升溫處理對(duì)遼西沙地油松枯落物分解效應(yīng)的影響

鞠秀芝

摘要：為了探索溫度升高處理下油松枯落物的響應(yīng)機(jī)制，特通過(guò)應(yīng)用開頂箱人工模擬升溫處理，以自然溫度條件作為對(duì)照處理，開展了此研究。結(jié)果表明，升溫處理下油松枯落物的枝、葉中含水率及質(zhì)量殘余率均高于對(duì)照處理，且葉的含水率大于枝的含水量、葉的質(zhì)量殘余率低于對(duì)照的質(zhì)量殘余率，由此可知，升溫條件抑制了油松枯落物的分解，其中對(duì)油松枝枯落物分解的抑制作用更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：升溫;油松;枯落物

Abstract： In order to explore the response mechanism of Pinus tabulaeformis litter under elevated temperature treatment， this study was carried out by applying open-top box artificial simulation of heating treatment and natural temperature conditions as a control treatment. The results showed that the water content and mass residual rate of the branches and leaves of the Chinese pine litter under the heating treatment were higher than the control treatment， and the water content of the leaves was greater than the water content of the branches， and the mass residual rate of the leaves was lower than that of the control. Therefore， it can be seen that the heating conditions inhibited the decomposition of the Chinese pine litter， and the inhibitory effect on the decomposition of the Chinese pine branch litter was stronger.

Keywords： warming; Pinus tabulaeformis; litter

隨著全球氣候的變暖，陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能相應(yīng)地有所影響。近些年，二氧化碳等溫室氣體的大量排放，使全球氣溫升高了1.8℃以上，這種升溫趨勢(shì)未來(lái)可能會(huì)進(jìn)一步增加。土壤有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源之一即為枯落物的分解，其在陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中起到的意義非常深遠(yuǎn)[1-2]。有關(guān)溫度升高與枯落物分解之間的關(guān)系（促進(jìn)或抑制）目前學(xué)術(shù)界爭(zhēng)議比較大[3]，有的認(rèn)為溫度升高對(duì)枯落物的分解有促進(jìn)效果[4-5]，有的認(rèn)為溫度升高不會(huì)明顯影響枯落物的分解[6]，還有的認(rèn)為會(huì)對(duì)枯落物的分解產(chǎn)生一定的抑制作用[7]。不同的結(jié)論可能與枯落物所處的生態(tài)環(huán)境及枯落物組成有關(guān)。針對(duì)來(lái)源于不同器官的枯落物，如葉、莖，溫度升高對(duì)其分解的影響差異不同[8]，由此可知在一定的外界條件下，在枯落物分解過(guò)程中起主導(dǎo)作用的在于枯落物自身基質(zhì)的類型。結(jié)合上述分析，溫度升高情況下枯落物的響應(yīng)機(jī)制具有不同程度的分化性特點(diǎn)，且還會(huì)受到其他因子的綜合調(diào)控作用，如枯落物自身基質(zhì)的類型等。

目前我國(guó)學(xué)者關(guān)于溫度升高條件下枯落物分解情況的影響主要集中在濕地、草地、森林等生態(tài)系統(tǒng)，分析的結(jié)果表明影響程度以及響應(yīng)機(jī)制缺乏一致性。而關(guān)于干旱地區(qū)沙地上種植較為廣泛的油松等抗旱植物林間生態(tài)系統(tǒng)枯落物分解情況的研究還比較缺乏，對(duì)荒漠生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)體系的進(jìn)一步完善產(chǎn)生一定的制約作用，不利于全球氣溫變暖趨勢(shì)下干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳收支預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的提高。

遼西地區(qū)氣候干旱，其造林植被中油松占有較大的比例。研究氣溫升高條件下沙地油松林間枯落物分解效應(yīng)有助于進(jìn)一步揭示干旱地區(qū)溫度與枯落物分解之間的關(guān)系，對(duì)全球氣候變暖趨勢(shì)下遼西干旱沙地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)意義重大。

1研究區(qū)的概況

研究區(qū)位于遼西阜新市北側(cè)的科爾沁沙地邊緣，年均降水量在302mm左右，且年際存在較大的差異，季節(jié)分布差異明顯，主要集中在7—9月（此階段降水量在全年總降水量中占比70%以上），年蒸發(fā)量在2000mm以上;當(dāng)?shù)刂饕耐寥李愋蜑轱L(fēng)沙土。造林代表性樹種主要是油松人工林，灌木叢優(yōu)勢(shì)樹種主要為虎榛子，其次有沙柳，灌叢內(nèi)優(yōu)勢(shì)草本植物類型主要包括賴草、沙生針茅等。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

油松是遼西沙區(qū)造林的主要優(yōu)勢(shì)樹種，在當(dāng)?shù)胤里L(fēng)固沙、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、群落演替中起到了明顯的作用。本研究的對(duì)象選擇油松人工林，以開頂箱、分解袋等方法作為研究方法，模擬溫度升高條件、驗(yàn)證油松枯落物分解的效應(yīng)。

采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，在油松人工林生態(tài)群落內(nèi)隨機(jī)選擇5塊樣地（每塊樣地之間距離控制在5-6m），要求植被條件均一、地勢(shì)平坦、植物生長(zhǎng)趨勢(shì)良好。每個(gè)樣地內(nèi)均安排2個(gè)處理，分別為溫度升高組、常溫對(duì)照組（CK）。為避免外來(lái)因素的干擾而影響到試驗(yàn)結(jié)果，每塊樣地周邊均有圍欄。

試驗(yàn)于2020年4—10月實(shí)施。溫度升高的處理采取人工模擬方法，選擇開頂箱（制作材料為有機(jī)玻璃）。2020年生長(zhǎng)季前在樣地內(nèi)采集枯落物，包括葉、枝條，經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干、過(guò)篩（目的是將表面附著的土壤、雜質(zhì)等清理干凈）。分開油松枯落物中的葉、枝，將枝條剪成小段，每段長(zhǎng)度3-4cm即可。枝與葉分開裝入50目的尼龍網(wǎng)袋中，規(guī)格為10cm×10cm左右，每袋裝入量：枝、葉分別裝入1、2g左右。2020年4月28日將提前裝入枯落物枝、葉的分解袋在各樣地內(nèi)貼著地面均勻布置，每個(gè)開頂箱內(nèi)分別放6袋枝、葉2種枯落物，對(duì)照同樣處理。分別在2020年5月28日、6月28日、7月28日、8月28日、9月28日、10月28日回收各樣地裝有枯落物的分解袋，每個(gè)樣地內(nèi)各取1袋裝有枝、葉的分解袋帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

2.2 土壤中溫度及含水量的測(cè)定

每個(gè)樣地內(nèi)分別安裝土壤溫濕度探頭，對(duì)地表、地下5cm深的溫度以及地下5cm處土壤體積含水量進(jìn)行測(cè)量，每20min測(cè)量1次，每個(gè)月的數(shù)據(jù)取平均值。

2.3 實(shí)驗(yàn)室樣品分析

樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，將表面的土壤、雜質(zhì)清理干凈后，清水漂洗、風(fēng)干，75℃條件下烘干至恒重，W1為烘干前枯落物的重量，W2為烘干后枯落物的重量，Wt為經(jīng)過(guò)t時(shí)間分解后枯落物的干重，W0為枯落物分解之前的干重?？萋湮锖拾凑眨╓1-W2）×100%的公式進(jìn)行計(jì)算，質(zhì)量殘余率按照Wt/W0×100%進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 升溫條件下土壤溫度及體積含水量比較

對(duì)實(shí)驗(yàn)期間測(cè)得的表層土壤溫度、地下5cm處的溫度及體積含水量數(shù)據(jù)取平均值，結(jié)果見表1。根據(jù)表1可知，試驗(yàn)期間，通過(guò)開頂箱人工模擬的升溫條件，可以明顯增加土壤中的溫度以及體積含水量。

3.2 升溫條件下油松枯落物分解效應(yīng)比較

根據(jù)表2隨著時(shí)間的延長(zhǎng)各處理含水率變化趨勢(shì)的分析可知，升溫處理下，油松的枝、葉枯落物含水率均高于對(duì)照處理;隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，升溫處理與對(duì)照處理的枝、葉枯落物含水率均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，以處理120d左右時(shí)含水率最高;無(wú)論是對(duì)照組還是升溫組，葉枯落物含水率均高于枝枯落物含水率。

根據(jù)表2隨著時(shí)間的延長(zhǎng)各處理枯落物質(zhì)量殘余率變化趨勢(shì)的分析可知，2個(gè)處理油松枯落物的質(zhì)量殘余率均表現(xiàn)為枝>葉（2個(gè)處理油松枝枯落物質(zhì)量殘余率分別為92.05%、86.78%，葉枯落物質(zhì)量殘余率分別為72.78%、61.15%），由此可知油松枝枯落物的分解速度比葉枯落物慢;升溫處理的油松枝、葉枯落物質(zhì)量殘余率均高于對(duì)照處理，在180d統(tǒng)計(jì)時(shí)，升溫處理下油松枝的質(zhì)量殘余率比對(duì)照增加6.08%，而葉的質(zhì)量殘余率比對(duì)照高19.02%，由此可知，升溫處理下油松枯落物的分解速度有一定程度的抑制。綜上分析，在不同的溫度處理下，不同樹種枯落物分解過(guò)程呈現(xiàn)不同的動(dòng)態(tài)變化，此變化過(guò)程與分解的時(shí)間、枯落物的種類等有關(guān)，升溫處理有助于提高油松枯落物的含水率、抑制枯落物的分解作用，且對(duì)枝枯落物分解作用的抑制效果強(qiáng)于葉枯落物。

4結(jié)論與討論

研究升溫條件下遼西沙地優(yōu)勢(shì)樹種油松枯落物不同類型分解的效應(yīng)，對(duì)于枯落物分解作用與分解時(shí)間、枯落物基質(zhì)類型之間關(guān)系的揭示意義重大。影響枯落物分解過(guò)程的氣候因素中主要包括溫度、水分。

溫度升高的條件下通常環(huán)境中的含水量也會(huì)有所變化，研究表明，升溫可以使環(huán)境中含水量有所增加[9]或者降低[10]。通過(guò)本試驗(yàn)條件下分析的結(jié)果，遼西沙地溫度升高處理下土壤含水量增加明顯，且枯落物的含水率也較對(duì)照有不同程度的增加，分析其原因可能在于開頂箱內(nèi)升溫后使深層土壤中水分蒸發(fā)速度加快、枯落物吸收的水分增多而出現(xiàn)含水量增加的情況。

在水分條件較好的草原生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)等內(nèi)部，增溫可以促進(jìn)枯落物的分解，而在本試驗(yàn)條件下，在遼西沙地等干旱的區(qū)域，增溫抑制了枯落物的分解作用，但是增溫并未導(dǎo)致土壤含水量以及枯落物含水率的降低，可以排除枯落物分解作用受到抑制是因?yàn)樗钟绊懙目赡苄?，原因可能是在較高的濕度條件下升溫有助于枯落物分解速度的加快，較低含水量條件下水分含量的變化可能抑制小范圍升溫對(duì)枯落物分解的效果。此外，升溫條件下枯落物內(nèi)細(xì)菌多樣性、群落結(jié)構(gòu)、土壤酶活等方面的變化此次研究未涉及到，可在未來(lái)繼續(xù)開展研究。

本試驗(yàn)研究了遼西沙地優(yōu)勢(shì)樹種油松枯落物在升溫條件下的響應(yīng)機(jī)制，結(jié)果表明，通過(guò)升溫處理，對(duì)枯落物的分解起到了抑制作用，此種抑制作用隨著分解時(shí)間以及枯落物基質(zhì)的類型而有所差異。 未來(lái)可結(jié)合增溫處理下微生物群落相關(guān)情況的變化進(jìn)行分析，從而有助于了解沙地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)氣候變暖趨勢(shì)下的響應(yīng)機(jī)制。

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