人工草坪对林下草本植物枯落物的影响

人工草坪对林下草本植物枯落物的影响

湖泊带在控制和防止水土流失方面发挥着重要作用。然而，在太湖湖泊地区种植树木后，由于管理稀疏，杂草入侵严重，严重影响了树木的正常生长，削弱了林带的主要生态功能。对于目前的林带而言，一年一次的杂草每年交替出现大量垃圾。垃圾产生和养分积累会影响植物养分的平衡和生态系统的稳定，对湖泊的生态安全有重大影响。近年来，在农业生产过程中，化肥过度使用，与其他污染物一起排放，湖泊原始生态系统的养分流失边缘会出现进一步的养分输入。在湖滨带林下种植可粗放管理且生物量相对较小的常绿草坪,形成多年生草本植物优势群落,构成林草复合带,可加强植被对养分的吸收作用,减少枯落物的产生,有效地将N、P保留在陆地生态系统物质循环之中,降低其随降水径流进入湖泊水体的风险.在草坪建植初期,为减少降水造成的水土流失,促进林草复合系统的快速稳定,如何缩短成坪周期和最大限度地减少枯落物量,成为重点研究解决的关键问题之一.以往研究林草地枯落物主要侧重于其系统内部的分解及其营养动态,而鲜见养分输出对其他系统的影响报道.湖滨带林草地的研究主要侧重于泥沙流失量方面.而水土、枯落物及其携带的养分流失对湖泊水体的威胁更大[5,6,7,8,9,10,11,12].研究林草复合带不同草坪品种和种植密度对枯落物量的影响以及枯落物量的变化特征,不仅可以深入了解林草复合带适宜的林下草坪品种和种植密度,而且对于限制枯落物量,揭示系统养分的运移行为,减少系统内的养分积蓄和输出具有重要的指导意义.1气调试验植被研究区位于太湖西岸的江苏宜兴市周铁镇,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%.全年约49%的降水量集中在6—9月.年均气温为15.6℃.受太湖水气的影响,空气湿度较大.土壤为夜潮土.当前林带优势草本植物主要有葎草(Humulusscandens)、杠板归(Polygonumperfoliatum)、小飞蓬(Comnyzacanadensis)、一年蓬(Erigeronannuus)、老鹳草(Geraniumwilfordii)、看麦娘(Alopecurusaequalis)和紫菀(Astertataricus)等.2材料和方法2.1选择植物的筛选试验区林草复合带林下植物选择株形低矮,青绿期长的多年生草坪种类.根据植物的生长特征,选取了狗牙根(Cynodondactylon)、白三叶(Trifoliumrepens)、红花酢浆草(Oxaliscorymbosa)、马蹄金(Dichondrarepens)和矮麦冬(Ophiopogonjaponicusvar.nana).2.2不同密度的草坪枯落物复合利用草坪种植分单种与混种2种模式,其中混种为红花酢浆草与其他草坪草按2∶5的比例种植.设置高、中、低3个不同种植密度,行间距分别为15、25和35cm.5月初将狗牙根草皮和马蹄金草皮切割成7cm×7cm的小块,将白三叶株苗、红花酢浆草株苗和麦冬株苗由稍部剪去,统一保留地上部10cm左右,按3种不同密度铺设或移栽于整理好的对应地块中.每种草坪的一个密度为一个处理,在不同处理中设置固定样方(1m×1m),2个重复.为防止枯落物的流失,每个样方用纱网围隔.对各处理样方进行编号(见图1).其中A11与A12,A21与A22,A31与A32分别为白三叶高、中、低密度处理的2个重复,依次类推.植物生长期间每隔25~30d采集一次草坪枯落物(包括立枯物和凋落物),带回实验室,80℃烘干至恒质量,测定枯落物量(以干质量计,gue4d4m2).3结果与分析3.1u3000e4d4m2当前林带杂草群落种类组成不同,产生的枯落物量也有差异,其中以小飞蓬和一年蓬为主的高草群落枯落物量较高,7—11月为20.6~119.2gue4d4m2;以老鹳草和看麦娘为主的低草群落枯落物量相对较低,为22.6~82.2gue4d4m2.杂草枯落物量7月初比较高,主要是前期枯黄死亡植物的不断累积而成,之后随着降雨的冲刷以及腐烂植物的不断分解,枯落物趋于减少.9月底以后随着植物生长的衰弱,枯落物量再次增加,形成新一轮的积累(见图2).3.2草坪枯落物累积量林草复合带的建植,低矮草坪替代了高大繁茂的杂草,使林带内草本植物枯落物量大幅减少.尽管白三叶、白三叶-红花酢浆草、红花酢浆草3种草坪相对其他草坪产生较多的枯落物,但与杂草相比,7—11月枯落物累计量减少66%~95%,所有草坪平均枯落物累积量减少95%(见图3).3.2.1不同密度下对枯落物的累积量白三叶草坪5月移植后,7月有大量枯落物产生,其中,高密度处理枯落物量可达到18.4gue4d4m2,是中密度处理的4倍,低密度处理的29倍.随着生长时间的延续,枯落物增加,至10月各处理组枯落物量均达到最高,比初期增加了1~13倍.中、低密度处理枯落物量差异不大[见图4(a)].各处理枯落物的累积量为高密度处理(118.2gue4d4m2)>低密度处理(27.6gue4d4m2)>中密度处理(25.4gue4d4m2).红花酢浆草7月初仅中密度处理出现了枯落物,约4.1gue4d4m2.7月下旬不同密度处理均出现枯落物,枯落物量随密度增大而增加.8月的高温导致植株出现夏眠,大量枝叶枯黄死亡,枯落物量迅速增加,其中,高密度处理枯落物量达11.0gue4d4m2,中、低密度处理分别为4.6和1.2gue4d4m2.高温过后,红花酢浆草恢复生长,枯落物量减少,基本保持在2.3gue4d4m2以下[见图4(b)].麦冬的枯落物较少,7月初不同密度处理均产生了少量的枯落物,但差异不显著(P>0.05).8月的高温及干旱致使贴近地面的叶片枯黄死亡,高密度处理枯落物量大幅增加并显著高于其他2种处理.9月之后枯落物开始减少,并趋于稳定.麦冬8—10月种植密度越大枯落物越多[见图4(c)].狗牙根与马蹄金草坪少见枯落物,此处未做分析.3.2.2不同处理对工作草坪枯落物累积量的影响白三叶-红花酢浆草混种草坪与二者的单种草坪枯落物的变化特征不同.其中,白三叶单种除中密度处理外,其枯落物量普遍较混种草坪多,而红花酢浆草单种枯落物量普遍较混种草坪少.7月枯落物以白三叶为主,8月红花酢浆草所占比例增加.由图5(a)可见,白三叶-红花酢浆草混种草坪枯落物量随种植密度增大而增加,各处理枯落物的累积量为高密度处理(76.3gue4d4m2)>中密度处理(32.8gue4d4m2)>低密度处理(22.5gue4d4m2).麦冬-红花酢浆草混种草坪的枯落物产生时间较2种单种草坪有所推迟,枯落物以红花酢浆草为主,普遍较其单种草坪高.8月各处理枯落物急剧增加,尤以高密度处理最为突出,显著高于其他2种处理;9月各处理枯落物较少,10月增加,枯落物量随密度增大而增多[见图5(b)].狗牙根-红花酢浆草混种草坪的枯落物主要由红花酢浆草产生,枯落物的产生时间较红花酢浆草单种草坪推迟,仅在8月和11月出现了枯落物.密度越大,枯落物越多[见图5(c)].马蹄金-红花酢浆草草坪枯落物的来源与狗牙根-红花酢浆草草坪相似,枯落物主要为红花酢浆草,其产生时间较单种草坪推迟约20d.高密度处理枯落物量显著高于其他2个处理.8月各处理枯落物急剧增加,高、中、低密度处理分别比前期增加了3倍之多[见图5(d)].4林草复合带对枯落物分解和养分流变率的影响研究区土壤细土层深厚,有利于植物根系伸展,为杂草的入侵提供了方便.由于林带缺少人工管理,杂草肆意疯长,植物之间生长资源的竞争,导致了大量植物死亡,造成林带枯落物堆积,以7月初和11月底居多(见图3),而研究区全年约49%的降水集中在6—9月,包括大暴雨.新形成的枯落物还未分解,就有可能随降水径流进入湖泊,然后在水体中分解.另外,由于区域环境湿度大,前期形成的枯落物会逐渐分解,释放出大量的营养元素,在降水径流的冲刷下进入湖泊,进一步增加了湖泊的营养负荷.枯落物的分解包括淋洗作用、机械破碎、土壤腐食动物的消化、腐生营养微生物对有机物的酶解以及有机物和矿质化合物向土壤的转化等过程,植物生物多样性高并不利于其枯落物的快速分解[13,14,15,16,17,18,19,20,21].当前林带杂草种类显著高于林草复合带草坪种类,这在某种程度上预示着其枯落物流失的风险较高.杂草枯落物量在7月迅速减少的现象在某种程度上也反映了这种变化趋势.虽然枯落物对径流具有一定的拦截作用,但仅限于降水量较小的情况,当连续降水达到或超过饱和时,其拦截作用就会丧失,降水全部转为径流,在一定的水流冲刷下水土与枯落物及其携带的养分会流失.枯落物营养元素入湖量的多少很大程度上取决于降水量与降水持续时间,降水量大,持续时间长,形成的径流就大,枯落物及其养分随径流进入湖泊的风险也就高.反之,降水量小,持续时间短,形成的径流小,枯落物原地分解,养分能够有充裕的时间被土壤吸附和植物吸收.以多年生草坪替代杂草,促进优势种向多年生植物演替,形成稳定的林草复合带,有效减少了系统枯落物的产生,降低了养分输入湖泊的风险.此外,草坪地面覆盖度高,植被与土壤的接触面大,可减缓和降低雨滴降落时对土壤的冲击,分散雨滴强度,避免了雨水直接冲刷地面表土,使大部分降雨为植被和土壤所涵养,起到了防治水土流失、增强土体稳定的作用.枯落物分解是生态系统物质循环过程的重要环节,其分解过程和分解速率的变化将直接影响系统碳变化的进程.林草复合带的建立,减少了枯落物的产生,改变了枯落物的分解速率,对系统碳变化具有重要的影响.5林下草地枯落物量a.湖滨带林草复合带的建植大大降低了系统枯落物量,不同草坪枯落物形成特征存在差异,种植密度对单种与混种草坪枯落物的影响程度亦不同.b.林草复合带的建植