高山森林凋落物分解过程中的微生物生物量动态

凋落物分解过程中的微生物生物量动态对于深入了解森林凋落物分解机理具有重要意义。为了解高山森林典型树种凋落物分解过程中的微生物生物量特征,采用凋落物分解袋法,研究了土壤冻结期(3月)、融冻期(4月-5月)、生长季节(5-10月)和冻结初期(11月)红桦(Betula albosinensi)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和粗枝云杉(Picea asperata)凋落物分解过程的微生物生物量C(MBC)、微生物生物量N(MBN)和微生物生物量P(MBP)动态。四个关键时期,凋落物的MBC、MBN以生长季节最高,但非生长季节的三个关键时期也检测出较高的MBC、MBN。在融冻期结束后,三类凋落物分解过程中MBC和MBN均出现爆发性增长。然而,MBP在生长季节中期(8月)、完全冻结期(3月)和冻结初期(11月)均相对较低,但在融冻期和生长季节后期(9月)相对较高。另外,红桦凋落物的MBC、MBN和MBP含量均高于岷江冷杉和粗枝云杉凋落物(除4月粗枝云杉凋落物MBP异常升高外)。这些结果为更加清晰地认识高寒森林凋落物分解过程及机理,以及进一步理解陆地生态系统结构和功能提供了一定基础数据。     

青海云杉林凋落物分解早期微生物生物量时空动态变化

凋落物分解过程中的微生物生物量动态对于深入了解森林生态系统凋落物分解机理具有重要意义。为了解高寒山地森林典型树种凋落物分解过程中的微生物生物量动态特征，采用凋落物袋野外原位分解法，研究了海拔2850 m、2950 m、3050 m、3150 m和3250 m树冠中心(CC)与树冠边缘(CE)青海云杉(Picea crassifolia)叶凋落物分解过程中凋落物和土壤中的微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)时空动态变化。时间尺度上，不同海拔CC与CE凋落物中的MBC、MBN和MBP在生长季节初期上升，生长季节后期下降；但土壤中的MBC、MBN和MBP却在生长季节初期下降，生长季节后期上升。然而，3050 m海拔CE和3250 m海拔土壤中的MBP含量呈“先下降-后上升-再下降”的倒“N”型变化格局。空间尺度上，凋落物中的MBC和MBN含量高于土壤中的，但MBP出现相反情况；CE处的MBC、MBN和MBP含量均显著(P<0.05)高于CC;总体而言，MBC、MBN和MBP含量以中海拔显著最高(P<0.05),其次为低海拔，高海拔显著最低(...     

川西亚高山3个优势树种不同径级根系分解特征

采用埋袋法对川西亚高山3个优势树种(岷江冷杉、粗枝云杉和红桦)细根(≤2 mm)、中根(2～5 mm)和粗根(≥5 mm)质量损失率及碳(C)、氮(N)、磷(P)在经历生长季和非生长季之后释放特征进行研究.结果表明： 红桦质量残留率低于岷江冷杉和粗枝云杉.同一树种,质量残留率总体上随根系径级增加而增加.非生长季的质量损失率占全年质量损失率的52.1%～64.4%.红桦C释放率最高,岷江冷杉最低,且随根系直径的增粗,C释放率降低.岷江冷杉和粗枝云杉N释放模式为非生长季富集、生长季释放,而红桦反之.富集期间,径级越大,富集量越多.3个树种各径级根系P动态在非生长季和生长季皆表现为富集-释放模式,且岷江冷杉P富集程度显著高于粗枝云杉和红桦,但各径级之间差异总体不显著.根系径级对川西亚高山森林根系分解具有显著影响,而径级影响与树种和分解时期有一定关系.     

土壤动物对川西高山/亚高山森林凋落物分解的贡献

采用凋落物分解袋法,研究了土壤动物对川西高山/亚高山森林代表性植物康定柳、方枝柏、红桦和岷江冷杉凋落物在分解第一年(2011年11月-2012年10月)不同关键时期质量损失的贡献.结果表明: 在凋落物第一年的分解过程中, 不同物种凋落物的分解速率大小依次为康定柳＞红桦＞岷江冷杉＞方枝柏,且均为生长季节大于冻融季节.土壤动物对凋落物分解的贡献率(P_fau)为方枝柏(26.7%)＞岷江冷杉(18.8%)＞红桦(15.7%)＞康定柳(13.2%),其中康定柳和方枝柏的P_fau在生长季节大于冻融季节,而红桦和岷江冷杉的P_fau为冻融季节大于生长季节.冻融季节土壤动物的作用与凋落物初始C、P和N/P显著相关,而生长季节则与N、C/N、木质素、木质素/纤维素显著相关.     

川西亚高山不同森林类型土壤呼吸和总硝化速率的季节动态

川西亚高山原始林及其采伐后通过不同恢复措施形成的不同类型森林土壤呼吸和总硝化速率的对比分析及其耦合关系的研究相对匮乏。采用气压过程分离系统(BaPS)技术研究了川西亚高山岷江冷杉原始林及其砍伐后恢复的粗枝云杉阔叶林、红桦-岷江冷杉天然次生林和粗枝云杉人工林土壤呼吸和总硝化速率的季节动态及其影响因素。结果表明:生长季内平均土壤呼吸速率和总硝化速率分别以粗枝云杉阔叶林和粗枝云杉人工林较高,均以岷江冷杉原始林较低。土壤呼吸和总硝化速率在生长季内具有明显的季节动态,呈以7月份最高的单峰趋势。土壤呼吸和总硝化速率与土壤温度显著相关,而与土壤水分相关性不显著,表明土壤温度是调控呼吸和总硝化作用季节动态的主要因子。土壤呼吸的温度敏感性(Q10)介于2.59—4.71,以岷江冷杉原始林最高,表明高海拔的岷江冷杉原始林可能更易受到气候变化的影响。林型间土壤呼吸和总硝化速率主要受凋落物量、pH和有机质的影响。不同林型间土壤呼吸和总硝化速率显著正相关,表明土壤呼吸和总硝化速率存在耦合关系。     

川西亚高山不同森林类型土壤呼吸和总硝化速率的季节动态

川西亚高山原始林及其采伐后通过不同恢复措施形成的不同类型森林土壤呼吸和总硝化速率的对比分析及其耦合关系的研究相对匮乏。采用气压过程分离系统(Ba PS)技术研究了川西亚高山岷江冷杉原始林及其砍伐后恢复的粗枝云杉阔叶林、红桦-岷江冷杉天然次生林和粗枝云杉人工林土壤呼吸和总硝化速率的季节动态及其影响因素。结果表明:生长季内平均土壤呼吸速率和总硝化速率分别以粗枝云杉阔叶林和粗枝云杉人工林较高,均以岷江冷杉原始林较低。土壤呼吸和总硝化速率在生长季内具有明显的季节动态,呈以7月份最高的单峰趋势。土壤呼吸和总硝化速率与土壤温度显著相关,而与土壤水分相关性不显著,表明土壤温度是调控呼吸和总硝化作用季节动态的主要因子。土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))介于2.59—4.71,以岷江冷杉原始林最高,表明高海拔的岷江冷杉原始林可能更易受到气候变化的影响。林型间土壤呼吸和总硝化速率主要受凋落物量、p H和有机质的影响。不同林型间土壤呼吸和总硝化速率显著正相关,表明土壤呼吸和总硝化速率存在耦合关系。     

高山森林林窗对凋落叶分解的影响

林窗对降水和光照等环境条件的再分配以及分解者群落的影响可能深刻作用于森林凋落物分解过程,但有关高山森林林窗大小对凋落物分解的影响尚无研究报道。采用凋落物分解袋法,研究了川西高山森林不同大小林窗对非生长季节和生长季节红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落叶质量损失的影响。结果显示,经过1a的分解,不同生境下红桦和岷江冷杉凋落叶分别分解了27.25%—30.12%和27.04%—27.96%,其中非生长季节占53.83%—60.18%和50.23%—59.09%。林窗对红桦和岷江冷杉凋落叶质量损失的影响因物种不同而呈现季节差异。总体上,林窗加快了岷江冷杉凋落叶的分解而延缓了红桦凋落叶的分解。与郁闭林下相比,林窗显著增加了2种凋落叶非生长季节的质量损失速率,显著降低了生长季节2种凋落叶的质量损失速率;2种凋落叶质量损失速率在非生长季节随林窗面积增大而加快,在生长季节随林窗面积增大而减慢。林窗显著影响了初冻期、深冻期和融化期岷江冷杉凋落叶的质量损失率,但对红桦凋落叶质量损失率影响不显著。可见,高山森林凋落物分解过程受到林窗的显著影响,并且阔叶和针叶凋落叶在非生长季节和生长季节对林窗的响应具有明显差异。     

亚高山森林林窗大小对凋落叶木质素降解的影响

木质素降解是认识高寒森林凋落物分解过程的关键环节,可能受到林窗大小及其在不同季节水热环境的影响。采用分解袋法,研究了川西亚高山森林不同面积大小林窗下红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落叶在初冻期、深冻期、融化期、生长季节初期、生长季节中期和生长季节后期的木质素分解动态特征。研究结果表明,采样时间和林窗面积大小对两种凋落叶的木质素降解均有显著影响。经历1a分解,红桦凋落叶的木质素降解了21.53%—27.65%,而岷江冷杉凋落叶的木质素富集了7.95%—19.40%。较大林窗促进了冬季岷江冷杉凋落叶和生长季节红桦凋落叶木质素的降解,抑制了冬季红桦凋落叶木质素的降解;而生长季节岷江冷杉凋落叶木质素富集速率则为林下大林窗中林窗小林窗。逐步回归分析表明,凋落叶木质素的降解过程在冬季主要受到负积温和土壤冻融循环次数的影响(木质素结构的物理破碎),而在生长季节则主要受到平均温度和正积温的影响(木质素的生物降解)。可见,川西亚高山森林木质素降解受林窗格局变化的显著影响,且林窗大小对凋落叶木质素降解的影响与物种和分解时期有关。     

四种亚高山针叶林树种的表型可塑性对不同光照强度的响应

以青藏高原东缘亚高山针叶林群落演替后期种岷江冷杉、演替中后期种粗枝云杉和青榨槭、及先锋树种红桦为材料,研究了不同光强下生长的4种树苗生长、生物量分配、叶片形态和光合特性,探讨植物幼苗的形态和生理特征的表型可塑性与光适应的关系。结果表明：（1）弱光环境中生长的4种植物的基茎、相对生长速率、叶片厚度、根重比、最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率较低,而比叶面积、地上／地下生物量、茎长／茎重、叶重比和茎重比较高。（2）大部分光环境下岷江冷杉幼苗的最大净光合速率和暗呼吸速率低于粗枝云杉,青榨槭幼苗的最大净光合速率和暗呼吸速率略低于红桦。（3）高光强下生长的粗枝云杉和红桦幼苗的相对生长速率分别大于岷江冷杉和青榨槭,但在低光强下则与之相反。（4）粗枝云杉和红桦幼苗的11种可塑性指数平均值则分别大于岷江冷杉和青榨槭。岷江冷杉适应弱光环境的能力略强于粗枝云杉和红桦,但适应强光的能力较差。生理适应的可塑性指数大于形态适应的可塑性指数,表明前者在4种植物幼苗光适应方面起到了重要的作用。研究结果支持树种的生理生态特性决定了其演替状况和生境选择的假说。     

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。     

Temporal Dynamics of Abiotic and Biotic Factors on Leaf Litter of Three Plant Species in Relation to Decomposition Rate along a Subalpine Elevation Gradient

Relationships between abiotic (soil temperature and number of freeze-thaw cycles) or biotic factors (chemical elements, microbial biomass, extracellular enzymes, and decomposer communities in litter) and litter decomposition rates were investigated over two years in subalpine forests close to the Qinghai-Tibet Plateau in China. Litterbags with senescent birch, fir, and spruce leaves were placed on the forest floor at 2,704 m, 3,023 m, 3,298 m, and 3,582 m elevation. Results showed that the decomposition rate positively correlated with soil mean temperature during the plant growing season, and with the number of soil freeze-thaw cycles during the winter. Concentrations of soluble nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) had positive effects but C:N and lignin:N ratios had negative effects on the decomposition rate (k), especially during the winter. Meanwhile, microbial biomass carbon (MBC), N (MBN), and P (MBP) were positively correlated with k values during the first growing season. These biotic factors accounted for 60.0% and 56.4% of the variation in decomposition rate during the winter and the growing season in the first year, respectively. Specifically, litter chemistry (C, N, P, K, lignin, C:N and lignin:N ratio) independently explained 29.6% and 13.3%, and the microbe-related factors (MBC, MBN, MBP, bacterial and fungal biomass, sucrase and ACP activity) explained 22.9% and 34.9% during the first winter and the first growing season, respectively. We conclude that frequent freeze-thaw cycles and litter chemical properties determine the winter decomposition while microbe-related factors play more important roles in determining decomposition in the subsequent growing season.     

季节性冻融期间土壤动物对岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献

冬季凋落物的质量损失是中高纬度和高海拔地区凋落物分解的关键, 但冬季凋落物分解是否与土壤动物的贡献有关, 不同冻融时期(冻融初期、深冻期和融化期)的土壤动物对凋落物分解的贡献是否存在差异? 对这两个问题仍缺乏必要的关注。为了解季节性冻融期间土壤动物对岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落物分解的贡献, 采用凋落物分解袋法, 调查了季节性冻融期间(2010年10月底至2011年4月中旬), 不同网孔(0.020 mm、0.125 mm、1.000 mm和3.000 mm)凋落物分解袋内的岷江冷杉凋落叶质量损失, 分析了微型、中型和大型土壤动物对岷江冷杉凋落叶分解的贡献。在季节性冻融期间, 0.020 mm、0.125 mm、1.000 mm和3.000 mm分解袋内的岷江冷杉凋落叶质量损失率分别为12.13%、13.07%、14.95%和18.74%。不同体径的土壤动物对季节性冻融期间岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献率总共为35.28%; 不同孔径凋落物袋内土壤动物的类群和个体相对密度与凋落叶的质量损失率呈现相对一致的变化趋势。在季节性冻融的3个阶段中, 土壤动物对岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献率均为: 微型土壤动物<中型土壤动物<大型土壤动物。其中, 微型、中型和大型土壤动物分别在深冻期、冻融初期和融化期表现出最高的贡献率, 分别为6.56%、11.77%和21.94%。然而相对于其他冻融时期, 深冻期中型和大型土壤动物对岷江冷杉凋落叶质量损失的贡献率最低。这些结果清晰地表明了川西高山季节性冻融期间土壤动物调控着凋落物分解的生态过程, 是高山冬季凋落物分解的重要因素之一。     

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。     

川西亚高山森林凋落物分解初期土壤动物对红桦凋落叶质量损失的贡献

2010年10月26日-2011年4月18日在川西亚高山地区季节性冻融期间,选择典型的红桦-岷江冷杉林,采用凋落物分解袋法调查了不同网孔(0.02、0.125、1和3 mm)凋落物分解袋内的凋落物质量损失,分析微型、中型和大型土壤动物对红桦凋落叶分解的贡献.结果表明:在季节性冻融期间,0.02、0.125、1和3 mm分解袋内的红桦凋落叶质量损失率分别为11.8％、13.2％、15.4％和19.5％,不同体径土壤动物对红桦凋落叶质量损失的贡献率为39.5％;不同孔径凋落物袋内土壤动物的类群和个体相对密度与凋落叶的质量损失率的变化趋势相对一致.在季节性冻融的初期、深冻期和融化期,不同土壤动物对红桦凋落叶质量损失的贡献率为大型土壤动物(22.7％)＞中型土壤动物(11.9％)＞微型土壤动物(7.9％).季节性冻融期间土壤动物活动是影响川西亚高山森林凋落物分解的重要因素之一.     

冻融期去根处理对小兴安岭6种林型土壤微生物量的影响

春季冻融期,在小兴安岭的阔叶红松(Pinus koraiensis)林、谷地云冷杉(Picea koraiensis-Abies nephrolepis)林、阔叶红松择伐林、白桦(Betula platyphylla)次生林、红松人工林、兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林的去根处理样地和对照样地进行野外取土实验,分析了根去除对上述林型土壤微生物量的影响以及与土壤环境因子的关系。结果表明:冻融循环期间对照样地和去根处理样地的林型、土壤层次、取样时间均显著地影响土壤微生物量碳(MBC)(P0.05),对照样地中各林型的土壤微生物量氮(MBN)差异显著,而去根处理样地中各林型的MBN没有显著差异(P0.05);冻融循环期间去根处理显著地减少了大部分林型及土层(谷地云冷杉林0—10 cm及择伐林外)的MBC,而去根处理对大部分林型及土层(阔叶红松林0—10 cm,谷地云冷杉林和择伐林的10—20 cm除外)的MBN没有显著影响。说明在小兴安岭春季冻融期根系对土壤微生物量的影响不可忽视。     

杨树和桤木落叶混合分解对土壤微生物生物量的影响

通过室内培养,研究了杨树和江南桤木落叶混合分解过程中两种落叶的混合比例及落叶添加方式对土壤微生物生物量的影响.结果表明:落叶混合比例对土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)均有显著的影响.培养30 d,江南桤木落叶比例为50％以上的土壤MBC和MBN显著高于纯杨树落叶处理及对照;75 d时,江南桤木落叶比例≥40％的土壤MBC和≥30％的土壤MBN均显著高于纯杨树落叶处理及对照;135 d后,江南桤木落叶比例≥20％的土壤MBC和≥40％的土壤MBN均显著高于纯杨树落叶处理及对照.不同混合比例的土壤MBC/MBN无显著差异,总体呈前期增长后期下降的变化趋势.杨树和江南桤木落叶混合分解对土壤MBC和MBN有显著的协同促进作用.在整个培养过程中,落叶添加方式对土壤MBC、MBN和MBC/MBN无显著影响.     

季节性雪被对高山森林凋落物分解的影响

季节性雪被可能对高山森林凋落物分解产生重要影响, 但一直没有深入的研究。该文采用凋落物分解袋法, 于2010-2012年雪被覆盖下几个关键时期(冻结初期、深冻期和融化期)以及生长季节, 研究了川西高山森林代表性树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albosinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)和方枝柏(Sabina saltuaria)凋落叶在不同厚度冬季雪被下的分解动态。经过两年的分解, 不同雪被覆盖下岷江冷杉凋落物分解率为33.98%-39.55%, 红桦为46.49%-48.22%, 四川红杉为42.30%-44.93%, 方枝柏为40.34%-43.84%。相对于无雪被覆盖环境, 厚型雪被覆盖均小幅提高了4种凋落物两年的失重率(1.57%-5.57%)。3个针叶树种(岷江冷杉、四川红杉和方枝柏) Olson凋落物分解系数k均以厚型雪被覆盖最大, 薄型雪被覆盖最小, 而阔叶树种红桦分解系数k则表现为无雪被>薄型雪被>较厚型雪被>厚型雪被>中型雪被。尽管在第二年生长季中雪被对红桦凋落物分解的促进作用不明显, 但雪被覆盖明显促进了两年各个关键时期岷江冷杉、四川红杉和方枝柏凋落物的分解。第一年雪被期凋落物分解对当年分解总量的贡献达42.5%-65.5%, 季节性雪被变化明显改变了凋落物冬季分解格局, 对深冻期凋落物分解过程影响尤为显著。综上所述, 当前气候变化情景下冬季雪被的减少可能减缓该区森林凋落物分解过程, 但相对于易分解的阔叶凋落物, 针叶凋落物的响应特征可能更为强烈。