降雨量变化对科尔沁沙地东南部樟子松人工林主要生态过程的影响

水分条件是影响植物生长最主要的限制因子，降雨量变化作为全球变化的一个重要组成部分，其对干旱半干旱区陆地生态系统的影响甚至超过CO2浓度和温度的升高以及它们的共同作用对生态系统的影响。樟子松人工林是科尔沁沙地东南部主要的防风固沙林类型，研究未来降雨量变化对会对樟子松人工林产生怎样的影响，对樟子松人工林的可持续经营和科学管理有重要意义。本研究以樟子松人工林为研究对象，通过搭建遮雨棚，铺设灌溉设施，野外原状样地模拟三个降雨量梯度：降雨量减少30%、天然降雨量和降雨量增加30%，从樟子松人工林下土壤生态系统、樟子松针叶生理特性、樟子松的生长和林下植被结构与生产力三个角度研究降雨量变化对樟子松人工林主要生态过程的影响，主要结论如下： （1）以土壤矿质N含量为土壤N有效性的指标，2007年的数据表明降雨量减少时土壤N有效性显著升高，降雨量增加时土壤N有效性显著降低，出现了“水、N有效性的不同时性”，即土壤水分有效性高时N有效性低，而N有效性高时水分有效性低，这可能是该地区植物生长的主要限制因子，而不是简单的水分限制或者N素限制。 （2）降雨量降低时，樟子松针叶的丙二醛（MDA）含量显著升高，针叶N含量降低，樟子松光合速率下降，同时，樟子松针叶的叶绿素含量大部分月份不受降雨量减少的影响，而且针叶脯氨酸和可溶性蛋白含量升高，超氧化物歧化酶（SOD）活性的升高，表明了樟子松对水分胁迫的生理生态适应机制。 （3）降雨量减少时樟子松林下植被总盖度显著降低，优势种由黄蒿和狗尾草演变为绿珠藜和黄蒿；降雨量增加时樟子松林下植被总盖度显著升高，优势种演变为艾蒿。降雨量减少和增加时物种多样性都显著降低，导致了生物多样性丧失。 （4）降雨量减少时樟子松和其林下植被的生长由于水分胁迫都受到了抑制，樟子松的高生长和粗生长速率减缓，林下植被的ANPP和地下部分生物量降低，进而导致樟子松人工林的地上部分C储量降低；樟子松的成长速率减缓和林下植被地上地下生物量的降低意味着生态系统凋落物量和死亡根系的减少，这直接导致了土壤有机碳含量的降低，即土壤有机碳储量的降低；综合降雨量减少导致的樟子松人工林的地上部分C储量降低和土壤有机碳储量的降低，我们的结果表明降雨量减少导致樟子松人工林C储量降低，同样的道理，降雨量增加导致樟子松人工林C储量升高。 （5）降雨量减少时，保护凋落物可以增加地表覆被，抑制地面水分蒸发，地表凋落物还能起到蓄水保水的作用，提高土壤水分有效性；降雨量增加时保护凋落物可以增加土壤养分（尤其是N）的输入，提高土壤养分的有效性。