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。     

雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响

为了解气候变暖情景下雪被减少对土壤水解酶活性的影响,采用人工遮雪的方法,研究了雪被去除对川西高山原始冷杉林(Abies faxoniana)冬季有机层和矿质层土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性的影响。结果表明,雪被去除显著降低了雪被形成初期至雪被融化后土壤脲酶和中性磷酸酶的活性。受土壤温度和冻融交替的影响,土壤转化酶、酸性和碱性磷酸酶活性在雪被形成初期和雪被融化后期有所提高,但不同土层的土壤酶对雪被去除的响应存在差异。雪被处理、土壤层次和采样时间及其交互作用显著影响了土壤酶的活性。此外,川西高山冷杉林有机层土壤转化酶与土壤温度和冻融循环次数呈极显著相关关系,土壤脲酶和酸性磷酸酶与土壤温度关系密切,中性磷酸酶受土壤冻融循环影响较大,而碱性磷酸酶与土壤温度和冻融循环的关系不明显。这些结果表明,未来气候变暖所引起的雪被减少及冻融变化将改变土壤酶活性特征,进而影响到与C、N和P相关的土壤生物化学过程。     

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.     

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.     

雪被对川西高山植被坡向性分异的影响

在青藏高原东缘的松潘地区海拔4000 m的高山地带设置5条宽1m、长40～70m的跨山脊南北样带,相邻样带间距为50 m.按1m×1 m面积划分为251个调查样方,于2004～2005年分别进行了地植物学调查、土壤理化性质分析和冬季雪被厚度监测.以物种的相对频度为群落指标,以雪被厚度、土壤厚度、有机质含量、土壤湿度(0.25mm及2mm)、全磷、全钾、铵态氮、水解性酸、pH及坡度等参数为环境指标,运用PC-ORD软件的TWINSPAN对植物群落进行分类、CCA进行排序.结果表明,由南坡向北坡可以划分为亚菊——金露梅高山灌丛草甸、细柄茅——苔草高山草甸、细柄茅、苔草——矮柳高山灌丛草甸群落和杜鹃高山灌丛群落等4种群落类型.由南坡向北坡草本植物盖度由75%下降为39%,灌木盖度由25%增加到54%,在山脊附近50 m左右的局地范围内植被类型表现为明显的南北坡向分异格局.2005年冬季南坡平均雪厚度21cm,山脊处为26 cm,北坡34 cm,由南坡向北坡雪被厚度逐渐增加;雪被厚度与灌木盖度呈正相关(r= 0.40,p《0.01,n=248),与草本植物盖度呈负相关(r=-0.45,p《0.01,n=248).ANOVA的分析结果显示,土层厚度、风干土含水量、土壤酸度、有机质含量和全磷含量的南北坡向分异明显,由南坡向北坡逐渐增加,与雪被平均厚度存在显著的相关关系,相关系数分别为0.267、0.286、0.199和-0.183 (n=119,p 《 0.05);土壤全钾和铵态氮含量的坡向差异不明显,与雪被厚度的相关性也不显著,相关系数分别为-0.068和0.104(n=119,p》0.05).显示土壤特征的坡向分异规律在某种程度上与雪被的梯度变化存在着共轭关系.群落CCA排序及排序轴与环境指标的相关性分析也表明,坡度、雪被厚度、有机质含量和土壤湿度是导致植物群落坡向分异的主要环境因子,土壤铵态氮和全钾含量对植被坡向分异的影响不明显.     

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。     

雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤微生物生物量碳氮和可培养微生物数量的影响

为了解气候变暖情景下雪被减少对冬季土壤微生物特征的影响,采用人工遮雪的方法,研究了雪被去除对原始冷杉林土壤微生物生物量和可培养微生物数量的影响.结果表明:雪被去除显著影响土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)以及可培养细菌和真菌数量,但土壤微生物在雪被覆盖不同阶段具有不同的响应特征.在雪被去除处理下,土壤有机层MBC和MBN在雪被形成初期和雪被融化前期显著降低,而在雪被覆盖期和雪被融化后期显著增加;在雪被形成初期至雪被覆盖期,可培养细菌数量都显著降低,但可培养真菌数量都显著增加.雪被融化后,雪被去除显著降低土壤有机层MBC和可培养真菌数量,显著增加可培养细菌数量,对MBN无显著影响.矿质土壤层MBC、MBN和可培养微生物数量在雪被去除下的变化趋势与土壤有机层基本一致,但波动较小.雪被去除还改变了川西高山冷杉林冬季土壤微生物类群比,提高了土壤可培养真菌数量的冬季优势.     

雪被斑块对川西亚高山冷杉林土壤氮转化酶活性的影响

在2012和2013年冬季雪被形成的3个关键时期(雪被形成期、稳定期和消融期),测定川西亚高山岷江冷杉林3类雪被斑块(厚雪被斑块、中厚度雪被斑块和浅雪被斑块)土壤有机层和矿质土壤层的脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性特征.结果表明:整个冬季,厚雪被斑块土壤温度比中厚度雪被斑块和浅雪被斑块土壤温度分别增加46.2%和26.2%,浅雪被斑块的3种土壤氮转化酶活性是厚雪被斑块的0.8~3.9倍.在雪被形成期和消融期,浅雪被斑块显著增加了土壤有机层和矿质土壤层3种氮转化酶活性;而在雪被稳定期,中厚度雪被斑块或厚雪被斑块土壤具有较高的氮转化酶活性,但与浅雪被斑块的土壤氮转化酶活性差异均不显著;整个冬季,雪被对土壤氮转化酶活性的影响与采样时期、土壤层次和酶种类有关;3种土壤氮转化酶活性在整个冬季均具有明显动态变化;土壤有机层的氮转化酶活性显著高于矿质土壤层;脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性与温度、水分密切相关.短期内气候变暖情景下冬季雪被减少可能提高土壤氮转化酶活性,进而加速了亚高山森林冬季土壤氮转化过程.     

长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应的模拟研究

利用LI-8100土壤呼吸测定系统, 在室内控制温度条件下测定了长白山高山苔原季节性雪斑大白花地榆(Sanguisorba sitchensis (=S. stipulata))群落土壤呼吸对温度的响应过程, 并根据野外连续测定的全年温度, 估算了雪斑群落土壤呼吸的季节变化, 同时模拟气温升高对土壤呼吸的影响。雪斑土壤温度全年大部分时间维持在0 ℃以上, 极端温度变动幅度不超过20 ℃。模拟计算了10 cm深土壤的呼吸强度, 海拔2 036 m处为307.1 g C·m^-2·a^-1, 海拔2 260 m处的呼吸量为270.9 g C·m^-2·a^-1。由于积雪时间长, 冬季呼吸占很大比例, 而且随着海拔的升高比例加大。从海拔2 036 m到2 260 m, 积雪期土壤呼吸分别占全年的42.5% (125.4 g C·m^-2·a^-1)和49.7% (128.7 g C·m^-2·a^-1)。模拟气温升高1 ℃并假设积雪时间减少20天, 冬天的呼吸量减少8%左右, 但全年总呼吸量增加8%左右。升温后, 平均增加的呼吸量为0.25 g C·kg^-1·a^-1 (或22.65 g C·m^-2·a^-1), 冬季呼吸量减少0.118 g C·kg^-1·season^-1 (或10.81 g C·m^-2·season^-1)。     

季节性雪被对青藏高原东缘高寒草甸2种优势植物碳、氮积累和分配的影响

依据2006~2008冬季的自然雪被分布状况,在青藏高原东缘的高寒草甸中设置3条样带（即深雪、中雪和浅雪）。在2009年的生长季,在3个雪梯度样带中,分别测定了2种优势植物圆穗蓼（Polygonum macrophyllum）和黑褐穗苔草（Carex atrofusca subsp. Minor）生物量和碳氮营养积累及分配的动态特征。结果表明,深雪能够促进圆穗蓼和黑褐穗苔草生物量和碳氮养分的积累,可能使它们产生的凋落物数量更多且质量更好。深雪更有利于圆穗蓼（非禾本科草本植物）根系生物量、碳氮养分的积累;深雪不仅同时促进黑褐穗苔草（禾本科植物）地上部分和根系生物量、碳氮积累,而且还使其种子产量增加和质量提高,潜在地增强了黑褐穗苔草种子的繁殖能力,可能使得黑褐穗苔草的种间竞争能力增强。可以预见,未来季节性雪被的变化,必定会引起青藏高原东缘高寒草甸的初级生物量及其结构、植物群落物种组成等均发生相应变化。     

不同厚度雪被对高山森林6种凋落物分解过程中酸溶性和酸不溶性组分的影响

高山森林冬季不同厚度雪被格局可能通过影响凋落物的分解过程中酸溶性和酸不溶性组分特征,改变凋落物分解过程,但缺乏必要关注。采用凋落物分解袋法,研究了高山森林林窗中央至林下形成的天然雪被厚度梯度(厚型雪被、中型雪被、薄型雪被和无雪被)覆盖下,6种典型物种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albo-sinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)、方枝柏(Sabina saltuaria)、康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落物在不同关键时期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被融化期)的酸溶性组分和酸不溶性组分变化特征。经历一个冬季的分解后,6种凋落物酸溶性组分绝对含量呈降低趋势,除红桦外5种凋落物酸不溶性组分绝对含量呈增加趋势。不同厚度雪被显著影响雪被覆盖期和融化期凋落物酸不溶性和酸溶性组分绝对变化量;其中方枝柏、红桦和康定柳凋落物酸不溶性组分增加量在厚型雪被下显著高于其它雪被覆盖;而相对于阔叶凋落物酸溶性组分变化量在薄型雪被和无雪被梯度达到最大值,针叶凋落物酸溶性组分在厚型雪被下具有最大的变化量。一个冬季分解结束后,表征6种凋落物酸溶性和酸不溶性组分含量相对比例的LCI指数(Lignocellulose index)总体升高,雪被对LCI指数的影响主要表现在雪被覆盖期和融化期,且方枝柏、岷江冷杉和康定柳凋落物LCI在冬季分解后均在厚型雪被达到最高值。同时统计分析结果表明,物种极显著影响冬季不同阶段凋落物酸溶性和酸不溶性组分的变化。这些结果意味着气候变暖情景下,高山森林冬季雪被和冻融格局的改变将显著影响凋落物分解过程中酸溶性、酸不溶性组分以及LCI指数代表的抵抗性组分结构的变化,且影响趋势受到凋落物质量的调控。     

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。     

雪被和土壤水分对典型半干旱草原土壤冻融过程中CO_2和N_2O排放的影响

土壤冻融期间的温室气体排放量会显著增加,并在全年总排放量中占有重要的份额。但目前开展的土壤冻融循环模拟实验大多是在土壤冻结之前调节土壤水分含量,而忽视了雪被在整个土壤冻融过程中的作用,因此导致室内模拟研究的结果与野外原位观测的结果差异较大。为探索开展室内模拟土壤冻融实验的优化方案,采用人工浇水和覆雪两种方式调节土壤水分含量,研究了雪被和土壤水分对内蒙古典型半干旱草原土壤冻融过程中CO2和N2O排放的影响。结果表明,浇水和覆雪两种处理对冻融循环过程中土壤CO2排放影响的差异不显著,CO2排放量在消融期都会明显增加并随着冻融循环次数的增加而逐渐减小。当土壤孔隙含水率达50%左右时,浇水处理中的N2O排放量在第1次土壤冻融循环中最高并随冻融循环次数增加而降低,但在覆雪处理中,N2O在第1次冻融循环中的排放较小,而在后两次冻融循环中的排放量更为显著。造成两种处理N2O排放规律出现显著不同的原因可能是土壤剖面水分动态变化过程和微生物性状等方面的差异。土壤冻融过程中CO2和N2O排放量随土壤含水量升高而增加,但N2O在土壤含水量较低时排放不明显,这表明可能只有当土壤含水量达到一定阈值时,冻融作用才会对N2O的排放产生显著影响。这些结果显示,雪被和土壤水分显著影响土壤冻融过程中的CO2和N2O排放,室内模拟土壤冻融实验应进一步优化。     

Measuring the effects of reduced snow cover on Australia's alpine arthropods

Snow is one of the most important factors in the ecology of alpine ecosystems. In Australia, both the depth and duration of snow cover have declined significantly in recent decades and this trend is projected to continue with global warming. Many small arthropods remain active throughout the winter, within a space beneath the snowpack (subnivean) where the snow's insulation creates a thermally stable environment. Using field surveys and experimental manipulation of snow depth at two locations in the Australian alpine region, we explored the diversity of winter‐active arthropods and their response to reduced snow. Individuals from 18 arthropod Orders were detected beneath the snow during winter, with Collembola, Araneae, Acari and Coleoptera accounting for 95–98% of the individuals collected. The subnivean taxa represented a distinct subset of those active outside the winter months. Removal of the snow layer increased daily temperature fluctuations, increased the number of days below freezing and raised the mean surface temperatures. Community composition was altered by snow removal, driven by changes in the numbers of two abundant springtail taxa at each location. We found a strong reduction in the abundances of both taxa at one study site, and contrasting responses (one strong positive and one strong negative) to snow removal at the second study site. Subnivean arthropod communities in Australia thus appear sensitive to snow conditions at small spatial scales.