贡嘎山树线过渡带土壤有机碳矿化和温度敏感性

树线过渡带作为高山地区重要的生态过渡带之一,是响应温度变化的敏感区域。树线过渡带内土壤碳储量丰富,其碳周转在全球碳循环方面扮演着重要角色。探究树线过渡带土壤有机碳矿化及其温度敏感性,对于预测气候变化背景下高山地区土壤碳循环过程具有重要的指导意义。为此以青藏高原东南部贡嘎山树线过渡带(森林、树线、灌丛)的土壤为对象,在室内开展90 d不同温度(15℃和20℃)的培养实验,测定土壤有机碳矿化速率,计算单位土壤有机碳累积矿化量、温度敏感性,并分析影响它们的相关因素。结果表明：土壤有机碳矿化速率受温度和样地类型的显著影响。升温显著增加土壤有机碳矿化速率,而不同样地类型间矿化速率差异显著,矿化速率大小表现为森林>树线>灌丛。本研究用单位土壤有机碳累积矿化量表征土壤有机碳的稳定性,经90 d的培养,15℃下树线过渡带从森林、树线到灌丛单位土壤有机碳累积矿化量分别为12.33 mg/g、12.99 mg/g和10.53 mg/g, 20℃下则分别为19.16 mg/g、21.14 mg/g和16.26 mg/g,灌丛土壤单位土壤有机碳累积矿化量显著低于森林和树线土壤,这表明灌丛土壤具备更...     

青藏高原东缘两处高山树线交错带时空动态及其建群种的生态学特征

热量匮乏是高山树线的主要成因, 在全球变暖趋势下对高山树线及其建群种的生态学过程及特征的研究具有重要意义。该文以青藏高原东缘的折多山和剪子弯山两处高山树线(海拔分别为4 265 m和4 425 m)作为研究对象, 通过设置垂直样带, 同时结合区域温度、降水的长时间序列分析, 探究两处树线的时空动态过程, 并明确了建群种冷杉(Abies spp.)的生态学特征。结果表明: 1)折多山和剪子弯山区域的气温在过去58年均存在显著的上升趋势(分别上升了0.72和0.91 ℃), 而折多山和剪子弯山区域降水均存在微弱的降低趋势。2)折多山的峨眉冷杉(A. fabri)龄级结构呈反J形, 剪子弯山的鳞皮冷杉(A. squamata)龄级结构呈双峰形, 二者种群结构均相对稳定。3)在小尺度上, 种子扩散限制使得两处树线的冷杉聚集分布。在大尺度上, 折多山峨眉冷杉亦呈聚集分布, 而剪子弯山鳞皮冷杉受生长环境以及种内或种间关系的影响呈随机分布。4)两处样地建群树种的树高和基径均随海拔升高而降低, 位于树线交错带上部的冷杉均呈现树高生长大于径向生长的异速生长关系, 而位于样地中、下部位的冷杉大部分呈等速生长关系。5)相比10年前, 折多山和剪子弯山的树线及树种线位置均无明显变化, 剪子弯山鳞皮冷杉种群的树木密度亦无明显变化, 而折多山的树木个体数提高了约25%; 相比20年前, 折多山和剪子弯山的树种线分别上移了50和30 m, 树线位置分别升高了75和40 m, 树木个体数亦明显增加, 分别提高了约220%和100%。树线及其建群种在较大时空尺度上主要受热量的控制, 而在较小时空尺度上受温度及生长环境共同作用的影响。     

树线对气候变化响应的研究进展

树线是对20世纪全球气候变暖响应最为敏感的地带之一。本文描述了树线的概念、特点以及树线的研究方法,并从树线对全球气候变化的响应方式这一角度对国内外有关树线的研究进行了回顾。已有的大部分研究表明,自20世纪以来,在全球气候变暖和降水增加的影响下,树线对气候变化的响应方式主要以树线上移为主,约占65%,包括斯堪的纳维亚山脉、比利牛斯山脉,以及极地乌拉尔山脉;树线附近树木密度增加的研究约占20%,主要包括斯堪的纳维亚山脉和极地乌拉尔山脉,该地冬季积雪为幼树生长提供了有利的环境;树线较稳定及略有后退的研究约占15%,主要是阿尔卑斯山脉。通过对以往研究的综述,本文总结了树线对气候变化响应的研究进展,并对今后的研究作了展望。     

川西高海拔增温和加氮对红杉凋落物有机组分释放的影响

对川西高山树线红杉新鲜凋落物中有机组分于11月进行自然条件(对照)、加氮(2 g N·m^-2)、增温(顶开式培养室)、加氮+增温4个处理的原位培养,并监测凋落物中有机组分的分解动态.结果表明: 在试验开始后4个月内,增温、加氮以及加氮+增温处理比对照显著促进了红杉凋落物中水溶性糖、水溶性酚和多酚的分解,但随着培养时间的延长,累积分解量的差异逐渐缩小.与对照相比,增温、加氮和增温+加氮处理均抑制红杉凋落物中CH₂Cl₂提取组分、酸溶碳水化合物、酸溶木质素和非酸溶木质素分解,其中增温处理抑制作用最强,加氮处理抑制效果最弱,增温+加氮处理介于二者之间;增温处理对非酸溶木质素和CH₂Cl₂提取组分的半分解周期延长1倍以上,热水溶组分的半分解周期延长50%以上.在原位培养条件下,红杉新鲜凋落物中水溶性糖、水溶性酚、多酚、酸溶碳水化合物、酸溶木质素是较容易分解的有机组分,半分解周期分别为182、159、127、154和190 d;热水溶组分、CH₂Cl₂提取组分和非酸溶木质素是较难分解的有机组分,半分解周期分别是209、302和318 d;尽管低温季节(11月至次年3月)极其寒冷,气温均低于0 ℃,常被认为是微生物活性最弱、有机物分解最慢的时期,但结果显示低温季节期间红杉凋落物各有机组分却分解最快.因此,氮沉降和升温将迟滞该区域高寒红杉林凋落物的分解.这将有利于高寒森林生态系统的土壤碳固持.     

贡嘎山树线过渡带土壤胞外酶活性及其化学计量比特征

土壤胞外酶及其化学计量比是反映土壤养分可用性和微生物底物限制的敏感指标。然而, 对全球变化敏感的高山树线过渡带土壤酶活性和化学计量比的变化特征及其关键驱动因素仍不清楚。该研究在青藏高原东南部的川西贡嘎山高山树线过渡带(森林、树线、灌丛)进行土壤采样, 测定了树线过渡带土壤中5种水解酶(β-葡萄糖苷酶(BG)、纤维素二糖水解酶(CBH)、木聚糖水解酶(XYL)、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP))和2种氧化酶(多酚氧化酶(POX)、过氧化氢酶(CAT))的活性, 并计算土壤胞外酶活性化学计量比(碳、氮(N)酶活性比和碳质量指数)。结果表明: 灌丛土壤LAP、POX、CAT活性显著低于树线和森林土壤, XYL活性在树线最低, 其他胞外酶活性在树线过渡带不同位置差异不显著。灌丛土壤lnBG/lnLAP显著高于森林和树线处土壤, lnBG/ln(NAG + LAP)在树线过渡带没有显著变化, 碳质量指数在树线处最高。非度量多维尺度分析表明, 土壤有机碳、全氮、硝态氮含量和植物叶片木质素:N是影响树线过渡带土壤酶活性差异的主要因素, 植物叶片碳氮比、木质素:N和土壤可溶性氮含量是影响树线过渡带土壤胞外酶活性化学计量比差异的主要因素。综上所述, 贡嘎山地区的部分土壤酶活性及其化学计量比沿树线过渡带会发生明显的变化, 这种变化可能是由不同植物类型下微生物群落差异导致。这表明, 未来气候变化引起的树线迁移可能会改变胞外酶活性进而影响土壤养分循环。     

干扰对高山林线再形成过程的影响

高山林线是一类典型的生态交错带,因其特殊的结构和功能以及对外界环境的高度敏感性而成为全球气候变化研究的热点之一.本文简要介绍了高山林线的相关概念及其界定,从高山林线海拔位置波动、植被格局变化、生态交错带物种组成变化及其生理生态特征变化等几个方面阐述了干扰对高山林线再形成过程的不同影响,总结了高山林线物种对干扰的两种基本响应方式,即退行和入侵.认为人为干扰在一定程度上弱化了当前气候变暖对高山林线波动的影响,因而在不同地区必须紧密结合当地可能的干扰来讨论高山林线的波动,否则结果有可能因误差较大而失去应有的价值.指出该研究在高海拔地区进行植被恢复的指导意义.     

藏东南色季拉两种树线交错带及其不同生境的小气候特征

明确色季拉高山树线交错带的小气候特征,为深入开展高山树线维持机制研究提供基础数据。基于2018—2020年色季拉山树线交错带(急尖长苞冷杉树线交错带和方枝柏树线交错带)自动气象站及不同生境空气-土壤温湿度的连续观测,分析了两种树线交错带的总体小气候特征及3个生境(林下、灌木、林隙)温度、水分条件的变化特征。结果表明：两种树线交错带最热月均温8.71～9.32℃,最冷月均温-7.23～-9.08℃,年均温0.55～0.88℃,气温年较差15.95～18.40℃,年生物温度2.79～3.33℃,温暖指数与寒冷指数分别为9.15～12.94℃·月^-1、-60.22～-64.98℃·月^-1,以空气温度定义的生长季均温和生长季长度分别为7.45～8.31℃、106～136 d,以10 cm土壤温度定义的生长季均温和生长季长度则分别为6.06～7.01℃、120～141 d;两种树线交错带不同生境的地上温度和水分条件均较为相似,而地下层面温度和水分条件最优的均是林隙,但其土壤温度日振幅大,同时林下的土壤温度均小于其他生境,出现了“凉脚”效应;以土壤温度定...     

北京东灵山树线处土壤细菌的PICRUSt基因预测分析

树线变动会对生物多样性分布以及生态系统功能的维持造成深远影响,研究树线处土壤微生物群落及其功能,对预测高海拔生态系统响应气候变化具有重要价值。采用Mi Seq高通量测序技术及PICRUSt基因预测分析方法,对北京东灵山辽东栎林及树线之上亚高山草甸的土壤细菌群落及功能进行对比研究,结果表明:土壤细菌物种多样性在树线处没有发生显著的变化,沿海拔也没有呈现出明显趋势,但细菌群落结构以及预测功能基因均发生了变化。在39个二级预测功能分类中有10个子功能的相对多度在森林和草甸中具有明显差异。其中,其他次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、酶家族、信号分子及交互作用、环境适应、细胞生长和死亡等的功能基因在森林中明显高于草甸中;而维他命及辅因子代谢、膜运输、内分泌系统等的功能基因在草甸中偏高。     

高山林线生态交错区木本植物幼苗分布特征、更新机制及其对气候变化的响应

木本植物幼苗是高山林线生态交错区的重要组成部分,其更新对气候变化背景下树线的移动至关重要.本研究通过对近几十年来全球范围内林线生态交错区的木本植物幼苗分布特征、更新机制及其对气候变化响应的研究总结得出:林线生态交错区木本植物幼苗的空间分布类型主要为渐变型和聚集型,且不同分布类型对树线动态的指示意义各异.在全球尺度上,其分布的海拔高限通常与生长季长度、均温和物种特性等有关,而在区域尺度上则多受降水影响.在幼苗更新初期,种源在很大程度上决定了种子的萌发及分布位置,之后微环境的促进作用为幼苗的定植提供庇护,提高其存活率,而在更新后期多种生物和非生物因素及其相互作用则非常关键.气候变暖促使林线生态交错区气温升高、降水充沛,有利于幼苗生长,使其向高海拔区域扩张而成为树线上移的先兆,但部分物种受遗传特性或适应策略影响,仅表现为密度增加,使树线保持相对稳定.未来应借助树轮、14C等精确定年技术,通过长期的野外定位观测和室内模拟,加强多时空尺度下林线幼苗的空间分布特征和更新机制研究,分析不同类型林线内木本植物幼苗的适应策略,预测气候变化背景下的树线动态,为山地生态系统恢复及保护提供科学依据.     

Spatio-temporal dynamics of two alpine treeline ecotones and ecological characteristics of their dominate species at the eastern margin of Qinghai-Xizang Plateau

热量匮乏是高山树线的主要成因, 在全球变暖趋势下对高山树线及其建群种的生态学过程及特征的研究具有重要意义。该文以青藏高原东缘的折多山和剪子弯山两处高山树线(海拔分别为4 265 m和4 425 m)作为研究对象, 通过设置垂直样带, 同时结合区域温度、降水的长时间序列分析, 探究两处树线的时空动态过程, 并明确了建群种冷杉(Abies spp.)的生态学特征。结果表明: 1)折多山和剪子弯山区域的气温在过去58年均存在显著的上升趋势(分别上升了0.72和0.91 ℃), 而折多山和剪子弯山区域降水均存在微弱的降低趋势。2)折多山的峨眉冷杉(A. fabri)龄级结构呈反J形, 剪子弯山的鳞皮冷杉(A. squamata)龄级结构呈双峰形, 二者种群结构均相对稳定。3)在小尺度上, 种子扩散限制使得两处树线的冷杉聚集分布。在大尺度上, 折多山峨眉冷杉亦呈聚集分布, 而剪子弯山鳞皮冷杉受生长环境以及种内或种间关系的影响呈随机分布。4)两处样地建群树种的树高和基径均随海拔升高而降低, 位于树线交错带上部的冷杉均呈现树高生长大于径向生长的异速生长关系, 而位于样地中、下部位的冷杉大部分呈等速生长关系。5)相比10年前, 折多山和剪子弯山的树线及树种线位置均无明显变化, 剪子弯山鳞皮冷杉种群的树木密度亦无明显变化, 而折多山的树木个体数提高了约25%; 相比20年前, 折多山和剪子弯山的树种线分别上移了50和30 m, 树线位置分别升高了75和40 m, 树木个体数亦明显增加, 分别提高了约220%和100%。树线及其建群种在较大时空尺度上主要受热量的控制, 而在较小时空尺度上受温度及生长环境共同作用的影响。