本文關鍵詞：三江平原濕地植物立枯分解研究

  更多相關文章： 立枯 凋落物分解 養(yǎng)分循環(huán) 溫室氣體排放 養(yǎng)分可用性增加

【摘要】：植物凋落物分解是全球碳收支的重要組成部分,也是養(yǎng)分循環(huán)的主要決定因素。在濕地中,植物生物量在生長季很少被消費而是最終進入碎屑食物網(wǎng)中。因此,凋落物分解代表了重要的能量輸入,并且養(yǎng)分的持續(xù)可用性也主要依賴于凋落物分解。在大多數(shù)濕地中,許多草本植物的地上部分在枯萎之后并不會立即倒伏,而是保持立枯狀態(tài)并持續(xù)一段時間,成為殘余物庫的重要組成部分,并且在這個階段其分解過程已經(jīng)開始。本研究以三江平原的濕地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,基于野外控制試驗和定位觀測,揭示植物凋落物在立枯期的分解速率、養(yǎng)分動態(tài)和CO2釋放通量,闡明凋落物狀態(tài)(立枯或倒伏)對其初始分解過程的影響,并探討植物立枯分解過程對濕地營養(yǎng)環(huán)境變化的響應。本研究取得如下主要結論:(1)在濕地中,草本植物地上凋落物以立枯狀態(tài)分解一年后,質(zhì)量損失能達到19.3~45.1%(葉片)和14.3~23.1%(桿),并且立枯的質(zhì)量損失與其初始C:N和C:P,以及附著微生物的呼吸速率均密切相關。在分解過程中,立枯的氮總量顯著增加,但磷總量在一年后表現(xiàn)為凈釋放。因此,濕地草本植物凋落物在立枯期的分解是凋落物分解過程的重要組成部分,在濕地生態(tài)系統(tǒng)碳和養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用。(2)在沼澤化草甸中,小葉章地上部分(包括葉片、葉鞘和桿)以立枯狀態(tài)分解180天后質(zhì)量損失很少(僅為大約3%),低于地表分解的相應組織,但分解一年后增加至16~44%,從而超過或者接近在地表分解的相應組織。處于立枯狀態(tài)的葉片和葉鞘在分解180天后養(yǎng)分殘留量顯著高于在地表分解的相應組織,但在分解360天以后,這種模式發(fā)生了轉變。此外,桿以立枯狀態(tài)分解時的養(yǎng)分殘留量一般高于其在地表分解時的養(yǎng)分殘留量。因此,處于不同狀態(tài)的凋落物具有截然不同的分解過程,兼顧不同狀態(tài)的凋落物的總量及其分解過程對全面了解溫帶濕地的碳循環(huán)和養(yǎng)分周轉是非常必要的。(3)在小葉章占優(yōu)勢的沼澤化草甸中,立枯的CO2排放表現(xiàn)為顯著的日變化模式。在夜晚隨空氣濕度的增加,立枯水勢逐漸升高,從而引起CO2排放速率的升高。控制實驗表明,濕潤凋落物的CO2排放速率隨溫度升高呈指數(shù)式升高。在該濕地中,立枯在分解過程中釋放的CO2-C通量(桿:3.07 g C m-2 yr-1;葉片:6.81 g C m-2 yr-1)分別為相應組織凈初級生產(chǎn)力的2.32%(桿)和6.94%(葉片),但是僅占生態(tài)系統(tǒng)呼吸的1.12%。因此,立枯期在濕地凋落物分解和碳循環(huán)中起著重要作用,但在該地區(qū)進行濕地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放通量估算時立枯的碳排放量可以忽略。(4)在沼澤化草甸中,氮輸入會顯著改變草本植物葉片凋落物的初始養(yǎng)分濃度和化學計量特征,其影響程度隨氮輸入水平而變化。較高水平的氮輸入會顯著提高葉片凋落物在立枯期的分解速率和微生物呼吸速率,而較低水平的氮輸入往往對其無顯著影響。在立枯階段,氮輸入會顯著減少葉片凋落物的氮累積,但對磷殘留量動態(tài)的影響隨氮輸入水平而改變。并且,葉片凋落物在立枯階段的養(yǎng)分動態(tài)與其初始養(yǎng)分濃度密切相關。因此,在三江平原的濕地中,人類活動和氣候變化引起的氮營養(yǎng)環(huán)境的變化將會通過改變植物凋落物質(zhì)量顯著影響其在立枯階段的分解過程,從而對生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)與養(yǎng)分周轉產(chǎn)生重要影響。(5)在濕草甸中,磷輸入會引起小葉章葉片凋落物養(yǎng)分(氮和磷)濃度的升高,并導致其在立枯期的分解過程中養(yǎng)分聚集量減少,但磷輸入對小葉章桿凋落物的初始養(yǎng)分濃度及在立枯期的養(yǎng)分動態(tài)并無顯著影響。此外,磷輸入并不會顯著改變小葉章地上凋落物(桿和葉片)在立枯期的分解速率和附著微生物的呼吸速率。因此,在三江平原的濕地中,人類活動引起的磷營養(yǎng)環(huán)境的變化將會加快植物凋落物在立枯期的養(yǎng)分周轉速率,從而對生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)過程產(chǎn)生重要影響,但對這個階段碳釋放過程的影響不顯著。
【關鍵詞】：立枯 凋落物分解 養(yǎng)分循環(huán) 溫室氣體排放 養(yǎng)分可用性增加
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q948
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-32
• 1.1 凋落物分解14-23
• 1.1.1 凋落物的生態(tài)功能14-15
• 1.1.2 凋落物分解的基本過程15-19
• 1.1.3 凋落物的基質(zhì)質(zhì)量與分解速率19-21
• 1.1.4 凋落物分解的研究方法21-23
• 1.2 濕地植物立枯分解23-32
• 1.2.1 濕地植物的分解過程23
• 1.2.2 凋落物位置對分解過程的影響23-24
• 1.2.3 立枯分解的研究方法24-25
• 1.2.4 立枯分解過程中的CO_2排放25-26
• 1.2.5 立枯分解的影響因素26-29
• 1.2.6 營養(yǎng)環(huán)境變化對凋落物質(zhì)量的影響29-32
• 第二章 立題依據(jù)與研究方案32-42
• 2.1 立題目的及意義32-34
• 2.1.1 選題背景32-33
• 2.1.2 研究目的和意義33-34
• 2.2 研究區(qū)自然環(huán)境34-38
• 2.2.1 三江沼澤生態(tài)站概況34
• 2.2.2 地理位置34-35
• 2.2.3 地質(zhì)地貌特征35-36
• 2.2.4 氣候特征36
• 2.2.5 水文條件36-37
• 2.2.6 土壤類型37
• 2.2.7 區(qū)域植被特點37-38
• 2.2.8 人類活動影響38
• 2.3 研究內(nèi)容、研究特色、擬解決的關鍵問題及創(chuàng)新點38-40
• 2.3.1 研究內(nèi)容38-39
• 2.3.2 擬解決的關鍵科學問題39
• 2.3.3 研究特色和創(chuàng)新點39-40
• 2.4 研究目標40
• 2.5 研究樣地概況與研究方法40
• 2.6 研究方案40-42
• 第三章 濕地草本植物立枯分解過程42-52
• 3.1 引言42-43
• 3.2 材料與方法43-45
• 3.2.1 研究樣地概況43
• 3.2.2 凋落物樣品收集與準備43-44
• 3.2.3 凋落物分解實驗44-45
• 3.2.4 立枯微生物呼吸速率計算45
• 3.2.5 數(shù)據(jù)分析45
• 3.3 結果與分析45-49
• 3.3.1 凋落物質(zhì)量損失45-47
• 3.3.2 凋落物有機碳、全氮和全磷濃度47-48
• 3.3.3 凋落物氮和磷殘留量48-49
• 3.4 討論49-51
• 3.5 結論51-52
• 第四章 植物凋落物狀態(tài)對其初期分解過程的影響52-62
• 4.1 引言52-53
• 4.2 材料與方法53-55
• 4.2.1 研究樣地概況53-54
• 4.2.2 取樣與分析54
• 4.2.3 凋落物分解實驗54
• 4.2.4 數(shù)據(jù)分析54-55
• 4.3 結果與分析55-58
• 4.3.1 凋落物質(zhì)量殘留55-57
• 4.3.2 凋落物全氮和全磷濃度57
• 4.3.3 凋落物氮和磷殘留量57-58
• 4.4 討論58-60
• 4.5 結論60-62
• 第五章 植物立枯分解過程中的CO2排放通量62-74
• 5.1 引言62-63
• 5.2 材料與方法63-66
• 5.2.1 研究樣地概況63
• 5.2.2 野外實驗63-64
• 5.2.3 室內(nèi)實驗64-65
• 5.2.4 CO2排放通量估測65-66
• 5.2.5 數(shù)據(jù)分析66
• 5.3 結果與分析66-71
• 5.3.1 CO_2排放的日變化模式66-68
• 5.3.2 溫度對CO_2排放的影響68-69
• 5.3.3 水勢對CO_2排放的影響69-70
• 5.3.4 立枯CO_2通量估測70-71
• 5.4 討論71-72
• 5.5 結論72-74
• 第六章 氮添加對濕地草本植物立枯分解過程的影響74-88
• 6.1 引言74-76
• 6.2 材料與方法76-77
• 6.2.1 研究樣地概況76
• 6.2.2 氮添加樣方設置76
• 6.2.3 凋落物樣品收集和前處理76-77
• 6.2.4 立枯分解實驗77
• 6.2.5 數(shù)據(jù)分析77
• 6.3 結果與分析77-84
• 6.3.1 葉片凋落物的初始養(yǎng)分特性77-79
• 6.3.2 凋落物質(zhì)量損失和微生物呼吸速率79-82
• 6.3.3 凋落物氮和磷殘留量82-84
• 6.4 討論84-86
• 6.4.1 氮添加對凋落物質(zhì)量的影響84
• 6.4.2 氮添加對立枯分解速率的影響84-85
• 6.4.3 氮添加對立枯養(yǎng)分動態(tài)的影響85-86
• 6.5 結論86-88
• 第七章 磷添加對濕地草本植物立枯分解過程的影響88-100
• 7.1 引言88-89
• 7.2 材料與方法89-91
• 7.2.1 研究樣地概況89
• 7.2.2 磷添加樣方設置89-90
• 7.2.3 凋落物樣品收集和前處理90
• 7.2.4 立枯分解實驗90
• 7.2.5 數(shù)據(jù)分析90-91
• 7.3 結果與分析91-95
• 7.3.1 凋落物的初始養(yǎng)分特性91
• 7.3.2 凋落物質(zhì)量損失和微生物呼吸速率91-94
• 7.3.3 凋落物氮和磷殘留量94-95
• 7.4 討論95-98
• 7.4.1 磷添加對凋落物質(zhì)量的影響95-96
• 7.4.2 磷添加對立枯分解速率的影響96-97
• 7.4.3 磷添加對立枯養(yǎng)分動態(tài)的影響97-98
• 7.5 結論98-100
• 第八章 結論與研究展望100-104
• 8.1 主要結論100-101
• 8.2 研究展望101-104
• 參考文獻104-118
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果118-120
• 致謝120-121

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本文編號：756176