凋落物化学特性和物种丰富度对土壤碳循环的影响随时间变化
作者：奈曼站 更新时间：2022-11-29
凋落物分解决定陆地生态系统碳循环和养分动态。自然生态系统中，不同类型植物凋落物通常混合在一起，其分解过程与凋落物初始化学性质和凋落物物种丰富度等因素密切相关。实际上，化学性质迥异的不同种凋落物同时输入到土壤中，导致分解过程中凋落物间产生混合效应，使得混合凋落物实际分解速率不同于基于单个物种结果所预测的期望值，进而导致土壤碳循环过程发生变化。
乔灌草结合配置造林模式被认为是治理我国北方沙化问题的有效措施。造林直接改变了地上生态系统的植被群落结构，导致输入到土壤中的凋落物类型和质量发生变化。乔灌草复合生态系统中，凋落物混合效应对凋落物分解和土壤呼吸影响的研究，是客观认识复合生态系统土壤养分和碳循环的重要内容，也是对地上和地下养分循环关联性研究的进一步拓展。
基于此，在我国北方农牧交错带典型区乔灌草复合生态系统中，研究了凋落物物种丰富度和初始化学性质对混合效应和土壤碳矿化的影响。结果表明，凋落物分解前期（1-28天）CO2释放量是后期（29-113天）的1.75倍，这意味着凋落物刚输入到土壤中之后分解过程非常强烈，随后分解过程逐渐减慢。在凋落物分解前期，CO2释放量与凋落物碳、氮和缩合单宁含量显著正相关；在凋落物分解后期，凋落物碳、氮、缩合单宁、水溶性糖、木质素、纤维素和酚类物质含量与CO2释放量显著负相关。此外，凋落物物种丰富度与前期CO2释放量显著负相关，与后期CO2释放量显著正相关。上述结果说明，凋落物分解前期物种越丰富，凋落物碳氮含量越高，混合凋落物分解越快；凋落物分解后期物种越丰富，木质素等难分解物质积累越多，导致物种丰富度与分解过程负相关。
该成果以Effects of Litter Chemical Traits and Species Richness on Soil Carbon Cycling Changed Over Time为题在线发表在Frontiers in Environmental Science期刊（IF = 5.411），中科院西北院杨红玲博士为本文第一作者，李玉霖研究员为通讯作者。该研究获内蒙古自治区科技重大专项(2019ZD00704、2021ZD001505)，国家自然科学基金（32071845) 中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA23060404)资助。
文章链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2022.1023831/full
图1.单一和混合凋落物初始化学特性
注：Ah：差巴嘎蒿；Cm：小叶锦鸡儿；Pc：白草和Ps：小叶杨
图2.二、三和四种凋落物混合物中混合效应动态
图3.凋落物物种丰富度和化学特性对CO2释放量的直接和间接影响