地下净初级生产力及根系动态对不同草地恢复措施的响应

地下净初级生产力及根系动态对不同草地恢复措施的响应
草地生态系统是最重要、碳分布最广泛的陆地生态系统之一。

松嫩平原位于我国东北平原,是吉林省内重要的草地生态系统。

近年来,在全球气候变化的背景下,由于人口的急剧增加,人类对自然的干扰日益频繁,松嫩草地逐步盐碱化,且盐碱化程度日益严重。

为解决松嫩草地现状,已有学者通过一定恢复措施,并测量地上部分多种指标来评价各恢复效果,而从植物整体角度对草地恢复进行的研究少见报道,特别是忽视了草地地下部分的重要性。

本实验以松嫩重度退化盐碱草地为实验对象,采用完全随机区组设计,共六种组合恢复措施,分别为:自由放牧（free grazing,FG）、不翻耕（no ploughing,NP）、只翻耕（only ploughing,OP）、翻耕加施肥
（ploughing+fertilizer,PF）、翻耕加覆盖（ploughing+mulching,PM）、翻耕、覆盖加施肥（ploughing+mulching+fertilizer,PFM）,共4次重复。

本实验采用向内生长土环法测定地下净初级生产力,采用改进根窗法测定根系动态（如根系寿命、根系周转率和同生根生存曲线等）。

区别于以往单一恢复措施,本实验补充了多种组合恢复措施对重度退化盐碱草地恢复中,地下根系部分的响应数据,为今后盐碱草地的治理与恢复提供了数据支撑。

现根据三年恢复实验结果得出以下结论:1、通过三年恢复实验,实验样地主要建立了一年生植物种群,其中虎尾草和碱蓬相对密度较高;而后两年出现多年生植物星星草,但相对密度较低;虎尾草的相对密度最高值达到99.4%,碱蓬相对密度最高为89.6%。

PFM组合恢复措施下的植被覆盖度、物种密度以及ANPP都要显著高于其他
处理,说明PFM组合恢复措施可以促进植被地上部分的生长和恢复;2、恢复三年间,土壤pH和土壤EC值逐年降低,pH从10.5下降到10.0,EC从2112下降到247。

各组合恢复措施间虽无显著差异,但从整体上改善了实验地土壤理化环境。

PM和PFM组合恢复措施下,土壤含水量最低,这主要是由于PM和PFM组合下植物恢复最好,植物覆盖度高,植物蒸腾作用引起的土壤含水量降低;3、恢复三年不同恢复措施下,地下净初级生产力的最大值分别为43.4 g m^-2、29.6 g m^-2和40.4 g m^-2。

处理和年际对地下净初级生产力有极显著影响（P<0.01）,BNPP在第三年显著升高,是前两年的1.66倍,而恢复第三年ANPP显著低于前两年,这主要受第三年降雨量少影响,说明在干旱条件下,更多的光合产物分配到了地下。

其主要机制为降雨量少,为了抵抗不良环境,植物根系为了吸收更多的水分和养分,则需要产生更多的细根来抵抗不良环境。

同时恢复过程中不同处理间BNPP有极显著差异,PFM处理下的BNPP显著高于其他处理,由此得出翻耕、覆盖和施肥有利于植物地下根系的生长;4、根系动态随季节变化明显,每年七
月,0-10cm和10-20cm土层中根生产力、根死亡率和根现存量均出现了一个峰值,这是由于七月草地进入生长季,植物产生更多的根系以更好的吸收水分和养分,为植物生长提供原料;植物地下部分的根系大量死亡则是将更多的有机质投入到地上部分为光合作用提供基础,且在生长季开始时,植物会及时增加根现存量,以促进植物生长,而进入生长季后,其对根系的投入逐渐降低,伴随着冬季的来临,植物根现存量逐渐降低。

5、不同组合恢复措施和土层对年根系周转率没有显著影响。

而2014年根系周转显著高于2013年,分别为0.62 yr^-1和0.76 yr^-1。

这说明不同恢复措施在短时间内对根系周转无显著影响,而2014年水分作
为主要影响因子,说明在水分不足时,植物会加快根系周转以获得足够生存和生
长的水分和养分。

且在水分充足时,PFM组合恢复措施显著增加了平均根生产力、平均根死亡量和平均根现存量。

综上所述,经过三年的恢复,土壤表层的电导率及pH值有所降低。

翻耕、覆盖加施肥的组合恢复措施显著提高了ANPP和BNPP,且显著提高了根生产力、死
亡量和现存量,增加了根系寿命。

说明进行翻耕、覆盖和施肥对于恢复重度盐碱地,建立一年生植物群落有显著效果,如要获得稳定的多年生草地,需更长期的恢复,或适当实施化学恢复方法。

本研究工作为预测整个草原地下净初级生产力在不同组合恢复措施影响下的变
化趋势提供一些实验数据,并且为恢复松嫩草地盐碱化现状提供了理论依据。