黃土高原典型草原針茅群落封育演替進(jìn)程中的植物-土壤反饋機(jī)制研究.pdf

1、圍欄封育是草原經(jīng)濟(jì)有效的管理措施，被廣泛應(yīng)用于黃土高原退化草地的恢復(fù)管理過程中。封育排除了放牧、刈割等人為干擾對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的影響，使得退化草地開展朝良性方向的自然恢復(fù)進(jìn)程，體現(xiàn)在封育后草地蓋度、生產(chǎn)力的增加和土壤結(jié)構(gòu)、肥力和微生物活動(dòng)的改善與提高，同時(shí)伴隨植物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)整和物種多樣性的變化。植物和土壤作為草地生態(tài)系統(tǒng)的兩大主要組成部分，兩者間的反饋?zhàn)饔檬遣莸刈匀换謴?fù)進(jìn)程中植被群落演替的重要驅(qū)動(dòng)力，這使得針對(duì)草地長期封育演替進(jìn)程中的植

2、物-土壤反饋機(jī)制的研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。因?yàn)辄S土高原地區(qū)寧夏云霧山典型草原在長達(dá)35a的封育演替進(jìn)程中已發(fā)生明顯植被格局變化，本試驗(yàn)選取具有優(yōu)勢種更替現(xiàn)象的針茅群落作為研究對(duì)象，結(jié)合野外和室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)封育演替時(shí)間序列草地根系特征、優(yōu)勢種針茅凋落物分解特性、針茅植物生長規(guī)律對(duì)土壤生物和非生物特性變化的響應(yīng)特征及針茅的植物-土壤反饋效應(yīng)指數(shù)進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)在草地長期封育演替進(jìn)程中，草地根系生物量和

3、根系形態(tài)特征分別增加49.65％和94.80％,并伴隨土壤水分和養(yǎng)分含量的增加，草地根系物種豐富度下降37.11％。草地根系特征在不同功能組的分配比例及其對(duì)封育措施的響應(yīng)存在較大差異，表現(xiàn)為長期封育使得禾草類植物所占草地根系群落比例由41.65％升高至81.22％，其中多年生根莖型禾草根系指標(biāo)增加幅度達(dá)10倍以上，這與禾草類植物根系較大的比根長和比根面積特征及其所受土壤C、N資源的促進(jìn)作用密不可分;相比之下，非禾草類植物根系所占比例呈不

4、斷下降規(guī)律，且其根系特征主要受土壤P資源影響。
　　(2)隨著草地封育演替年限的增加（0、5、9、22和30a），針茅根系生物量和根系形態(tài)特征分別增加87.29％和119.73％，且其物種組成格局發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)為長芒草根系比例由封育初期的77.12％，逐漸降至封育22a草地的13.42％，并消失于封育30a草地;大針茅根系比例自封育初期的22.88％逐漸增加并在封育22a草地達(dá)到86.58％，之后迅速下降;甘青針茅出現(xiàn)于封育3

5、0a草地，并占據(jù)高達(dá)77.22％比例的優(yōu)勢地位。
　　(3)為期2a野外分解試驗(yàn)結(jié)果顯示，針茅葉片和根系凋落物在分解末期的質(zhì)量損失率平均分別為36.07％和32.00％，葉片凋落物中大針茅分解速率最高，根系凋落物中則為甘青針茅分解最快。3種針茅凋落物分解過程中元素變化規(guī)律相似，但受凋落物類型影響，其中葉片凋落物C含量平均由452.24g·kg-1降低至440.21g·kg-1，根系凋落物C含量則平均由420.73g·kg-1升高至

6、435.09g·kg-1;葉片和根系凋落物N含量波動(dòng)式下降，使得其C/N比值波動(dòng)式上升;葉片凋落物P含量平均由0.29g·kg-1升高至0.58g·kg-1，根系凋落物P含量則平均由0.30g·kg-1波動(dòng)式下降至0.26g·kg-1。三種針茅的葉片和根系凋落物C、N和P元素均呈釋放模式，且釋放比例分別在23.78％-39.28％、37.20％-60.38％和21.30％-52.28％之間。相關(guān)分析表明，凋落物分解速率與其初始N含量呈正

7、相關(guān)，并與初始C/N比值為負(fù)相關(guān)。
　　(4)3種針茅表現(xiàn)出明顯植物生物學(xué)特征差異，其中長芒草有較高的功能性指標(biāo)（比葉面積、葉片養(yǎng)分含量、比根長和比根面積），大針茅有較高的形態(tài)指標(biāo)（植株高度、根冠比和根系形態(tài)），甘青針茅上述指標(biāo)均為中等水平，但有較高的葉片干物質(zhì)含量和分蘗數(shù)目。由于針茅生物量與其高度、根系長度呈正相關(guān)性，使得大針茅具有較高的生物量。
　　(5)3種針茅生物量和根系形態(tài)指標(biāo)在水分添加下平均分別增加94.91％和

8、55.63％，對(duì)養(yǎng)分添加響應(yīng)較小，演替早期土樣接種使得3種針茅比根長和比根面積平均增加11.90％,演替中、后期土樣接種使3種針茅生物量平均提高51.30％的同時(shí)使其根冠比平均下降22.72％。相比于單種生長模式，混種生長模式下3種針茅根系比根長和比根面積平均增加11.75％。此外，3種針茅對(duì)水肥的競爭能力表現(xiàn)為長芒草＞大針茅＞甘青針茅，且水肥添加對(duì)針茅競爭能力的影響依賴于土壤環(huán)境，表現(xiàn)為演替早期、中期和后期土壤中的水肥添加處理可分別提

9、高長芒草、大針茅和甘青針茅的競爭能力。
　　(6)3種針茅的植物-土壤反饋效應(yīng)存在明顯種間差異，體現(xiàn)在大針茅對(duì)同種植物產(chǎn)生顯著正反饋?zhàn)饔茫移渑c禾草類植物互為正反饋?zhàn)饔?長芒草和甘青針茅則負(fù)反饋?zhàn)饔糜谕N植物，正反饋?zhàn)饔煤滩蓊愔参锊⑹艿胶滩蓊愔参锏呢?fù)反饋?zhàn)饔谩?種針茅間的反饋關(guān)系表現(xiàn)為為長芒草顯著正反饋?zhàn)饔么筢樏┎⑹艿酱筢樏┑呢?fù)反饋?zhàn)饔?，甘青針茅與長芒草、大針茅之間均互為正反饋?zhàn)饔?。由此可見?種針茅自身及與其他植物間的植物-土壤