亚高山/高山森林土壤有机层氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度特征

为了解季节性冻融作用对川西亚高山/高山地区土壤氨氧化微生物群落的影响,采用qPCR技术,以氨单加氧酶基因的α亚基(amoA)为标记,在生长阶段、冻结阶段、融化阶段中的9个关键时期调查了该地区不同森林群落：岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(PF)、岷江冷杉(A. faxoniana)和红桦(Betula albosinensis)混交林(MF)、岷江冷杉次生林(SF)土壤有机层的氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)丰度的特征。结果表明,三个森林群落土壤有机层中都具有相当数量的氨氧化细菌和古菌,均表现出从生长阶段至冻结阶段显著降低,在冻结阶段最低,但冻结阶段后显著增加,在融化阶段为全年最高的趋势。土壤氨氧化微生物类群结构(AOA/AOB)受负积温影响明显。冻结后期三个森林群落土壤负积温最大时,AOA数量明显高于AOB,但其他关键时期土壤氨氧化微生物类群结构与群落类型密切相关。高海拔的PF群落土壤有机层表现为AOA>AOB(冻结初期除外),低海拔的SF群落中表现为AOB>AOA(冻结后期除外),而MF群落则仅在融冻期和生长季节末期表现为AOB>AOA。这些结果为认识亚高山/高山森林及其相似区域的生态过程提供了一定的科学依据。     

川西亚高山/高山森林土壤氧化还原酶活性及其对季节性冻融的响应

川西亚高山/高山森林土壤通常具有明显的季节性冻融特征。为深入了解川西亚高山/高山森林冬季土壤生态过程,于2008年11月-2009年10月,在土壤初冻期、冻结期和融化期及生长季节,研究了不同海拔(3582 m、3292 m和3023 m)岷江冷杉林的土壤氧化还原酶活性及其对土壤冻融的响应。土壤冻结时间和冻融循环次数随海拔的增加而增加。冻融格局显著影响了土壤氧化还原酶活性,但不同土壤酶在不同海拔表现出明显差异。土壤过氧化物酶和脱氢酶活性受初冻期冻融循环和温度降低影响显著下降,而过氧化氢酶活性明显上升。3种土壤氧化还原酶活性在土壤温度相对稳定的冻结期变化不显著,但在融化期随着土壤温度急剧增加经历一个明显的活性高峰后快速降低,且冻结时间最长和冻融循环次数最多的3582 m变化更为显著。此外,海拔和土层的交互作用显著影响了过氧化物物活性,但对脱氢酶和过氧化氢酶活性不显著。脱氢酶活性与土壤温度极显著相关,但过氧化物酶和过氧化氢酶活性与土壤温度的相关性随海拔差异而不同。这些结果表明川西亚高山/高山森林冬季土壤氧化还原酶仍然具有较高的活性,但受到季节性冻融及其变化的显著影响。     

川西亚高山-高山森林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应

为深入了解川西亚高山-高山森林冬季生态学过程,于2008年11月—2009年10月,在土壤冻结初期、冻结期和融化期及植被生长季节,研究了不同海拔(3582 m、3298 m和3023 m)岷江冷杉林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应。3个海拔森林土壤冬季具有较高养分含量,且随土壤冻融过程不断变化。土壤有机层可溶性碳和氮、铵态氮、硝态氮含量在冻结初期显著增加后快速降低,并随融化过程迅速增加后再次降低,而土壤可溶性碳和氮、硝态氮含量在冻结期变化不明显,铵态氮显著增加。矿质土壤层可溶性碳和氮、铵态氮含量也在冻结初期显著增加后降低,而土壤可溶性氮、铵态氮和硝态氮在冻结期显著增加,并在融化期经历一个明显的含量高峰。海拔和土层的交互作用显著影响土壤可溶性碳和硝态氮含量,土壤养分含量与土壤温度的相关性随海拔差异而不同。这表明季节性冻融期是土壤生态过程的重要时期,土壤冻融格局显著影响川西亚高山-高山森林土壤养分动态。     

冻融末期川西亚高山/高山森林土壤水解酶活性特征

冻融末期是连接冬季与生长季节的关键时期,期间强烈的温度变化可能深刻影响土壤生态过程.为了解冻融末期川西亚高山/高山森林土壤的生化过程,2009年3月5日-4月25日土壤融化期间,研究了该区典型冷杉原始林、针阔混交林和冷杉次生林土壤转化酶、脲酶和磷酸酶(中性、酸性和碱性磷酸酶)活性特征.结果表明:在土壤完全冻结期,3个森林群落各水解酶的活性仍相对较高.在土壤融化前期,随土壤温度升高,除中性磷酸酶外,其他水解酶活性均出现了一个爆发性增高然后迅速降低的过程.随后,除转化酶外,其他水解酶活性均随土壤温度的升高而持续增高.相对于矿质土壤层,冻融末期土壤有机层的水解酶活性更高,对土壤温度变化的响应更加明显.     

火地塘生态定位站不同植物群落与小蠹类群多样性

为探讨不同森林植物群落中植物类群与小蠹类群的结构特征以及小蠹类群随海拔高度而发生的变化,于2001~2003年夏季,采用取样调查法,依据海拔高度将秦岭火地塘生态定位站植物群落划分为山麓农田和侧柏群落(群落Ⅰ)、油松-华山松-锐齿栎群落(群落Ⅱ)、油松-华山松-栓皮栎群落(群落Ⅲ)、油松-华山松-辽东栎群落(群落Ⅳ),亚高山云杉林群落(群落Ⅴ),亚高山冷杉林群落(群落Ⅵ)6种类型的植物群落中,分乔木层、灌木层、草本层3个层次,分别计算出高等森林植物群落和针叶树小蠹类群的Shannon-W iener多样性指数、B erger-Parker生态优势度和P ie lou均匀度指数。结果表明,在山麓灌丛群落至针阔混交林群落之间,森林植物物种多样性指数、群落均匀度指数和物种丰富度呈递增趋势;在针阔混交林群落与亚高山云杉林群落、亚高山冷杉林群落之间,物种多样性指数、群落均匀度指数和物种丰富度呈下降趋势。从总体看,阔叶林中森林植被的多样性程度高于亚高山云杉林和冷杉林。群落优势度指数的变化规律则与之相反。不同森林群落类型中针叶树小蠹类群的多样性、均匀度和优势度研究结果表明,针叶树小蠹物种多样性指数和均匀度由高到低的排列顺序依次为:油松-华山松-栓皮栎群落、油松-华山松-锐齿栎群落、油松-华山松-辽东栎群落、亚高山云杉林群落、亚高山冷杉林群落、山麓农田侧柏群落;针叶树小蠹群落优势度的变化趋势与之相反。6种类型的植物群落中,共获得针叶树小蠹21种。讨论了小蠹这一昆虫类群对森林植物群落的指示意义、海拔高度对森林植物和小蠹组成及分布的主要影响、研究森林生态系统各部分组成及相互关系的必要性以及进一步深入研究森林群落物种多样性需要注意的问题。     

季节性冻融期间川西亚高山/高山森林土壤净氮矿化特征

气候变暖情景下季节性冻融格局的改变可能显著影响高寒森林土壤氮素矿化过程.本文采用原状土壤移位培养的方法,以海拔梯度形成的温度差异模拟气候变暖,研究了川西亚高山/高山森林在生长季节和季节性冻融期间土壤的净氮矿化量和净氮矿化速率.结果表明： 在川西亚高山/高山森林,土壤铵态氮和硝态氮含量均表现为从生长季节至冻结初期明显下降,完全冻结期明显增加,而在融化初期明显降低的变化过程.季节性冻融期土壤的净氮矿化量和净氮矿化速率显著低于生长季节,并且出现明显的氮素固持现象.与低海拔相比,中海拔森林土壤的氮素固持作用相对较大,高海拔相对较小,可能与不同海拔梯度土壤温度变化及引起的冻融循环密切相关.在生长季节,土壤净氮矿化量和矿化速率均随海拔的降低呈明显增加趋势,尤其在低海拔处土壤的氮素矿化作用最为强烈.在气候变暖背景下,温度的增加明显促进了生长季节土壤氮素矿化,并且通过提高冻融循环频次、缩短冻结时间来影响土壤氮素矿化速率.这一过程可能受到微环境的影响.     

环境选择和扩散限制驱动温带森林土壤细菌群落的构建

环境选择和扩散限制是生态系统中生物群落构建的两个基本过程,而两者相对作用的大小因研究尺度、群落属性和类型等有所不同.目前对温带亚高山森林土壤微生物群落构建的驱动因子和机制尚缺乏了解.本文利用PCR-DGGE技术研究庞泉沟自然保护区内5种典型森林包括华北落叶松林、青杄林、白杄林、油松林以及桦树林的6个森林土壤细菌群落(Lp MC1、Lp MC2、Pw MC、Pm MC、Pt MC、BMC)的结构特征及其影响因素,分析细菌群落结构与环境因子的相关性,以及土壤因子、植被和空间因素对细菌群落结构的影响.结果表明:研究区各样地土壤细菌群落的结构和生物多样性具有显著差异,低海拔落叶松和油松土壤细菌群落多样性较高(20条带),白杄林土壤细菌群落(13条带)多样性最低,高海拔落叶松土壤细菌群落多样性最高;土壤环境因子,如pH、土壤含水量、总碳、总氮、土壤有机质、速效磷以及土壤酶活性与土壤细菌群落多样性和结构显著相关;样地土壤细菌群落的beta多样性与群落的空间距离呈显著相关,表明扩散限制对群落结构具有一定的影响;方差分解分析结果显示,6个样地细菌群落结构的驱动因素大小依次为土壤因子(0.27)、空间因素(0.19)和植被(0.15);将区域土壤微生物作为"源群落",微宇宙试验结果显示,土壤因子是细菌群落结构形成的主要驱动力(0.35),同时源群落丰富的物种多样性对微宇宙土壤细菌群落结构具有显著影响.总之,在局域尺度下,环境选择对温带森林土壤细菌群落结构动态和多样性发挥主导作用,地理距离对群落结构具有显著影响,即确定性过程和随机过程共同决定局域森林土壤细菌群落结构,前者占主导地位.对于土壤细菌群落而言,扩散群落的组成和结构受到源群落的多样性特征和环境因子的双重影响.     

季节性冻融期间亚高山森林凋落物的质量变化

凋落物质量是影响凋落物分解的重要生物因子,其在季节性冻融期间的变化可能对亚高山森林生态系统过程产生显著的影响。因此,采用凋落物分解袋法,研究了岷江冷杉(Abies faxoniana)和白桦(Betula platyphylla)凋落物质量在一个季节性冻融期间(2006年10月至2007年4月)的变化。季节性冻融期间,岷江冷杉和白桦凋落物的木质素(L)和纤维素的降解率为全年降解的70%-75%,岷江冷杉和白桦凋落物的C/N、L/N和纤维素/N均显著增加,而纤维素/P均有所降低。岷江冷杉凋落物的C/P和L/P有所增加,但白桦凋落物的C/P和L/P有所降低。可见,季节性冻融期间,亚高山森林凋落物的质量发生了较为显著的变化,其显著影响了亚高山凋落物分解过程。     

川西亚高山季节性冻土期针叶林主要树种叶片和细根的生态生理特征

川西亚高山森林存在明显的季节性冻土现象, 该地区的土壤经历着初冬冻融、深冬冻结、早春冻融等过程, 同时,该区域冬季受气候变化的影响强烈。为了全面地认识亚高山森林的生态过程, 该研究以川西亚高山针叶林两种主要树种——岷江冷杉(Abies fargesii var. faxoniana)和云杉(Picea asperata)为材料, 研究其叶片及细根内丙二醛含量、渗透调节物质的含量、组织含水量、过氧化物酶活性以及硝酸还原酶活性在季节性冻土期的变化, 同时还比较了冻土期和冻融期细根的比根长, 比表面积, 直径以及组织密度的变化。研究结果显示: 在季节性冻土期, 土壤温度昼夜波动幅度小于空气温度波动幅度, 细根却表现出更强的过氧化物酶活性以及更高的渗透调节物质含量, 说明细根较叶片对季节性冻土更为敏感。与冻结期相比, 冻融期土壤温度、空气温度以及空气相对湿度昼夜波动幅度增加, 促使云杉叶片可溶性糖含量以及两针叶树种叶片内过氧化物酶活性、脯氨酸含量显著增加, 而细根的组织含水量显著降低, 脯氨酸、可溶性蛋白质及可溶性糖含量均显著增加, 表明冻融期对两针叶树种的影响较冻结期更为强烈。岷江冷杉和云杉的过氧化物酶活性及渗透调节物质含量具有相同的变化趋势, 但叶片和细根的膜脂过氧化程度及酶活性变化并不一致, 就岷江冷杉而言, 细根的丙二醛含量显著增加, 而叶片、细根的硝酸还原酶活性均显著降低, 云杉仅叶片的丙二醛含量发生变化, 且显著降低, 说明云杉更能忍耐冻融循环造成的胁迫。研究还发现细根形态在季节性冻土期无显著变化。     

川西亚高山森林林窗不同时期土壤转化酶和脲酶活性的特征

为了解川西亚高山森林林窗对不同时期土壤生态过程的影响,于2012年6月—2013年5月期间,根据温度动态过程,对比研究了生长季节(土壤完全融化期、生长季节前期和生长季节后期)与非生长季节(冻结初期、深冻期和融化期)川西亚高山粗枝云杉(Picea asperata)人工林林窗中心、林缘和林下土壤有机层和矿质土壤层转化酶和脲酶活性变化过程。结果表明:林窗不同区域中,土壤有机层转化酶活性均高于矿质土壤层;在生长季节,土壤有机层和矿质土转化酶活性表现为:林窗中心林下林缘,而脲酶活性表现为:林窗中心林缘林下。冻结初期和深冻期林窗中心土壤转化酶活性均高于林缘和林下,而在融化期林下转化酶活性高于林窗中心和林缘;冻结初期和融化期林下土壤脲酶活性显著高于林窗中心和林缘,而在深冻期林窗不同区域土壤脲酶活性没有显著差异。林窗不同区域在不同时期对土壤转化酶和脲酶活性的响应有着深刻影响。     

Characteristics of soil animal community in the subalpine/alpine forests of western Sichuan during onset of freezing

Seasonal freeze–thaw cycle is a common phenomenon in the subalpine/alpine forest region, and may have a significant influence on the structure and function of soil animal community. To understand the characteristics and dynamics of soil animal community as well as its response to repeated freeze–thaw events in this region during onset of freezing, a field experiment was conducted to investigate the composition, abundance, and diversity of soil fauna in primary fir (Abies faxoniana) forest, fir and birch (Betula albosinensis) mixed forest and secondary fir (A. faxoniana) forest, which were three representative forests in the subalpine and alpine forest region in western Sichuan. Soil samples were collected from November 3 to November 27, 2008, which was defined as onset of freezing based on the simultaneous monitoring of soil temperature. Soil macrofauna were picked up by hand in the fields. Mesofauna were separated and collected from the soil samples by Baermann and Tullgren methods, respectively. By preliminary identification, 40,942 individuals were collected, which belonged to 7 phyla, 15 classes and 25 orders in the three sampling forests. 16,557, 14,669 and 9716 individuals were found in primary forest, mixed forest and secondary forest, respectively. In comparison with the mineral soil layer, the soil organic layer had higher density and groups of soil fauna. Furthermore, following the repeated freeze–thaw events, density and groups of soil fauna experienced a distinct decrease in both soil organic layer and mineral soil layer, and this trend in soil organic layer was more significant in the primary forest, owing to higher intense and more frequent freeze–thaw cycles in soil organic layer of the primary forest. The results revealed that soil animals were sensitive bio-indicators to environmental changes, such as repeated freeze–thaw events and dry–wet cycle. Meanwhile, the results also implied that the dynamics of the structure and function of soil animal community during the onset of freezing was of ecological significance to understand the wintertime ecological process in soils.     

川西亚高山/高山森林大型土壤动物群落多样性及其对季节性冻融的响应

为了解季节性冻融及其变化对土壤动物群落特征的影响,于2008年11月-2009年10月的冬季(土壤冻融期、冻结期和融化期)及植被生长季节,研究了不同岷江冷杉(Abies faxoniana)林的大型土壤动物群落特征。共采集大型土壤动物10,763只,隶属于91科。冬季与生长季节土壤动物群落结构存在显著差异:冬季以长角毛蚊科幼虫和尖眼蕈蚊科幼虫为优势类群,大蚊科幼虫、苔甲科和蠓科幼虫等为常见类群;而生长季节以蚁科、隐翅甲科、长角毛蚊科幼虫和异蛩目为优势类群,原铗叭科、蝇科幼虫和石蜈蚣目等为常见类群。土壤动物群落个体密度、类群数量和多样性指数(H’)随冻融格局变化表现出先降低后升高的趋势,在土壤融化期达到了一个明显高峰值。冬季土壤动物以腐食性类群为主,捕食性和植食性功能类群在融化末期(4月25日)和生长季节初期(5月25日)显著增加。研究结果表明冻融循环和冻结作用显著影响土壤动物群落结构,季节转换过程中土壤动物群落的变化可能对深入认识冬季和生长季节生态过程的相互关系具有重要意义。     

不同施水量对云杉幼苗生长和生理生态特征的影响

在中国科学院成都生物研究所茂县生态站,参照云杉分布区的年降水量,设置4种水分处理梯度(分别模拟年降水量为350mm、700mm、1000mm和1350mm),研究云杉幼苗的生长和生理特征差异。经过4a的研究,结果表明,不同施水量显著影响了云杉幼苗的株高、基径、生物量积累(叶重、茎重和根重)、主根长度、第一级侧根数量、气体交换、叶绿素含量、脯氨酸以及丙二醛含量。700mm施水量的云杉幼苗的以上参数显著高于其他3个施水量(350mm、1000mm和1350mm)的幼苗。干旱胁迫下,云杉幼苗净光合速率和蒸腾速率显著降低,抑制了云杉幼苗生物量积累;过量施水则降低了云杉幼苗的根生长。云杉幼苗通过调节水分利用效率来适应不同的水分条件,当受到干旱胁迫时,通过提高水分利用效率来提供生长所需要的水分;然而当水分充足的时候,水分利用效率又降低。此外,水分不足和过量均导致针叶叶绿素含量降低,同时引起丙二醛含量的增加,表明云杉幼苗不适宜在土壤过于干旱和湿润的条件下生长。     

雪被斑块对川西亚高山两个森林群落冬季土壤氮转化的影响

为了解气候变暖情景下雪况变化对高寒森林冬季土壤氮转化的影响,测定了川西亚高山冷杉(Abies faxoniana)+红桦(Betula albo-sinensis)混交林(MF)和冷杉次生林(SF)三类雪被斑块(浅雪被、中厚度雪被和厚雪被)内冬季土壤氮矿化特征。结果表明:经过一个冬季(2011-2012),两个森林群落土壤净氮氨化量都为负值,净氮硝化量都为正值,且净氮硝化量显著高于净氮氨化量;冬季土壤氮氨化、硝化、矿化和固持量都是中度雪被厚度最高,但各雪被斑块之间都未达到显著水平。各雪被斑块下,冷杉次生林土壤氮矿化参数都显著高于针阔混交林,但雪被斑块和林型交互作用对冬季土壤氮矿化无显著影响。这表明,该区冬季土壤氮矿化以硝化过程为主,硝化和氨化过程可能受不同微生物群落调控;短时期内,未来气候变化所导致的雪被减少对该区森林冬季土壤氮转化影响可能不明显。     

土壤动物对川西亚高山和高山森林凋落叶第一年不同分解时期N和P元素动态的影响

土壤动物对高寒森林凋落物养分元素动态具有重要影响, 但这种影响受控于凋落物质量及环境条件。为了解土壤动物对高寒森林凋落物不同分解时期凋落物中N和P元素动态的影响, 采用凋落物分解袋的方法, 于凋落物第一年分解的不同时期, 即冻结前期、冻结期、融化期、生长季节初期、生长季节中期和生长季节末期, 研究了3.00和0.04 mm孔径凋落物袋中川西亚高山和高山森林的代表性植物——康定柳(Salix paraplesia)、方枝柏(Sabina saltuaria)、红桦(Betula albosinensis)和岷江冷杉(Abies fargesii var. faxoniana)凋落物中的N和P元素动态特征。结果表明: 康定柳和红桦凋落物中的N元素呈现出释放—富集—释放的模式, 方枝柏、岷江冷杉凋落物中的N元素则表现为释放—富集模式; 凋落物P元素总体表现为释放模式, 但4种植物凋落物均在生长季节中期具有明显的富集过程; 从凋落物分解的第一年来看, 土壤动物明显促进了4种植物凋落物N的释放, 而抑制了P的释放; 不同时期土壤动物对凋落物中N和P释放量的影响存在显著差异, 且分别与正积温呈极显著正相关和极显著负相关关系; 相对于阔叶植物凋落物, 土壤动物对针叶植物凋落物中N和P元素动态的影响更为显著。这些结果为深入了解高寒森林生态系统土壤动物与凋落物分解等物质循环过程的相互联系具有重要意义。     

川西亚高山/高山森林土壤线虫多样性

为了解青藏高原东缘亚高山/高山森林土壤线虫多样性,于2015年7月以该地区岷江冷杉原始林、混交林和次生林为研究对象,采用淘洗-过筛-蔗糖离心的方法分离土壤线虫,研究了3个海拔森林土壤线虫群落的组成与结构特征.结果表明: 共捕获线虫37950条,隶属于20科27属,平均为4217 条·100 g^-1干土,原始林以丝尾垫刃属为优势属,混交林和次生林以丝尾垫刃属和拟盘旋属为优势属,且优势属个体数量受林型的影响显著.原始林和次生林的优势营养类群为食真菌线虫,混交林则为食细菌线虫.土壤线虫c-p (colonizer-persister)类群c-p 1、c-p 2、 c-p 3和c-p 4数量分别占总数的6.1%、51.1%、30.0%和12.7%.3个海拔森林土壤线虫的自由生活线虫成熟度指数(MI)、总成熟度指数(∑MI)和植物寄生线虫成熟度指数(PPI)随海拔增加而逐渐降低.土壤线虫通路指数(NCR)在混交林高于0.5,在原始林和次生林低于0.5.林型显著影响了土壤线虫成熟度和NCR指数,但林型、土层及二者的交互作用对多样性指数影响不显著.川西亚高山/高山不同森林土壤线虫的组成、营养结构和能流通道存在明显差异,为深入理解土壤线虫在该区森林土壤生态过程中的作用提供了参考.