季节性冻结初期川西亚高山/高山森林土壤细菌多样性

高山/亚高山显著的季节性冻结过程可能对土壤细菌多样性产生重要影响。为了解季节性冻结初期土壤完全冻结前后川西亚高山/高山森林群落土壤细菌多样性变化特征,于2008年11月5日(土壤冻结前期)—11月25日(土壤完全冻结期)期间,采用PCR-DGGE技术同步研究了原始冷杉(Abies faxoniana)林(PF)、针阔混交林(MF)和次生冷杉林(SF)的土壤细菌群落多样性变化特征。土壤完全冻结后,3个森林群落仍然具有较高的土壤细菌多样性。3个森林的土壤细菌类群总数在土壤冻结前表现为MFSFPF,但在土壤完全冻结后表现为PFMFSF。土壤冻结明显降低了土壤细菌多样性,但提高了土壤细菌群落的优势度。冻结作用对土壤细菌群落的影响随着土壤深度增加而降低,随着海拔升高而降低。这些结果表明季节性冻结过程对亚高山/高山森林土壤细菌多样性有着显著的影响,这对深入认识冬季土壤生态过程具有重要意义。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

雪被去除对川西高山森林冬季土壤温度及碳、氮、磷动态的影响

气候变暖导致的雪被动态格局变化可能深刻影响高山森林生态过程.为了解气候变暖背景下雪被的减少对川西高山森林土壤生态过程的影响,2009年10月19日-2010年5月18日,采用遮雪方法,研究了雪被去除对该区冷杉原始林土壤温度和碳、氮、磷的影响.结果表明:雪被去除加大了土温日变化幅度和冻融循环频次,使土壤冻结和融化时间提前.雪被去除使土壤可溶性碳和可溶性氮、有效磷、铵态氮和硝态氮冬季含量高峰提前到雪被覆盖期;雪被覆盖期至融化期的可溶性碳和氮及硝态氮含量增加,但有效磷和铵态氮含量降低,改变了其组分比例.气候变暖引起的川西高山森林雪被减少将改变土壤外部环境条件,进而影响土壤碳、氮和磷过程.     

天山高山垫状植物

以上这些高山垫状植物多具有一共同的特征——即花大而鲜艳,这是适应其高寒地区昆虫稀少,而诱以传粉的生物学适应.由于这些高山植物的形态结构和生活型的特点,便构成了高山垫状植被特有的生态适应特征.天山高山垫状植被对山地土壤的风化形成和防止在夏季冰雪消融的水土流失,防洪水冲刷和泥石流,山坡滑崩,保护下限森林带,水源涵养等均有着极重要的生态环境保护意义.     

长白山高山冻原土壤呼吸及其影响因子分析

主要研究了长白山高山冻原土壤呼吸与生物量、凋落物和土壤理化因子的相互关系。运用典范相关分析法(CanonicalCorrelationAnalysis)分析了长白山高山冻原生态系统中影响土壤呼吸的主要理化因子。结果表明,长白山高山冻原4种典型土壤类型的土壤呼吸量依次为泥炭化高山冻原土250·79g·m-2·yr-1、草甸化高山冻原土227·69g·m-2·yr-1、潜育化高山冻原土211·36g·m-2·yr-1和石质化高山冻原土209·42g·m-2·yr-1。土壤呼吸与地下生物量显著相关(R2=0·85,n=15,P<0·05);土壤呼吸与凋落物量的空间变化不完全相同;影响长白山高山冻原土壤呼吸的主要理化因子是C/N、土壤持水量、有机质和总氮。     

川西高山林线交错带土壤动物对岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献

土壤动物是调控凋落物分解的重要生物因素.为了探究川西高山林线交错带土壤动物对两个优势物种岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献,在3个海拔梯度(针叶林-林线-高山草甸)采用凋落物分解袋试验,通过不同孔径的网袋(0.04 mm,基本排除土壤动物;3 mm,允许土壤动物通过),研究了分解554 d(2013年5月—2014年11月)土壤动物对凋落物的影响.结果表明: 在整个林线交错带上,岷江冷杉的分解速率(k)为0.209～0.243,高山杜鹃的k为0.173～0.189,岷江冷杉的k大于高山杜鹃.土壤动物的参与显著加速了两种凋落叶分解,同时土壤动物对两种凋落物分解的作用和贡献随海拔升高而降低.自针叶林、高山林线至高山草甸,土壤动物对岷江冷杉分解的质量损失率为15.2%、13.2%、9.8%,对高山杜鹃分解的质量损失率为20.1%、17.5%、12.4%;土壤动物对岷江冷杉分解的平均日贡献率为0.17%、0.13%、0.12%,对高山杜鹃分解的平均日贡献率为0.26%、0.25%、0.23%,土壤动物对高山杜鹃的分解影响相对较大.海拔、凋落物自身性质及其交互作用对土壤动物作用下凋落物的质量损失率和贡献率均表现出显著影响.土壤动物的作用于岷江冷杉和高山杜鹃分解的平均日贡献率在当年生长季(0.25%和0.44%)和次年生长季(0.10%和0.19%)均高于雪被期(0.07%和0.12%).回归分析表明,环境因子(日平均气温、冻融循环次数以及雪被厚度)可以解释土壤动物作用于岷江冷杉和高山杜鹃质量损失率的42.7%和50.9%,贡献率的43.2%和55.6%,这对了解土壤动物在凋落物分解中的作用和深入认识高山生态系统物质循环具有重要意义.     

长白山高山冻原生态系统的碳储量

对长白山高山冻原生态系统碳在植被-凋落物-土壤中的分布进行了研究。结果表明,在长白山高山冻原植被亚系统中,碳储量分布规律是典型高山冻原(TT)>石质高山冻原(ST)>草甸高山冻原(MT)>沼泽高山冻原(WT)>石海高山冻原(RT),长白山高山冻原的植被碳储量为3.3457×104t。而生物量分布规律是WT>TT>MT>ST>RT。在长白山高山冻原凋落物亚系统中,平均凋落物量是0.991 kg.hm-2.年-1;凋落物碳储量为1.5043×104t,碳储量分布规律是TT>ST>MT>RT>WT。长白山高山冻原土壤(0~20 cm)亚系统中,有机碳储量为3.162×105t;每年约有1.4105×104t碳通过土壤呼吸释放到大气圈,长白山高山冻原植被-土壤系统现已成为3.6471×105t碳储库。     

海拔对高山峡谷区土壤微生物生物量和酶活性的影响

为了解土壤微生物生物量和酶活性随海拔的变化特征,以川西海拔1563 m到3994 m的高山峡谷区的干旱河谷、干旱河谷-山地森林交错带、亚高山针叶林、高山森林和高山草甸土壤为研究对象,采用原位培养法研究了5种不同海拔生态系统中有机层(0～15 cm)和矿质层(15～30 cm)土壤微生物生物量碳氮、土壤蔗糖酶、脲酶及酸性磷酸酶活性的变化.结果表明:有机层土壤中微生物生物量碳氮和3种土壤酶活性呈现出先增加后减少再增加的变化特征,从2158 m开始不断增加,到3028 m左右达到峰值后减少,在3593 m出现最小值后,逆势增加直到3994 m后再次减少;矿质层土壤的微生物生物量碳氮和3种土壤酶活性表现为亚高山针叶林(3028 m)>高山草甸(3994 m)>干旱河谷-山地森林交错带(2158 m)>高山森林(3593 m)>干旱河谷(1563 m).各海拔梯度土壤有机层的微生物生物量和酶活性显著高于矿质层.高山峡谷区土壤微生物生物量与土壤酶活性呈极显著正相关.土壤微生物生物量和土壤酶与土壤含水量、有机碳和全氮呈极显著正相关,土壤蔗糖酶与土壤全磷含量呈极显著正相关,土壤酸性磷酸酶与土壤全磷和土壤温度呈极显著正相关.可见,高山峡谷区海拔变化引起的植被和其他环境因子的变化显著影响了土壤生化特性.     

川西高山森林不同时期土壤转化酶和脲酶活性对模拟气候变暖的响应

为了解气候变化对不同时期川西高山森林土壤生态过程的影响,于2010年5月—2011年4月期间,通过原状土柱移位实验,模拟理论增温1.78℃和3.52℃对岷江冷杉原始林(3582 m)土壤转化酶和脲酶活性的影响。结果表明,海拔下降284 m和559 m分别使全年平均气温实际增高1.39℃和2.64℃,但由于季节性雪被的影响,海拔降低559 m后土柱的土壤有机层和矿质土壤层的全年平均温度分别增加了0.84℃和0.82℃,而海拔降低284 m后土柱的土壤有机层和矿质土壤层的全年平均温度分别降低了0.55℃和0.56℃。随着海拔降低,土壤有机层和矿质土壤层的转化酶和脲酶活性均表现出明显的变化,且土壤有机层的变化幅度大于矿质土壤层。海拔降低284 m显著提高了两个土层生长季初期和冻结阶段(冻结初期和深冻期)的转化酶活性,而海拔降低559 m则显著提高了两个土层冻结阶段的脲酶活性。采样时期均温也在一定程度上影响了土壤转化酶和脲酶的活性,土壤有机层和矿质土壤层转化酶活性表现为从生长季初期到生长季末期显著下降,随后在冻结阶段和融化期显著升高并分别在深冻期和融化期达到全年最高;土壤脲酶活性表现为从生长季初期到深冻期显著增加,随后在融化期显著下降的过程。可见,受季节性雪被影响,不同关键时期的高山森林土壤转化酶和脲酶活性对模拟增温的响应不同。     

川西高寒生态系统不同海拔土壤动物对冬季凋落叶腐殖化过程的影响

凋落叶在冬季的腐殖化过程是高寒生态系统土壤有机质形成和碳固定的重要阶段,并可能受到严酷冻结环境下仍具有一定活性的土壤动物的影响,但缺乏必要的关注。因此,以川西高山峡谷区海拔3000、3600、4000m的高寒森林和草甸典型凋落叶为研究对象,采用不同孔径大小的凋落物网袋去除土壤动物的方法,根据凋落叶的自然腐解过程,于2013年11月—2014年4月研究了不同冻融时期(冻结前期、深冻期、融化期)土壤动物对凋落叶腐殖化过程的作用。结果表明:通过对色调系数(Δlog K)和光密度值(E_4/E_6)值的分析,在高寒生态系统中,冬季随着温度的降低土壤动物促进了凋落叶的腐殖化,而随着温度的升高土壤动物抑制了凋落叶的腐殖化。深冻期土壤动物对海拔3000m的森林凋落叶腐殖化过程具有显著促进作用;在冻结前期土壤动物对海拔3600m森林凋落叶腐殖化过程具有显著促进作用;而融化期土壤动物对海拔4000m的草甸凋落叶腐殖化过程具有显著的抑制作用;其他海拔和时期没有显著影响。冻结初期土壤动物对凋落叶的腐殖化速率的作用高于深冻期和融化期,腐殖化度在深冻期达到最大值。这些结果表明气候变化情景下冬季变暖可能导致土壤动物抑制凋落物腐殖化,减少凋落物向土壤有机质的转化。     

长白山高山苔原带雪斑地段牛皮杜鹃群落的土壤氮矿化与净初级生产力

采用土壤温度连续观测和土壤原位培养,研究了长白山高山苔原带雪斑地段牛皮杜鹃群落的土壤温度、土壤氮矿化及净初级生产力.结果表明: 在非生长季的积雪期(10月下旬-5月上旬),土壤养分呈上升趋势,土壤以氮矿化为主,为翌年植物的生长提供了充足的氮素.其中雪斑地段土壤(平均温度-3.0 ℃)的氮矿化能力更强,速效氮增加量为3.88 g·m^-2,非雪斑地段(平均温度-7.5 ℃)为1.21 g·m^-2. 在生长季节(5月中旬-8月下旬),土壤氮素含量下降,以固持为主;秋季植物停止生长后,土壤速效氮又呈上升趋势;到冬季,由于积雪的作用,雪斑地段土壤温度维持在0 ℃左右或略低,促进了土壤氮的矿化,而非雪斑地段土壤温度则处于冻结状态.氮素矿化能力的差异是雪斑地段牛皮杜鹃群落净初级生产力高于非雪斑地段群落的主要原因,也是植被空间分异的重要驱动因子.     

季节性雪被对高山生态系统土壤氮转化的影响

在高山生态系统中,季节性雪被对土壤氮含量及转化有着重大影响.降雪是氮沉降的一种重要形式,直接影响着土壤中的有效氮含量;降雪形成不同厚度和持续期的雪被后,造成环境因子(土壤温度和含水量)和生物因子(土壤微生物、高山植物和高山动物)的异质性,进而对土壤中氮素矿化和微生物固持过程产生复杂的影响.本文重点介绍了持续性雪被消融期冻融交替影响土壤氮素矿化和流失的机制,并针对高山地区未来季节性雪被可能发生的变化,综述了野外原位模拟实验的主要研究成果,最后提出了开展季节性雪被对土壤氮影响研究的一些建议.     

长白山高山冻原生态系统三种养分含量的空间分布

对长白山高山冻原生态系统中 3种养分 (N、P和 S)在植被 -凋落物 -土壤中的空间分布规律进行了研究。结果表明 :(1)在长白山高山冻原植被亚系统中 ,3种养分总含量分布规律是石质高山冻原 (ST) >典型高山冻原 (TT) >沼泽高山冻原 (WT) >草甸高山冻原 (MT) >石海高山冻原 (RT) ;3种养分积累总量为 72 .4 6 kg· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 4 8.5 5 kg· hm- 2 ,10 .33kg· hm- 2 和 13.6 1kg· hm- 2 ;生物量与养分积累分布规律是 WT>TT>MT>ST>RT。 (2 )在长白山高山冻原凋落物亚系统中 ,平均凋落物量是 1.96 kg· hm- 2 ;3种养分积累总量为 :82 .5 kg· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 4 6 .2 8kg· hm- 2 ,2 1.14 kg· hm- 2 和 15 .0 8kg· hm- 2 ;养分积累总量分布规律是 TT>WT>RT>MT>ST。 (3)长白山高山冻原土壤 (0～ 2 0cm)亚系统中 ,养分积累总量为 39.6 t· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 2 3.76 t· hm- 2 ,5 .86 t· hm- 2和 9.98t· hm- 2。 4 )在长白山高山冻原生态系统中 ,3种养分总积累量为 4 0 6 4 4 .98kg· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 2 4 734.85 kg· hm- 2 ,10 0 18.7kg·hm- 2 和 5 891.4 3kg· hm- 2 ,土壤库是长白山高山冻原的主要养分储存库     

青藏高原多年冻土区积雪对沼泽、草甸浅层土壤水热过程的影响

有无积雪覆盖下浅层土壤水热过程是青藏高原多年冻土区水能循环中的一个重要不确定因素.为了研究积雪覆盖对高寒沼泽、草甸浅层土壤水热过程的影响,在青藏高原多年冻土区选择了典型的有无积雪覆盖的沼泽、草甸建立观测场,观测浅层土壤的温度和水分状况.通过分别研究积雪对高寒沼泽、草甸浅层土壤温度和水分的影响,结果表明:高寒沼泽、草甸在有积雪覆盖下浅层土壤开始冻结和消融的时间都有所滞后,且冻结持续时间相应有所增加.由于积雪覆盖,浅层土壤温度变化速率略有减小而水分变化速率略有增加,积雪起到了抑制土壤温度变化速率和促进土壤水分变化速率的作用.积雪覆盖对秋季冻结过程和夏季融化过程浅层土壤的温度和水分的影响明显大于冬季冻结降温过程和春季升温过程,且对融化过程的影响较冻结过程明显.通过对比分析有无雪盖沼泽和草甸土壤,说明积雪的覆盖对沼泽土壤温度的影响要大于草甸土壤,对土壤水分融升过程的影响大于冻降过程,且对沼泽浅层土壤的影响大于草甸浅层土壤.     

高山植物对其环境的生理生态适应性研究进展

高山林线植物(林木和草本)由于生长环境特殊而形成其独特的适应环境的生理生态特性.该文对近年来国内外有关高山植物、特别是林线林木在形态解剖结构、光合作用、养分利用和碳水化合物及抗氧化系统等方面对高山环境的生理生态适应性的研究进展进行综述,指出了林线树种生理生态适应性研究方面的不足,并提出了今后高山林线树种生理生态需要研究的方向,以期为研究气候变化下高山林线植物的应对策略和适应机制提供参考.