè)月、22個(gè)月和24個(gè)月，在每個(gè)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(jì)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。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。參照涂利華等（2012）的方法，計(jì)算葉凋落物分解率、殘留率以及養(yǎng)分釋放率等。同期用WET土壤水分、溫度和鹽分探測儀測定不同樣方內(nèi)0～10和10～20 cm土層土壤含水量和土壤溫度，測試時(shí)間為 8:00、14:00和20:00。

殘留率計(jì)算公式為：

月分解率計(jì)算公式：

養(yǎng)分殘留率：

凋落物分解指數(shù)模型：y = ae-kt（4）

分解50%所需要的時(shí)間：

分解95%所需要的時(shí)間：

式中，D為細(xì)根殘留率（%）；Wi為第i個(gè)月細(xì)根干質(zhì)量（g）；W0為投放時(shí)分解袋內(nèi)細(xì)根初始干質(zhì)量（g）；Dm為葉細(xì)根月分解率（%）；△W測定時(shí)所取細(xì)根干質(zhì)量減少量（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(gè)月所取細(xì)根樣品養(yǎng)分元素的殘留量；其中Ci為第i次取樣時(shí)養(yǎng)分含量（mg·g–1），Mi為i次取樣時(shí)細(xì)根總干質(zhì)量；C0為初始養(yǎng)分含量（mg·g–1），M0為初始細(xì)根總干質(zhì)量。y為細(xì)根質(zhì)量殘留率（%）；a為擬合參數(shù)；t為分解時(shí)間(月)；k為細(xì)根的分解系數(shù)（kg·kg-1·a-1）。

2.2.2 降水處理設(shè)置

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)去除降水（ZP）、自然降水（對照，CK）和雙倍降水（DP）3個(gè)處理。每個(gè)處理重復(fù)3次。去除降水和雙倍降水的設(shè)計(jì)參照陳小梅等（2010）和方熊等（2012）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4個(gè)角各插入1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。

2.3 數(shù)據(jù)處理

各處理之間細(xì)根干質(zhì)量殘留率、分解系數(shù)、養(yǎng)分殘留率的差異用SPSS 17.0軟件中的單因素方差分析（one-way ANOVA）進(jìn)行分析，在0.05檢驗(yàn)水平下利用最小極差法（LSD）進(jìn)行多重比較。細(xì)根干質(zhì)量月分解率與土壤含水量和溫度關(guān)系用Origin 7.5中的相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水變化對天山云杉細(xì)根分解的影響

由圖 2可知，在天山云杉細(xì)根分解過程中，3種處理間的質(zhì)量損失率（損失率=100%-殘留率）均表現(xiàn)為雙倍降水>對照>去除降水。分解24個(gè)月后，雙倍降水、對照和去除降水處理的細(xì)根質(zhì)量損失率分別約為46.37%，31.73%和14.58%。對照細(xì)根干質(zhì)量殘留率分別是去除降水和雙倍降水處理的80%和128%。方差分析結(jié)果表明除在分解進(jìn)行到第8個(gè)月時(shí)（即2012年5月），降水對天山云杉細(xì)根分解的影響不顯著外，其余分解時(shí)期，影響均顯著（P<0.05）（圖2）。多重比較結(jié)果也顯示在分解進(jìn)行到第10月（2012年7月）、第12月（2012年9月）和第20月（2013年5月）時(shí)，去除降水與對照和雙倍降水的差異顯著，但對照和雙倍降水間的差異不顯著；分解進(jìn)行到第22月（2013年7月）和第24月（2013年9月）時(shí)，3種處理間差異均達(dá)到顯著水平。以上結(jié)果說明在干旱區(qū)降水可能是影響天山云杉細(xì)根分解的主要因子之一，增加降水促進(jìn)了天山云杉細(xì)根分解，尤其在分解后期降水對細(xì)根分解的影響更顯著；而去除降水可能抑制了天山云杉細(xì)根的分解。在分解的 24個(gè)月中，對照和雙倍降水處理下細(xì)根干質(zhì)量殘留率隨著時(shí)間推移不斷減少，尤其是雙倍降水處理，而去除降水處理下變化平穩(wěn)，分解緩慢，重量幾乎沒有變化。如對照處理天山云杉細(xì)根干質(zhì)量殘留率從分解8個(gè)月（2012年5月）的86.84%降至分解12個(gè)月的78.43%和24個(gè)月的68.27%，分別降低了9.69%和27.23%；相應(yīng)地雙倍降水處理下細(xì)根干質(zhì)量殘留率從 85.80%降至 74.47%和 53.63%，分別降低了 13.21%和59.98%；在分解的 24個(gè)月中，去除降水處理下細(xì)根干質(zhì)量殘留率從96.13%降至94.04%和85.42%，僅分別降低了2.17%和12.53%。

圖2 天山云杉在不同降水處理下細(xì)根干質(zhì)量殘留率變化比較Fig. 2 The comparison of mass remain percentages of Picea schrenkiana var.tianshanica fine root under three precipitation treatments

3種處理下天山云杉細(xì)根分解系數(shù)K值依次為雙倍降水（0.30）>對照（0.22）>去除降水（0.08）（表2）。與對照細(xì)根分解50%和95%的時(shí)間相比，去除降水處理分別增加了5.47年和23.75年，雙倍降水處理分別減少了0.44年和1.91年，說明增加降水促進(jìn)了天山云杉細(xì)根分解，而去除降水抑制了分解。

表2 天山云杉在不同降水處理下細(xì)根殘留率隨時(shí)間的指數(shù)回歸方程比較Table 2 Picea schrenkiana var.tianshanica fine root decomposition remain equations under three precipitation treatments

3.2 降水變化對天山云杉細(xì)根月分解率的影響

從天山云杉細(xì)根月分解速率看，分解的 24個(gè)月內(nèi)均表現(xiàn)為雙倍降水>對照>去除降水（圖3）。隨著分解時(shí)間的延長3種處理間細(xì)根月分解速率的差異逐漸顯著。如在分解的0～8個(gè)月（2011年9月─2012年5月）時(shí)，雙倍降水處理的細(xì)根月分解率分別比對照和去除降水高7.36%和37.89%；在分解的第10～12個(gè)月（2012年7月─2012年9月）時(shí)，雙倍降水處理分別比 CK和去除降水高 11.11%和57.08%；在分解的第22～24個(gè)月（2013年7月─2013年9月）時(shí)，雙倍降水處理分別比對照和去除降水高18.20%和66.00%。除此之外，在分解的24個(gè)月中，雙倍降水和對照處理下天山云杉細(xì)根月分解率曲線均表現(xiàn)為雙峰型，而且雙倍降水和對照處理月分解率的第1次高峰均出現(xiàn)在分解進(jìn)行的第10個(gè)月（2012年7月），其值分別為4.20%和3.98%，第2個(gè)高峰出現(xiàn)在分解進(jìn)行的第22個(gè)月（2013年7月），其值分別為2.79%和1.82%；而去除降水處理下月分解率曲線相對較平緩。

圖3 天山云杉在不同降水處理下細(xì)根月分解率比較Fig. 3 Comparison of Picea schrenkiana var.tianshanica fine root monthly decomposition percentages under three precipitation treatments

3.3 降水處理對天山云杉細(xì)根中纖維素和木質(zhì)素分解的影響

天山云杉細(xì)根分解的過程中，降水處理改變了細(xì)根分解過程中細(xì)纖維素和木質(zhì)素分解模式（圖4）。去除降水處理下細(xì)根中纖維素出現(xiàn)了富集，且在分解第 20個(gè)月（2013年 5月）達(dá)到峰值，為104.75%，之后基本趨于穩(wěn)定；對照與雙倍降水處理細(xì)根纖維素殘留率不斷降低。但與對照相比，雙倍降水處理纖維素殘留率降低的幅度更大。對照木質(zhì)素含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在分解進(jìn)行到第 10個(gè)月（2012年 7月）時(shí)，殘留率最高，達(dá)103.41%，之后殘留率開始緩慢下降；去除降水處理木質(zhì)素殘留率不斷富集，且在分解第 20個(gè)月達(dá)到峰值，為118.74%，之后基本趨于穩(wěn)定；雙倍降水處理木質(zhì)素則表現(xiàn)為不斷降低的趨勢。

3.4 降水處理對天山云杉細(xì)根分解過程中C和N釋放的影響

整個(gè)試驗(yàn)階段C損失模式與細(xì)根干質(zhì)量失重模式相似，殘留率均呈現(xiàn)逐步下降趨勢（圖 5），說明水分條件的改變并沒有改變天山云杉細(xì)根分解過程中C元素直接釋放的遷移模式。天山云杉細(xì)根分解 24個(gè)月后，去除降水、對照和雙倍降水處理的C元素殘留率分別為77.98%、59.10%和47.07%，且在整個(gè)分解過程中均表現(xiàn)為去除降水>對照>雙倍降水。去除降水、對照和雙倍降水處理下前 12個(gè)月天山云杉凋落物C元素分別損失了19.04%、29.48%和36.51%；后12個(gè)月分別損失了2.98%、11.42%和16.43%，由此說明對照處理和雙倍降水處理下前 12個(gè)月降水可能通過淋溶作用直接加速了凋落物中C元素的釋放。分解的后12個(gè)月，淋溶作用逐漸消失。

分解 24個(gè)月后，去除降水、對照和雙倍降水處理凋落物N元素殘留率分別為82.35%、66.96%和 41.69%（圖 5）。雙倍降水處理下在凋落物開始分解時(shí)N元素均表現(xiàn)為凈釋放，未出現(xiàn)富集；去除降水和對照處理在分解初期表現(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(yàn)結(jié)束。去除降水、對照和雙倍降水處理下前 12個(gè)月天山云杉凋落物 N元素分別損失了 9.79%、24.73%和49.23%；后 12個(gè)月分別損失了 7.86%、9.31%和9.08%。

3.5 天山云杉地上凋落物和細(xì)根月分解率與土壤溫度和含水量的關(guān)系

相關(guān)分析表明，天山云杉細(xì)根干質(zhì)量月分解率與0～10 cm土層土壤溫度的相關(guān)性不顯著，但與土壤含水量為線性極顯著正相關(guān)（P<0.01）（圖 6）。隨著土壤含水量的增加，細(xì)根月分解率不斷增加（圖7）。

圖4 天山云杉在不同降水處理下細(xì)根分解過程纖維素和木質(zhì)素殘留率變化比較Fig. 4 Comparisons of cellulose and lignin remaining percentages in Picea schrenkiana var.tianshanica fine root decomposition under three precipitation treatments

圖5 天山云杉在不同降水處理下細(xì)根分解過程中C元素和N元素殘留率變化比較Fig. 5 Comparisons of C and N remaining percentages in Picea schrenkiana var.tianshanica fine root decomposition under three precipitation treatments

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

4.1.1 降水變化對天山云杉細(xì)根分解率的影響

降水是干旱區(qū)細(xì)根分解的重要驅(qū)動因素，對凋落物分解起著控制作用。本文研究結(jié)果表明，降水增加對天山云杉細(xì)根分解具有正效應(yīng)，起促進(jìn)作用，尤其在分解后期促進(jìn)作用更顯著，而去除降水則抑制了其分解。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（劉彥春，2013）。殷承軍等（1994）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)，氣溫的增高和降水量的增大都有利于凋落物的分解。鐘華平等（1997）、王其兵等（2000）的研究也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。增加降水促進(jìn)凋落物降解的主要原因可能有：一是降水引起細(xì)根物理破碎與淋溶侵蝕，加速了細(xì)根生物量損失；二是降水導(dǎo)致土壤水分產(chǎn)生干濕交替變化，增加了土壤生物數(shù)量和活性，有利于凋落物營養(yǎng)元素的快速釋放；三是降水促進(jìn)了植被的凈生產(chǎn)力，為細(xì)根的形成提供足夠的物質(zhì)來源，間接地提高了細(xì)根的周轉(zhuǎn)速率。但是，也有一些研究表明，增加降水對于細(xì)根分解率具有負(fù)面影響或是沒有影響，如李雪峰等（2007）在長白山通過開展降水量對蒙古櫟凋落物分解的影響研究表明，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（王新源等，2013）。趙紅梅等（2012）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。

圖6 不同降水處理下天山云杉林0～10 cm土層土壤溫度和含水量比較Fig. 6 The comparison of 0～10 cm soil layer temperature and water content in Picea schrenkiana var.tianshanica forest under three precipitation treatments

圖7 天山云杉細(xì)根月分解率與土壤溫度與含水量的關(guān)系Fig. 7 The relationship between monthly decomposition rates of Picea schrenkiana var.tianshanica fine root and 0-10cm soil layer temperature and water content

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）細(xì)根分解緩慢。魏晴等（2013）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(yàn)，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月為降水量和氣溫最高的月份，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。

4.1.2 降水處理對天山云杉細(xì)根中纖維素和木質(zhì)素分解的影響

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）的分解。本文的研究結(jié)果表明與自然降水處理相比，去除降水處理對細(xì)根中的木質(zhì)素和纖維素均有不同程度的累積，說明減少降水對細(xì)根木質(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的處理中，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，木質(zhì)素含量和纖維素含量在分解過程中出現(xiàn)積累，其殘留率呈現(xiàn)增加的趨勢。趙紅梅等（2012）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)更容易累積，這可能與凋落物中基質(zhì)含量有關(guān)。

4.1.3 降水處理對天山云杉細(xì)根分解過程中C和N釋放的影響

Parton等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(gè)站點(diǎn)、長達(dá)10年的分解試驗(yàn)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(shí)，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(shí)，會富集初始N含量的170%左右（涂利華等，2012）。本研究中天山云杉細(xì)根初始N含量為1.14%，雙倍降水處理下分解初期N元素表現(xiàn)為凈釋放，未出現(xiàn)富集；去除降水和自然降水處理在分解初期表現(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(yàn)結(jié)束。但總體看來，在3種處理下，均表現(xiàn)為N釋放。整個(gè)試驗(yàn)階段水分條件的變化并沒有改變天山云杉細(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（李雪峰等，2007）。

4.2 結(jié)論

在干旱區(qū)增加降水加速了天山云杉細(xì)根分解，而去除降水抑制了分解，在自然降水和雙倍降水處理下細(xì)根月分解率表現(xiàn)為雙峰型曲線，去除降水處理則變化相對平穩(wěn)的曲線，降水處理改變了細(xì)根分解過程中纖維素和木質(zhì)素分解模式及 N元素的釋放模式，但對C元素的釋放模式?jīng)]有影響。

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Effects of Variation of Precipitation on the Fine Root Decomposition and Related Nutrient Release in Picea schrenkiana var. tianshanica

LI Jimei, ZHANG Yutao, HAN Yanliang, LI Xiang
Institute of Forest Ecology, Xinjiang Academy of Forestry, Urumqi 830063, China

A field simulated experiment was conducted to study the effects of variation of precipitation on the fine root decomposition and related nutrient release in Picea schrenkiana var.tianshanica. Three precipitation treatments were designed as ZP (zero precipitation), CK (natural precipitation, control) and DP (double precipitation). The results showed that, (1) After 24 months decomposition, the fine root remain percentage in CK of Picea schrenkiana var.tianshanica is 0.80 times in ZP and 1.28 times in DP. The differences of fine root remain percentage under three precipitation treatments in the eighth month since beginning decomposition were not significant (P>0.05), while the difference were significant in other decomposition stages (P < 0.05). The fine root decomposition coefficient was DP (0.30) > CK (0.22) >ZP (0.08). Compared with the required times for fine root decomposition 50% and 95% in CK, they were longer than 5.45a and 23.75a in ZP treatment, and shorter than 0.44a and 1.91a. The results indicated that increase precipitation promoted the fine root decomposition, while removal precipitation inhibited its decomposition. (2)The fine root monthly decomposition rate in CK and DP were double peak curves, while it was relatively smooth curve in ZP. And (3) precipitation treatment changed the decomposition model of lignin and cellulose of Picea schrenkiana fine root decomposition and release model of N element, but it did not change release model of C element.

precipitation; Picea schrenkiana var.tianshanica; fine root decomposition; nutrient release; arid mountain fores

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.09.005

Q948；X171.1

A

1674-5906（2015）09-1453-08

李吉玫，張毓?jié)?，韓燕梁，李翔. 降水變化對天山云杉細(xì)根分解及養(yǎng)分釋放的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(9): 1453-1460.

LI Jimei, ZHANG Yutao, HAN Yanliang, LI Xiang. Effects of Variation of Precipitation on the Fine Root Decomposition and Related Nutrient Release in Picea schrenkiana var. tianshanica [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(9): 1453-1460.

2013年新疆維吾爾自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（201331125）；新疆林科院院管項(xiàng)目（201511）

李吉玫（1980年生），女，助理研究員，博士，主要從事干旱區(qū)森林生態(tài)研究。Email : jimeili@126.com

2015-06-22