全球气候变化背景下,大气氮沉降和降水变化日益显著,其对荒漠草原凋落物分解的影响存在很大的不确定性.采用裂区设计,设置主区为自然降雨、增雨30％和减雨30％3个水分处理,副区为0(N0)、30(N30)、50(N50)和100 kg·hm-2·a-1(N100)4个氮素水平,经过21个月(2016年1月-2017年10月)水氮处理,研究水氮共同作用对荒漠草原常见物种猪毛菜、短花针茅和木地肤3种植物凋落物分解的影响.结果表明:3种凋落物干物质残留率随时间增加而减少,用Olson负指数衰减模型拟合效果较好,凋落物分解系数(k)大小为猪毛菜＞短花针茅＞木地肤.增雨30％N100处理分解系数最高,为0.028.单因素处理下,增雨30％和N50的凋落物分解最快.水氮共同作用下,增雨30％N100处理凋落物分解最快.3种凋落物初始化学全氮含量大小为猪毛菜＞短花针茅＞木地肤,猪毛菜和短花针茅k值与全氮含量呈显著正相关;全碳含量、纤维素含量、木质素含量、C/N、木质素/N和纤维素/N大小为木地肤＞短花针茅＞猪毛菜,猪毛菜k值与各指标均呈显著负相关,短花针茅和木地肤k值与C/N、木质素/N和纤维素/N均呈显著负相关.猪毛菜分解最快,木地肤分解最慢.适量的水、氮添加有利于荒漠草原凋落物的分解,可以促进土壤养分循环,对荒漠草原可持续发展及生态平衡有积极作用.

青藏高原拥有全球独特的放牧系统,国内外较少通过定量控制的放牧试验研究放牧率对畜粪分解的作用.用双层盆叠放法比较高寒草甸两个放牧率下藏羊粪的分解规律.8羊/hm2放牧率下的分解速率大于16羊/hm2.随着放牧率增加,羊粪C、N、P的归还量、草地残留和淋溶量及其所占比例上升,C、N的大气排放量增加.粪中P的分解与C/N比负相关,C的分解速率与N/P比正相关.用Olson的指数模型拟合,羊粪分解50％和95％所需时间,除了木质素,粪干物质、C、N、P、纤维素、半纤维素的分解时间16羊/hm2放牧率下均长于8羊/hm2放牧率.单位重量粪的分解速率,16羊/hm2放牧率下较快;单位面积草地上,畜粪的分解在16羊/hm2放牧率下较快.研究结果对于全球变暖背景下,调整高寒草甸放牧策略有指导作用.

橡胶树凋落叶在橡胶林生态系统养分循环中起着重要的作用,研究凋落叶的分解和养分释放特性及其影响因素,对资源的循环利用及指导高效施肥具有重要意义.在海南省天然橡胶主产区选取橡胶林地进行凋落叶原位分解试验,研究坡度和埋深对橡胶树凋落叶干物质分解特性、养分元素释放规律及其物质成分红外光谱特征的影响.结果表明,凋落叶分解速率明显受到坡度和深度的影响;分解9个月后,干物质残留率高低顺序为坡地覆盖(39.6％)＞平地覆盖(26.8％)＞平地埋深(11.2％)＞坡地埋深(6.9％);凋落叶的损失符合Olsen指数衰减模型(P＜0.01),各处理凋落叶干物质分解95％所需要的时间分别为29.3、20.5、12.8和13.2个月;各处理C/N比从最初的25.1下降到12.7、14.4、16.2和16.9.分解期间各处理养分残留率差异显著(P＜0.05);分解9个月后,坡地覆盖处理S-Ⅰ养分元素C、N、P、K、Ca、Mg的残留率最高,分别为10.9％、21.6％、10.7％、9.7％、10.4％、7.9％,而坡地埋深处理S-Ⅱ最低,分别为3.8％、6.5％、3.4％、2.3％、0.8％、2.1％.傅里叶红外光谱(FTIR)分析显示,凋落叶分解前后在3387 cm-1、1734 cm-1处的吸收峰强度明显减弱,表明纤维素、半纤维素、木质素、多糖、脂肪族等碳水化合物遭到分解;1050 cm-1处的吸收峰向低频方向位移了17 cm后变为1033 cm-1,表明分解破坏了凋落叶原有的可溶性糖和纤维素C-C键和C-O键伸缩振动.综上所述,埋深处理有利于加速凋落叶物质分解和养分元素释放速率;建议橡胶树生产中将凋落叶与表土混合或压青处理,提高橡胶林养分循环效率.

以荒漠草原凋落物为研究对象,通过设置自然降雨(CK)、增雨30％(W)和减雨30％(R)3种水分处理和0(N0)、30(N30)、50 (N50)和100 kg hm-2 a-1(N100)4种氮素(NH4NO3)水平处理,用分解袋法,研究内蒙古短花针茅荒漠草原短花针茅(Stipa breviflora)、冷蒿(Artemisia frigida)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)和木地肤(Kochia prostrata)凋落物分解过程,旨在阐明荒漠草原凋落物分解过程及其对氮沉降和降雨变化的响应特征,为荒漠草原生态系统物质循环过程响应气候变化研究提供基础数据.结果表明:1)经过270 d分解后,短花针茅、冷蒿、木地肤和无芒隐子草干物质残留率分别为69.95％-78.67％、68.89％-79.89％、64.68％-79.23％、66.89％-79.38％,分解速率为木地肤＞无芒隐子草＞冷蒿＞短花针茅.2)氮沉降和降雨对短花针茅和冷蒿凋落物分解速率产生显著影响(P＜0.05),其交互作用对这两种凋落物分解速率不显著(P＞0.05).氮沉降和降雨以及交互作用均对无芒隐子草和木地肤凋落物分解速率产生显著影响(P＜0.05).3)单一水分或氮素的添加均提高土壤微生物量碳氮含量,而水氮交互作用下更为显著.4)凋落物分解速率受生物及非生物因子的影响,相关分析表明:冷蒿、无芒隐子草、木地肤与土壤微生物量碳呈极显著正相关(P＜0.01);冷蒿、木地肤、短花针茅与土壤微生物量氮呈极显著正相关(P＜0.01);木地肤和短花针茅与土壤含水量呈极显著正相关(P＜0.01);冷蒿、木地肤、短花针茅与地上生物量呈极显著正相关(P＜0.01).

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,是全球碳(C)收支的一个重要主要组成部分,正受到全球大气氮(N)沉降的深刻影响.探讨大气氮沉降条件下森林凋落物的分解,有利于揭示森林生态系统C平衡和养分循环对全球变化的响应.选择福建沙县官庄林场1992年栽种的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,自2004年开始野外模拟氮沉降试验,至今12年.氮沉降处理分4个水平,N0、N1、N2和N3分别为0、60、120、240 kg N hm-2 a-1.2015年12月开展分解袋试验,对经过氮沉降处理12年的凋落物(叶、枝、果)进行模拟原位分解,每3个月收回一次分解袋样品,为期2年,同时测定凋落物干物质残留量及其C、N和磷(P)含量.结果 表明,经2年分解后,氮沉降条件下凋落物叶、枝和果的干物质残留率平均值分别为27.68％、47.02％和43.18％,说明分解速率大小依次为叶＞果＞枝.凋落物叶、枝和果的分解系数平均为0.588、0.389和0.455,周转期(分解95％年限)分别为4-5年、6-8年和5-7年.低-中氮处理(N1和N2)均促进凋落物叶、枝和果的分解,以N1的效果更明显,而N3起到抑制作用.N1处理的凋落物叶、枝和果的周转期分别为:4.50年、6.09年和5.85年,N2处理的分别为4.95年、8.16年和6.19年.模拟氮沉降在一定程度上增加了凋落物叶、枝和果分解过程中的N和P含量,但降低了C含量.凋落物叶、枝和果分解过程中C元素呈现释放-富集-释放模式,N和P元素呈现释放与富集交替,除枝的N元素外,其他均表现为释放量大于富集量.

植物枯落物分解对生态系统碳通量和养分循环有至关重要的作用,这一过程主要由3个相互作用的因素决定,即化学(枯落物理化特性)、物理(气候和环境)以及生物(参与枯落物分解的微生物和无脊椎动物)因素.在气候和立地环境条件相同的情况下,枯落物质量是制约分解的内在因素.在鄱阳湖湿地开展了野外定位观测实验,采用分解袋技术研究了鄱阳湖湿地优势植物芦苇(Phragmite)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)和薹草(Carex.cinerascens Kükenth)枯落物分解速率及碳(C)、氮(N)、磷(P)元素释放动态特的征差异性.结果表明,在0-150 d内三种植物枯落物的干物质分解速率和残留率以及碳相对归还指数(CRRI)、氮相对归还指数(NRRI)、磷相对归还指数(PRRI)差异性都极其显著.在0-150 d内分解速率都是芦苇的最大,薹草的次之,南荻最小.分解进行150 d后,芦苇、南荻和薹草枯落物干物质残留率依次约为56.57％、67.99％和60.88％,CRRI依次约为57.44％、34.58％和41.75％,NRRI依次约为50.71％、-22.66％、和23.18％,PRRI 依次约为88.91％、79.27％和85.63％.用Olson负指数衰减模型拟合方程预测芦苇、南荻、薹草枯落物分解完成50％所需的时间大约依次为184 d、249 d和210 d,分解完成95％所需的时间依次为795 d、1078 d和908 d.芦苇和薹草枯落物碳、氮和磷在分解过程中都表现出净释放模式,而南荻枯落物的碳和磷也一直表现为净释放模式,但是氮一直表现为净积累模式.芦苇分解过程中的营养释放作用最强,而南荻群落对氮的吸收和富集效应最强.研究表明植物种类及基质物质量对枯落物分解及其养分释放有很强的调控作用.今后的研究应考虑不同物种枯落物混合时的分解过程以及分解过程中的微生物因素,以便能揭示植物群落物种多样性及微生物活动在湿地生物地球化学循环中的调控作用机制,以期为鄱阳湖湿地碳、氮和磷的生物地球化学循环提供更新的认识,为鄱阳湖湿地的科学管理、保护与恢复提供科学依据.

凋落物的生产和分解是生态系统养分循环的重要过程,受到大气氮沉降的深刻影响.但目前相关研究主要集中于森林和草地生态系统,氮沉降对灌丛生态系统凋落物养分归还的影响规律尚不清楚.因此选择亚热带分布广泛的杜鹃灌丛为研究对象,进行了为期两年的模拟氮沉降试验.试验设置4个处理:对照(CK,0 gm-2 a-1)、低氮(LN,2gm-2a-1)、中氮(MN,5 gm-2a-1)和高氮(HN,10 g m-2 a-1).结果 显示:CK、LN、MN和HN 4种处理下,群落年平均凋落物量分别为(1936.54±358.9)、(2541.89±112.5)、(2342.97±519.8)、(2087.22±391.8) kg/hm2,LN、MN和HN处理样地的凋落量分别比对照样地高出32.68％、21.16％和7.93％;凋落叶、花果、凋落枝和其他组分占总凋落量的比例分别为75.75％、15.09％、7.70％和1.45％,不同浓度氮处理下各组分的凋落量均高于对照样地;凋落物组分表现出明显的季节动态:凋落叶在10-11月份达到峰值,凋落枝在10月份达到峰值,花果凋落物则在5月份凋落量最高,不同氮处理下凋落物的季节动态基本一致;白檀凋落叶分解速率显著高于杜鹃,二者分解95％所需时间分别为5.08-11.11 a和7.69-17.65 a,施氮使白檀凋落叶分解周期比对照样地缩短18.18％-54.28％;凋落叶分解过程中,N元素表现为富集-释放模式,P元素表现为富集模式.研究表明,氮添加能够促进群落中白檀凋落叶分解及N、P元素的释放,说明施氮可以调节凋落叶养分释放模式,对灌丛生态系统的养分循环具有调控作用.

凋落物分解是森林生态系统能量流动与养分循环的重要过程.叶凋落物包括自然衰老叶凋落物(SL)和绿色叶凋落物(GL),但针对自然衰老和绿色叶凋落物分解速率和养分释放对人工林间伐强度和施肥措施的响应是否存在差异性尚不清楚.因此,本研究以亚热带13年生杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)人工林为对象,分析自然衰老和间伐剩余的绿色叶凋落物的分解速率、C、N和P释放对间伐强度(弱度间伐、中度间伐和强度间伐)和施肥(不施肥、施肥)的响应.研究发现,自然衰老和绿色叶凋落物分解和养分释放动态特征相似,但绿色叶凋落物的分解速率和养分释放均显著快于自然衰老叶凋落物.凋落物分解1年后SL和GL干物质残留率分别为58.4％和40.5％.杉木人工林间伐强度对2种类型叶凋落物的分解速率及C、N和P残留率的影响均不显著.施肥能够降低中度间伐条件下SL干物质残留率,提高叶凋落物N、P含量和叶凋落物P残留率.本研究结果表明,不同凋落物化学质量性状的差异是调控凋落物分解速率和养分释放的关键因素,保留杉木人工林间伐剩余绿色叶凋落物对维持林地土壤养分具有重要意义.

通过室内培养模拟了高密度刚毛藻聚积腐烂过程,研究了刚毛藻在不同腐烂时间段下的溶解性有机物(DOM)的释放和附着微生物的群落变化.结果表明:在40d的分解实验中,刚毛藻生物量(干重)减少,且表现为前期损失快,后期损失减缓的趋势.在实验结束时(40d),干物质残留率为43.15％,质量损失了56.85％.在刚毛藻分解过程中,DOM在7—10d内快速释放达到最大值,而后降低.DOM的组分也变得复杂,荧光峰从区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ逐渐转移到区域Ⅲ和Ⅴ.大量的简单芳香蛋白,如酪氨酸类物质被微生物转化为各种代谢物,并产生了腐殖质类物质.刚毛藻附着微生物优势菌为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes),相对丰度分别为6.54％—71.62％、16.83％—55.50％和0.95％—20.91％.在腐烂过程的不同阶段中,微生物的组成差异显著,表现为前期主要是Proteobacteria占主导优势,实验后期是Bacteroidetes占主导优势,细菌群落的演替与DOM组成的变化相关.