金沙江干熱河谷草被凋落物的分解率與持水性能*

張明忠,朱紅業(yè),沙毓滄,張映翠,金杰,史亮濤,龍會(huì)英,紀(jì)中華

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所,云南元謀651300;2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 科研管理處,昆明650231;3.云南煙草公司楚雄州分公司煙草科學(xué)研究所,云南楚雄675000)

金沙江干熱河谷區(qū)凋落物的形成是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。凋落物不僅對(duì)草地土壤發(fā)育和改良有著重要的意義[1],而且其結(jié)構(gòu)疏松可大量吸收和保持天然降水,具有重要的水土保持作用[2-4]。凋落物一方面可減緩雨滴對(duì)地面的直接濺擊力和地表徑流[5],另一方面可截留天然降水,使土壤得到緩慢入滲,提高土壤水分含量[6],改變生態(tài)環(huán)境[7-8]。同時(shí),還可增加土壤肥力,促進(jìn)植物群落的正常演替[9-10]。干熱區(qū)是生態(tài)環(huán)境比較脆弱的地區(qū),而草被是恢復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)的先決條件。草被植物的新陳代謝及繁衍速度能加快生態(tài)環(huán)境建設(shè)的步伐,草被凋落物在其中也起著一定的重要作用。主要針對(duì)金沙江干熱河谷封禁草地和人工草地常見(jiàn)的幾種草被凋落物的分解率和持水性能進(jìn)行了定期測(cè)定,以自然草被生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)規(guī)律,為提高封禁和人工草地的生產(chǎn)力,改進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論依據(jù)。

試驗(yàn)區(qū)位于云南干熱區(qū)的元謀縣,是云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所后山試驗(yàn)研究基地,位于北緯 25°50′46″-25°51′41″,東經(jīng) 101°41′18″-101°49′42″,是典型的南亞熱帶季風(fēng)河谷干熱區(qū)氣候。該區(qū)光熱充沛,旱濕季分明,干熱少雨,年均氣溫21.9℃,有天然溫室之稱[11]。從1990-2002年13 a間平均降雨量和蒸發(fā)量分別為702.65 mm和2 589.48 mm,降雨主要分布在4-10月,其中6-8月為主汛期。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2003年1月在草地封禁區(qū)和牧草引種試驗(yàn)區(qū)收集當(dāng)年凋落物,包括完整莖葉的新諾頓豆(Neonotoniaw ightii cv.spp)、鋪地木藍(lán)(Indigo fera endecaphy lla Jacq)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)及鄉(xiāng)土草扭黃茅(Heteropogon contortus(L.)Beauv.)、孔穎草(Bothrioch loa pertusa(L.)A.Camus)、雙花草(Dichanthium annulatum(Forsk.)Stapf)的凋落物各100 g和標(biāo)記牌。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 凋落物分解率測(cè)定 把標(biāo)記牌和事先稱重好的100 g凋落物裝入規(guī)格為30 cm×60 cm孔徑為1mm的尼龍網(wǎng)袋中,用尼龍線封口。每種草被凋落物3個(gè)樣袋,放入原取樣地內(nèi),放置時(shí)貼近表土,盡量與周圍凋落物處于同一自然狀況。每月定期測(cè)定全部樣袋凋落物的重量。取樣袋時(shí),抖落泥土和雜質(zhì)后,稱重后再于烘箱65℃下烘干至恒重,測(cè)定凋落物的含水量和剩余干物質(zhì)的重量,之后放回原地。

表1 金沙江干熱河谷2003—2004年草被凋落物地面氣象因子變化情況

1.2.2 凋落物的持水性能測(cè)定 取風(fēng)干凋落物各100 g,保持植株完整性(包括莖葉),放入稱量好的網(wǎng)袋內(nèi)。然后在實(shí)驗(yàn)室將樣品放置水中完全浸泡48 h后,取出自然漏出明水3min后稱重,測(cè)定凋落物的飽和含水量;凋落物在烘箱中75℃下烘至22～24 h測(cè)定自然含水量。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 草被凋落物的分解動(dòng)態(tài)

草被植物新諾頓豆、鋪地木藍(lán)、百喜草、扭黃茅、雙花草、孔穎草凋落物的分解率測(cè)定結(jié)果表明,凋落物的剩余量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)越來(lái)越少,從3-6月,隨氣溫的升高和降雨的增加,凋落物干物質(zhì)殘余量呈明顯下降趨勢(shì)。從圖1看出,草被凋落物的分解量隨時(shí)間變化而減少,從第3個(gè)月開始新諾頓豆、鋪地木藍(lán)的凋落物分解速度明顯加快,第6個(gè)月后凋落物分解率分別為61.38%和53.9%,其余草被凋落物剩余量緩慢減少。3月氣溫上升,降雨量和蒸發(fā)量加大,此時(shí)是凋落物分解最快的時(shí)節(jié)。7月后新諾頓豆和鋪地木藍(lán)已分解過(guò)半,凋落物剩余量開始緩慢減少,其余草被凋落物的剩余量才開始大幅度減少。隨著氣溫和降雨量的銳減,從10月至翌年3月,分解率逐漸下降。溫濕度對(duì)草被凋落物也有直接影響,試驗(yàn)期間(2003-2004年)統(tǒng)計(jì)了影響凋落物分解的氣象因子(表1),包括溫度、濕度、降雨量、蒸發(fā)量。兩年中,3月氣溫開始回升,8月達(dá)到最高值,分別為27.1℃和25.4℃,相對(duì)濕度和降雨量也在6-7月達(dá)最大,分別為73%和76%及168.8 mm和163.7mm;而蒸發(fā)量最大時(shí)卻在3-4月,能銳化凋落物的柔軟性,使硬質(zhì)凋落物的莖葉脆化,充分體現(xiàn)了元謀干熱區(qū)的氣候特征;根據(jù)凋落物的分解程度圖表和氣象因子,可以看出在3-9月是高溫高濕季節(jié),也是凋落物分解較快的階段,新諾頓豆凋落物前期(3-7個(gè)月)分解最快,隨時(shí)間的延長(zhǎng),到第24個(gè)月時(shí)分解率達(dá)到最高,分解了83.8%,其次是鋪地木藍(lán),分解了73.6%。凋落物分解初期新諾頓豆和鋪地木藍(lán)分解率快,后期緩慢,其原因是這兩種植物為莖稈及葉片都比較柔軟的豆科植物,且此兩種凋落物的葉片含量多,葉表面的微毛及莖稈都能吸附周圍環(huán)境中的水分,有利于凋落物的分解。而扭黃茅、雙花草和孔穎草,皆屬于禾本科,莖稈堅(jiān)硬,粗糙,粗纖維含量多,莖葉不易脫落,分解緩慢,最終這3種草被凋落物分解率分別為60.3%、67.8%和67.2%。

圖1 草被凋落物分解動(dòng)態(tài)

2.2 凋落物分解與持水性能的關(guān)系

凋落物的水分是影響凋落物分解的一個(gè)重要因素。水分充足、溫度高能促使凋落物的分解,凋落物自然含水量與草被密度、土壤類型、溫濕度等環(huán)境有關(guān),同時(shí)還與自身性狀相關(guān)。需較長(zhǎng)時(shí)間分解的鄉(xiāng)土草,如扭黃茅、雙花草的凋落物,自然含水量都較高,分別率為4.36%和3.95%,分解慢的原因是其植株有較大比例的硬質(zhì)莖葉和莖干有較高纖維。凋落物全部為葉片的百喜草凋落物自然含水量達(dá)4.25%,主要原因是葉片更易吸附空氣和土壤中的水分。通過(guò)凋落物飽和含水量的試驗(yàn),結(jié)果(見(jiàn)表2)表明:飽和含水量較高的是新諾頓豆和百喜草的凋落物,分別為336%和248%;飽和含水量較低的是雙花草的凋落物,僅為168%。凋落物的持水性能(包括自然含水量和飽和含水量)跟分解程度有著直接的關(guān)系,在特定時(shí)期內(nèi),其值越大,分解率越高。草地凋落物不但具有較高自然含水量和飽和含水量,在水土保持、土壤水分入滲和草地土壤水分平衡等方面起著重要的作用。同時(shí),凋落物的持水性能也是反映凋落物截留降水的能力[12-13]。

表2 草被凋落物自然含水量與飽和含水量

3 結(jié)論與討論

通過(guò)金沙江干熱河谷的幾種草被凋落物分解率和持水性能測(cè)定,得出各種草被的分解率及持水性能有所不同。凋落物分解是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,采用Olson的衰減模型[14],得知草被凋落物半分解時(shí)間分別為1.67 a(扭黃茅),1.33 a(雙花草),1.17 a(孔穎草),1 a(百喜草),0.58 a(鋪地木藍(lán))和0.5 a(新諾頓豆)。而飽和含水量為依次為336%(新諾頓豆),248%(百喜草),209%(扭黃茅),206%(孔穎草),174%(鋪地木藍(lán))和168%(雙花草)。飽和含水量越大,對(duì)雨水的截持率和利用率越高,這樣更有利于地面水分、溫濕度等環(huán)境的良性循環(huán),同時(shí)也能加快凋落物的分解。

分解率主要受其草被本身特性的影響外,還受于凋落物分解過(guò)程中的溫度、降雨、濕度和微生物等共同作用,這與一些學(xué)者[10,15-16]研究結(jié)果一致。其中新諾頓豆、鋪地木藍(lán)的凋落物分解較快,特別是前期較迅速,后期逐漸減慢,主要原因是前期分解的凋落物有可溶性有機(jī)質(zhì)的淋洗和易分解的碳水化合物;后期速率減慢是因?yàn)殡y分解的纖維素和單寧等物質(zhì)的積累。溫濕度、降雨量與蒸發(fā)量等環(huán)境因子對(duì)凋落物的分解有著明顯的直接作用,且凋落物的自然含水率和飽和含水量與分解率也存在正比關(guān)系。凋落物在分解過(guò)程中,網(wǎng)袋與地面結(jié)合部分出現(xiàn)大量白色菌絲和白蟻帶來(lái)的泥土,一方面促進(jìn)了凋落物的分解,另一方面在稱量時(shí)出現(xiàn)少許誤差。每年凋落物的自然厚度達(dá)8～10 cm,能產(chǎn)生較多的凋落物,從凋落物實(shí)際產(chǎn)量及試驗(yàn)結(jié)果得知,新諾頓豆的分解率和飽和含水量都最高,對(duì)促進(jìn)草地土壤發(fā)育和改良有著重要的意義,具有重要的水土保持作用。

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