圍封對草地凋落物分解速率和N、P、K含量的影響

王 蕾，張 宇，許冬梅，張 娜

(1.寧夏草原工作站，寧夏 銀川 750011； 2.寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021)

圍封對草地凋落物分解速率和N、P、K含量的影響

王 蕾1，張 宇1，許冬梅2，張 娜1

(1.寧夏草原工作站，寧夏 銀川 750011； 2.寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021)

以鹽池縣退化荒漠草地為對象，對未圍封和不同圍封年限的草地凋落物進行研究。結(jié)果表明，草地凋落物的積累量隨時間的延長而增加，達到增長峰期(9-10月)后逐漸降低；草地凋落物的分解速率隨分解時間的延長逐漸降低，圍封草地凋落物分解速率高于未圍封草地；草地凋落物的自然持水率隨著分解時間推移，不斷升高達到一個峰值后逐漸降低；凋落物的全氮、全磷含量隨圍封時間延長而降低，全鉀含量在圍封5年時含量最低。

圍封年限；荒漠草原；凋落物

草地凋落物是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其對草地土壤發(fā)育和改良以及水土保持起著重要的作用[1]，可以大量吸收和保持天然降水，減緩地表徑流和雨滴對地面的直接濺擊力[2-3]，還可以截留天然降水，提高土壤水分，凋落物分解可以增加土壤肥力，促進植物群落的正常演替[4]。國內(nèi)外對凋落物的研究內(nèi)容主要包括：凋落物的形成、積累、分解和產(chǎn)量，凋落物分解過程中的微生物學特征，凋落物中纖維素分解，凋落物分解與生態(tài)環(huán)境的關系，凋落物分解的物質(zhì)循環(huán)過程以及凋落物對草原生態(tài)環(huán)境的影響等[5-12]。本研究基于寧夏天然草地全面實施圍封的現(xiàn)狀，以未圍封草地為對照，選取寧夏鹽池縣圍封3～7年的荒漠草地為對象，對退化荒漠草地在圍封條件下草地凋落物的積累量、分解速率、自然持水力等進行研究，旨在為寧夏天然草地圍封禁牧后的可持續(xù)利用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)自然概況 研究區(qū)位于寧夏鹽池縣西北部的高沙窩鎮(zhèn)，地理坐標為37°54′20.55″-37°58′55.62″ N，106°55′47.91″-107°01′16.68″ E，距鹽池縣城50 km，海拔1 422～1 431 m，年均溫7.7 ℃，年日照時數(shù)為2 867.9 h，無霜期128 d。多年(1954―2006年)年均降水量約為250 mm，降水主要集中在夏秋兩季，7、8、9三個月的降水量占全年降水總量的62%；平均潛在蒸發(fā)量為2 403.7 mm。研究區(qū)土壤為風沙土，地帶性植被屬荒漠草原。建群植物主要有中亞白草(Pennisetumcentrasiaticum)、甘草 (Glycyrrhizauralensis)、牛枝子 (Lespedezapotaninii)、絲葉山苦荬(Ixerischinensisvar.graminifolia)、豬毛蒿(Artemisiascoparia)等[13]。

1.2研究方法

1.2.1樣地設置 于2010年4月早春地上部返青之前，在研究區(qū)內(nèi)分別選取未圍封和圍封3、4、5、6、7年的荒漠草原為研究樣地，在每個樣地設置10個1 m×1 m樣方，每個樣方間隔20 m，每個樣方用高30 cm黑色尼龍網(wǎng)圍住，四角用鐵絲固定。

1.2.2樣品采集及處理 凋落物積累量采用直接收集法。在設置樣方時，將樣方內(nèi)地面清除干凈，這樣就可將生長初期枯枝落葉量視為零，然后每隔兩個月收集一次枯枝落葉積累量，帶回實驗室后在自然狀態(tài)下避光風干，然后稱量視為凋落物積累量。

凋落物分解速率的測定采用尼龍網(wǎng)袋法。將地表枯死的地上部植株，剪成10 cm小段，裝入孔徑為2 mm×2 mm的網(wǎng)袋，每袋10 g，將樣袋埋入10 cm左右的土層中。在凋落物分解袋投放后60、120、180和240 d分別取回分解袋，帶回實驗室去掉泥沙及雜物，避光風干后稱量，測定消失量及分解速率。

1.2.3樣品分析 在野外收集9-10月的凋落物，帶回實驗室，去除土壤，在65 ℃的烘箱中烘干，然后將其用粉碎機粉碎，過0.25 mm篩后保存。凋落物全氮的測定采用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法；全磷采用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法；全鉀采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計法[14]。

1.2.4數(shù)據(jù)處理

(1)凋落物分解速率計算公式[15]：

V=(10-Mi)/d.

式中，V表示凋落物分解速率(10-2g·d-1)；Mi表示第i次取樣凋落物的殘留量,i=1；d表示第i次取樣距分解袋投放的時間，i≥1。

(2)凋落物自然持水率計算公式[15]：

圍欄封育草地和未圍欄封育草地中，在凋落物分解袋投放后60、120、180和240 d分別取回分解袋，揀出植物根系、泥土顆粒及苔蘚，測其質(zhì)量(M1)，自然狀態(tài)下避光風干后，再測其質(zhì)量(M2)，計算凋落物的自然持水量和自然持水率[15]：

Mc=M1-M2，

MR=(M1-M2)×100/M2.

式中，Mc表示凋落物持水量(g)，M1表示取回的凋落物分解袋去掉泥沙及雜物后的質(zhì)量；M2表示去掉泥沙及雜物的凋落物分解袋在自然狀態(tài)下避光風干后的質(zhì)量，MR表示凋落物自然持水率(%)。

1.3數(shù)據(jù)分析 采用Excel 2003進行基礎數(shù)據(jù)的處理和構(gòu)建圖表，采用SPSS 17.0進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1圍封年限對草地凋落物積累量的影響 不同圍封年限草地凋落物的積累量5-12月呈先增加后降低的趨勢，5-6月低，峰值出現(xiàn)在9-10月，隨著植物生長季的結(jié)束，11-12月凋落物的積累量降低；圍封3年草地凋落物的積累量在9-10月高于圍封4、5、6年和未圍封草地；圍封7年草地的凋落物積累量最高，明顯高于其它圍封年限和未圍封的草地(圖1)。結(jié)果表明，圍封有利于草地凋落物的積累。圍封7年與圍封3～6年和未圍封草地凋落物積累量差異顯著(Plt;0.05)，圍封3年草地的凋落物積累量顯著高于圍封4～6年和未圍封草地凋落物的積累量(圖2)，這是因為圍封初期，一年生植物在群落中占優(yōu)勢地位，隨圍封年限的增加多年生植物在群落中的優(yōu)勢地位增加，植物群落優(yōu)勢種替代明顯，一些伴隨草地退化而減少甚至消失的物種開始進入，短花針茅(Stipabreviflora)、牛枝子等地帶性植物所占比例逐漸增加，最終成為群落的優(yōu)勢種[16]，所以圍封3年和7年草地的凋落物積累量高。

2.2圍封年限對草地凋落物分解速率的影響 在凋落物分解初期(前兩個月)，圍封3年草地凋落物的分解速率最高，圍封5年的最低，不同圍封年限草地凋落物的分解速率差異明顯，但隨分解時間的延長，這種差異逐漸減小(表1)。凋落物分解120 d時，圍封4年的分解速率最高，圍封7年的最低；凋落物分解180 d時，圍封3年的分解速率最高；調(diào)落物分解240 d時，圍封6年的分解速率最高，未圍封的最低；凋落物分解后期(180 d和240 d)，圍封草地凋落物的分解速率均高于未圍封草地，這一結(jié)果說明圍封有利于凋落物的分解。

圖1 不同圍封年限草地凋落物積累量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamics of litter accumulation in different years of enclosing grasslands

圖2 不同圍封年限草地凋落物的積累量Fig.2 Changes of litter accumulation in different years of enclosing grasslands

注：不同小寫字母表示差異顯著(Plt;0.05)。下圖同。

Note:Different lower case letters indicate significant difference at 0.05 level. The same below.

2.3圍封年限對草地凋落物自然持水率的影響 凋落物分解初期,不同圍封年限的自然持水率較低，隨著分解時間推移，自然持水率不斷升高，達到一個峰值后逐漸降低(圖3)。這一結(jié)果表明，在凋落物分解初期，細胞組織破壞較少，間隙較小吸附水較少；隨著凋落物分解時間的增加，凋落物細胞不斷分解，細胞間隙增大，在水的張力作用下吸附水不斷增多；當?shù)蚵湮锓纸獾揭欢ǔ潭葧r，凋落物細胞組織不斷分解，細胞間隙不斷增大，細胞間隙增大到一定程度時，水的張力將不能維持吸附水的存在，吸附水減少，自然持水率下降[17]。圍封3年和5年的草地凋落物的自然持水率在不同的分解時間均高于其它草地，未圍封草地與其它圍封年限草地凋落物的自然持水率變化不明顯。

2.4圍封年限對草地凋落物全氮、全磷、全鉀含量的影響 圍封草地凋落物的全氮和全磷含量均顯著低于未圍封草地(Plt;0.05)(圖4、圖5)，隨圍封年限的增加，草地凋落物的全鉀含量先逐漸降低，在圍封5年時含量最低，之后又逐漸升高(圖6)。這一結(jié)果表明，圍封不利于草地凋落物的全氮、全磷含量的增加，但圍封年限增加有利于全鉀含量的增加。

表1 不同圍封年限草地凋落物的分解速率Table 1 Decomposition rates of litter in different years of enclosing grasslands

圖3 不同圍封年限草地凋落物的自然持水率Fig.3 Natural water holding rates of litter in different years of enclosing grasslands

圖4 不同圍封年限草地凋落物全氮含量的變化Fig.4 Total nitrogen content of litter in different years of enclosing grasslands

圖5 不同圍封年限草地凋落物全磷含量的變化Fig.5 Total phosphor content of litter in different years of enclosing grasslands

圖6 不同圍封年限草地凋落物全鉀含量的變化Fig.6 Total kalium content of litter in different years of enclosing grasslands

3 討論

在沒有人為干擾的自然保護區(qū)內(nèi)進行羊草(Leymuschinensis)草甸枯枝落葉積累量的研究表明，凋落物積累量達95%穩(wěn)定狀態(tài)大約需要8年[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同圍封年限草地凋落物的積累量隨時間的延長而持續(xù)增長，凋落物的增長峰期在9―10月，隨著植物生長季的結(jié)束，11―12月凋落物的積累量降低。圍封3年和7年草地的凋落物積累量均高于未圍封草地，圍封7年的草地凋落物積累量最高，達40.64 g·m-2，這是因為在圍封早期，一年生植物占優(yōu)勢，隨圍封時間的延長，多年生植物逐漸取代一年生植物的優(yōu)勢而形成穩(wěn)定群落。

張建利等[15]研究表明，隨分解時間的推移，草地凋落物分解速率有所降低；圍欄封育顯著高于未封育草地的凋落物分解速率。本研究發(fā)現(xiàn)，圍欄封育高于未封育草地凋落物的分解速率，其分解速率隨分解時間的延長逐漸降低，與以往研究結(jié)果相似。

試驗初期，不同圍封年限草地凋落物的自然持水率較低，隨分解時間的推移，自然持水率不斷升高達到一個峰值后逐漸降低。張建利等[4]研究表明，隨分解時間的推移，草地凋落物的自然持水率逐漸下降。本研究與其研究結(jié)果不同。

內(nèi)在因素和外在因素共同制約著凋落物的分解[19-20]，常見指標有氮濃度、磷濃度、木質(zhì)素和纖維素濃度、N/C比、木質(zhì)素/N比等，其中N/C比和木質(zhì)素/N比最能反映凋落物分解的速率[21-24]。本研究發(fā)現(xiàn)，草地圍封后凋落物的全氮、全磷含量降低；全鉀含量在圍封初期隨圍封年限逐漸降低，在圍封5年時含量最低，之后隨圍封年限的延長，含量逐漸升高。

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StudyonlitterdecompositionratesandN,P,Kcontentoflitterindifferentyearsofenclosureindesertsteppe

WANG Lei1, ZHANG Yu1, XU Dong-mei2, ZHANG Na1

(1.Grassland Station of Ningxia, Yinchuan 750011, China;2.School of Agricultural, Ningxia University, Yinchuan 750021 China)

This study examined the litter of degraded desert steppe among different years of enclosure and the unenclosed grassland in Yanchi. It showed that the litter accumulation reached a maximum in September and October then declined with the time increasing. The litter decomposition rate was gradually decreased with the time. The litter decomposition rates of the enclosed grassland were higher than that of the unenclosed. With time increasing, natural water holding rates of litter reached a maximum and then declined gradually. Both the total nitrogen content of litter and the total phosphor content of litter of the enclosed grassland were lower than that of the unenclosed. The total kalium content of litter reached a minimum at the 5th year.

enclosure year； desert steppe； litter

WANG Lei E-mail:wangleieye@126.com

S812.6+8

A

1001-0629(2013)10-1508-05

2013-01-19 接受日期：2013-04-11

國家自然科學基金(30960268)；國家973計劃前期研究(2010CB434805)作者簡介:王蕾(1980-)，女，遼寧新民人，畜牧師，博士，研究方向為草地生態(tài)、資源與環(huán)境。E-mail:wangleieye@126.com