張明忠,朱紅業(yè),沙毓滄,張映翠,金杰,史亮濤,龍會英,紀中華

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所,云南元謀651300;2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 科研管理處,昆明650231;3.云南煙草公司楚雄州分公司煙草科學(xué)研究所,云南楚雄675000)

金沙江干熱河谷區(qū)凋落物的形成是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。凋落物不僅對草地土壤發(fā)育和改良有著重要的意義[1],而且其結(jié)構(gòu)疏松可大量吸收和保持天然降水,具有重要的水土保持作用[2-4]。凋落物一方面可減緩雨滴對地面的直接濺擊力和地表徑流[5],另一方面可截留天然降水,使土壤得到緩慢入滲,提高土壤水分含量[6],改變生態(tài)環(huán)境[7-8]。同時,還可增加土壤肥力,促進植物群落的正常演替[9-10]。干熱區(qū)是生態(tài)環(huán)境比較脆弱的地區(qū),而草被是恢復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)的先決條件。草被植物的新陳代謝及繁衍速度能加快生態(tài)環(huán)境建設(shè)的步伐,草被凋落物在其中也起著一定的重要作用。主要針對金沙江干熱河谷封禁草地和人工草地常見的幾種草被凋落物的分解率和持水性能進行了定期測定,以自然草被生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)規(guī)律,為提高封禁和人工草地的生產(chǎn)力,改進生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論依據(jù)。

試驗區(qū)位于云南干熱區(qū)的元謀縣,是云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所后山試驗研究基地,位于北緯 25°50′46″-25°51′41″,東經(jīng) 101°41′18″-101°49′42″,是典型的南亞熱帶季風河谷干熱區(qū)氣候。該區(qū)光熱充沛,旱濕季分明,干熱少雨,年均氣溫21.9℃,有天然溫室之稱[11]。從1990-2002年13 a間平均降雨量和蒸發(fā)量分別為702.65 mm和2 589.48 mm,降雨主要分布在4-10月,其中6-8月為主汛期。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

2003年1月在草地封禁區(qū)和牧草引種試驗區(qū)收集當年凋落物,包括完整莖葉的新諾頓豆(Neonotoniaw ightii cv.spp)、鋪地木藍(Indigo fera endecaphy lla Jacq)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)及鄉(xiāng)土草扭黃茅(Heteropogon contortus(L.)Beauv.)、孔穎草(Bothrioch loa pertusa(L.)A.Camus)、雙花草(Dichanthium annulatum(Forsk.)Stapf)的凋落物各100 g和標記牌。

1.2 試驗方法

1.2.1 凋落物分解率測定 把標記牌和事先稱重好的100 g凋落物裝入規(guī)格為30 cm×60 cm孔徑為1mm的尼龍網(wǎng)袋中,用尼龍線封口。每種草被凋落物3個樣袋,放入原取樣地內(nèi),放置時貼近表土,盡量與周圍凋落物處于同一自然狀況。每月定期測定全部樣袋凋落物的重量。取樣袋時,抖落泥土和雜質(zhì)后,稱重后再于烘箱65℃下烘干至恒重,測定凋落物的含水量和剩余干物質(zhì)的重量,之后放回原地。

表1 金沙江干熱河谷2003—2004年草被凋落物地面氣象因子變化情況

1.2.2 凋落物的持水性能測定 取風干凋落物各100 g,保持植株完整性(包括莖葉),放入稱量好的網(wǎng)袋內(nèi)。然后在實驗室將樣品放置水中完全浸泡48 h后,取出自然漏出明水3min后稱重,測定凋落物的飽和含水量;凋落物在烘箱中75℃下烘至22～24 h測定自然含水量。

2 試驗結(jié)果

2.1 草被凋落物的分解動態(tài)

草被植物新諾頓豆、鋪地木藍、百喜草、扭黃茅、雙花草、孔穎草凋落物的分解率測定結(jié)果表明,凋落物的剩余量隨著時間的延長越來越少,從3-6月,隨氣溫的升高和降雨的增加,凋落物干物質(zhì)殘余量呈明顯下降趨勢。從圖1看出,草被凋落物的分解量隨時間變化而減少,從第3個月開始新諾頓豆、鋪地木藍的凋落物分解速度明顯加快,第6個月后凋落物分解率分別為61.38%和53.9%,其余草被凋落物剩余量緩慢減少。3月氣溫上升,降雨量和蒸發(fā)量加大,此時是凋落物分解最快的時節(jié)。7月后新諾頓豆和鋪地木藍已分解過半,凋落物剩余量開始緩慢減少,其余草被凋落物的剩余量才開始大幅度減少。隨著氣溫和降雨量的銳減,從10月至翌年3月,分解率逐漸下降。溫濕度對草被凋落物也有直接影響,試驗期間(2003-2004年)統(tǒng)計了影響凋落物分解的氣象因子(表1),包括溫度、濕度、降雨量、蒸發(fā)量。兩年中,3月氣溫開始回升,8月達到最高值,分別為27.1℃和25.4℃,相對濕度和降雨量也在6-7月達最大,分別為73%和76%及168.8 mm和163.7mm;而蒸發(fā)量最大時卻在3-4月,能銳化凋落物的柔軟性,使硬質(zhì)凋落物的莖葉脆化,充分體現(xiàn)了元謀干熱區(qū)的氣候特征;根據(jù)凋落物的分解程度圖表和氣象因子,可以看出在3-9月是高溫高濕季節(jié),也是凋落物分解較快的階段,新諾頓豆凋落物前期(3-7個月)分解最快,隨時間的延長,到第24個月時分解率達到最高,分解了83.8%,其次是鋪地木藍,分解了73.6%。凋落物分解初期新諾頓豆和鋪地木藍分解率快,后期緩慢,其原因是這兩種植物為莖稈及葉片都比較柔軟的豆科植物,且此兩種凋落物的葉片含量多,葉表面的微毛及莖稈都能吸附周圍環(huán)境中的水分,有利于凋落物的分解。而扭黃茅、雙花草和孔穎草,皆屬于禾本科,莖稈堅硬,粗糙,粗纖維含量多,莖葉不易脫落,分解緩慢,最終這3種草被凋落物分解率分別為60.3%、67.8%和67.2%。

圖1 草被凋落物分解動態(tài)

2.2 凋落物分解與持水性能的關(guān)系

凋落物的水分是影響凋落物分解的一個重要因素。水分充足、溫度高能促使凋落物的分解,凋落物自然含水量與草被密度、土壤類型、溫濕度等環(huán)境有關(guān),同時還與自身性狀相關(guān)。需較長時間分解的鄉(xiāng)土草,如扭黃茅、雙花草的凋落物,自然含水量都較高,分別率為4.36%和3.95%,分解慢的原因是其植株有較大比例的硬質(zhì)莖葉和莖干有較高纖維。凋落物全部為葉片的百喜草凋落物自然含水量達4.25%,主要原因是葉片更易吸附空氣和土壤中的水分。通過凋落物飽和含水量的試驗,結(jié)果(見表2)表明:飽和含水量較高的是新諾頓豆和百喜草的凋落物,分別為336%和248%;飽和含水量較低的是雙花草的凋落物,僅為168%。凋落物的持水性能(包括自然含水量和飽和含水量)跟分解程度有著直接的關(guān)系,在特定時期內(nèi),其值越大,分解率越高。草地凋落物不但具有較高自然含水量和飽和含水量,在水土保持、土壤水分入滲和草地土壤水分平衡等方面起著重要的作用。同時,凋落物的持水性能也是反映凋落物截留降水的能力[12-13]。

表2 草被凋落物自然含水量與飽和含水量

3 結(jié)論與討論

通過金沙江干熱河谷的幾種草被凋落物分解率和持水性能測定,得出各種草被的分解率及持水性能有所不同。凋落物分解是個復(fù)雜的過程,采用Olson的衰減模型[14],得知草被凋落物半分解時間分別為1.67 a(扭黃茅),1.33 a(雙花草),1.17 a(孔穎草),1 a(百喜草),0.58 a(鋪地木藍)和0.5 a(新諾頓豆)。而飽和含水量為依次為336%(新諾頓豆),248%(百喜草),209%(扭黃茅),206%(孔穎草),174%(鋪地木藍)和168%(雙花草)。飽和含水量越大,對雨水的截持率和利用率越高,這樣更有利于地面水分、溫濕度等環(huán)境的良性循環(huán),同時也能加快凋落物的分解。

分解率主要受其草被本身特性的影響外,還受于凋落物分解過程中的溫度、降雨、濕度和微生物等共同作用,這與一些學(xué)者[10,15-16]研究結(jié)果一致。其中新諾頓豆、鋪地木藍的凋落物分解較快,特別是前期較迅速,后期逐漸減慢,主要原因是前期分解的凋落物有可溶性有機質(zhì)的淋洗和易分解的碳水化合物;后期速率減慢是因為難分解的纖維素和單寧等物質(zhì)的積累。溫濕度、降雨量與蒸發(fā)量等環(huán)境因子對凋落物的分解有著明顯的直接作用,且凋落物的自然含水率和飽和含水量與分解率也存在正比關(guān)系。凋落物在分解過程中,網(wǎng)袋與地面結(jié)合部分出現(xiàn)大量白色菌絲和白蟻帶來的泥土,一方面促進了凋落物的分解,另一方面在稱量時出現(xiàn)少許誤差。每年凋落物的自然厚度達8～10 cm,能產(chǎn)生較多的凋落物,從凋落物實際產(chǎn)量及試驗結(jié)果得知,新諾頓豆的分解率和飽和含水量都最高,對促進草地土壤發(fā)育和改良有著重要的意義,具有重要的水土保持作用。

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