川西亚高山粗枝云杉人工林地上凋落物对土壤呼吸的贡献

采用Li-8100土壤碳通量分析仪对川西亚高山典型的粗枝云杉(Picea asperata)人工林土壤呼吸(凋落物去除和对照)及其环境因子进行为期1年的连续观测。结果表明:凋落物去除处理和对照土壤呼吸速率均具有显著的季节动态变化,并呈现一致的动态特征,变动范围分别为0.35—4.39μmol m-2s-1和0.40—5.15μmol m-2s-1。整个观测期间,凋落物去除对土壤温度、水分以及土壤呼吸速率产生的差异均不显著。与对照相比,凋落物去除分别使土壤呼吸速率和土壤水分平均下降了14.21%和4.95%。两种处理的土壤呼吸速率和土壤温度均呈显著指数相关,与土壤水分呈显著线性相关。凋落物去除和对照的土壤温度敏感性(Q10)分别为3.84和4.09。凋落物对土壤呼吸速率的年均贡献率为14.93%,且存在明显季节动态。可见,地表凋落物是亚高山森林土壤呼吸的重要组成部分。

不同厚度雪被对高山森林6种凋落物分解过程中酸溶性和酸不溶性组分的影响

高山森林冬季不同厚度雪被格局可能通过影响凋落物的分解过程中酸溶性和酸不溶性组分特征,改变凋落物分解过程,但缺乏必要关注。采用凋落物分解袋法,研究了高山森林林窗中央至林下形成的天然雪被厚度梯度(厚型雪被、中型雪被、薄型雪被和无雪被)覆盖下,6种典型物种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albo-sinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)、方枝柏(Sabina saltuaria)、康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落物在不同关键时期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被融化期)的酸溶性组分和酸不溶性组分变化特征。经历一个冬季的分解后,6种凋落物酸溶性组分绝对含量呈降低趋势,除红桦外5种凋落物酸不溶性组分绝对含量呈增加趋势。不同厚度雪被显著影响雪被覆盖期和融化期凋落物酸不溶性和酸溶性组分绝对变化量;其中方枝柏、红桦和康定柳凋落物酸不溶性组分增加量在厚型雪被下显著高于其它雪被覆盖;而相对于阔叶凋落物酸溶性组分变化量在薄型雪被和无雪被梯度达到最大值,针叶凋落物酸溶性组分在厚型雪被下具有最大的变化量。一个冬季分解结束后,表征6种凋落物酸溶性和酸不溶性组分含量相对比例的LCI指数(Lignocellulose index)总体升高,雪被对LCI指数的影响主要表现在雪被覆盖期和融化期,且方枝柏、岷江冷杉和康定柳凋落物LCI在冬季分解后均在厚型雪被达到最高值。同时统计分析结果表明,物种极显著影响冬季不同阶段凋落物酸溶性和酸不溶性组分的变化。这些结果意味着气候变暖情景下,高山森林冬季雪被和冻融格局的改变将显著影响凋落物分解过程中酸溶性、酸不溶性组分以及LCI指数代表的抵抗性组分结构的变化,且影响趋势受到凋落物质量的调控。

雪被斑块对高山森林凋落叶腐殖化过程中胡敏酸和富里酸累积的影响

高山森林凋落叶腐殖化过程中胡敏酸(Humic acid,HA)、富里酸(Fulvic acid,FA)等腐殖物质的累积是土壤形成和碳吸存的重要途径,并可能受到冬季不同厚度雪被斑块的影响,但一直缺乏必要关注。本文采用凋落物网袋法,于2012/2013年冬季研究了川西高山森林天然形成的不同厚度雪被斑块(厚雪被、中雪被、薄雪被和无雪被)下优势树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、方枝柏(Sabina saltuaria)、四川红杉(Larix mastersiana)、红桦(Betula albo-sinensis)、康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在不同雪被关键期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被融化期)腐殖化过程中胡敏酸和富里酸累积特征。结果表明:经过一个冬季,6种凋落叶胡敏酸碳和富里酸碳含量在各雪被关键期均表现出随雪被厚度减少而增加的趋势,而净累积量表现出在雪被形成期和融化期随雪被厚度减少而增加、在雪被覆盖期随雪被厚度减少而减少的趋势,且均受到凋落叶初始酸不溶性组分含量的影响。同时,不同雪被斑块下6种凋落叶胡敏酸碳均累积且净累积量为四川红杉>康定柳>岷江冷杉>高山杜鹃>红桦>方枝柏,而除红桦外的其他5种凋落叶富里酸碳均出现不同程度的降解且降解量为四川红杉>高山杜鹃>康定柳>方枝柏>岷江冷杉>红桦。这些结果清晰地表明,未来气候变暖情景下冬季雪被的减少可能促进高山森林凋落叶腐殖质累积,但在雪被覆盖不同时期受到雪被斑块特征和凋落叶基质质量的调控。

高山森林林窗对凋落物分解过程中水溶性氮和磷的影响

采用凋落物分解袋法,以川西高山森林典型乔木(四川红杉Larix mastersiana、岷江冷杉Abies faxoniana、红桦Betula albo-sinensis和方枝柏Sabina saltuaria)和灌木(高山杜鹃Rhododendron lapponicum和康定柳Salix paraplesia)凋落物为研究对象,研究林窗中心-林下不同生境(林窗中心、林冠林缘、扩展林缘和林下)在第1年分解的不同关键时期(雪被形成期、雪被覆盖期、雪被融化期和生长季节)凋落物水溶性氮和磷的动态特征。结果表明:经过1年的分解,6树种凋落物水溶性氮含量表现为在冬季降低,但是在生长季节显著增加的变化趋势,而水溶性磷含量总体上呈现降低的变化趋势。相对于林窗中心,雪被形成期凋落物水溶性氮含量在扩展林缘和林下显著增加,但雪被覆盖期水溶性氮和磷含量均在林窗中心达到最大值。尽管凋落物水溶性氮含量在雪被融化期达到整个时期同一林窗生境下的最低值,但凋落物水溶性磷含量从林窗中心到林下逐渐降低。生长季节6树种凋落物水溶性氮含量显著增加,甚至高于初始含量,但水溶性磷含量持续降低,且水溶性氮和磷在林窗中心和林冠林缘含量较大。相关分析表明,高山森林凋落物分解第1年水溶性氮含量与正积温和冻融循环次数均呈显著负相关,而水溶性磷含量与日均温、正积温和负积温均呈显著负相关,与冻融循环次数均呈显著正相关,同时物种显著影响凋落物分解过程中水溶性氮和磷含量。这些结果表明,气候变暖情景下高山森林冬季林内雪被厚度降低,将显著影响雪被形成期和覆盖期凋落物水溶性氮和磷分解,进而影响生长季节凋落物分解。

亚高山森林林窗对凋落物分解过程中半纤维素动态的影响

亚高山森林林窗可能通过改变冬季雪被格局和生长季水热环境影响林窗内凋落物中半纤维素的分解动态,但目前对此还缺乏研究。采用凋落物分解袋法,以亚高山森林5种典型物种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albosinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)、方枝柏(Sabina saltuaria)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落物为研究对象,研究雪被形成期、雪被覆盖期、雪被融化期和生长季节从林窗中心、林冠林窗、扩展林窗到郁闭林下物种凋落物的半纤维素变化特征。经历一年分解后,5种凋落物的半纤维素均呈现净累积现象。针、阔叶凋落物半纤维素分别在雪被覆盖期和融化期表现出相对较高的损失率。在雪被覆盖期和融化期,凋落物半纤维素在林窗中心和林冠林窗具有相对较高的损失率;而在生长季节,林窗中心呈现相对较低的凋落物半纤维素累积率。统计分析结果表明凋落物分解过程中半纤维素损失率与环境因子和凋落物质量因子均显著相关。这些结果表明亚高山森林林窗对凋落物分解过程中半纤维素损失率具有显著影响,分别促进了半纤维素在冬季的损失以及抑制了半纤维素在生长季节的累积,意味着亚高山森林林窗的形成有利于凋落物半纤维素的降解。

雪被斑块对川西亚高山森林凋落物冬季分解过程中钾和钠动态的影响

亚高山森林冬季不同厚度雪被斑块下显著的冻融格局差异可能对凋落物分解过程中钾(K)和钠(Na)的动态具有重要影响,然而已有研究还不足以清晰地认识这一过程。以川西亚高山森林6种代表性树种凋落物为研究对象,采用凋落物网袋法,探讨冬季不同厚度雪被斑块下雪被形成期、覆盖期和融化期凋落物分解过程中K和Na元素释放或富集的特征。整个雪被覆盖时期,6种凋落物分解过程中Na均表现为富集特征,且以覆盖期最为明显;而K表现为释放特征,以雪被融化期释放率最大。相对于其他雪被斑块,厚型和中型雪被斑块下凋落物K释放率相对较高;除康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)外,其他物种凋落物在厚型和中型雪被斑块下Na富集率较高。同时,统计分析结果表明,物种和雪被显著影响冬季不同关键时期凋落物K和Na元素动态。除红桦(Betula albosinensis)和方枝柏(Sabina saltuaria)凋落物外,温度因子与凋落物K和Na动态变化呈显著正相关。这些结果表明气候变暖情景下冬季雪被覆盖的减小将抑制亚高山森林冬季凋落物分解过程中K和Na元素的释放,但是释放程度受凋落物质量和雪被覆盖时期的显著影响。

雪被覆盖对高山森林凋落物分解过程中水溶性和有机溶性组分含量的影响

季节性雪被可能通过冻结、淋溶以及冻融循环等对高山森林凋落物水溶性和有机溶性组分含量产生影响.本文采用凋落物分解袋法,以川西高山森林典型乔木(四川红杉、岷江冷杉、红桦、方枝柏)和灌木(高山杜鹃、康定柳)凋落物为研究对象,研究了雪被覆盖不同时期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被融化期)和雪被厚度(厚型雪被、中型雪被、薄型雪被和无雪被)下凋落物水溶性和有机溶性组分含量的动态变化特征.结果表明:在一个冬季的分解过程中,6种凋落物水溶性组分含量在雪被形成期和融化期降低而雪被覆盖期增加,但除高山杜鹃凋落物有机溶性组分含量在雪被覆盖期增加外,其他5种凋落物有机溶性组分含量在整个冬季呈降低趋势.相对于凋落物有机溶性组分含量,不同厚度雪被斑块对凋落物水溶性组分含量变化的影响更大,且主要表现在雪被形成期和雪被覆盖期.相对于其他雪被斑块,薄型雪被斑块更加显著地促进了高山柳和高山杜鹃凋落物水溶性组分含量降低,但显著抑制了方枝柏凋落物水溶性组分含量降低,而其他凋落物水溶性组分含量变化在不同斑块间无显著差异.冬季高山森林雪被对凋落物水溶性和有机溶性组分含量的影响主要受控于凋落物质量.

雪被斑块对川西亚高山森林6种凋落叶冬季腐殖化的影响

亚高山森林凋落叶腐殖化是联系植物与土壤碳库和养分库的重要通道,在冬季可能受到雪被斑块的影响。该文采用凋落物网袋法,于2012年11月–2013年4月研究了川西亚高山森林不同厚度雪被斑块(厚雪被、中雪被、薄雪被和无雪被)下优势树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、方枝柏(Sabina saltuaria)、四川红杉(Larix mastersiana)、红桦(Betula albo-sinensis)、康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在不同雪被关键期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被融化期)的腐殖化特征。结果表明:亚高山森林冬季不同厚度雪被斑块下6种凋落叶均保持一定程度的腐殖化,其中红桦凋落叶腐殖化度最大,达4.45%–5.67%;岷江冷杉、高山杜鹃、康定柳、四川红杉和方枝柏凋落叶腐殖化度分别为1.91%–2.15%、1.14%–2.03%、1.06%–1.97%、0.01%–1.25%和0.39%–1.21%。凋落叶腐殖质在雪被形成期、融化期和整个冬季累积,且累积量随雪被厚度减小而增加,但在雪被覆盖期降解,且降解量随雪被厚度减小而增大。相关分析结果表明,亚高山森林凋落叶前期腐殖化主要受凋落叶质量影响,且与氮和酸不溶性组分呈极显著正相关,而与碳、磷、水溶性和有机溶性组分呈极显著负相关。表明冬季变暖情景下雪被厚度的减小可能促进亚高山森林凋落叶腐殖化,但凋落叶腐殖化在不同雪被关键期受雪被斑块和凋落叶质量的调控。

雪被斑块对川西高山森林凋落叶N和P释放的影响

采用凋落物网袋法,研究冬季不同关键时期雪被斑块对川西高山森林6种代表性树种凋落物分解过程中N和P释放的影响.结果表明:整个雪被覆盖季节凋落物N表现为富集,P表现为释放,且雪被融化期P释放速率最大.厚型和中型雪被斑块下凋落物P释放速率大于薄型和无雪被斑块,而薄型和无雪被斑块下凋落物的N释放速率明显较高.6种凋落物N释放率和释放速率与日均温呈显著负相关;除岷江冷杉外,其他树种凋落物P释放率和释放速率与日均温表现为正相关.气候变暖情景下冬季雪被覆盖的减小将促进高山森林冬季凋落物分解过程中N释放,抑制P释放.

长江上游高山森林林窗对凋落物分解过程中可溶性碳的影响

采用凋落物分解袋法,以川西高山森林典型乔木(四川红杉Larix mastersiana、岷江冷杉Abies faxoniana、红桦Betula albo-sinensis和方枝柏Sabina saltuaria)和灌木(高山杜鹃Rhododendron lapponicum和康定柳Salix paraplesia)凋落物为研究对象,研究了林窗中心到郁闭林下不同生境(林窗中心、林冠林窗、扩展林窗和郁闭林下)中凋落物第一年分解不同关键时期(雪被形成期、雪被覆盖期、雪被融化期和生长季节)可溶性碳的动态特征。结果表明:6种凋落物可溶性碳和可溶性有机碳在冬季含量增加而在生长季节含量降低,而可溶性无机碳含量在全年呈降低趋势;雪被形成期,6种凋落物可溶性碳和可溶性有机碳在郁闭林下达到最大值,而雪被覆盖期在林窗中心和林冠林窗达到最大值,生长季节6种凋落物可溶性碳含量均低于初始含量。这表明全球气候变暖情景下,冬季林内雪被覆盖时间和厚度降低且生长季节延长将减少凋落物可溶性碳含量,且变化程度受到凋落物质量控制。