模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响

过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。     

冬季升温对高山生态系统碳氮循环过程的影响

全球温度升高是目前面临的重要环境问题,但存在明显的季节差异性,即冬季升温幅度显著高于夏季的季节非对称性趋势,这在高纬度和高海拔地区更加显著。冬季升温会直接影响积雪覆盖与冰冻层厚度,并引起冻融交替循环的增加,而冬季植物处于休眠状态,这会直接影响土壤中有效氮的吸收与损失,引起土壤有效氮可利用性的变化。然而,关于冬季增温对后续生长季节植物活动、土壤碳氮循环过程的影响等方面的研究仍存在诸多不确定。综述了冬季升温对积雪覆盖与冻融交替循环改变对高山生态系统物质循环的影响,以及冬季升温对土壤碳氮循环、微生物与酶活性的影响,并由此引起的植物物候期、群落结构、生产与养分循环与凋落物分解等生理、生态过程方面的研究进展。在未来的研究中,应针对不同生态系统特点选择合适的冬季增温方式,加强非极地苔原地区关于冬季升温的研究,注重关注冬季升温对植物-土壤微生物之间反馈作用的影响,重点关注冬季升温对生态系统的延滞效应。     

不同类型高寒草地群落结构与生产对施氮的响应及其敏感性

大气氮沉降增加被认为是目前重要的环境问题,会引起生物多样性的丧失和生态系统稳定性的降低。但作为草地改良的管理措施,养分添加被广泛应用于退化草地的恢复。但由于不同类型草地所处气候与群落组成的差异,对氮输入的响应可能不同。通过在藏北高原高寒草甸与高寒草甸草原设定长期氮添加梯度试验(对照, 25, 50, 100, 200 kg N hm~(-2) a~(-1)),来探讨氮输入对生物多样性与生产的影响,并估算不同类型高寒草地的氮饱和阈值。施氮对高寒草甸物种多样性指数无影响,而随着施氮量的提高高寒草甸草原植物物种数和多样性指数均逐渐降低。开始施肥前两年,随着施氮量提高高寒草甸地上生物量呈现逐渐增加趋势,随着施肥时间的延长地上生物量呈现先增加后降低的趋势。在高寒草甸草原随着施氮量提高地上生物量均呈现先增加后降低的趋势。随着施氮量提高,开始施氮前三年高寒草甸禾草植物地上生物量逐渐提高;随着施氮时间的延长,禾草和豆科植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势。高寒草甸莎草植物地上生物量由施氮开始时的逐渐增加转变为先增加后降低趋势,最后变为逐渐降低的趋势,这说明施氮不利于莎草植物的生长。施氮只在施肥第四年显著提高杂草植物地上生物量。高寒草甸草原呈现不同的规律,开始施氮前三年随着施氮量提高,禾草植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势;随着施氮时间的延长,禾草地上生物量逐渐提高。莎草和杂草植物地上生物量呈现先增加后降低趋势。利用对氮输入响应最敏感的植物功能群禾草生物量估算的高寒草甸和高寒草甸草原的氮饱和阈值分别是109.5、125.8 kg N hm~(-2) a~(-1),这说明高寒草甸氮敏感性显著高于高寒草甸草原。由此可见,未来氮沉降增加会对不同类型高寒草地产生不同的影响,在不同类型高寒草地进行施肥恢复时也应将氮饱和阈值的差异考虑在内。     

增温施氮对高寒草甸生产力及生物量分配的影响

在青藏高原高寒草甸区设置模拟增温和氮添加处理,研究长期增温与外源氮输入对高寒草甸群落生产及其分配的影响.结果表明:开顶箱增温装置造成小环境暖干化,即显著提高地表空气温度1.6℃,提高表层土壤温度1.4℃,降低土壤含水量4.7%.2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别降低地上生物量61.5%、108.8%和77.1%,在高氮(40和80kg N·hm^-2·a^-1)处理下增温对群落地上生物量无显著影响,这说明增温的影响依赖于氮添加水平,且施氮补偿了增温导致的土壤氮损失.增温导致根冠比增加,2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别增加根冠比98.6%、60.7%和97.8%.在不增温处理下,植物群落地上、地下生物量的变化率均表现出低氮(10、20 kg N·hm^-2·a^-1)促进、高氮抑制的趋势,达到饱和阈值时的氮添加剂量分别为56.0和55.5 kg N·hm^-2·a^-1;而在增温处理下,地上、地下生物量随施氮量增加呈线性增加趋势.这说明增温改变了高寒草甸生物量分配对外源氮输入的响应模式,增温导致的土壤无机氮含量变化是生物量分配模式改变的主要原因.由氮添加试验估算的高寒草甸氮饱和阈值表明,高寒草甸对氮输入的敏感性高于其他类型草地.     

四川桤柏混交林生物量的研究

 对四川省盐亭县桤柏混交林单株干重、平均净生产量、林分生物量和生产力动态的系统研究表明：桤木和柏木不同器官生物量随年龄积累变异显著,积累最多的是树干,其它器官积累较少。桤木各器官平均净生产量在2～12年上升,在12～14年左右达到峰值,随后下降,其生物量结构和垂直分布也程相同的趋势,表明桤木在16年以后已成熟,主伐年龄可定在18～20年间。柏木叶积累量的增长在幼龄期有“超前现象”。其各器官平均净生产量在2～18年内增长呈“J”型曲线．生物量结构和垂直分布仍处于剧烈分化期。在我国人工混交林中,桤柏混交林的生物量和生产力都比较高。     

青藏高原高寒草甸植株性状和生物量分配的海拔梯度变异

通过亚高山带(3700 m)、高山带(4300 m)和亚冰雪带(5000 m 以上)3 个海拔常见的双
子叶草本、禾草和莎草3 种功能型57 种草本植物单株植物性状和生物量分配模式来检验假设:
随海拔升高植物将更多的生物量分配到地下部分, 特别是地下储存器官, 以利于萌发再生和
抵御高寒环境胁迫. 结果基本验证了这一假设, 但不同器官分配存在一定差异. 随着海拔升
高地上生物量呈减少的趋势, 亚高山带植物分配给储存器官的生物量比例((7±2)%)显著低于
高山带((23±6)%)和亚冰雪带((21±6)%), 而分配给叶的生物量比例随海拔升高变化不大. 从亚
高山带到亚冰雪带, 茎、花的生物量分别下降45%和41%, 细根的生物量却升高86%和102%.
随着海拔的升高, 双子叶草本、禾草比叶面积、单株叶面积均减小, 莎草则呈现相反趋势, 3
种功能型植物叶面积比、叶根比随海拔升高降低而细根生物量增加. 高山植物生物量分配随
海拔的变化主要表现在地上繁殖器官的降低和地下细根增加, 而叶生物量分配比例比较稳定,
表明高山植物通过稳定光合器官的投入和增加细根的吸收表面积, 以补偿高山低温和养分限
制环境下的碳供给和养分吸收. 与双子叶草本和禾草相比, 莎草类植物在高海拔地区, 叶、根
性状和生物量分配模式对其获取资源更加有利, 细根生物量在高山带显著升高是对莎草菌根
形成能力弱的一种补偿.     

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.     

岷江冷杉林线交错带的植冠三维结构

卧龙自然保护区巴郎山岷江冷杉林线交错带植冠三维结构定量分析表明：植冠明显地分化成两个叶层,两叶层间有１．４ｍ的无叶植冠区。以岷江冷杉、大叶金顶杜鹃和红毛花楸为优势,构成了林线植冠的主要成分。植冠深度较小的为低矮灌木种类,深度最大的是乔木层树种。林线植冠的物种组成较丰富,每个垂直取样冠层平均有２个以上物种。林线的植冠空间占有率最高的是高大的星毛杜鹃,其次是岷江冷杉,但植冠高度以蜕江冷杉最高,故林线交错带林相以蜕江冷杉为优势。物种的盖度与单位面积的植冠体积间有较好的线性关系,物种的植冠体积大致可用其盖度值乘以系数１．２１来计算。     

生态交错带的定量判定

生态过渡性是梯度环境的特征之一,过渡带的显著性是地理学和地植物学中长期争论的重要问题,生态交错带位置和宽度的判定是定量研究交错带生态学过程的基础。样带法是采集非连续梯度数据和研究交错带的结构,功能和格局梯度变化的有效方法。生态交错带变化最为显著的特征是植被的变化,包括植物种类组成和植被结构的变化,植被生态学群落分析中的相异系数,β多样性,梯度分析和分类排序技术等已被证明是成熟可靠的方法。介绍两种交错带定量判定的有效方法。游动分割窗技术是通过滑动求取样带上样点间相异系数,通过相异系数变化曲线判定交错带的位置和宽度。分割窗技术提供了敏感地定位非连续梯度的客观且有效的方法,它不仅可用于环境梯度上的等距离样点取样,而且可用于非等距离梯度带多元变量的分析。植被的特征是对生态环境连续体的综合反应,植被在环境梯度上的排序参数提供了一种较好的交错带定量指标,样带植被数据特征参数的变异轮廓图能够反应植被沿样带的物种组成,结构和空间变化格局,可以反应植被沿环境梯度的β多样性和植物群落的梯度分化,植被变异侧面轮廓图的间断或不连续（突变）区间就是群落边界的位置。     

游动分割窗技术在生态交错带定量判定中的应用*-以四川巴郎山岷江冷杉林线为例

 以样带上样方间的距离系数为指标,采用游动分割窗技术辨析了岷江冷杉(Abies faxoniana)林线附近交错带的位置和宽度。结果表明,Bray-Curtis距离、相对欧氏距离、弦距离与平方欧氏距离的峰值和峰宽具有很好的重合性,上述距离系数均能作为判定林线交错带群落的边界和宽度的优良指标,其中,平方欧氏距离更能直观和准确地反映交错带植被的变异。样带上距离系数的峰值区和峰宽对生态交错带的位置和宽度有较为敏感的指示意义,游动分割窗技术是交错带判定和群落划分的有效方法。以样带上样方间的距离系数为指标,采用游动分割窗技术辨析了岷江冷杉(Abies faxoniana)林线附近交错带的位置和宽度。结果表明,Bray-Curtis距离、相对欧氏距离、弦距离与平方欧氏距离的峰值和峰宽具有很好的重合性,上述距离系数均能作为判定林线交错带群落的边界和宽度的优良指标,其中,平方欧氏距离更能直观和准确地反映交错带植被的变异。样带上距离系数的峰值区和峰宽对生态交错带的位置和宽度有较为敏感的指示意义,游动分割窗技术是交错带判定和群落划分的有效方法。