雪被斑塊對(duì)川西亞高山云杉林土壤氮轉(zhuǎn)化的影響.pdf

1、高山原始森林普遍存在的林窗、樹(shù)木的遮擋與集流作用及微地形的影響，使高山森林內(nèi)普遍存在雪被覆蓋厚度及持續(xù)時(shí)間等明顯不同的雪被斑塊。高山森林土壤氮轉(zhuǎn)化受到土壤生物和非生物因子（如:水熱條件和凍融循環(huán)等）所調(diào)控。雪被的絕熱效應(yīng)(insulating effect)、土壤凍融循環(huán)和凍結(jié)強(qiáng)度與雪被厚度/密度密切相關(guān)。因此，雪被斑塊的形成可能改變土壤氮循環(huán)的微環(huán)境條件，從而對(duì)高山森林土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)生顯著影響，但一直缺乏相應(yīng)的關(guān)注。鑒于此，本研究利

2、用林冠對(duì)冬季降雪再分配，于2012/2013年冬季和2013/2014年冬季，在海拔3000m云杉林地選取3類(lèi)雪被斑塊，即厚雪被斑塊(deep snowpack，DS)、中厚度雪被斑塊(middle snowpack，MS)和淺雪被斑塊(shallow snowpack，SS)，結(jié)合野外定位監(jiān)測(cè)和室內(nèi)分析的方法，探討亞高山云杉林土壤氮?jiǎng)討B(tài)對(duì)異質(zhì)性雪被的響應(yīng)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)兩年冬季內(nèi)3類(lèi)雪被斑塊5 cm土壤溫度和樣地

3、大氣日均溫度變化趨勢(shì)基本一致，均先下降再升高，并且均以淺雪被斑塊(SS)日均溫波動(dòng)最大。土壤溫度隨著雪被厚度的增加而增加。2012/2013年冬季和2013/2014年冬季5 cm土壤平均溫度分別為DS(-0.57℃)＞MS(-0.65℃)＞SS(-0.82℃)，DS(-0.83℃)＞MS(-0.87℃)＞SS(-1.00℃)。各雪被斑塊兩年冬季平均土壤含水量表現(xiàn)為SS(44.56％)＞ MS(39.57％)＞ DS(38.49％)，并

4、且土壤含水量均在雪被形成期(SFP)和雪被融化期(SMP)表現(xiàn)為淺雪被斑塊(SS)顯著高于厚雪被斑塊(DS)，而雪被穩(wěn)定期(SSP)各雪被斑塊土壤含水量差異不顯著。
　　(2)兩個(gè)冬季土壤活性氮庫(kù)均存在明顯的動(dòng)態(tài)變化，土壤NH4+-N、NO3--N、MBN含量都以雪被融化期(SMP)最高。該區(qū)冬季土壤NO3--N含量(16.69～71.13 mg/kg)顯著高于NH4+-N含量(0.25～6.04 mg/kg)。兩年冬季土壤MBN

5、平均含量DS(11.64 mg/kg)＞MS(11.10 mg/kg)＞SS(9.45 mg/kg)。雪被斑塊對(duì)土壤NH4+-N、MBN含量無(wú)顯著影響，而對(duì)土壤NO3--N含量影響顯著。總體上，土壤NH4+-N和NO3--N含量為SS或MS雪被斑塊＞DS雪被斑塊。2013/2014年冬季土壤NH4+-N和NO3--N含量均比2012/2013年冬季高。
　　(3)兩個(gè)冬季3類(lèi)雪被斑塊土壤凈硝化速率(0.09～0.34 mg kg-

6、1 d-1)遠(yuǎn)高于凈氨化速率(0.01～0.03 mg kg-1 d-1)，并決定該區(qū)森林土壤凈氮礦化(0..14～0.36 mgkg-1 d-1)。2013/2014年冬季土壤凈氮礦化速率比2012/2013年冬季有所下降，DS、MS和SS雪被斑塊分別降低了56.34％、64.87％和21.89％。統(tǒng)計(jì)分析表明，雪被斑塊對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化速率的影響與采樣時(shí)期和雪被厚度有關(guān)?？傮w上看，土壤凈氨化速率、凈硝化速率和凈氮礦化速率均隨雪被厚度的減少

7、而升高，但差異不顯著。兩年冬季各雪被斑塊土壤平均凈氮礦化速率MS(0.25 mg kg-1 d-1)＞DS(0.19 mg kg-1 d-1)＞ SS(0.13 mg kg-1 d-1)。
　　(4)兩年冬季3種土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性（脲酶、硝酸還原酶和亞硝酸還原酶）存在明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)，3種土壤酶活性均在雪被融化期(SMP)最大。兩年冬季，SS雪被斑塊的3種土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性是DS雪被斑塊的0.8～3.9倍。雪被斑塊對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的影

8、響與季節(jié)和酶種類(lèi)有關(guān)。在雪被形成期和消融期，SS雪被斑塊3種土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性高于另外兩個(gè)雪被斑塊，而在雪被穩(wěn)定期，MS或DS雪被斑塊土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性相對(duì)較高。相關(guān)分析表明脲酶、硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性與溫度、水分密切相關(guān)。
　　(5)從雪被形成期(SFP)到雪被穩(wěn)定期(SSP)，隨著溫度的下降，3類(lèi)雪被斑塊土壤AOB和AOA數(shù)量都明顯降低。雪被斑塊顯著影響土壤AOB和AOA基因豐度，而兩者的基因豐度對(duì)雪被斑塊具有不同響應(yīng)特征。

9、對(duì)土壤AOB而言，DS或MS雪被＞SS雪被，而AOA數(shù)量則表現(xiàn)為SS或MS雪被＞DS雪被。
　　綜上所述，雪被厚度減小降低了川西亞高山云杉林冬季土壤溫度;川西亞高山云杉林冬季仍存在較高的土壤無(wú)機(jī)氮庫(kù);此外，土壤氨化、硝化、固持和反硝化過(guò)程隨雪被進(jìn)程存在明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài);土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程與雪被斑塊厚度及雪被進(jìn)程（季節(jié)）密切相關(guān)。因此，未來(lái)氣候變化所引發(fā)的季節(jié)性雪被減少可能通過(guò)改變土壤環(huán)境因子（水熱條件）和凍融循環(huán)影響土壤氮轉(zhuǎn)化微生物和酶