Effects of seasonal snow cover on decomposition and carbon,nitrogen and phosphorus release of Picea schrenkiana leaf litter in Mt. Tianshan,Northwest China

季节性雪被下显著的冻融格局差异可能对干旱区山地森林凋落叶分解过程产生重要影响, 但一直未见深入研究。2015年10月至2016年10月, 采用凋落物分解袋法, 研究了天山典型树种雪岭云杉(Picea schrenkiana)凋落叶在季节性雪被覆盖下的3个关键时期(冻融期、深冻期、融冻期)以及生长季(生长季早期和生长季末期)的分解动态和碳、氮、磷释放特征。结果表明: (1)经过一年的分解, 不同雪被厚度下雪岭云杉凋落叶分解率为24.6%-29.2%, 且存在显著性差异。分解系数k值厚雪被覆盖最大, 无雪被覆盖最小。(2)冬季雪被覆盖期雪岭云杉凋落叶分解对当年分解总量的贡献达46.0%- 48.5%, 其中对冻融期凋落叶分解影响较为明显。(3)随着凋落叶的分解, 雪岭云杉凋落叶氮含量总体呈增加趋势; 碳含量和碳氮比大致呈下降趋势, 在深冻期和生长季末期不同雪被处理下碳含量呈显著性差异; 而凋落叶磷含量呈不规则变化趋势, 且在冻融期和融冻期不同雪被厚度下呈显著性差异。(4)整个雪被覆盖季节凋落叶氮元素表现为富集, 碳和磷元素表现为释放; 其中, 在融冻期薄雪被和中雪被处理下碳元素富集率最大, 在冻融期薄雪被、中雪被和厚雪被处理下, 融冻期无雪被和厚雪被下以及生长季早期中雪被和厚雪被下氮元素富集率最大, 而雪被对凋落叶磷释放的影响不显著。     

川西高原季节性雪被覆盖对窄叶鲜卑花凋落物分解和养分动态的影响

2010年1-5月在川西高原采用人工雪厚度梯度试验(0、30和100 cm),应用网袋分解法对窄叶鲜卑花叶片凋落物进行分解试验,测定了凋落物的分解速率及其养分动态.结果表明:在无雪被覆盖的样地上分解5个月后的凋落物质量损失率为29.9％,而中雪和深雪样地的凋落物质量损失率分别为33.8％和35.2％.分解过程中,凋落物氮存在一定的富集现象,磷处于波动的富集状态,碳质量分数和碳氮比均呈现前期急剧下降后期逐渐上升的趋势.雪被覆盖显著增加了凋落物的质量损失率和氮含量,而对碳和磷含量无显著影响.在川西高原地区,30 cm以上的持续雪被覆盖能够改变凋落物的分解过程,从而可能对土壤营养物质转化和植物群落构建产生实质性的影响.     

雪被斑块对川西亚高山森林6种凋落叶冬季腐殖化的影响

亚高山森林凋落叶腐殖化是联系植物与土壤碳库和养分库的重要通道, 在冬季可能受到雪被斑块的影响。该文采用凋落物网袋法, 于2012年11月-2013年4月研究了川西亚高山森林不同厚度雪被斑块(厚雪被、中雪被、薄雪被和无雪被)下优势树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、方枝柏(Sabina saltuaria)、四川红杉(Larix mastersiana)、红桦(Betula albo-sinensis)、康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在不同雪被关键期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被融化期)的腐殖化特征。结果表明: 亚高山森林冬季不同厚度雪被斑块下6种凋落叶均保持一定程度的腐殖化, 其中红桦凋落叶腐殖化度最大, 达4.45%-5.67%; 岷江冷杉、高山杜鹃、康定柳、四川红杉和方枝柏凋落叶腐殖化度分别为1.91%-2.15%、1.14%-2.03%、1.06%-1.97%、0.01%-1.25%和0.39%-1.21%。凋落叶腐殖质在雪被形成期、融化期和整个冬季累积, 且累积量随雪被厚度减小而增加, 但在雪被覆盖期降解, 且降解量随雪被厚度减小而增大。相关分析结果表明, 亚高山森林凋落叶前期腐殖化主要受凋落叶质量影响, 且与氮和酸不溶性组分呈极显著正相关, 而与碳、磷、水溶性和有机溶性组分呈极显著负相关。表明冬季变暖情景下雪被厚度的减小可能促进亚高山森林凋落叶腐殖化, 但凋落叶腐殖化在不同雪被关键期受雪被斑块和凋落叶质量的调控。     

Effects of snowpack on early foliar litter humification during winter in a subalpine forest of western Sichuan

亚高山森林凋落叶腐殖化是联系植物与土壤碳库和养分库的重要通道, 在冬季可能受到雪被斑块的影响。该文采用凋落物网袋法, 于2012年11月-2013年4月研究了川西亚高山森林不同厚度雪被斑块(厚雪被、中雪被、薄雪被和无雪被)下优势树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、方枝柏(Sabina saltuaria)、四川红杉(Larix mastersiana)、红桦(Betula albo-sinensis)、康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在不同雪被关键期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被融化期)的腐殖化特征。结果表明: 亚高山森林冬季不同厚度雪被斑块下6种凋落叶均保持一定程度的腐殖化, 其中红桦凋落叶腐殖化度最大, 达4.45%-5.67%; 岷江冷杉、高山杜鹃、康定柳、四川红杉和方枝柏凋落叶腐殖化度分别为1.91%-2.15%、1.14%-2.03%、1.06%-1.97%、0.01%-1.25%和0.39%-1.21%。凋落叶腐殖质在雪被形成期、融化期和整个冬季累积, 且累积量随雪被厚度减小而增加, 但在雪被覆盖期降解, 且降解量随雪被厚度减小而增大。相关分析结果表明, 亚高山森林凋落叶前期腐殖化主要受凋落叶质量影响, 且与氮和酸不溶性组分呈极显著正相关, 而与碳、磷、水溶性和有机溶性组分呈极显著负相关。表明冬季变暖情景下雪被厚度的减小可能促进亚高山森林凋落叶腐殖化, 但凋落叶腐殖化在不同雪被关键期受雪被斑块和凋落叶质量的调控。     

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。     

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。     

雪被斑块对川西高山森林凋落叶N和P释放的影响

采用凋落物网袋法,研究冬季不同关键时期雪被斑块对川西高山森林6种代表性树种凋落物分解过程中N和P释放的影响.结果表明: 整个雪被覆盖季节凋落物N表现为富集,P表现为释放,且雪被融化期P释放速率最大.厚型和中型雪被斑块下凋落物P释放速率大于薄型和无雪被斑块,而薄型和无雪被斑块下凋落物的N释放速率明显较高.6种凋落物N释放率和释放速率与日均温呈显著负相关;除岷江冷杉外,其他树种凋落物P释放率和释放速率与日均温表现为正相关.气候变暖情景下冬季雪被覆盖的减小将促进高山森林冬季凋落物分解过程中N释放,抑制P释放.     

雪被去除减缓岷江冷杉凋落叶易分解碳释放

气候变化已经并将持续改变寒冷生物区季节性雪被厚度和覆盖时间,雪被厚度的减少可能影响高山森林凋落物分解,尤其是其早期分解过程中易分解碳的释放。该文研究了川西高山森林雪被去除处理后优势树种岷江冷杉(Abiesfargesii var.faxoniana)凋落叶总有机碳、热水/冷水可溶性有机碳、非结构性碳(可溶性糖、淀粉)在冬季(雪被形成期、覆盖期、融化期)和生长季(初期、中期、后期)的释放规律。结果表明:(1)经过一年的分解,对照和雪被去除处理的凋落叶质量残留量分别为76.4%和86.2%,总有机碳残留量分别为60.5%和74.8%。(2)经过一个冬季分解后,雪被去除处理降低了凋落叶热水溶性有机碳和可溶性糖的释放,而增加了总有机碳、可溶性有机碳、非结构性碳和淀粉的富集。(3)经过生长季分解后,雪被去除处理降低了凋落叶易分解碳释放,其中总有机碳、热水溶性有机碳、可溶性有机碳、非结构性碳、可溶性糖和淀粉的释放分别降低了36.3%、0.8%、43.7%、28.3%、21.7%和33.7%。偏最小二乘法分析表明,岷江冷杉凋落叶易分解碳释放受土壤冻融循环次数、脲酶活性、土壤温度和可溶性有机碳含量影响...     

冬季雪被对青藏高原东缘高海拔森林凋落叶P元素释放的影响

雪被是影响高海拔森林凋落物分解的重要生态因子,其是否影响到生长季节与非生长季节凋落物中的P元素释放,尚未量化。为了量化季节性雪被对高海拔森林凋落物分解过程中P元素释放的影响,于2010年10月至2012年10月间,在青藏高原东缘川西高海拔森林不同厚度冬季雪被斑块下,设置凋落物分解袋实验。检测该地区代表性树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albo-sinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)和方枝柏(Sabina saltuaria)凋落叶在雪被覆盖不同关键时期(雪被形成前期、完全覆盖期和消融期)以及生长季节的P元素动态。结果表明,凋落物质量与雪被厚度均显著影响了P元素的释放过程。雪被覆盖时期凋落物P元素释放率表现为有雪被覆盖大于无雪被覆盖,而生长季节中除岷江冷杉外的其他3种凋落物P元素释放率均为无雪被覆盖下最大。相对于无雪被覆盖斑块,冬季雪被的存在提供了保护绝缘层,促进凋落物P元素释放,提高了各物种冬季P元素释放贡献率。这些结果表明,全球变化情景下的雪被减少可能减缓高海拔森林凋落物P元素的释放过程,改变森林土壤P元素水平。所以在研究高寒、高海拔地区全球气候变化下生态系统功能的工作中,应注重雪被这一异质性环境因子对生态系统功能的影响。     

雪被斑块对川西亚高山森林凋落物冬季分解过程中钾和钠动态的影响

亚高山森林冬季不同厚度雪被斑块下显著的冻融格局差异可能对凋落物分解过程中钾(K)和钠(Na)的动态具有重要影响, 然而已有研究还不足以清晰地认识这一过程。以川西亚高山森林6种代表性树种凋落物为研究对象, 采用凋落物网袋法, 探讨冬季不同厚度雪被斑块下雪被形成期、覆盖期和融化期凋落物分解过程中K和Na元素释放或富集的特征。整个雪被覆盖时期, 6种凋落物分解过程中Na均表现为富集特征, 且以覆盖期最为明显; 而K表现为释放特征, 以雪被融化期释放率最大。相对于其他雪被斑块, 厚型和中型雪被斑块下凋落物K释放率相对较高; 除康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)外, 其他物种凋落物在厚型和中型雪被斑块下Na富集率较高。同时, 统计分析结果表明, 物种和雪被显著影响冬季不同关键时期凋落物K和Na元素动态。除红桦(Betula albosinensis)和方枝柏(Sabina saltuaria)凋落物外, 温度因子与凋落物K和Na动态变化呈显著正相关。这些结果表明气候变暖情景下冬季雪被覆盖的减小将抑制亚高山森林冬季凋落物分解过程中K和Na元素的释放, 但是释放程度受凋落物质量和雪被覆盖时期的显著影响。     

荒漠区地表凋落物分解对季节性降水增加的响应

为探讨季节性降水增加对荒漠生态系统凋落物分解的影响, 在古尔班通古特沙漠南缘, 选择粗柄独尾草(Eremurus inderiensis)叶、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)叶、尖喙牻牛儿苗茎、沙漠绢蒿(Seriphidium santolinum)茎4种凋落物样品, 在2009-2011年研究了模拟季节降水增加(冬春增雪、夏季增水)和自然降水处理下凋落物的分解。持续2年的分解实验表明: (1)各组分凋落物的质量损失过程可以用负指数衰减方程较好地拟合(R²> 0.90); 经过637天的分解, 各组分凋落物质量残留率在自然降水、冬春增雪、夏季增水处理下均无显著性差异(p > 0.05)。粗柄独尾草叶、尖喙牻牛儿苗叶、尖喙牻牛儿苗茎、沙漠绢蒿茎在自然降水处理下的质量残留率分别为40.59%、35.50%、36.00%和63.96%; (2)各组分凋落物的质量残留率与N残留率显著正相关, 凋落物N的损失快于其质量损失, 且初始N含量与分解速率显著正相关(r = 0.60, p = 0.038), C/N解释了71%的地面凋落物分解速率。研究表明, 季节性的短暂降水增加对荒漠区地表凋落物分解没有显著影响, 凋落物初始化学组成是预测荒漠区地表凋落物分解的重要因素。     

极端干旱区沙土掩埋对凋落物分解速率及盐分含量动态的影响

极端干旱区由于降水稀少, 植被盖度低, 太阳辐射强烈, 以及土壤稳定性差, 导致其凋落物周转不同于非干旱区。为探究极端干旱区凋落物分解规律, 该研究利用凋落物分解袋法, 以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带优势物种花花柴(Karelinia caspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)凋落叶为研究对象, 设置不同的沙土掩埋处理: 地表、2 cm和15 cm埋深, 以模拟自然条件下凋落物分解环境, 测定分解过程中凋落物质量和水溶性盐的变化特征。结果表明: 极端干旱区凋落物分解速率与凋落物初始碳(C)含量、氮(N)含量、C:N和木质素含量的关系与非干旱区存在较大差异, 在地表处理下, 木质素含量越高, 质量损失越快。不同分解环境下凋落物质量和水溶性盐损失具有显著差异, 与15 cm埋深相比, 地表和2 cm埋深处理显著增加了凋落物的质量损失和水溶性盐总量损失。地表处理增加了凋落物分解前期的水溶性盐溶解量。该研究表明, 极端干旱区凋落物分解的驱动机制具有独特性, 由于降水稀少, 土壤微生物的活性较低, 掩埋深度不是驱动凋落物分解的主要因素, 极端干旱区凋落物的分解主要受其他非生物过程如太阳光辐射的影响。     

雪被斑块对高山森林两种灌木凋落叶质量损失的影响

高山/亚高山森林灌木层植物凋落物的分解对于系统物质循环等过程具有重要意义, 并可能受到冬季不同厚度雪被斑块下冻融格局的影响。该文采用凋落物分解袋法, 研究了高山森林典型灌层植物华西箭竹(Fargesia nitida)和康定柳(Salix paraplesia)凋落物在沿林窗-林下形成的冬季雪被厚度梯度(厚型雪被斑块、较厚型雪被斑块、中型雪被斑块、薄型雪被斑块、无雪被斑块)上在第一年不同关键时期(冻结初期、冻结期、融化期、生长季节初期和生长季节后期)的质量损失特征。在整个冻融季节, 华西箭竹和康定柳凋落叶的平均质量损失分别占全年的(48.78 ± 2.35)%和(46.60 ± 5.02)%。冻融季节雪被覆盖斑块下凋落叶的失重率表现出厚型雪被斑块大于薄型雪被斑块的趋势,而生长季节无雪被斑块的失重率明显较高。尽管如此, 华西箭竹凋落物第一年分解表现出随冬季雪被厚度增加而增加的趋势, 但康定柳凋落物第一年失重率以薄型雪被斑块最高, 而无雪被斑块最低。同时, 相关分析表明冻融季节凋落叶的失重率与平均温度和负积温呈极显著正相关, 生长季节凋落叶的失重率与所调查的温度因子并无显著相关关系, 但全年凋落物失重率与平均温度和正/负积温均显著相关。这些结果清晰地表明, 未来冬季变暖情境下高山森林冬季雪被格局的改变将显著影响灌层植物凋落物分解, 影响趋势随着物种的差异具有明显差异。     

模拟雪被变化对水曲柳和兴安落叶松凋落叶分解的影响

气候变化引起的雪被变化会深刻地影响森林凋落物的分解过程.本研究采用人工控雪处理(对照、增雪、除雪)模拟研究雪被变化对两种温带树种——水曲柳和兴安落叶松凋落叶分解动态的影响. 为期一年的分解试验表明: 不同控雪处理下水曲柳和落叶松的凋落叶年分解率的变化范围分别为51.3%～57.4%和21.7%～31.4%;两者的分解系数(k)变化范围分别为0.048～0.057和0.022～0.030,其中增雪处理的k值最大、除雪处理的k值最小.与对照相比,增雪处理下水曲柳凋落叶50%和95%分解的时间分别缩短了1.1月和4.2月,落叶松则分别缩短了3.7月和15.5月;相反,除雪处理下相应的分解时间分别延长了1.8月和6.4月(水曲柳)及5.0月和21.1月(落叶松).此外,凋落叶分解率与树种、雪深、分解时间、土壤温度等密切相关,但其主要影响因子随分解阶段而异,表现为雪被期主要受土壤温度影响,而随后的无雪期主要受凋落叶初始质量的影响.本研究突显了雪被变化对凋落叶分解有显著的瞬时效应和延迟效应.     

Effects of snow patch on the dynamics of potassium and sodium during litter decomposition in winter in a subalpine forest of western Sichuan

亚高山森林冬季不同厚度雪被斑块下显著的冻融格局差异可能对凋落物分解过程中钾(K)和钠(Na)的动态具有重要影响, 然而已有研究还不足以清晰地认识这一过程。以川西亚高山森林6种代表性树种凋落物为研究对象, 采用凋落物网袋法, 探讨冬季不同厚度雪被斑块下雪被形成期、覆盖期和融化期凋落物分解过程中K和Na元素释放或富集的特征。整个雪被覆盖时期, 6种凋落物分解过程中Na均表现为富集特征, 且以覆盖期最为明显; 而K表现为释放特征, 以雪被融化期释放率最大。相对于其他雪被斑块, 厚型和中型雪被斑块下凋落物K释放率相对较高; 除康定柳(Salix paraplesia)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)外, 其他物种凋落物在厚型和中型雪被斑块下Na富集率较高。同时, 统计分析结果表明, 物种和雪被显著影响冬季不同关键时期凋落物K和Na元素动态。除红桦(Betula albosinensis)和方枝柏(Sabina saltuaria)凋落物外, 温度因子与凋落物K和Na动态变化呈显著正相关。这些结果表明气候变暖情景下冬季雪被覆盖的减小将抑制亚高山森林冬季凋落物分解过程中K和Na元素的释放, 但是释放程度受凋落物质量和雪被覆盖时期的显著影响。     

Direct and indirect control by snow cover over decomposition in alpine tundra along a snowmelt gradient

We assessed direct and indirect effects of snow cover on litter decomposition and litter nitrogen release in alpine tundra. Direct effects are driven by the direct influence of snow cover on edaphoclimatic conditions, whereas indirect effects result from the filtering effect of snow cover on species’ abundance and traits. We compared the in situ decomposition of leaf litter from four dominant plant species (two graminoids, two shrubs) at early and late snowmelt locations using a two-year litter-bag experiment. A seasonal experiment was also performed to estimate the relative importance of winter and summer decomposition. We found that growth form (graminoids vs. shrubs) are the main determinants of decomposition rate. Direct effect of snow cover exerted only a secondary influence. Whatever the species, early snowmelt locations showed consistently reduced decomposition rates and delayed final stages of N mineralization. This lower decomposition rate was associated with freezing soil temperatures during winter. The results suggest that a reduced snow cover may have a weak and immediate direct effect on litter decomposition rates and N availability in alpine tundra. A much larger impact on nutrient cycling is likely to be mediated by longer term changes in the relative abundance of lignin-rich dwarf shrubs.