人工草坪對(duì)林下草本植物枯落物的影響

人工草坪對(duì)林下草本植物枯落物的影響

湖泊帶在控制和防止水土流失方面發(fā)揮著重要作用。然而，在太湖湖泊地區(qū)種植樹木后，由于管理稀疏，雜草入侵嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了樹木的正常生長(zhǎng)，削弱了林帶的主要生態(tài)功能。對(duì)于目前的林帶而言，一年一次的雜草每年交替出現(xiàn)大量垃圾。垃圾產(chǎn)生和養(yǎng)分積累會(huì)影響植物養(yǎng)分的平衡和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，對(duì)湖泊的生態(tài)安全有重大影響。近年來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，化肥過度使用，與其他污染物一起排放，湖泊原始生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分流失邊緣會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的養(yǎng)分輸入。在湖濱帶林下種植可粗放管理且生物量相對(duì)較小的常綠草坪,形成多年生草本植物優(yōu)勢(shì)群落,構(gòu)成林草復(fù)合帶,可加強(qiáng)植被對(duì)養(yǎng)分的吸收作用,減少枯落物的產(chǎn)生,有效地將N、P保留在陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)之中,降低其隨降水徑流進(jìn)入湖泊水體的風(fēng)險(xiǎn).在草坪建植初期,為減少降水造成的水土流失,促進(jìn)林草復(fù)合系統(tǒng)的快速穩(wěn)定,如何縮短成坪周期和最大限度地減少枯落物量,成為重點(diǎn)研究解決的關(guān)鍵問題之一.以往研究林草地枯落物主要側(cè)重于其系統(tǒng)內(nèi)部的分解及其營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài),而鮮見養(yǎng)分輸出對(duì)其他系統(tǒng)的影響報(bào)道.湖濱帶林草地的研究主要側(cè)重于泥沙流失量方面.而水土、枯落物及其攜帶的養(yǎng)分流失對(duì)湖泊水體的威脅更大[5,6,7,8,9,10,11,12].研究林草復(fù)合帶不同草坪品種和種植密度對(duì)枯落物量的影響以及枯落物量的變化特征,不僅可以深入了解林草復(fù)合帶適宜的林下草坪品種和種植密度,而且對(duì)于限制枯落物量,揭示系統(tǒng)養(yǎng)分的運(yùn)移行為,減少系統(tǒng)內(nèi)的養(yǎng)分積蓄和輸出具有重要的指導(dǎo)意義.1氣調(diào)試驗(yàn)植被研究區(qū)位于太湖西岸的江蘇宜興市周鐵鎮(zhèn),年均降水量1210.4mm,其中,春季降水量占全年的29.0%,夏季占36.0%,秋季占22.5%,冬季占12.5%.全年約49%的降水量集中在6—9月.年均氣溫為15.6℃.受太湖水氣的影響,空氣濕度較大.土壤為夜潮土.當(dāng)前林帶優(yōu)勢(shì)草本植物主要有葎草(Humulusscandens)、杠板歸(Polygonumperfoliatum)、小飛蓬(Comnyzacanadensis)、一年蓬(Erigeronannuus)、老鸛草(Geraniumwilfordii)、看麥娘(Alopecurusaequalis)和紫菀(Astertataricus)等.2材料和方法2.1選擇植物的篩選試驗(yàn)區(qū)林草復(fù)合帶林下植物選擇株形低矮,青綠期長(zhǎng)的多年生草坪種類.根據(jù)植物的生長(zhǎng)特征,選取了狗牙根(Cynodondactylon)、白三葉(Trifoliumrepens)、紅花酢漿草(Oxaliscorymbosa)、馬蹄金(Dichondrarepens)和矮麥冬(Ophiopogonjaponicusvar.nana).2.2不同密度的草坪枯落物復(fù)合利用草坪種植分單種與混種2種模式,其中混種為紅花酢漿草與其他草坪草按2∶5的比例種植.設(shè)置高、中、低3個(gè)不同種植密度,行間距分別為15、25和35cm.5月初將狗牙根草皮和馬蹄金草皮切割成7cm×7cm的小塊,將白三葉株苗、紅花酢漿草株苗和麥冬株苗由稍部剪去,統(tǒng)一保留地上部10cm左右,按3種不同密度鋪設(shè)或移栽于整理好的對(duì)應(yīng)地塊中.每種草坪的一個(gè)密度為一個(gè)處理,在不同處理中設(shè)置固定樣方(1m×1m),2個(gè)重復(fù).為防止枯落物的流失,每個(gè)樣方用紗網(wǎng)圍隔.對(duì)各處理樣方進(jìn)行編號(hào)(見圖1).其中A11與A12,A21與A22,A31與A32分別為白三葉高、中、低密度處理的2個(gè)重復(fù),依次類推.植物生長(zhǎng)期間每隔25~30d采集一次草坪枯落物(包括立枯物和凋落物),帶回實(shí)驗(yàn)室,80℃烘干至恒質(zhì)量,測(cè)定枯落物量(以干質(zhì)量計(jì),gue4d4m2).3結(jié)果與分析3.1u3000e4d4m2當(dāng)前林帶雜草群落種類組成不同,產(chǎn)生的枯落物量也有差異,其中以小飛蓬和一年蓬為主的高草群落枯落物量較高,7—11月為20.6~119.2gue4d4m2;以老鸛草和看麥娘為主的低草群落枯落物量相對(duì)較低,為22.6~82.2gue4d4m2.雜草枯落物量7月初比較高,主要是前期枯黃死亡植物的不斷累積而成,之后隨著降雨的沖刷以及腐爛植物的不斷分解,枯落物趨于減少.9月底以后隨著植物生長(zhǎng)的衰弱,枯落物量再次增加,形成新一輪的積累(見圖2).3.2草坪枯落物累積量林草復(fù)合帶的建植,低矮草坪替代了高大繁茂的雜草,使林帶內(nèi)草本植物枯落物量大幅減少.盡管白三葉、白三葉-紅花酢漿草、紅花酢漿草3種草坪相對(duì)其他草坪產(chǎn)生較多的枯落物,但與雜草相比,7—11月枯落物累計(jì)量減少66%~95%,所有草坪平均枯落物累積量減少95%(見圖3).3.2.1不同密度下對(duì)枯落物的累積量白三葉草坪5月移植后,7月有大量枯落物產(chǎn)生,其中,高密度處理枯落物量可達(dá)到18.4gue4d4m2,是中密度處理的4倍,低密度處理的29倍.隨著生長(zhǎng)時(shí)間的延續(xù),枯落物增加,至10月各處理組枯落物量均達(dá)到最高,比初期增加了1~13倍.中、低密度處理枯落物量差異不大[見圖4(a)].各處理枯落物的累積量為高密度處理(118.2gue4d4m2)>低密度處理(27.6gue4d4m2)>中密度處理(25.4gue4d4m2).紅花酢漿草7月初僅中密度處理出現(xiàn)了枯落物,約4.1gue4d4m2.7月下旬不同密度處理均出現(xiàn)枯落物,枯落物量隨密度增大而增加.8月的高溫導(dǎo)致植株出現(xiàn)夏眠,大量枝葉枯黃死亡,枯落物量迅速增加,其中,高密度處理枯落物量達(dá)11.0gue4d4m2,中、低密度處理分別為4.6和1.2gue4d4m2.高溫過后,紅花酢漿草恢復(fù)生長(zhǎng),枯落物量減少,基本保持在2.3gue4d4m2以下[見圖4(b)].麥冬的枯落物較少,7月初不同密度處理均產(chǎn)生了少量的枯落物,但差異不顯著(P>0.05).8月的高溫及干旱致使貼近地面的葉片枯黃死亡,高密度處理枯落物量大幅增加并顯著高于其他2種處理.9月之后枯落物開始減少,并趨于穩(wěn)定.麥冬8—10月種植密度越大枯落物越多[見圖4(c)].狗牙根與馬蹄金草坪少見枯落物,此處未做分析.3.2.2不同處理對(duì)工作草坪枯落物累積量的影響白三葉-紅花酢漿草混種草坪與二者的單種草坪枯落物的變化特征不同.其中,白三葉單種除中密度處理外,其枯落物量普遍較混種草坪多,而紅花酢漿草單種枯落物量普遍較混種草坪少.7月枯落物以白三葉為主,8月紅花酢漿草所占比例增加.由圖5(a)可見,白三葉-紅花酢漿草混種草坪枯落物量隨種植密度增大而增加,各處理枯落物的累積量為高密度處理(76.3gue4d4m2)>中密度處理(32.8gue4d4m2)>低密度處理(22.5gue4d4m2).麥冬-紅花酢漿草混種草坪的枯落物產(chǎn)生時(shí)間較2種單種草坪有所推遲,枯落物以紅花酢漿草為主,普遍較其單種草坪高.8月各處理枯落物急劇增加,尤以高密度處理最為突出,顯著高于其他2種處理;9月各處理枯落物較少,10月增加,枯落物量隨密度增大而增多[見圖5(b)].狗牙根-紅花酢漿草混種草坪的枯落物主要由紅花酢漿草產(chǎn)生,枯落物的產(chǎn)生時(shí)間較紅花酢漿草單種草坪推遲,僅在8月和11月出現(xiàn)了枯落物.密度越大,枯落物越多[見圖5(c)].馬蹄金-紅花酢漿草草坪枯落物的來源與狗牙根-紅花酢漿草草坪相似,枯落物主要為紅花酢漿草,其產(chǎn)生時(shí)間較單種草坪推遲約20d.高密度處理枯落物量顯著高于其他2個(gè)處理.8月各處理枯落物急劇增加,高、中、低密度處理分別比前期增加了3倍之多[見圖5(d)].4林草復(fù)合帶對(duì)枯落物分解和養(yǎng)分流變率的影響研究區(qū)土壤細(xì)土層深厚,有利于植物根系伸展,為雜草的入侵提供了方便.由于林帶缺少人工管理,雜草肆意瘋長(zhǎng),植物之間生長(zhǎng)資源的競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致了大量植物死亡,造成林帶枯落物堆積,以7月初和11月底居多(見圖3),而研究區(qū)全年約49%的降水集中在6—9月,包括大暴雨.新形成的枯落物還未分解,就有可能隨降水徑流進(jìn)入湖泊,然后在水體中分解.另外,由于區(qū)域環(huán)境濕度大,前期形成的枯落物會(huì)逐漸分解,釋放出大量的營(yíng)養(yǎng)元素,在降水徑流的沖刷下進(jìn)入湖泊,進(jìn)一步增加了湖泊的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷.枯落物的分解包括淋洗作用、機(jī)械破碎、土壤腐食動(dòng)物的消化、腐生營(yíng)養(yǎng)微生物對(duì)有機(jī)物的酶解以及有機(jī)物和礦質(zhì)化合物向土壤的轉(zhuǎn)化等過程,植物生物多樣性高并不利于其枯落物的快速分解[13,14,15,16,17,18,19,20,21].當(dāng)前林帶雜草種類顯著高于林草復(fù)合帶草坪種類,這在某種程度上預(yù)示著其枯落物流失的風(fēng)險(xiǎn)較高.雜草枯落物量在7月迅速減少的現(xiàn)象在某種程度上也反映了這種變化趨勢(shì).雖然枯落物對(duì)徑流具有一定的攔截作用,但僅限于降水量較小的情況,當(dāng)連續(xù)降水達(dá)到或超過飽和時(shí),其攔截作用就會(huì)喪失,降水全部轉(zhuǎn)為徑流,在一定的水流沖刷下水土與枯落物及其攜帶的養(yǎng)分會(huì)流失.枯落物營(yíng)養(yǎng)元素入湖量的多少很大程度上取決于降水量與降水持續(xù)時(shí)間,降水量大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),形成的徑流就大,枯落物及其養(yǎng)分隨徑流進(jìn)入湖泊的風(fēng)險(xiǎn)也就高.反之,降水量小,持續(xù)時(shí)間短,形成的徑流小,枯落物原地分解,養(yǎng)分能夠有充裕的時(shí)間被土壤吸附和植物吸收.以多年生草坪替代雜草,促進(jìn)優(yōu)勢(shì)種向多年生植物演替,形成穩(wěn)定的林草復(fù)合帶,有效減少了系統(tǒng)枯落物的產(chǎn)生,降低了養(yǎng)分輸入湖泊的風(fēng)險(xiǎn).此外,草坪地面覆蓋度高,植被與土壤的接觸面大,可減緩和降低雨滴降落時(shí)對(duì)土壤的沖擊,分散雨滴強(qiáng)度,避免了雨水直接沖刷地面表土,使大部分降雨為植被和土壤所涵養(yǎng),起到了防治水土流失、增強(qiáng)土體穩(wěn)定的作用.枯落物分解是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié),其分解過程和分解速率的變化將直接影響系統(tǒng)碳變化的進(jìn)程.林草復(fù)合帶的建立,減少了枯落物的產(chǎn)生,改變了枯落物的分解速率,對(duì)系統(tǒng)碳變化具有重要的影響.5林下草地枯落物量a.湖濱帶林草復(fù)合帶的建植大大降低了系統(tǒng)枯落物量,不同草坪枯落物形成特征存在差異,種植密度對(duì)單種與混種草坪枯落物的影響程度亦不同.b.林草復(fù)合帶的建植