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风通过对凋落物的干扰影响半干旱风沙区退化沙质草地土壤碳的积累

作者:奈曼站   更新时间:2021-09-08

凋落物是植物-土壤系统物质循环的关键环节。在我国半干旱风沙区退化沙质草地,凋落物的产生以及输入是土壤碳积累的重要过程。但是,由于风的活动,凋落物的产生在不同退化程度沙质草地间具有较大的变异,这种变异可能是导致土壤碳含量空间异质性的重要因素(图1)。因此,量化植被凋落物生物量的数量关系,分析风活动对凋落物生产的影响过程,了解影响凋落物产生的关键风速阈值,可为区域生态恢复,尤其是土壤物质积累的人为干预提供数据支撑。

基于此,在科尔沁沙地,研究团队通过空间调查的方式对不同类型退化沙质草地(流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和封育草地)地上/地下生物量、凋落物生物量以及土壤碳含量进行了系统调查与分析,初步发现,在非沙化草地,无论是地上凋落物还是地下凋落物,其与地上生物量的比率均显著高于沙化草地(图2),0~20cm层土壤碳含量主要受地下凋落物和地下生物量影响。在此基础上,研究团队进一步对奈曼站长期生物监测与气象要素监测数据(http://nmd.cern.ac.cn/meta/metaData)进行了分析,结果表明,流动沙丘凋落物产率(最大生物量/凋落物量×100%)仅为61.8%,而固定沙丘和封育草地分别为287.6%和271.8%(图3)。由此表明,在半干旱风沙区退化沙质草地,凋落物的产生存在明显的源汇关系。进一步分析发现,生长季末期(10月份)的风力活动是导致凋落物再分配的驱动因素,该时期内7~8m·s-1风活动的频率与封育草地凋落物产率呈显著的线性回归关系(图4)。该研究结果表明,在半干旱风沙区退化沙质草地,生长季末期的风力活动对凋落物的干扰可能是土壤碳空间变异的重要因素,因此,生长季末的防风措施是促进低盖度植被区(如流动沙丘)土壤恢复的有效方式。

该成果于2021年8月以Wind Disturbance on Litter Production Affects Soil Carbon Accumulation in Degraded Sandy Grassland为题在线发表于Ecological Engineering期刊。奈曼站副研究员罗永清为第一和通讯作者,西华师范大学杜忠副教授为共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划(2017YFA0604803)、中国科学院战略性先导科技专项(XDA26020104-01)、国家自然科学基金(31500369、31971466、41501227)等项目共同资助。


图1 风通过对凋落物的干扰影响半干旱风沙区退化沙质草地土壤碳的积累的概念图

图2 沙化和非沙化草地凋落物与地上生物量的关系

图3 不同类型沙质草地凋落物产率

图4 生长季末期7 m·s-1和8 m·s-1风活动频率与凋落物产率的关系


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