降水變化對天山云杉細根分解及養分釋放的影響

李吉玫，張毓濤，韓燕梁，李翔

新疆林業科學院森林生態研究所，新疆 烏魯木齊 830063

降水變化對天山云杉細根分解及養分釋放的影響

李吉玫，張毓濤，韓燕梁，李翔

新疆林業科學院森林生態研究所，新疆 烏魯木齊 830063

采用野外模擬試驗，通過設計3種降水變化處理[ZP（去除降水）、CK（自然降水，對照）、DP（雙倍降水）]，研究了降水變化對天山云杉細根分解的影響。研究結果表明，分解24個月CK處理的細根干質量殘留率分別是ZP和DP處理的80%和128%倍。除在分解進行到第8個月時，3種處理細根質量殘留率差異不顯著外（P>0.05），其余分解時期差異均顯著（P<0.05）。3種處理下細根分解系數為DP（0.30）>CK（0.22）>ZP（0.08）。與CK處理下細根分解50%和95%的時間相比，ZP處理分別增加了5.47年和23.75年，DP處理分別減少了0.44年和1.91年，說明增加降水促進了天山云杉細根分解，而去除降水抑制了分解。CK和DP處理下細根月分解率表現為雙峰型曲線，ZP處理則變化相對平穩的曲線。降水處理改變了細根分解過程中纖維素和木質素分解模式及N元素的釋放模式，但對C元素的釋放模式沒有影響。

降水變化；天山云杉；細根分解；養分釋放；干旱區山地森林

水分是干旱區植物生長最重要的限制因子之一，尤其是調節地上植被碳固定及碳釋放過程的重要媒介（周朝彬等，2012）。降水是干旱區最重要的水分來源之一，降水變化同樣會對碳循環產生一定影響。尤其是近幾十年在全球氣候變化的大背景下，強降雨、嚴重干旱和洪水等極端災害事件頻發，導致降水變化對區域生態系統碳循環過程及其對氣候變化的反饋方式產生重大影響（Wu et al.，2011）。西北干旱區是全球降水波動最明顯的地區之一，也是對氣候變暖響應表現最為脆弱的地區之一（王鶴齡等，2015）。受全球氣候變化研究的推動，降水變化對森林生態系統的影響目前備受關注，尤其是森林碳氮等養分循環。

細根作為地下生態系統的主體，在森林碳氮等養分循環中作用巨大（魏圓云，2013；蘇紀帥，2013）。細根分解控制著細根周轉率和養分循環速率，是全球碳預算的重要組成部分，是陸地生態系統碳和養分輸入的主要途徑，尤其是深層土壤中有機質的重要來源（林成芳等，2008；陳曦等，2012）。因此研究細根分解過程及養分的釋放對于了解森林生態系統生物地球化學循環具有重要意義。目前對細根分解的研究主要集中在分解過程、影響分解的因子等方面（林成芳等，2008；魏晴等，2013），而關于降水變化對細根分解及其養分釋放的影響的研究還存在著很大的局限性，尤其是在干旱區山地森林，許多問題有待深入研究。目前降水對森林凋落物分解的影響研究主要有以下 3種不同的結論：正效應、負效應和沒有效應。這主要與研究對象所屬的森林生態系統類型、研究區所處的氣候帶等有關。

天山云杉（Picea schrenkiana）林是新疆山地森林的主要組成部分，在干旱區涵養水源、保育土壤、保護生物多樣性和固碳釋氧等方面發揮著重要的生態作用。目前國內外學者對天山云杉的研究主要集中在生物量分配（張毓濤等，2013；王燕等，2000）、種群分布格局（張毓濤等，2011）、水源涵養功能（李海軍等，2011）等方面，缺乏對天山云杉細根分解的相關研究。本文以新疆天山森林生態系統國家定位研究觀測站為依托，通過野外模擬水分變化，研究降水變化對天山云杉細根分解及其養分釋放的影響，試圖為進一步研究干旱區氣候變化對森林生態系統養分循環以及更好地預測生態系統氮循環對氣候變化的響應等提供科學依據。

1 研究區概況

研究地點位于國家林業局天山森林生態系統定位研究站，地處天山山脈中段北坡，隸屬于烏魯木齊縣板房溝鄉，地理坐標 E87°27′28.5″～87°28′47.7″，N43°24′48.3″～43°26′17.9″，海拔1908～2960 m。該地區屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫2.0 ℃，年降水量400～600 mm，雨季集中在6─8月份，年蒸發量980～1150 mm，年均相對濕度65%，干燥度1.4，無霜期89 d，≥10 ℃積溫1170.5 ℃。林下土壤為山地灰褐色森林土，腐殖質層較厚。該區植被類型是以天山云杉為主的溫帶針葉林，森林覆蓋率達60%。林冠截留率為21.62%（李海軍等，2011）。研究區近 5年月平均降水和平均溫度如圖1。

圖1 研究區近5年月平均降水量和氣溫Fig. 1 The average precipitation and air temperature during the recent five years

2 研究方法

2.1 樣地設置

2011年秋季（9月底）在研究區地形、土壤性質、植被分布和樹木長勢較一致的典型林區內設置固定樣方9塊，面積均為3 m×3 m，并進行林分狀況和土壤養分等調查（表 1）。樣方內主要地被植物有：天山雨衣草（Alchenilla tianschanica Juz.）、羊角芹（Aegopodium podagraria L.）、天藍巖苣（Cicerbitaazurea(Ledeb.)Beauv）、木地膚（Kochia prostrata）、羊茅（Festuca ovina）、老鶴草（Geranium dahuricum DC.）等。

表1 各處理樣地的林分和土壤養分本底值Table 1 The background values of forest stand and soil nutrient in individual treatment plots

2.2 試驗設計

2.2.1 分解試

2011年秋季（9月底）在研究區隨機挖取天山云杉新鮮細根（直徑小于2 mm），帶回實驗室用蒸餾水沖洗干凈，在 65 ℃下烘至恒重。分解試驗采用野外埋藏分解袋法（涂利華等，2012），在每個規格為10 cm×10 cm、網孔為1 mm的分解袋中裝入7.5 g烘干細根，共216袋。裝有細根的分解袋均勻平行地埋于各樣方上、中和下部，埋藏深度為土壤表層以下5～10 cm處。2012年5月、2012年7月、2012年9月、2013年5月、2013年7月和2013年9月中（每年11月到第二年的4月為大雪封山季，無法進入林區），即分解8個月、10個月、12個月、20個月、22個月和24個月，在每個樣方的上、中和下部各收集1袋樣品，將收集的樣品用蒸餾水沖洗干凈，在 65 ℃下烘干至恒重，計算其失重，并取出部分烘干樣品，用于測定樣品中的全C、全N、木質素和纖維素含量。木質素和纖維素含量用酸性洗滌纖維法測定；全C采用外加熱重鉻酸鉀氧化法測定；全N采用凱氏定氮法測定。參照涂利華等（2012）的方法，計算葉凋落物分解率、殘留率以及養分釋放率等。同期用WET土壤水分、溫度和鹽分探測儀測定不同樣方內0～10和10～20 cm土層土壤含水量和土壤溫度，測試時間為 8:00、14:00和20:00。

殘留率計算公式為：

月分解率計算公式：

養分殘留率：

凋落物分解指數模型：y = ae-kt（4）

分解50%所需要的時間：

分解95%所需要的時間：

式中，D為細根殘留率（%）；Wi為第i個月細根干質量（g）；W0為投放時分解袋內細根初始干質量（g）；Dm為葉細根月分解率（%）；△W測定時所取細根干質量減少量（g）；Nm為第i次取樣和第i-1次取樣中間間隔的月份數；R為第i個月所取細根樣品養分元素的殘留量；其中Ci為第i次取樣時養分含量（mg·g–1），Mi為i次取樣時細根總干質量；C0為初始養分含量（mg·g–1），M0為初始細根總干質量。y為細根質量殘留率（%）；a為擬合參數；t為分解時間(月)；k為細根的分解系數（kg·kg-1·a-1）。

2.2.2 降水處理設置

本試驗設計去除降水（ZP）、自然降水（對照，CK）和雙倍降水（DP）3個處理。每個處理重復3次。去除降水和雙倍降水的設計參照陳小梅等（2010）和方熊等（2012）的方法。去除降水樣方四周用PVC板材圍起，PVC板插入地面15 cm，以阻止地表徑流的流入，但不影響深層土壤的水分交流。在樣方4個角各插入1根角鐵，用網孔為5 cm×5 cm的防護欄網搭建在四根角鐵上，然后在防護欄上再蓋一層等面積的透明防水氈，形成擋雨（雪）面，這樣就阻止雨（雪）水進入樣方。為了不影響樣方內正常的水氣交換，擋雨（雪）面距離地面約1.8 m。擋雨（雪）面收集的雨（雪）水匯流至匯流槽，匯流槽兩端封口使水流不外流。匯流槽收集的雨水經 PVC管分流，將雨水平均分配到下坡位等面積的樣方，加上自然降水，形成雙倍降水處理。

2.3 數據處理

各處理之間細根干質量殘留率、分解系數、養分殘留率的差異用SPSS 17.0軟件中的單因素方差分析（one-way ANOVA）進行分析，在0.05檢驗水平下利用最小極差法（LSD）進行多重比較。細根干質量月分解率與土壤含水量和溫度關系用Origin 7.5中的相關性分析。

3 結果與分析

3.1 降水變化對天山云杉細根分解的影響

由圖 2可知，在天山云杉細根分解過程中，3種處理間的質量損失率（損失率=100%-殘留率）均表現為雙倍降水>對照>去除降水。分解24個月后，雙倍降水、對照和去除降水處理的細根質量損失率分別約為46.37%，31.73%和14.58%。對照細根干質量殘留率分別是去除降水和雙倍降水處理的80%和128%。方差分析結果表明除在分解進行到第8個月時（即2012年5月），降水對天山云杉細根分解的影響不顯著外，其余分解時期，影響均顯著（P<0.05）（圖2）。多重比較結果也顯示在分解進行到第10月（2012年7月）、第12月（2012年9月）和第20月（2013年5月）時，去除降水與對照和雙倍降水的差異顯著，但對照和雙倍降水間的差異不顯著；分解進行到第22月（2013年7月）和第24月（2013年9月）時，3種處理間差異均達到顯著水平。以上結果說明在干旱區降水可能是影響天山云杉細根分解的主要因子之一，增加降水促進了天山云杉細根分解，尤其在分解后期降水對細根分解的影響更顯著；而去除降水可能抑制了天山云杉細根的分解。在分解的 24個月中，對照和雙倍降水處理下細根干質量殘留率隨著時間推移不斷減少，尤其是雙倍降水處理，而去除降水處理下變化平穩，分解緩慢，重量幾乎沒有變化。如對照處理天山云杉細根干質量殘留率從分解8個月（2012年5月）的86.84%降至分解12個月的78.43%和24個月的68.27%，分別降低了9.69%和27.23%；相應地雙倍降水處理下細根干質量殘留率從 85.80%降至 74.47%和 53.63%，分別降低了 13.21%和59.98%；在分解的 24個月中，去除降水處理下細根干質量殘留率從96.13%降至94.04%和85.42%，僅分別降低了2.17%和12.53%。

圖2 天山云杉在不同降水處理下細根干質量殘留率變化比較Fig. 2 The comparison of mass remain percentages of Picea schrenkiana var.tianshanica fine root under three precipitation treatments

3種處理下天山云杉細根分解系數K值依次為雙倍降水（0.30）>對照（0.22）>去除降水（0.08）（表2）。與對照細根分解50%和95%的時間相比，去除降水處理分別增加了5.47年和23.75年，雙倍降水處理分別減少了0.44年和1.91年，說明增加降水促進了天山云杉細根分解，而去除降水抑制了分解。

表2 天山云杉在不同降水處理下細根殘留率隨時間的指數回歸方程比較Table 2 Picea schrenkiana var.tianshanica fine root decomposition remain equations under three precipitation treatments

3.2 降水變化對天山云杉細根月分解率的影響

從天山云杉細根月分解速率看，分解的 24個月內均表現為雙倍降水>對照>去除降水（圖3）。隨著分解時間的延長3種處理間細根月分解速率的差異逐漸顯著。如在分解的0～8個月（2011年9月─2012年5月）時，雙倍降水處理的細根月分解率分別比對照和去除降水高7.36%和37.89%；在分解的第10～12個月（2012年7月─2012年9月）時，雙倍降水處理分別比 CK和去除降水高 11.11%和57.08%；在分解的第22～24個月（2013年7月─2013年9月）時，雙倍降水處理分別比對照和去除降水高18.20%和66.00%。除此之外，在分解的24個月中，雙倍降水和對照處理下天山云杉細根月分解率曲線均表現為雙峰型，而且雙倍降水和對照處理月分解率的第1次高峰均出現在分解進行的第10個月（2012年7月），其值分別為4.20%和3.98%，第2個高峰出現在分解進行的第22個月（2013年7月），其值分別為2.79%和1.82%；而去除降水處理下月分解率曲線相對較平緩。

圖3 天山云杉在不同降水處理下細根月分解率比較Fig. 3 Comparison of Picea schrenkiana var.tianshanica fine root monthly decomposition percentages under three precipitation treatments

3.3 降水處理對天山云杉細根中纖維素和木質素分解的影響

天山云杉細根分解的過程中，降水處理改變了細根分解過程中細纖維素和木質素分解模式（圖4）。去除降水處理下細根中纖維素出現了富集，且在分解第 20個月（2013年 5月）達到峰值，為104.75%，之后基本趨于穩定；對照與雙倍降水處理細根纖維素殘留率不斷降低。但與對照相比，雙倍降水處理纖維素殘留率降低的幅度更大。對照木質素含量呈現先增加后降低的趨勢，在分解進行到第 10個月（2012年 7月）時，殘留率最高，達103.41%，之后殘留率開始緩慢下降；去除降水處理木質素殘留率不斷富集，且在分解第 20個月達到峰值，為118.74%，之后基本趨于穩定；雙倍降水處理木質素則表現為不斷降低的趨勢。

3.4 降水處理對天山云杉細根分解過程中C和N釋放的影響

整個試驗階段C損失模式與細根干質量失重模式相似，殘留率均呈現逐步下降趨勢（圖 5），說明水分條件的改變并沒有改變天山云杉細根分解過程中C元素直接釋放的遷移模式。天山云杉細根分解 24個月后，去除降水、對照和雙倍降水處理的C元素殘留率分別為77.98%、59.10%和47.07%，且在整個分解過程中均表現為去除降水>對照>雙倍降水。去除降水、對照和雙倍降水處理下前 12個月天山云杉凋落物C元素分別損失了19.04%、29.48%和36.51%；后12個月分別損失了2.98%、11.42%和16.43%，由此說明對照處理和雙倍降水處理下前 12個月降水可能通過淋溶作用直接加速了凋落物中C元素的釋放。分解的后12個月，淋溶作用逐漸消失。

分解 24個月后，去除降水、對照和雙倍降水處理凋落物N元素殘留率分別為82.35%、66.96%和 41.69%（圖 5）。雙倍降水處理下在凋落物開始分解時N元素均表現為凈釋放，未出現富集；去除降水和對照處理在分解初期表現為微弱的N富集，但很快轉變為凈N釋放，并持續到試驗結束。去除降水、對照和雙倍降水處理下前 12個月天山云杉凋落物 N元素分別損失了 9.79%、24.73%和49.23%；后 12個月分別損失了 7.86%、9.31%和9.08%。

3.5 天山云杉地上凋落物和細根月分解率與土壤溫度和含水量的關系

相關分析表明，天山云杉細根干質量月分解率與0～10 cm土層土壤溫度的相關性不顯著，但與土壤含水量為線性極顯著正相關（P<0.01）（圖 6）。隨著土壤含水量的增加，細根月分解率不斷增加（圖7）。

圖4 天山云杉在不同降水處理下細根分解過程纖維素和木質素殘留率變化比較Fig. 4 Comparisons of cellulose and lignin remaining percentages in Picea schrenkiana var.tianshanica fine root decomposition under three precipitation treatments

圖5 天山云杉在不同降水處理下細根分解過程中C元素和N元素殘留率變化比較Fig. 5 Comparisons of C and N remaining percentages in Picea schrenkiana var.tianshanica fine root decomposition under three precipitation treatments

4 結論與討論

4.1 討論

4.1.1 降水變化對天山云杉細根分解率的影響

降水是干旱區細根分解的重要驅動因素，對凋落物分解起著控制作用。本文研究結果表明，降水增加對天山云杉細根分解具有正效應，起促進作用，尤其在分解后期促進作用更顯著，而去除降水則抑制了其分解。地中海地區森林凋落物分解過程雨量多的春季和秋季，凋落物分解明顯高于干旱炎熱的夏季（劉彥春，2013）。殷承軍等（1994）在內蒙古典型草原對4種植物凋落物分解速率與氣候因子關系的研究也發現，氣溫的增高和降水量的增大都有利于凋落物的分解。鐘華平等（1997）、王其兵等（2000）的研究也說明降水在凋落物分解過程中起重要作用，減少降水導致凋落物分解速率降低。增加降水促進凋落物降解的主要原因可能有：一是降水引起細根物理破碎與淋溶侵蝕，加速了細根生物量損失；二是降水導致土壤水分產生干濕交替變化，增加了土壤生物數量和活性，有利于凋落物營養元素的快速釋放；三是降水促進了植被的凈生產力，為細根的形成提供足夠的物質來源，間接地提高了細根的周轉速率。但是，也有一些研究表明，增加降水對于細根分解率具有負面影響或是沒有影響，如李雪峰等（2007）在長白山通過開展降水量對蒙古櫟凋落物分解的影響研究表明，凋落物分解速率與降水量為負相關。這主要是由于較高降水量導致土壤含水量達到飽和，濕潤土壤中的水分阻礙了微生物的氧氣供給，抑制了分解者的生物活性和減少了微生物的數量，進而使得細根分解減慢（王新源等，2013）。趙紅梅等（2012）的研究表明季節性增加降水對荒漠植物分解沒有顯著影響，這主要是由于該地區降水量較低，即使是增倍降雨，對土壤含水量的影響也不顯著。

圖6 不同降水處理下天山云杉林0～10 cm土層土壤溫度和含水量比較Fig. 6 The comparison of 0～10 cm soil layer temperature and water content in Picea schrenkiana var.tianshanica forest under three precipitation treatments

圖7 天山云杉細根月分解率與土壤溫度與含水量的關系Fig. 7 The relationship between monthly decomposition rates of Picea schrenkiana var.tianshanica fine root and 0-10cm soil layer temperature and water content

雙倍降水和自然降水處理的月分解速率的峰值都出現7月，秋末和初夏（9月至第二年的5月）細根分解緩慢。魏晴等（2013）通過開展增雨雪對矮嵩草草甸4種植物凋落物分解的影響試驗，發現了 4種植物凋落物分解率最高的都是發生在 7月份。這也主要是由于研究區7月為降水量和氣溫最高的月份，林地內土壤濕潤，最適合土壤動物和微生物的繁殖和生長，從而加速了凋落物的分解，而9月至第二年的5月天氣寒冷，地表溫度較低，凋落物難以分解。

4.1.2 降水處理對天山云杉細根中纖維素和木質素分解的影響

干濕交替促進了細菌對活性底物（如半纖維素）的分解，而不利于真菌對難分解復合物（如木質素）的分解。本文的研究結果表明與自然降水處理相比，去除降水處理對細根中的木質素和纖維素均有不同程度的累積，說明減少降水對細根木質素和纖維素的分解有抑制作用，而雙倍降水具有促進作用。這可能是由于在去除降水的處理中，較低的土壤含水量限制了木質素和纖維素分解酶的活性，木質素含量和纖維素含量在分解過程中出現積累，其殘留率呈現增加的趨勢。趙紅梅等（2012）在古爾班通古特沙漠對荒漠植物凋落物分解研究也得出來類似的結論，他們認為與降水較多的季節相比，凋落物中木質素在降水稀少的季節更容易累積，這可能與凋落物中基質含量有關。

4.1.3 降水處理對天山云杉細根分解過程中C和N釋放的影響

Parton等對多種具有不同化學特性的凋落葉和根凋落物進行了跨21個站點、長達10年的分解試驗進行研究，結果發現凋落葉初始含 N量不低于1.02%時，在分解過程中基本不發生N固持作用，當初始含N量低于0.80%時，會富集初始N含量的170%左右（涂利華等，2012）。本研究中天山云杉細根初始N含量為1.14%，雙倍降水處理下分解初期N元素表現為凈釋放，未出現富集；去除降水和自然降水處理在分解初期表現為微弱的N富集，但很快轉變為凈N釋放，并持續到試驗結束。但總體看來，在3種處理下，均表現為N釋放。整個試驗階段水分條件的變化并沒有改變天山云杉細根分解過程中C的釋放模式。與去除降水處理相比，雙倍降水和自然降水處理凋落物N和C元素釋放量更高。這一方面是由于降水通過淋溶作用加速了養分的釋放。另一方面是由于降水改變了土壤水分含量，土壤水分通過影響分解者的活動以及微生物活性影響其養分釋放。這與已有研究得出的在凋落物分解的初期（分解率達 80%），水分條件控制養分的釋放的結論基本一致（李雪峰等，2007）。

4.2 結論

在干旱區增加降水加速了天山云杉細根分解，而去除降水抑制了分解，在自然降水和雙倍降水處理下細根月分解率表現為雙峰型曲線，去除降水處理則變化相對平穩的曲線，降水處理改變了細根分解過程中纖維素和木質素分解模式及 N元素的釋放模式，但對C元素的釋放模式沒有影響。

WU Z, DIJKSTRA P, KOCH G W, et al. 2011. Responses of terrestrial ecosystems to temperature and precipitation change: a meta-analysis of experimental manipulation [J]. Global Change Biology, 17(2): 927-942.

陳曦, 張乃莉, 周曉梅, 等. 2012. 細根分解研究進展及存在問題[J]. 吉林師范大學學報(自然科學版), (2): 36-40.

陳小梅, 劉菊秀, 鄧琦, 等. 2010. 降水變率對森林土壤有機碳組分與分布格局的影響[J]. 應用生態學報, 21(5): 1210-1216.

方熊, 劉菊秀, 張德強, 等. 2012. 降水變化、氮添加對鼎湖山主要森林土壤有機碳礦化和土壤微生物碳的影響[J]. 應用與環境生物學報, 18(4): 531-11538.

李海軍, 張新平, 張毓濤, 等. 2011. 基于月水量平衡的天山中部天然云杉林森林生態系統蓄水功能研究[J]. 水土保持學報, 25(4): 227-232.

李雪峰, 韓士杰, 張巖. 2007. 降水量變化對蒙古櫟落葉分解過程的間接影響[J]. 應用生態學報, 18(2): 261-266.

林成芳, 郭劍芬, 陳光水, 等. 2008. 森林細根分解研究進展[J]. 生態學雜志，27(6): 1029-1036.

劉彥春. 2013. 暖溫帶銳齒櫟林土壤呼吸及微生物群落結構對土壤增溫和降雨減少的響應[D]. 北京: 中國林業科學院研究生院: 18-21.

蘇紀帥, 程積民, 高陽, 等. 2013. 寧夏大羅山4種主要植被類型的細根生物量[J]. 應用生態學報, 24(3): 626-632.

涂利華, 胡紅玲, 胡庭興, 等. 2012. 華西雨屏區亮葉樺凋落葉分解對模擬氮沉降的響應[J]. 植物生態學報, 36(2): 99-108.

王鶴齡, 張強, 王潤元, 等. 2015. 增溫和降水變化對西北半干旱區春小麥產量和品質的影響[J]. 應用生態學報, 26(1): 67-75.

王其兵, 李凌浩, 白永飛, 等. 2000. 模擬氣候變化對3種草原植物群落混合凋落物分解的影響[J]. 植物生態學報, 20(4): 674-679.

王新源, 趙學勇, 李玉霖, 等. 2013. 環境因素對干旱半干旱區凋落物分解的影響研究進展[J]. 應用生態學報, 24(11): 3300-3310.

王燕, 趙士洞. 2000. 天山云杉林生物生產力的地理分布[J]. 植物生態學報, 10(4): 186-190.

魏晴, 周華坤, 姚步青, 等. 2013. 施肥和增雨雪對矮嵩草草甸4種典型植物凋落物分解的影響[J]. 草地學報, 21(5): 875-880.

魏圓云, 武志超, 萬勤, 等. 2013. 季節性凍融期亞高山/高山森林細根分解動態[J]. 林業科學, 49(8): 21-28.

殷承軍, 黃德華, 陳佐忠. 1994. 內蒙古典型草原4種植物凋落物分解速率與氣候因子之間的定量關系[J]. 生態學報, 14(2): 99-108.

張毓濤, 常順利, 李吉玫, 等. 2011. 天山中部天山云杉種群空間分布格局及其與地形因子的關系[J]. 應用生態學報, 22(11): 2799-2806.

張毓濤, 胡莎莎, 李吉玫, 等. 2013. 新疆3種主要森林類型根系生物量變化特征研究[J]. 干旱區地理, 31(2): 269-276.

趙紅梅, 黃剛, 馬健, 等. 2012. 荒漠區地表凋落物分解對季節性降水增加的響應[J]. 植物生態學報, 36(6): 471-478.

鐘華平, 杜占池. 1997. 川東中高山地區紅三葉鴨茅凋落物分解速率與氣候因子之間的定量關系[J]. 中國草地, (6): 29-32.

周朝彬, 陳劉生, 牛攀新, 等. 2012. 干旱區降水格局改變的生態效應及其復雜性[J]. 西北林學院學報, 27(3): 48-51.

Effects of Variation of Precipitation on the Fine Root Decomposition and Related Nutrient Release in Picea schrenkiana var. tianshanica

LI Jimei, ZHANG Yutao, HAN Yanliang, LI Xiang
Institute of Forest Ecology, Xinjiang Academy of Forestry, Urumqi 830063, China

A field simulated experiment was conducted to study the effects of variation of precipitation on the fine root decomposition and related nutrient release in Picea schrenkiana var.tianshanica. Three precipitation treatments were designed as ZP (zero precipitation), CK (natural precipitation, control) and DP (double precipitation). The results showed that, (1) After 24 months decomposition, the fine root remain percentage in CK of Picea schrenkiana var.tianshanica is 0.80 times in ZP and 1.28 times in DP. The differences of fine root remain percentage under three precipitation treatments in the eighth month since beginning decomposition were not significant (P>0.05), while the difference were significant in other decomposition stages (P < 0.05). The fine root decomposition coefficient was DP (0.30) > CK (0.22) >ZP (0.08). Compared with the required times for fine root decomposition 50% and 95% in CK, they were longer than 5.45a and 23.75a in ZP treatment, and shorter than 0.44a and 1.91a. The results indicated that increase precipitation promoted the fine root decomposition, while removal precipitation inhibited its decomposition. (2)The fine root monthly decomposition rate in CK and DP were double peak curves, while it was relatively smooth curve in ZP. And (3) precipitation treatment changed the decomposition model of lignin and cellulose of Picea schrenkiana fine root decomposition and release model of N element, but it did not change release model of C element.

precipitation; Picea schrenkiana var.tianshanica; fine root decomposition; nutrient release; arid mountain fores

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.09.005

Q948；X171.1

A

1674-5906（2015）09-1453-08

李吉玫，張毓濤，韓燕梁，李翔. 降水變化對天山云杉細根分解及養分釋放的影響[J]. 生態環境學報, 2015, 24(9): 1453-1460.

LI Jimei, ZHANG Yutao, HAN Yanliang, LI Xiang. Effects of Variation of Precipitation on the Fine Root Decomposition and Related Nutrient Release in Picea schrenkiana var. tianshanica [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(9): 1453-1460.

2013年新疆維吾爾自治區科技計劃項目（201331125）；新疆林科院院管項目（201511）

李吉玫（1980年生），女，助理研究員，博士，主要從事干旱區森林生態研究。Email : jimeili@126.com

2015-06-22