三江平原草本沼泽中灌木扩张对植物凋落物分解的影响及其机制

In recent decades, shrub expansions are widespread in northern wetland ecosystems due to global warming and the increasing nutrient availability caused by it. Shrub expansion would result in changes of litter input and surroundings, and further affect carbon cycling and nutrient turnover in ecosystems. Taking the freshwater marsh affected by shrub expansion in the Sanjiang Plain as the test objective, we would carry out systemic study mainly on plant litter decay processes in different areas (understory area vs. control area). The aims of this study are to (1) reveal evaluate the effects of shrub expansion on standing litter decay, including the carbon mineralization rate, mass loss and nutrient dynamics; (2) determine the effects of shrub expansion on mixed-litter decay processes of not only the shoots but also the roots, including the mass loss and nutrient release; 3) discuss the biological mechanism of shrub expansion influencing litter (mixture) decay, including soil microbial properties and completeness of the decomposer community. Finally, we would reveal the effects of shrub expansion on litter decay processes and the potential mechanisms, and further discuss the responses of biogeochemical cycling and its feedback on the global change in wetland ecosystems.

近几十年来，随着气候变暖及其引起的养分有效性增加，草本植物占优势的北方湿地生态系统中普遍出现灌木扩张现象。灌木扩张会改变凋落物输入数量和质量，以及凋落物所处的生物和非生物环境，从而影响到生态系统的碳循环与养分周转。本项目以三江平原地区受灌木扩张影响的草本植物占优势的湿地生态系统为研究对象，选取不同区域（灌木冠层下区域和对照区域）开展植物凋落物分解过程研究，具体实现以下目标：（1）揭示灌木扩张对立枯分解过程（包括碳矿化速率、质量损失和养分动态）及其重要性的影响；（2）明确灌木扩张对凋落物（地上凋落物以及根系）混合分解过程（包括质量损失和养分动态）的影响；（3）阐明灌木扩张影响凋落物（混合）分解的生物学驱动机制（包括土壤微生物学特性及分解者群落完整性的影响）。最终，揭示灌木扩张对植物凋落物关键分解过程的影响及其作用机制，进而探讨灌木扩张背景下湿地生物地化循环过程的响应及其对全球变化的反馈效应。

近几十年来，草本植物占优势的北方湿地生态系统中普遍出现灌木扩张现象。灌木扩张会改变凋落物输入数量和质量，以及凋落物所处的生物和非生物环境，从而影响到生态系统的碳循环与养分周转。因此，本项目以三江平原受灌木扩张影响的草本植物占优势的湿地生态系统为研究对象，探究了灌木扩张对立枯分解（及地表分解）的影响，灌木扩张对凋落物混合分解效应的影响，以及灌木扩张影响凋落物分解的生物学机制。研究发现：.（1）灌木扩张对立枯分解和地表分解过程的影响存在差异。灌木扩张导致了高湿润期的延长，从而促进了立枯的矿化，但总体上抑制了立枯的质量损失。然而，灌木扩张对地表分解的影响随灌木种类和凋落物质量而变化。因此，鉴于大部分草本湿地植物凋落物会以立枯形式存在，忽略立枯分解将会对灌木扩张影响下的凋落物分解产生误解。.（2）灌木叶片有着相对禾草地上凋落物更高的分解速率。对于灌木-禾草混合凋落物，在分解初期主要表现为非加和效应，但随着分解进行非加和效应逐渐占据优势。其中，崖柳叶片常常能够促进禾草凋落物分解，而柴桦叶片常常会产生差异性影响。对于细根分解来说，柴桦细根有着相对小叶章细根更高的分解速率。并且，当柴桦-小叶章细根组合中优势种由小叶章转变为柴桦后，混合效应由加和效应变为拮抗效应。因此，灌木扩张凋落物混合效应的影响依赖于灌木类型和禾草种类，以及群落优势度的变化。.（3）完整的分解者群落有助于促进凋落物的分解，该影响的方向并不随凋落物质量和分解生境而变化。并且，完整的分解者群落更容易促进凋落物物种间的正相互作用，从而促进混合凋落物分解协同效应的产生。另外，柴桦扩张还会引起土壤微生物群落特征变化，特别是真菌丰度的下降，这有助于解释柴桦灌丛区地表凋落物分解速率的下降。.综合来看，本研究不仅揭示了灌木扩张对植物凋落物关键分解过程的影响及其作用机制，还探究了灌木扩张背景下湿地生物地化循环过程的响应及其对全球变化的反馈效应。