温度对川西亚高山3种森林土壤氮矿化的影响

川西亚高山森林群落土壤氮循环对全球气候变化非常敏感。采用室内培养法,研究川西3个森林群落(天然针叶林、云杉人工林和桦木次生林)土壤有机层和矿质土壤层无机氮含量在两个培养温度(20℃和10℃)下4周内动态变化。结果表明:培养4周后,在20℃培养条件下天然针叶林、云杉人工林和桦木次生林硝态氮含量比在10℃培养条件下分别高出104.32%、52.11%和25.57%;而铵态氮含量仅高出10.18%、24.06%和44.82%。有机层土壤氨化速率、硝化速率和净氮矿化速率大多表现为20℃显著高于10℃;相反,温度对矿质土壤层氮转化速率影响大多不显著。此外,天然林土壤净氨化速率、硝化速率和净氮矿化速率均高于桦木次生林和云杉人工林。实验期间,3个森林群落土壤净硝化速率20℃比10℃高79.03%—128.89%,而净氨化速率仅高37.81%—63.33%。综上所述,温度变化对川西亚高山森林土壤氮矿化具有显著影响,而温度效应因森林类型、土壤层次和氮形态而不同。与矿质土壤层相比,土壤有机层氮矿化对温度变化更为敏感。

川西亚高山3种典型森林土壤碳矿化特征

为了解森林转化对土壤碳矿化过程的影响,采用室内培养法对川西亚高山3种典型森林(天然林、桦木次生林和云杉人工林)土壤碳矿化过程进行219 d的动态监测.结果表明,3种森林土壤碳矿化速率随培养时间增加而下降,矿化积累量随时间增加而增加,土壤有机层碳矿化速率和积累量均显著高于对应矿质土壤层;在土壤有机层,天然林和桦木次生林土壤碳矿化速率和积累量均显著高于云杉人工林,而在矿质土壤层3种森林无显著差异.培养结束时,3种森林有机层矿化积累量占总有机碳比值分别为11%、8%和11%,矿质土壤层分别为4%、6%和4%.森林群落、土壤层次和培养时间及三者交互作用对土壤碳矿化和积累量均有显著影响.土壤生物化学特性与土壤碳矿化率和积累量显著相关.单指数模型能很好地拟合土壤碳矿化特征.综上所述,森林转化对川西亚高山土壤碳矿化影响显著,主要表现在土壤有机层.

川西亚高山3种典型森林土壤氮矿化特征

采用室内培养法对川西亚高山3个典型森林群落(天然林、云杉人工林和桦木次生林)有机层和矿质层土壤铵态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)积累量及净氮矿化速率进行测定.结果表明:培养4周后,天然林、云杉人工林和桦木次生林土壤有机层铵态氮含量分别增加356.85%、258.33%和176.81%,硝态氮含量分别增加872.92%、326.25%和120.32%,净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率总体表现为天然林>桦木次生林>云杉人工林.方差分析表明,森林类型和土壤层次及其交互作用对土壤无机氮积累量和矿化速率均有显著影响.土壤净氮矿化速率和土壤初始化学性质之间存在显著相关关系.综上所述,森林转化显著影响川西亚高山森林土壤氮矿化潜力,主要体现在土壤有机层;川西亚高山土壤净氮矿化速率在很大程度上受控于底物数量和质量.

川西亚高山森林两种优势树种不同径级根系腐殖化特征

亚高山森林根系腐殖化是地下土壤形成和碳吸存的重要途径之一,并可能受到根系直径和物种类型的影响.对川西亚高山两个优势林木粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)细根(直径≤2 mm)、中根(直径2-5 mm)和粗根(直径5-10 mm)的腐殖化特征进行分析.结果表明:粗枝云杉和岷江冷杉腐殖质碳、富里酸碳、胡敏酸碳含量受根系径级的显著影响,并随根系径级增大而减少.表征腐殖化度的两个指标(Δlog K和E4/E6)在两个林木之间差异显著,粗枝云杉腐殖化程度高于岷江冷杉.单因素方差分析表明粗枝云杉和岷江冷杉腐殖化度受根系径级显著影响,随径级的增大呈减小趋势.两种林木细根、中根和粗根的腐殖化度分别为40.13%-41.66%、36.13%-38.86%、27.19%-27.51%.综上所述,川西亚高山森林林木细根更有利于腐殖化.

川西亚高山3种森林土壤碳氮磷及微生物生物量特征

以空间代替时间的方法,对川西亚高山天然针叶林、桦木次生林、人工云杉林有机层和矿质层土壤碳、氮、磷化学计量以及土壤微生物生物量和呼吸进行比较分析.结果表明,天然针叶林转化为次生林和人工林,土壤有机层碳、氮、磷,微生物生物量碳、氮含量及微生物呼吸均显著下降,其中微生物生物量碳依次为天然林(727.98 mg/kg)>次生林(554.56 mg/kg)>人工林(239.83 mg/kg),微生物生物量氮为天然林(72.56 mg/kg)>次生林(50.42 mg/kg)>人工林(20.78 mg/kg),而矿质层各测定变量在3个森林群落之间差异基本不显著.各森林群落有机层土壤碳、氮、磷,微生物生物量及呼吸均显著高于矿质层,而碳氮比和微生物生物量碳氮比在土壤层次之间差异不大.相关分析表明,土壤碳、氮、磷及化学计量比及微生物变量之间存在显著相关关系.综上所述,森林转换显著影响川西亚高山土壤碳、氮、磷化学计量及微生物生物量,且影响主要体现在土壤有机层.

林窗对川西亚高山云杉人工林土壤呼吸的影响

为了解林窗对川西亚高山粗枝云杉(Picea asperata)人工林土壤呼吸的影响,采用CO2通量全自动监测系统对川西亚高山粗枝云杉人工林林窗和林内土壤呼吸及土壤温度、水分进行为期两年的连续观测,比较分析林窗和林内环境因子和土壤呼吸速率的变化.结果表明:川西亚高山粗枝云杉人工林林窗和林内的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率均具有显著的季节动态.在生长季节(4-10月),林窗效应使土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率较林内分别增加了48.8%、19.3%和18.6%;而冬季(11月-翌年3月)两种环境之间并无显著差异.林窗和林内土壤呼吸速率和土壤温度均呈显著指数相关(P<0.01),与土壤水分呈显著线性相关(P<0.05).林窗和林内的土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))分别为2.46和3.01.综上所述,林窗效应对川西亚高山森林土壤呼吸具有显著刺激作用,且有明显的季节动态特征.(图3表1参33)

川西亚高山云杉林冬季土壤呼吸对雪被去除的短期响应

季节性雪被是高寒森林冬季土壤呼吸的重要调控因子,气候变化导致的季节性雪被减少可能对高寒森林冬季土壤呼吸产生显著影响。该研究采用人工去除雪被的方法,研究雪被去除对川西亚高山云杉(Picea asperata)人工林冬季土壤呼吸的影响。结果表明:与对照相比,雪被去除加大了土壤温度波动,使冬季土壤表层和5 cm平均温度分别降低了1.12和0.34℃,冻融循环次数分别增加了39和12次;冬季平均土壤呼吸速率和土壤碳排放通量分别为0.52μmol·m^(–2)·s^(–1)和88.44 g·m^(–2),雪被去除使冬季平均土壤呼吸速率和碳排放通量分别降低了21.02%和25.99%,雪被效应主要发生在雪被初期;冬季土壤呼吸与土壤温度存在显著的指数关系,雪被去除显著降低了冬季土壤呼吸温度敏感性。未来气候变化所引发的季节性雪被减少可能会降低川西亚高山森林冬季土壤碳排放,从而对亚高山森林土壤碳动态产生深远影响。

雪被去除对川西亚高山云杉林土壤活性氮的影响

气候变化引发的季节性雪被改变可能对高寒森林土壤氮循环产生深刻影响.以遮雪棚去除雪被,研究了雪被去除样方和对照样方在不同关键时期(雪被初期、深雪被期和雪被融化期)土壤氮库和矿化速率的变化.结果表明:季节性雪被对土壤具有良好的保温作用,雪被去除使得5 cm深度土壤平均温度和最低温度分别降低0.33和1.17℃,并明显增加了土壤冻结深度和冻融循环.土壤活性氮在不同雪被时期存在显著差异.雪被去除使得冬季土壤铵态氮、硝态氮和可溶性有机氮增加38.6%、23.5%和57.3%.此外,雪被去除也促进了融化期土壤硝化和矿化速率的增加.因此,未来气候变暖引起的雪被减少可能加快川西亚高山森林冬季土壤氮循环.

川西亚高山两种树木不同径级根系腐殖化过程中胡敏酸和富里酸的累积特征

根系腐殖化过程中腐殖质的累积是土壤有机质形成和碳吸存的一个重要途径。该文采用凋落物袋法,研究了川西亚高山粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)两种优势林木3个径级根系(0–2、2–5和5–10 mm)在冬季和生长季胡敏酸和富里酸累积特征。结果表明:经过两年的腐殖化,粗枝云杉和岷江冷杉根系胡敏酸和富里酸含量受径级显著影响,并随径级增大而降低。不同径级间富里酸净累积量差异显著,而胡敏酸净累积量差异不显著;两个树种间胡敏酸和富里酸含量和净累积量差异不显著。胡敏酸在冬季降解而在生长季节累积,其中粗枝云杉0–2、2–5和5–10 mm根系净累积量分别为8.0、10.8和7.6 g·kg^(–1),岷江冷杉分别为15.2、8.0和7.8 g·kg^(–1)。富里酸总体表现为降解,其中粗枝云杉0–2、2–5和5–10 mm根系降解量为178.0、166.0和118.0 g·kg^(–1),岷江冷杉分别为170.0、160.0和128.0 g·kg^(–1)。根系径级对亚高山森林植物根系腐殖质累积有显著影响,而径级影响与分解时期有一定关联。

季节性雪被对川西亚高山针叶林土壤温度的影响

季节性雪被对冬季寒冷区域土壤有潜在保温作用.采用人工遮雪法研究季节性雪被对川西亚高山针叶林土壤温度的影响.结果表明:川西亚高山冬季雪被具有明显的动态变化特征;雪被能有效减少土壤与空气之间的热量交换,使冬季土壤温度保持稳定.雪被去除使得0、5、10和20 cm土壤日均温度分别降低1.12、0.83、0.33和0.16℃,最低温度分别降低7.33、2.10、1.17和0.75℃.冬季土壤冻结状况与雪被条件密切相关,雪被去除使得0、5、10和20 cm土壤冻结时间分别缩短19、16、11和2 d,而冻融循环则分别增加39、12、6和1次.综上所述,川西亚高山季节性雪被对冬季土壤具有一定的保温作用,雪被效应随土壤深度增加而降低;因此未来气候变化引发的川西地区季节性雪被时空格局变化,可能对区域冬季和生长季土壤水热动态产生深刻影响.

川西亚高山3种优势林木不同径级根系分解及木质素、纤维素降解特征

采用尼龙网袋法研究川西亚高山3种优势林木(岷江冷杉、粗枝云杉和红桦)不同径级(≤2 mm,2-5 mm,≥5mm)的根系在生长季和非生长季的质量损失及木质素和纤维素降解特征.结果显示,红桦根系的质量损失率往往高于岷江冷杉和粗枝云杉;根系质量损失率随径级增加而下降;非生长季的质量损失率占全年质量损失率的52%-65%;方差分析表明,木质素降解在树种之间有显著差异(P<0.05),而径级影响不显著(P>0.05),但二者交互作用有显著影响(P<0.05);3个树种木质素总体表现为非生长季降解生长季累积,且红桦降解或累积程度均显著高于岷江冷杉和粗枝云杉.树种、径级及其交互作用对纤维素降解均产生显著影响(P<0.05).除了红桦根系以外,岷江冷杉和粗枝云杉纤维素降解没有明显的季节特征.综上所述,川西亚高山森林根系分解及木质素和纤维素降解在物种之间有所不同,而根系径级效应与物种及季节有一定关联.

川西亚高山3个优势树种细根形态特征

林木细根(直径<2 mm)拥有庞大而复杂的分枝系统,在森林生态系统养分循环过程中发挥重要作用,因此研究不同树种细根构型形态对树种地下生态位分离、共存和森林生态系统功能过程具有重要意义.选取川西亚高山3个优势树种——岷江冷杉(Abies faxoniana)、粗枝云杉(Picea asperate)和红桦(Butula albosinensis),采用挖掘法采集完整的细根根系,依据根序分级方法,测定细根形态参数(直径、根长、比根长和比表面积).结果表明:细根形态在不同根序间差异显著,3个树种细根直径、根长随根序的升高而升高,比根长和比表面积随序级的升高而降低.不同树种间细根形态也表现出极显著差异,岷江冷杉、粗枝云杉和红桦细直径变化范围分别为0.31-0.85 mm、0.29-0.65 mm和0.23-0.55 mm,两个针叶树种(岷江冷杉和粗枝云杉)直径与根长均大于红桦.红桦的比根长和比表面积则高于两个针叶树种.综上所述,低级别根吸收能力更强而构建消耗更低;红桦比岷江冷杉和粗枝云杉根系吸收能力更强.