升溫處理對遼西沙地油松枯落物分解效應的影響

鞠秀芝

摘要：為了探索溫度升高處理下油松枯落物的響應機制，特通過應用開頂箱人工模擬升溫處理，以自然溫度條件作為對照處理，開展了此研究。結果表明，升溫處理下油松枯落物的枝、葉中含水率及質量殘余率均高于對照處理，且葉的含水率大于枝的含水量、葉的質量殘余率低于對照的質量殘余率，由此可知，升溫條件抑制了油松枯落物的分解，其中對油松枝枯落物分解的抑制作用更強。

關鍵詞：升溫;油松;枯落物

Abstract： In order to explore the response mechanism of Pinus tabulaeformis litter under elevated temperature treatment， this study was carried out by applying open-top box artificial simulation of heating treatment and natural temperature conditions as a control treatment. The results showed that the water content and mass residual rate of the branches and leaves of the Chinese pine litter under the heating treatment were higher than the control treatment， and the water content of the leaves was greater than the water content of the branches， and the mass residual rate of the leaves was lower than that of the control. Therefore， it can be seen that the heating conditions inhibited the decomposition of the Chinese pine litter， and the inhibitory effect on the decomposition of the Chinese pine branch litter was stronger.

Keywords： warming; Pinus tabulaeformis; litter

隨著全球氣候的變暖，陸地生態系統的結構、功能相應地有所影響。近些年，二氧化碳等溫室氣體的大量排放，使全球氣溫升高了1.8℃以上，這種升溫趨勢未來可能會進一步增加。土壤有機質的重要來源之一即為枯落物的分解，其在陸地生態系統物質循環中起到的意義非常深遠[1-2]。有關溫度升高與枯落物分解之間的關系（促進或抑制）目前學術界爭議比較大[3]，有的認為溫度升高對枯落物的分解有促進效果[4-5]，有的認為溫度升高不會明顯影響枯落物的分解[6]，還有的認為會對枯落物的分解產生一定的抑制作用[7]。不同的結論可能與枯落物所處的生態環境及枯落物組成有關。針對來源于不同器官的枯落物，如葉、莖，溫度升高對其分解的影響差異不同[8]，由此可知在一定的外界條件下，在枯落物分解過程中起主導作用的在于枯落物自身基質的類型。結合上述分析，溫度升高情況下枯落物的響應機制具有不同程度的分化性特點，且還會受到其他因子的綜合調控作用，如枯落物自身基質的類型等。

目前我國學者關于溫度升高條件下枯落物分解情況的影響主要集中在濕地、草地、森林等生態系統，分析的結果表明影響程度以及響應機制缺乏一致性。而關于干旱地區沙地上種植較為廣泛的油松等抗旱植物林間生態系統枯落物分解情況的研究還比較缺乏，對荒漠生態系統物質循環體系的進一步完善產生一定的制約作用，不利于全球氣溫變暖趨勢下干旱地區生態系統碳收支預測準確性的提高。

遼西地區氣候干旱，其造林植被中油松占有較大的比例。研究氣溫升高條件下沙地油松林間枯落物分解效應有助于進一步揭示干旱地區溫度與枯落物分解之間的關系，對全球氣候變暖趨勢下遼西干旱沙地生態系統物質循環變化趨勢的預測意義重大。

1研究區的概況

研究區位于遼西阜新市北側的科爾沁沙地邊緣，年均降水量在302mm左右，且年際存在較大的差異，季節分布差異明顯，主要集中在7—9月（此階段降水量在全年總降水量中占比70%以上），年蒸發量在2000mm以上;當地主要的土壤類型為風沙土。造林代表性樹種主要是油松人工林，灌木叢優勢樹種主要為虎榛子，其次有沙柳，灌叢內優勢草本植物類型主要包括賴草、沙生針茅等。

2 研究方法

2.1 試驗設計

油松是遼西沙區造林的主要優勢樹種，在當地防風固沙、生態系統恢復、群落演替中起到了明顯的作用。本研究的對象選擇油松人工林，以開頂箱、分解袋等方法作為研究方法，模擬溫度升高條件、驗證油松枯落物分解的效應。

采取隨機區組設計的試驗方法，在油松人工林生態群落內隨機選擇5塊樣地（每塊樣地之間距離控制在5-6m），要求植被條件均一、地勢平坦、植物生長趨勢良好。每個樣地內均安排2個處理，分別為溫度升高組、常溫對照組（CK）。為避免外來因素的干擾而影響到試驗結果，每塊樣地周邊均有圍欄。

試驗于2020年4—10月實施。溫度升高的處理采取人工模擬方法，選擇開頂箱（制作材料為有機玻璃）。2020年生長季前在樣地內采集枯落物，包括葉、枝條，經過自然風干、過篩（目的是將表面附著的土壤、雜質等清理干凈）。分開油松枯落物中的葉、枝，將枝條剪成小段，每段長度3-4cm即可。枝與葉分開裝入50目的尼龍網袋中，規格為10cm×10cm左右，每袋裝入量：枝、葉分別裝入1、2g左右。2020年4月28日將提前裝入枯落物枝、葉的分解袋在各樣地內貼著地面均勻布置，每個開頂箱內分別放6袋枝、葉2種枯落物，對照同樣處理。分別在2020年5月28日、6月28日、7月28日、8月28日、9月28日、10月28日回收各樣地裝有枯落物的分解袋，每個樣地內各取1袋裝有枝、葉的分解袋帶回實驗室進行分析。

2.2 土壤中溫度及含水量的測定

每個樣地內分別安裝土壤溫濕度探頭，對地表、地下5cm深的溫度以及地下5cm處土壤體積含水量進行測量，每20min測量1次，每個月的數據取平均值。

2.3 實驗室樣品分析

樣品帶回實驗室后，將表面的土壤、雜質清理干凈后，清水漂洗、風干，75℃條件下烘干至恒重，W1為烘干前枯落物的重量，W2為烘干后枯落物的重量，Wt為經過t時間分解后枯落物的干重，W0為枯落物分解之前的干重。枯落物含水率按照（W1-W2）×100%的公式進行計算，質量殘余率按照Wt/W0×100%進行計算。

3 結果與分析

3.1 升溫條件下土壤溫度及體積含水量比較

對實驗期間測得的表層土壤溫度、地下5cm處的溫度及體積含水量數據取平均值，結果見表1。根據表1可知，試驗期間，通過開頂箱人工模擬的升溫條件，可以明顯增加土壤中的溫度以及體積含水量。

3.2 升溫條件下油松枯落物分解效應比較

根據表2隨著時間的延長各處理含水率變化趨勢的分析可知，升溫處理下，油松的枝、葉枯落物含水率均高于對照處理;隨著處理時間的延長，升溫處理與對照處理的枝、葉枯落物含水率均表現為先增加后降低的趨勢，以處理120d左右時含水率最高;無論是對照組還是升溫組，葉枯落物含水率均高于枝枯落物含水率。

根據表2隨著時間的延長各處理枯落物質量殘余率變化趨勢的分析可知，2個處理油松枯落物的質量殘余率均表現為枝>葉（2個處理油松枝枯落物質量殘余率分別為92.05%、86.78%，葉枯落物質量殘余率分別為72.78%、61.15%），由此可知油松枝枯落物的分解速度比葉枯落物慢;升溫處理的油松枝、葉枯落物質量殘余率均高于對照處理，在180d統計時，升溫處理下油松枝的質量殘余率比對照增加6.08%，而葉的質量殘余率比對照高19.02%，由此可知，升溫處理下油松枯落物的分解速度有一定程度的抑制。綜上分析，在不同的溫度處理下，不同樹種枯落物分解過程呈現不同的動態變化，此變化過程與分解的時間、枯落物的種類等有關，升溫處理有助于提高油松枯落物的含水率、抑制枯落物的分解作用，且對枝枯落物分解作用的抑制效果強于葉枯落物。

4結論與討論

研究升溫條件下遼西沙地優勢樹種油松枯落物不同類型分解的效應，對于枯落物分解作用與分解時間、枯落物基質類型之間關系的揭示意義重大。影響枯落物分解過程的氣候因素中主要包括溫度、水分。

溫度升高的條件下通常環境中的含水量也會有所變化，研究表明，升溫可以使環境中含水量有所增加[9]或者降低[10]。通過本試驗條件下分析的結果，遼西沙地溫度升高處理下土壤含水量增加明顯，且枯落物的含水率也較對照有不同程度的增加，分析其原因可能在于開頂箱內升溫后使深層土壤中水分蒸發速度加快、枯落物吸收的水分增多而出現含水量增加的情況。

在水分條件較好的草原生態系統、森林生態系統等內部，增溫可以促進枯落物的分解，而在本試驗條件下，在遼西沙地等干旱的區域，增溫抑制了枯落物的分解作用，但是增溫并未導致土壤含水量以及枯落物含水率的降低，可以排除枯落物分解作用受到抑制是因為水分影響的可能性，原因可能是在較高的濕度條件下升溫有助于枯落物分解速度的加快，較低含水量條件下水分含量的變化可能抑制小范圍升溫對枯落物分解的效果。此外，升溫條件下枯落物內細菌多樣性、群落結構、土壤酶活等方面的變化此次研究未涉及到，可在未來繼續開展研究。

本試驗研究了遼西沙地優勢樹種油松枯落物在升溫條件下的響應機制，結果表明，通過升溫處理，對枯落物的分解起到了抑制作用，此種抑制作用隨著分解時間以及枯落物基質的類型而有所差異。 未來可結合增溫處理下微生物群落相關情況的變化進行分析，從而有助于了解沙地生態系統應對氣候變暖趨勢下的響應機制。

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