冻融交替对土壤CO2及N2O释放效应的研究进展

在秋冬交替和冬春交替时期高纬度地区和高海拔生态系统表层土壤常有冻融交替频繁发生。由于冻融交替作用通过改变土壤水热性质而对土壤物理、化学、生物学特性产生效应。冻结通常导致土壤团聚体破裂、微生物细胞及细根死亡,释放出活性较高的有机物,增强随后融解的土壤的反硝化和呼吸活性,从而影响土壤生物、生物化学过程以及生物地化循环。已有对苔原、泰加林等北极和亚北极生态系统的研究表明,土壤冻融交替次数、冻融极端温度、土壤水分、土壤团聚体结构变化等对CO2和N2O的释放通量影响较为显著,一般在冻融的最初几个循环温室气体排放会增加,随后会降至一个较为稳定的水平。目前,冻融循环变化背景下的温室气体排放研究主要是针对北方高纬度地区,而且对冻融交替影响土壤温室气体排放的机理研究也不够。我国面积广大的青藏高原高海拔地带在全球增温背景下,轻微增温会导致季节性冻土表层冻融交替次数增加,甚至冻土季节消失,加强全球增温背景下我国高山亚高山季节性冻土生态系统效应和过程研究,特别是土壤暖化导致的温室气体排放变化通量和变化机理的研究,对揭示全球变化的区域效应以及高海拔生态系统的管理都具有重要作用。     

凋落物和积雪覆盖对低温季节西南亚高山森林表层土壤脲酶动态的影响

土壤脲酶(URE)活性易受到温度、地表覆盖(凋落物和积雪覆盖)、土壤水热动态等的影响,是常用的表征土壤中有机态氮转化与矿化状况的生物活性的指标之一.为探索凋落物和积雪覆盖对低温季节川西亚高山森林土壤脲酶活性的影响,以低温季节亚高山针叶林均质化土壤为研究对象,采用4种不同覆盖处理(裸露地表、凋落物覆盖、积雪覆盖、凋落物和积雪同时覆盖)进行原位培养,对各处理在低温季节(11月至翌年5月)表层(0-10 cm)和下层(10-20 cm)土壤进行采样并分析其脲酶活性动态.结果表明:(1)川西亚高山森林土壤脲酶活性在低温季节仍相对较高;整体呈现出先增高,随后急剧降低,到低温末期达到峰值的变化趋势.(2)整个低温季节凋落物和积雪对URE活性的影响均达到极显著水平,凋落物和积雪两因素之间存在显著的交互作用.凋落物和积雪覆盖动态格局深刻影响着亚高山森林的生态过程,亚高山森林高海拔土壤脲酶活性可以作为低温季节高海拔生态系统环境变化的一个短期响应特征.     

彭州市龙门山不同地震裸地次生演替初期土壤酶活性研究

地震形成的次生裸地的生态恢复包括植被和土壤的结构与功能恢复两个方面.选取彭州龙门山地震崩塌地、泥石流冲积扇、滑坡体等震后形成的三个典型次生裸地恢复3 a后,对表土(0-30 cm)有机碳、水溶性氮、有效磷和土壤酶活性等性质进行了研究,以评价恢复初期不同次生裸地的土壤恢复状况.结果显示,自然恢复3a,土壤有机碳恢复到原生样地的27％～42％,可溶性碳恢复至原生样地的25％～46％,可溶性氮恢复至原生样地的6％～14％,有效磷恢复至原生样地的21％～83％.土壤酶中,过氧化氢酶活性恢复较快,达到对照样地过氧化氢酶活性的70％以上,而脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性恢复较慢,分别为对照样地的5％～19％,6％～48％,6％～26％,因此地震形成的次生裸地上土壤肥力质量与土壤酶活性的恢复是一个长期的过程.     

低温季节西南亚高山森林土壤多酚氧化酶动态研究

以亚高山针叶林均质化土壤为研究对象,采用裸露地表、凋落物覆盖、积雪覆盖、凋落物和积雪同时覆盖4个不同覆盖处理的原位培养实验,对各处理在低温季节(11月～5月)土壤表层(0~10cm)和下层(10～20 cm)多酚氧化酶(PPO)活性动态进行了分析,结果表明:(1)在低温季节,所有处理表层PPO活性在12~2月出现波动,差异不显著;下层土壤PPO活性逐渐升高,到低温季节结束前后活性达到最高,但是不同处理的升高幅度不同;(2)积雪和凋落物覆盖变化引起不同处理和不同深度土壤PPO活性动态的差异性响应。不论是表层还是下层土壤,在整个低温季节积雪对PPO活性的影响达到极显著水平,但凋落物覆盖能缓冲积雪对PPO活性的效应。(3)降雪时空格局变化对亚高山土壤PPO的影响主要体现在没有凋落物覆等盖层的裸露土壤,在有凋落物等覆盖情况下,全球变化可能导致的积雪减少甚至消失对土壤PPO活性的影响不大。     

朗川公路若尔盖湿地段人工移栽草皮的群落生态学研究

通过对若尔盖湿地国家自然保护区国道213郎川段的回覆草皮进行植物群落人工恢复的野外定位试验和调查,对人工切割不同规格草皮植物群落及其α多样性指数进行了初步研究.结果表明,切割草皮试验样地物种丰富度S、Simpson和Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数均低于背景值;优势度指数高于背景值,优势种和建群种以禾本科、莎草科等为主,切割草皮上优势种的基本指标均高于背景样方;切割面积为30 cm×30 cm时厚度的增加会导致物种多样性和均匀度的增加,面积为50 cm×50 cm、厚度为20 cm样地会保持较为稳定的多样性指标,且有利于保持较高的地下生物量密度和地上生物量.草皮切割面积Sq与物种丰富度S和Ma之间呈极显著正相关,与Berger-Parker优势度指数呈极显著负相关.     

低温季节西南亚高山森林土壤轻组分有机碳动态

轻组分有机碳(LFOC)易受短期土地利用方式和环境变化的影响而被用作土壤有机碳短期环境效应的特征指标。通过西南亚高山均质化土壤在不同覆盖情形(裸土除雪BNS、裸土覆雪BS、凋落物除雪LNS、凋落物覆雪Control)下低温季节原位培养,对0~10 cm和10~20 cm深度LFOC影响的动态分析,结果发现:西南亚高山土壤LFOC平均占该土层总有机碳比例为15.5%;经过一个低温季节,不同处理下的LFOC比例变幅介于13.6%~21.1%;土壤0~10 cm和10~20 cm的LFOC在低温季节波动剧烈且含量高,甚至高于生长季节初期和末期,显示亚高山森林土壤碳动态在低温季节仍然极活跃;0~10 cm土壤中在低温季节凋落物覆雪处理土壤LFOC最低,而其余3个处理裸土除雪、裸土覆雪、凋落物除雪处理下LFOC含量和波动幅度均高于凋落物覆雪处理,表明土壤表面的凋落物和积雪覆盖及其组合显著影响0~10 cm土壤LFOC动态和含量;10~20cm土层LFOC时间动态也存在处理效应,显示地表覆盖同样影响下层土壤的LFOC过程;效应分析显示凋落物、积雪、采样时间、土壤深度及其交互作用对土壤LFOC含量的主效应和交互作用达到显著水平,特别是凋落物和积雪同时存在时抑制土壤LFOC形成而有助于维持土壤有机碳的稳定,而凋落物和/或积雪的消失均导致低温季节土壤LFOC升高。因此,在西南亚高山低温季节地表凋落物和积雪覆盖及其组合变化,将会影响亚高山森林土壤碳的库容量和稳定性。     

若尔盖湿地公路建设生态恢复中植物群落多样性与相似性研究

采用β多样性指数测度了不同规格切割草皮样方的群落多样性及与原生群落的相似性,以衡量不同规格的回覆草块样方的群落恢复效果.揭示生境被分割的程度及不同样方的群落多样性.对实验区人工切割草皮群落的β多样性指数进行了研究,结果表明,βw胁(Whittaker指数)和βc(Cody指数)指数因取样面积的大小而变化,βw胁指数随取样面积的增加而增加,而βc指数随取样面积的增加而减少.β多样性指标以物种的个体数作为测度指标将导致较大的误差,而以相对盖度、重要值作为测度指标时得到的结果较合理.相似性指数(Jacard指数和Sorenson指数)测定结果表明,取样面积越大、与背景越相似的群落,恢复效果越好.     

高山树线交错带及其对全球气候变化的响应研究进展

高山树线交错带(Alpine treeline ecotone,ATE),处于高寒严酷气候胁迫的临界状态,是高海拔生态系统承受环境变化压力最大的地带之一,全球性和区域性气候变暖必然在这一生态界面上有所反映.已有的研究表明,高山树线交错带对气候变化的响应方式及强度,因地形、ATE类型和物种组成以及研究方法和尺度而异.在气候变化的背景下,关于ATE的动态对高海拔生态系统土壤生物地化过程及碳循环的影响的相关研究还比较缺乏,而土壤生物过程对环境因子的敏感度远高于植物群落演替对环境变化的响应.因此,今后的研究应该结合各学科的最新研究手段,在不同尺度上开展对ATE的生态和土壤过程与机理方面的定量研究.     

川西亚高山森林土壤过氧化氢酶活性对升高温度和CO_2浓度的响应

川西亚高山针叶林由于其特殊地理位置和特定生态环境下植被的演替动态,使之成为全球变化的敏感性区域之一。本文通过原位模拟升高温度2(±0.4)℃和CO2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤过氧化氢酶活性的影响。结果显示升温和升高CO2浓度对岷江冷杉(Abies faxoniana)根际和非根际土壤过氧化氢酶活性的影响不同,还与冷杉的种植密度有关。同时,冷杉根际和非根际土壤过氧化氢酶活性对升高温度和CO2浓度的响应还随着时期而发生变化。另外,遮荫处理也会影响土壤过氧化氢酶活性。原位研究结果表明亚高山针叶林土壤酶对升高温度和CO2的响应并非简单的提高或者抑制,不同时期、不同密度以及与非根际环境中过氧化氢酶活性反应差异很大,可能涉及的土壤学和生态学过程十分复杂,需深入研究。