川西高山亚高山森林土壤氮动态特征：海拔与雪被效应

1、川西高山 / 亚高山森林土壤氮动态特征：海拔与雪被效应 川西高山/ 亚高山森林群落地处高山峡谷 , 不同海拔森林群落土壤氮动态可 能有所不同；其次 , 高山亚高山森林是全球气候变化的敏感地带 , 未来气候变化 导致的季节性雪被变化可能对土壤氮转化过程产生深刻影响 , 但至今仍缺乏相应 的关注。鉴于此,本研究设置两个试验： (1) 选取坡向、坡度相近的 3个海拔森林 群落作为研究样地 (Al:3600 m; A2:3300 m; A3:3000 m), 动态采集各海拔样地土 壤样品 (非生长季及生长季初、中和末期 ), 测定土壤氮组分库及净氮转化速率； 根据林冠调查和往年雪被监测，在3000 m

2、林地选取3类雪被斑块，即厚雪被斑 块 (deep snowpack, DS) 、中厚度雪被斑块 (middle snowpack, MS) 和浅雪被斑块 (shallow snowpack, SS), 测定土壤氮动态对雪被厚度变化的响应：主要研究结 果如下： 1) 不同海拔森林土壤活性氮库存在明显的季节变化 , 但不同形态土壤活 性氮库的季节动态特征有一定差异。4 个采样时期 ( 非生长季与生长季初期、 中期及末期 ) 各海拔土壤硝态氮浓度 (8.3889.60 mgkg-1)都显著高于铵态氮浓度(0.448.43 mgkg-1)。除硝态氮 外, 不同海拔间土壤铵态氮、微生物生物量氮和可溶性有

3、机氮浓度差异极显著,海拔对它们的影响与季节动态有关。2) 土壤净氨化速率、 净硝化速率、 净氮矿化速率及净氮固持速率都存在明显 季节动态。在非生长季 , 净硝化速率、净氮矿化速率和净氮固持速率都为正值 , 而净氨化速率极低且为负值。各时期土壤氮矿化过程以土壤硝化作用为主 , 且土壤净硝化速率与净氮矿化 速率季节动态趋势一致。土壤净氮矿化速率在生长季初期为全年最低谷 , 在生长 季中期又达全年最顶峰 , 不同海拔之间土壤净氨化速率差异显著 (P<0.05)3000 m森林土壤净硝化速率和净氮矿化速率低于其它两个海拔，但差异未达到显著水平。非生长季氮素固持作用相对较强 , 但各时期土壤净氮固

4、持速率总体 不高(-0.017 0.092 mg kg-1 d-1)。3)样地冬季平均空气温度为-2.60 C。随着大气温度季节动态，冬季土壤温度 也呈现类似的动态变化 , 但土壤温度变化略滞后空气温度变化。土壤温度在一定程度上随着雪被厚度的增加而升高 ,SS 雪被斑块日均土温波动最大，MS雪被斑块次之，而DS雪被斑块土壤温度相对稳定。整个冬季平均土温分别为 DS(-0.57 C)>MS(-0.65 C)>SS(-0.82 C)。冬季土壤活性氮库存在明显的动态变化。 各形态土壤氮库都以雪被融化期最 高。经整个冬季,土壤铵态氮含量提高了 6.8210.35 倍,土壤硝态氮含量增长 了

5、 79.17%137.87%,土壤可溶性有机氮和微生物生物量氮含量随雪被进程递增 而雪被厚度对各土壤氮组分总体影响不大。 4) 不同雪被斑块下 , 冬季土壤净氮硝 化速率明显大于净氨化速率 , 且决定着净氮矿化速率。土壤净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率均随雪被厚度的减少而升高； 川西亚高山冷杉林冬季土壤铵态氮、硝态氮及可溶性有机氮的淋溶量分别为0.07 gm-2,0.58 g m-2,0.42 gm-2, 分别占冬季土壤氮素淋溶量的 6.88%,53.62%和39.50%; MS雪被土壤氮淋溶量最大,但总体上不同厚度雪被间差异不显著。综 上所述 , 该区土壤净氮矿化以硝化为主 , 且氮矿化过程不受海拔梯度的影响。冬季土壤氮矿化明显 , 早春高的土壤无机氮浓度为植物生长提供根底养分;此外 , 冬季较强的净氮固持速率表达了森林生态系统对土壤氮素的一种保护机制。未来气候变化所引发季节性雪被减少可能会降低该林区冬季土壤温度 , 增加土壤 冻融循环 , 进而提高冬季土壤净氮矿化速率