【摘 要】
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青藏高原平均海拔超过四千米,具有独特的生态系统和很高的生物多样性,对气候和环境变化也极为敏感。由于其年均温较低、凋落物分解缓慢,青藏高原土壤中含有大量的有机碳,是我国陆地生态系统中重要的有机碳库。由于全球变化和人类放牧等干扰活动的加剧,青藏高原地区的生态系统日益受到威胁。近几十年来,由于人类的工业生产和农业施肥导致全球大气酸沉降增多,致使全球部分地区土壤酸化,特别是亚洲的大部分地区。与此同时,青藏
【基金项目】
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国家自然科学基金(31700453)青藏高原植被根系对气候变化的响应及其对土壤碳动态的影响;
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青藏高原平均海拔超过四千米,具有独特的生态系统和很高的生物多样性,对气候和环境变化也极为敏感。由于其年均温较低、凋落物分解缓慢,青藏高原土壤中含有大量的有机碳,是我国陆地生态系统中重要的有机碳库。由于全球变化和人类放牧等干扰活动的加剧,青藏高原地区的生态系统日益受到威胁。近几十年来,由于人类的工业生产和农业施肥导致全球大气酸沉降增多,致使全球部分地区土壤酸化,特别是亚洲的大部分地区。与此同时,青藏高原地区的土壤pH也有明显的下降趋势。土壤pH改变会显著改变土壤中的生态过程,其中包括凋落物分解,从而对生物地球化学循环产生重要的影响。然而,目前关于土壤酸化如何影响青藏高原地区凋落物分解的研究非常有限。一方面,土壤pH会影响土壤微生物的丰度和活性从而改变凋落物分解过程;另一方面,生长在不同pH条件下的植物凋落物性质也不同,其分解速率也有差异。此外,青藏高原植被的根系生物量占到植物总生物量的三分之二以上,植物的根际激发效应势必会影响青藏高原生态系统凋落物的分解。因此,研究青藏高原的环境因子(土壤pH)和生物因子(凋落物性质、根系生长)对凋落物分解的影响非常重要,可以加深我们理解青藏高原在土壤pH降低条件下其生态系统功能的变化。本研究依托于兰州大学高寒草甸与湿地生态系统定位研究站,通过酸添加模拟不同的土壤pH条件,利用凋落物袋法研究青藏高原高寒草甸地上和地下凋落物分解中的质量损失、元素释放和木质素分解以及它们对土壤酸化的响应。对地上凋落物分解,本研究包括了两个控制因子,分别是土壤pH和凋落物来源,以探究土壤酸化及其引起的凋落物性质改变对分解的影响;对地下分解,本实验包含三个控制因子,除了上面的两个因子外,还增加了有无植物活根系这一因子来探究植物根系生长对地下凋落物分解的影响。本研究主要结果如下:1.土壤pH的下降会降低土壤微生物的丰度和活性,从而对地上部和地下部凋落物的分解产生明显的抑制作用;2.随着凋落物分解速率的下降,凋落物中的元素含量也发生变化,特别是会降低N的释放速率;3.土壤pH下降还能够改变凋落物的化学性质,例如,土壤pH下降增加了地上部凋落物的氮元素含量,降低了地上部凋落物的钙元素和镁元素含量,但增加了地下部凋落物的氮元素含量,增加了地下部凋落物的磷元素、钙元素和镁元素含量,降低了其可分解性,从而进一步抑制凋落物分解;4.青藏高原高寒草甸发达的根系会促进植物凋落物分解,一定程度上缓解土壤酸化对分解的抑制作用;同时植物根系会促进植物地下部凋落物的锰元素和氮元素的分解,从而影响高寒草甸凋落物的营养成分变化。综上所述,土壤pH降低及其引起的凋落物性质改变共同抑制了青藏高原高寒草甸地上和地下的凋落物分解,此外植物根系生长也是凋落物分解过程中的关键调控因子。土壤酸化引起的分解速率降低会降低青藏高原高寒草甸生态系统的养分循环速率,从而限制生态系统初级生产力;未来的青藏高原草地管理应重视土壤酸化对分解和土壤肥力的影响。
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