太白山不同海拔森林根际土壤微生物碳利用效率差异性及其影响因素

探索森林根际土壤微生物碳利用效率(CUE)是权衡森林生态系统微生物合成代谢和分解代谢强弱的关键过程。然而不同海拔森林根际土壤微生物CUE的变化规律与影响因子尚不清楚。该研究选取秦岭太白山6个不同海拔的森林根际土壤为研究对象,测定其理化性质、胞外酶活性、微生物群落与植被特征等指标,利用酶化学计量比计算微生物CUE,分析根际土壤微生物CUE沿海拔梯度的变化规律,定量研究其影响因子。结果表明:根际土壤微生物CUE随海拔升高总体呈上升趋势。CUE从最低海拔的0.505至最高海拔的0.527升高了4.36%,但在海拔1 603和2 405m处出现了下降。海拔梯度内根际土壤微生物CUE变化受多种环境因子综合影响,土壤基质的影响(如可溶性有机碳和铵态氮含量)占主导地位,植被因子次之,二者分别解释了CUE变化的17.0%和5.7%,且二者相互作用解释了CUE变化的31.9%。研究结果可为秦岭森林土壤微生物碳同化能力和固碳潜力,以及全球变化背景下森林土壤碳循环提供科学依据。     

秦岭山地植被净初级生产力及对气候变化的响应

基于1999~2009年的NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）进行模拟估算,并分析了秦岭NPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：1999~2009年11年间秦岭山地的平均年NPP为542.24 gC·m^-2·a^-1;研究期内秦岭NPP呈显著增长趋势（P<0.01）,2008年最高（718.77 gC·m^-2·a^-1）,2001年最低（471.78 gC·m^-2·a^-1）;四季对全年NPP的贡献率大小依次为夏季（49.90%）>春季（26.16%）>秋季（18.87%）>冬季（5.07%）;月NPP与温度和降水都显著相关,但与温度的相关性更高,月水平上温度对NPP的影响比降水大;生长季期间NPP与温度和降水的相关性在空间分布上都以正相关为主。     

基于Vaganov-Shashkin模型的太白红杉径向生长对气候要素的响应

利用采自太白山南坡药王殿、北坡上板寺的太白红杉树芯样品分别建立树轮宽度年表,运用Vaganov-Shashkin模型揭示秦岭太白红杉径向生长对各气候要素的响应.结果表明: 生长季(4—8月)的温度、生长初期的降水量以及7、8月的降水量是限制秦岭地区太白红杉生长的主要气候因子.良好的温度条件有利于太白红杉的生长,但生长初期的降水量会抑制太白红杉的生长;7、8月的降水量对秦岭南坡和北坡太白红杉的影响差异明显,该时段内丰富的降水量对北坡太白红杉的生长具有促进作用,而对南坡太白红杉的生长产生一定的限制作用;同一坡向、不同海拔采样点树木径向生长与气候因子的响应结果同样存在差异,高海拔采样点太白红杉的生长需要的温度条件低于低海拔采样点,但对土壤湿度的需求大于低海拔采样点.生长开始日的早晚对太白红杉树轮宽度的形成影响很大,而生长结束日仅与南坡采样点树轮宽度之间呈显著相关.     

近144年来秦岭太白山林线区3-6月平均气温的重建

秦岭太白山林线植被因海拔较高且受人为扰动较轻,对气候变化的响应尤为敏感,为获取过去气候变化信息提供了可靠代用资源。然而,结合树木年代学方法及Arcgis空间插值功能进行秦岭林线气候变化重建的工作至今仍处于空白。利用采自太白山林线地带太白红杉(Larix chinensis)所建立的树轮宽度资料,与提取自太白山保护区气温栅格数据中的采样点位置气象数据进行相关分析。结果表明,太白红杉与3—6月平均气温相关性最显著,采用线性回归建立了两者的拟合模型,剔除重建方程中的1997、1998年之后,方差解释量达57.2%(调整自由度后为55.5%);重建气温序列显示偏冷时段平均跨度(16年)较偏暖时段平均跨度(10.8年)长,偏冷时段有:1870—1881年、1903—1918年和1977—1996年;偏暖的时段有:1882—1892年、1919—1929年和1997—2013年;在1931—1978年这一时期,气温相对稳定,1988年之后升温强烈;周期分析显示近144年以来3—6月气温存在22—31 a,18—22 a以及10—13 a的3个振荡周期,可能与大尺度气候驱动及太阳活动存在联系。以上结果均得到历史记录以及周边重建结果的支持。     

气候变化背景下1964-2015年秦岭植物物候变化

以1964-2015年物候观测数据为基础,选取17种含乔木、灌木及藤本树种为研究对象,分析探讨了气候变化背景下秦岭地区植物物候变化规律及其差异性。结果表明:(1)52年来,秦岭地区物候始期普遍呈提前趋势,提前速率1.2d/10a,物候末期普遍呈推迟趋势,推迟速率3.5d/10a,物候生长期普遍延长;(2)秦岭地区物候突变发生于20世纪80年代,始期于1985年,末期于1984年。突变后,物候特征发生了显著变化,始期的提前速率较突变前显著加快,末期由突变前的提前趋势转变为极显著的推迟趋势,且变化速率和显著性均高于始期;始期与末期变化均表现出"趋同效应";物候年代际变化趋势显示,始期自2001-2005年起提前速率减缓,植物对气候变化的响应表现出适应性及滞后性。(3)秦岭物候变化存在树种差异,3大类树种始期的提前速率呈藤本、乔木、灌木依次增大,而末期的推迟速率则呈藤本、灌木、乔木依次减小。(4)秦岭物候变化存在南北差异,北坡始期的提前速率均高于南坡,而南坡末期的推迟速率均高于北坡。     

黄土地区冬小麦田土壤理化性状、磷酸酶活性与氧化亚氮的排放

通过大田试验研究了黄土地区种植作物对旱作农田土壤理化性状、磷酸酶活性以及土壤N2O排放的影响。结果表明:无论是否施氮肥,是否覆膜,种植冬小麦对黄土地区土壤N2O的排放均具有促进作用;管理措施不同,作物对土壤N2O排放通量的影响效应亦不同,麦田小区土壤N2O排放通量高于休耕小区N2O,且覆膜处理>常规处理>单施磷肥处理;在常规施氮和覆膜施氮条件下,小麦田的水分含量均低于休耕地的含水量,但其NH4 -N含量却高于休耕地。多重回归分析表明:麦田小区与休耕小区土壤N2O排放通量差值仅与土壤有机质增量呈显著负相关,能量物质的丰缺是决定土壤N2O变化的主要因素;磷酸酶活性与N2O排放通量之间呈极显著负线性相关,即在磷素相对缺乏的黄土地区,如何提高磷酸酶活性对于土壤N2O的减排有重要意义。     

基于树轮-气候资料的160多年来秦岭太白山降水变化特征重建

秦岭作为中国南北地理分界线的重要组成部分,一直是全球气候变化研究的热点地区之一。依据秦岭主峰太白山北坡太白红杉(Larix chinensis)树轮宽度指数以及周边宝鸡和眉县多年的气象站数据,通过多元回归模型重建了该地区160年来上年11月至当年6月的累计降水量序列,揭示了1852—2012年秦岭主峰太白山降水变化特征。结果表明:重建方程方差解释量为39.6%(R2adj=0.370,F=15.11,P0.001),重建序列的可靠性得到了气象灾害历史记录以及周边重建结果的支持与验证;重建降水序列表现出明显的干湿变化和周期性波动特征,在过去160年中较湿润的时段主要有1875—1885、1908—1923和1983—2002年;持续干旱的时段包括1857—1867、1886—1907、1923—1935年以及1954—1965年;周期分析结果显示,研究区160年来降水变化存在47~54、17~22、准13和3~7 a的4种震荡周期,并且表现出小周期弱化、大周期增强的趋势。研究区气候变化还受到更大尺度水文气候变化的影响。     

基于太白红杉树轮宽度重建近172年太白山自然保护区7月NDVI

利用太白山自然保护区南北坡采集的太白红杉树轮数据、气象数据和区域NDVI数据进行相关分析,重建太白山自然保护区近172年NDVI变化序列.结果表明: 太白山自然保护区的NDVI年内变化规律与植被生长周期具有一致性,生长季的水热条件是控制NDVI值的主要因素;树轮宽度与植物生长季的NDVI呈显著正相关,7月相关性最强.利用长时间序列的树轮宽度指数重建太白山自然保护区历史时期7月的NDVI变化序列,发现重建的历史时期7月NDVI变化序列存在5个低值时段和5个高值时段,这些时段与秦岭地区的气候变化趋势及旱灾发生记录相对应.重建的太白山自然保护区南北坡7月NDVI变化序列存在60年左右的准周期变化.     

秦岭不同龄组巴山冷杉径向生长对气候因子的响应差异

秦岭地区树轮气候学研究已经引起众多学者的重视,但年龄因素对调节树木径向生长-气候响应关系的研究尚未在当地得到广泛关注。运用树轮气候学方法,建立秦岭牛背梁国家级自然保护区低、中、高3个龄组巴山冷杉(Abies fargesii)的树轮宽度差值年表,探究不同龄组巴山冷杉径向生长与覆盖研究区的0.5°×0.5°分辨率格点气候要素之间的响应关系,以期解译年龄差异对巴山冷杉树木径向生长-气候响应特征的潜在影响。结果表明：不同龄组巴山冷杉差值年表统计特征值存在明显差异,平均敏感度和样本总体代表性随年龄增大而递减,但标准差、样本间平均相关系数和第一特征根变异解释量均以中龄组最低,信噪比却以中龄组最高;春季(3—5月)降水的增加以及秋季(9—11月)气温的升高对低龄组巴山冷杉径向生长的促进作用最强,对中龄组树木生长的促进作用明显减弱,而对高龄组树木生长几乎没有影响;气温对巴山冷杉径向生长的促进作用随树龄增高而增强,差值年表与当年2月、8月、上年5月平均温、平均最高温的相关系数均呈现随龄级增大而逐渐递增的趋势。年龄因素对牛背梁国家级自然保护区巴山冷杉径向生长-气候响应关系存在明确影响,随着年龄的增加,巴...     

秦岭太白山不同林带土壤微生物呼吸速率及其影响因素

为探究森林土壤微生物呼吸对温度的敏感性及其影响因素,在太白山选取典型的4个不同海拔的林带（锐齿栎林、辽东栎林、红桦林、牛皮桦林）的0-10 cm表层土壤为对象,分别在15、25、35℃下进行控温培养实验并测量其土壤呼吸速率、微生物量和胞外酶活性等指标。结果表明：1）在1-20 d与20-72 d时的微生物呼吸速率分别呈现波动下降趋势与缓慢下降趋势,相比于其初始速率平均下降了68%与90%;表明高温在短期内促进土壤呼吸;2）太白山地区土壤温度敏感系数（Q₁₀）随温度的升高而降低;3）在培养过程中,出现15℃和25℃下微生物量先增多后减少,35℃下微生物量一直减少的现象,并且胞外酶是影响土壤微生物呼吸的重要因素,其中BG（β-葡萄糖苷酶）是胞外酶中最重要的影响因子;4）培养72 d以后,BG已无法为微生物生长繁殖提供充足的碳,在25℃和35℃下,由BX（β-木糖苷酶）提供的碳已成为微生物生长繁殖的重要碳源之一。在15℃和25℃下,N是培养前期限制土壤呼吸的因素,C是后期限制因素;在35℃下,N一直是限制土壤呼吸的因素。在15℃和35℃下,土壤呼吸不存在P限制;在25℃的培养前期,P是限制土壤呼吸的因子,而在培养后期不存在P限制。本研究结果阐明抑制土壤碳排放的关键在于抑制土壤微生物呼吸,揭示了在胞外酶驱动下的土壤碳循环特征,为准确预测全球未来气候变化的趋势提供理论基础。