川西高山林线土壤活性碳、氮对短期增温的响应

随着温室效应的加剧,受低温限制的高山林线生态系统对全球气候变暖较为敏感,可能直接影响到植物的生长和土壤碳氮过程.本研究假设气候变暖会改变高山生态系统土壤活性碳氮含量,在四川省理县米亚罗高山生态系统定位站,采用开顶式模拟增温装置(OTC)模拟增温对土壤活性碳、氮的短期影响.分别于2017年4、7和10月,采集OTC以及对照样地(CK)内土壤有机层和矿质土壤层的原状土壤,测定土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤可溶性有机氮(DON)和土壤微生物生物量氮(MBN)含量.结果表明: 模拟增温使年均气温升高0.88 ℃,土壤有机层和矿质土壤层的年均温度分别提高0.48和0.23 ℃.模拟增温没有显著改变土壤有机质和含水量,但显著提高了矿质土壤层的pH值,同时显著降低了非生长季矿质土壤层的DOC、DON含量;季节变化对两个层次的DOC、DON和MBN含量有极显著影响,而MBC没有明显的季节动态;增温和季节交互作用对矿质土壤层的DOC和DON有显著影响.土壤有机层的MBC、MBN含量显著高于矿质土壤层.土壤活性碳、氮与土壤有机质和含水量呈极显著正相关,MBC、MBN与土壤pH呈极显著正相关,MBN与土壤温度呈显著负相关.     

高山林线交错带高山杜鹃的凋落物分解

凋落物分解是维持生态系统生产力、养分循环、土壤有机质形成的关键生态过程。高山林线交错带是陆地生态系统中对气候变化响应的敏感区域。季节变化和海拔梯度上的植被类型差异可能会影响该区域凋落物的分解,进而对高山生态系统的碳氮循环产生重要影响。采用凋落物分解袋的方法,研究了川西高山林线交错带优势种高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在雪被期和生长季的分解特征。结果显示:(1)季节变化和植被类型对高山杜鹃凋落物的分解均具有显著影响(P0.05),凋落叶的质量损失主要发生在生长季且在高山林线最大,暗针叶林中雪被期的质量损失略高于生长季,但差异不显著;(2)林线交错带上高山杜鹃凋落叶分解缓慢,一年干物质失重率为9.62%,拟合分解系数k为0.145;(3)高山杜鹃凋落叶的质量变化主要体现在纤维素降解显著且集中在雪被期,木质素无明显降解,在高山林线上C/N、C/P、木质素/N变化幅度较小且C、N、P的释放表现得稳定而持续。结果表明,季节性雪被对林线交错带内高山杜鹃分解的影响不仅局限在雪被期内,雪被融化期间频繁的冻融作用和雪融水淋洗作用可能会促进高山杜鹃凋落物在生长季初期的分解。总的来看,在气候变暖的情景下,雪被的缩减、生长季的延长和高山杜鹃群落的扩张可能加速高山林线交错带高山杜鹃凋落物的分解。     

长白山林线过渡带树岛土壤微生物群落结构和生态功能

林线过渡带是指从郁闭森林上限到树种分布上限之间的区域,过渡带内生物多样性丰富,生态系统结构、功能和生态过程在很小的海拔梯度内发生剧烈变化,因此对全球气候变化和人类活动极为敏感。树岛是在林线过渡带内出现的斑块状或条带形不连续分布的树木集群,树岛内生存的树木通常能达到与较低海拔郁闭森林同样的高度和胸径,因此揭示树岛这一特殊生境的生态特征及其形成机制,对于预测未来气候变化下林线动态具有重要意义。以长白山岳桦林线过渡带一大型树岛作为研究对象,测定了土壤理化性质和土壤酶活性,采用宏基因组测序技术分析了微生物群落结构组成和功能基因丰度,通过与同海拔的开阔区生境进行对比,揭示了树岛这一特殊生境的土壤微生物群落结构特征和潜在生态功能,从土壤养分和土壤微生物学角度,阐明树岛形成的可能驱动机制。结果表明,树岛土壤的含水量、总碳、总氮和微生物生物量显著高于同海拔开阔区（P<0.05）,与微生物r-策略相关的生理生化和遗传学指标,包括纤维素酶活性、放线菌相对丰度、与转录、防御、控制细胞周期相关的基因丰度、小分子碳降解基因丰度,均高于开阔区（P<0.05）。相反的,与微生物K-策略相关的指标,包括酸杆菌相对丰度、大分子碳降解基因相对丰度低于开阔区。揭示了树岛土壤微生物学特征,并从土壤微生物组学角度探讨了树岛形成的潜在机制,认为树岛内土壤养分增加并导致微生物群落r-策略倾向,这种变化反过来也可能促进树岛进一步扩大,进而影响林线动态。     

气候变化下生物交互作用对树线生态过程的影响

树线交错带是具有强烈生物交互作用的高寒生态过渡带,生物互作与树线生态过程密切相关。本研究系统综述了气候变化下植物间、动植物间和微生物与植物间互作因子对树线生态过程的影响。植物间互利或竞争作用的强度调控变暖背景下树线生态过程的变化,目前尚缺少树轮生态学证据,且亟待检验高阶互作的适用性;动物采食活动、微生物与植物间互作可通过影响土壤状况、改变树木生长和更新等生态过程动态,增强或削弱树线与气候间耦合关系。迄今为止,地下与地上过程联系如何影响气候变暖下的树线动态尚不明晰,而营养级间互作可能调制树线生态过程对气候响应。青藏高原等高寒区具有开展此类研究的优势与潜力。     

西藏色季拉山林线薄毛海绵杜鹃种群分布

薄毛海绵杜鹃是西藏东南部地区高山林线灌丛的优势种,在色季拉山分布在海拔4300 ～4500 m.通过样地调查和基径结构分析,研究了色季拉山林线薄毛海绵杜鹃种群分布.结果表明:随着海拔升高,薄毛海绵杜鹃种群密度增加而高度降低;在同一海拔,阴坡的种群密度和高度大于阳坡,而基径较小.在阴坡和阳坡,薄毛海绵杜鹃种群年龄结构的峰值均呈“n”型曲线,中龄级个体较多,幼苗、幼树相对不足.薄毛海绵杜鹃种群的种内竞争呈波浪式发展,强度为阴坡高于阳坡,且存在自疏现象.     

海拔梯度对长白山北坡岳桦水分利用效率的影响

以分布于长白山北坡海拔1800～2050 m的岳桦林为对象,以叶片碳稳定同位素(δ13C)值作为岳桦长期水分利用效率指示值,探讨海拔梯度对岳桦林水分利用效率的影响.结果表明:随海拔升高,岳桦林土壤体积含水量、比叶质量极显著增加,而叶片含水量和土壤温度显著降低;岳桦叶片δ13C值与海拔呈极显著正相关,增幅为1.013‰·(100 m)-1,与土壤体积含水量、比叶质量呈显著正相关,与生长季土壤平均温度、叶片含水量呈显著负相关.温度不是长白山林线的唯一限制性因子,海拔梯度上水热条件的差异及其交互作用可能造成岳桦生长期间的生理干旱.     

青藏高原东缘林线杜鹃-岷江冷杉原始林的空间格局

为深入理解高山林线原始林中优势树种的空间结构特征和种间关系,以青藏高原东缘林线杜鹃-岷江冷杉原始林1 hm²样地调查数据为基础,采用成对相关函数g(r)函数,分析了优势种岷江冷杉(Abies faxoniana)和凝毛杜鹃(Rhododendron agglutinatum)各径级的空间分布格局和各径级间的空间关联性。结果表明:岷江冷杉和凝毛杜鹃径级分布连续,呈倒"J"型,均为进展种群。小尺度上,对于岷江冷杉活立木(小树+中树+大树)、小树、中树为显著聚集分布,大树为均匀分布,死树则为随机分布;凝毛杜鹃活立木(小树+中树+大树)、小树、中树、大树、死树均为显著聚集分布。小尺度上随径级增大岷江冷杉的分布格局从聚集分布趋于均匀分布。岷江冷杉大树与其小树的空间关联验证了Janzen-Connell假说中的距离制约效应。通过验证接受了随机死亡假说,发现种内的密度制约效应不明显。两个树种的枯立木对凝毛杜鹃小树均表现为排斥关系,而对岷江冷杉小树表现为相互独立的关系。两个优势种总体表现为相互独立,但种间不同径级间的空间关联性各异。     

白马雪山阴坡林线长苞冷杉(Abies georgei)种群结构特征

长苞冷杉（Abies georgei）是青藏高原特有林线树种。对白马雪山阴坡海拔4 400 m以上林线0.8 hm2样地长苞冷杉种群进行每木调查,分析其种群结构、数量特征及空间分布格局。结果表明：(1）结构呈典型金字塔型,幼苗和幼树在种群中所占比重大,表现为增长型种群,种群个体数随径级的增加而减少,密度为幼苗>幼树>成年树;(2）存活曲线接近Deevy-III型,高径级种群趋于稳定,种群具两个死亡高峰,低径级种群尤其幼苗死亡率高达90％,这是林线区的气候条件如低温、强光照、积雪及冬季冻害等综合作用的结果,种群另一死亡高峰出现于V~VI龄级,种内和种间对空间、光照和养分等生存因子的激烈竞争引起自疏,导致死亡率再度上升;(3）长苞冷杉种群各龄级空间点格局在不同尺度上表现为聚集、随机和均匀分布,以聚集分布为主,由于幼苗来源于种子库且依赖成年树的微生境,幼苗聚集强度和尺度都最大;各龄级关系密切,在不同尺度上表现出显著的相关性。     

川西亚高山林线交错带植被凋落物量及养分归还动态

从2006—2008年,研究了川西亚高山林线交错带群落凋落物产量及N、P、K、Ca和Mg主要养分归还动态。结果表明:林线交错带植被凋落物年产量为389.83kg.hm-2.a-1,5种主要养分年归还量总量为15.82kg.hm-2.a-1,归还量排序为Ca>N>K>Mg>P。其中,叶、枝和其他混合杂物分别占凋落物总量的72.2%、17.9%和9.9%,占养分归还总量的87.4%、7.0%和5.6%。凋落物各组分及养分归还月动态均呈单峰曲线型变化,叶高峰期在9月,而枝、杂物则在10月。凋落物养分含量季节动态因不同凋落物组分和养分元素而异。叶凋落物中N、P、K和Mg含量在生长高峰的6、7月较高,而Ca含量较低;枝凋落物各元素含量总体上月变化不显著,其他混合杂物各元素含量6与10月相对较高,其余各月则无显著差异。